Каждое здание, независимо от конструктивных особенностей, пропускает тепловую энергию через ограждения. Потери тепла в окружающую среду необходимо восстанавливать с помощью системы отопления. Сумма теплопотерь с нормируемым запасом – это и есть требуемая мощность источника тепла, которым обогревается дом. Чтобы создать в жилище комфортные условия, расчет теплопотерь производят с учетом различных факторов: устройства здания и планировки помещений, ориентации по сторонам света, направления ветров и средней мягкости климата в холодный период, физических качеств строительных и теплоизоляционных материалов.
По итогам теплотехнического расчета выбирают отопительный котел, уточняют количество секций батареи, считают мощность и длину труб теплого пола, подбирают теплогенератор в помещение – в общем, любой агрегат, компенсирующий потери тепла. По большому счету, определять потери тепла нужно для того, чтобы отапливать дом экономно – без лишнего запаса мощности системы отопления. Вычисления выполняют ручным способом либо выбирают подходящую компьютерную программу, в которую подставляют данные.
Как выполнить расчет?
Сначала стоит разобраться с ручной методикой – для понимания сути процесса. Чтобы узнать, сколько тепла теряет дом, определяют потери через каждую ограждающую конструкцию по отдельности, а затем складывают их. Расчет выполняют поэтапно.
1. Формируют базу исходных данных под каждое помещение, лучше в виде таблицы. В первом столбце записывают предварительно вычисленную площадь дверных и оконных блоков, наружных стен, перекрытий, пола. Во второй столбец заносят толщину конструкции (это проектные данные или результаты замеров). В третий – коэффициенты теплопроводности соответствующих материалов. В таблице 1 собраны нормативные значения, которые понадобятся в дальнейшем расчете:
Чем выше λ, тем больше тепла уходит сквозь метровую толщину данной поверхности.
2. Определяют теплосопротивление каждой прослойки: R = v/ λ, где v – толщина строительного или теплоизоляционного материала.
3. Делают расчет теплопотерь каждого конструктивного элемента по формуле: Q = S*(Т в -Т н)/R, где:
- Т н – температура на улице, °C;
- Т в – температура внутри помещения,°C;
- S – площадь, м2.
Разумеется, на протяжении отопительного периода погода бывает разной (к примеру, температура колеблется от 0 до -25°C), а дом обогревается до нужного уровня комфорта (допустим, до +20°C). Тогда разность (Т в -Т н) варьируется от 25 до 45.
Чтобы сделать расчет, нужна средняя разница температур за весь отопительный сезон. Для этого в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология и геофизика» (таблица 1) находят среднюю температуру отопительного периода для конкретного города. Например, для Москвы этот показатель равен -26°. В этом случае средняя разница составляет 46°C. Для определения расхода тепла через каждую конструкцию складывают теплопотери всех ее слоев. Так, для стен учитывают штукатурку, кладочный материал, внешнюю теплоизоляцию, облицовку.
4. Считают итоговые потери тепла, определяя их как сумму Q внешних стен, пола, дверей, окон, перекрытий.
5. Вентиляция. К результату сложения добавляется от 10 до 40 % потерь на инфильтрацию (вентиляцию). Если установить в дом качественные стеклопакеты, а проветриванием не злоупотреблять, коэффициент инфильтрации можно принять за 0,1. В отдельных источниках указывается, что здание при этом вообще не теряет тепло, поскольку утечки компенсируются за счет солнечной радиации и бытовых тепловыделений.
Подсчет вручную
Исходные данные. Одноэтажный дом площадью 8х10 м, высотой 2,5 м. Стены толщиной 38 см сложены из керамического кирпича, изнутри отделаны слоем штукатурки (толщина 20 мм). Пол изготовлен из 30-миллиметровой обрезной доски, утеплен минватой (50 мм), обшит листами ДСП (8 мм). Здание имеет подвал, температура в котором зимой составляет 8°C. Потолок перекрыт деревянными щитами, утеплен минватой (толщина 150 мм). Дом имеет 4 окна 1,2х1 м, входную дубовую дверь 0,9х2х0,05 м.
Задание: определить общие теплопотери дома из расчета, что он находится в Московской области. Средняя разность температур в отопительный сезон – 46°C (как было сказано ранее). Помещение и подвал имеют разницу по температуре: 20 – 8 = 12°C.
1. Теплопотери через наружные стены.
Общая площадь (за вычетом окон и дверей): S = (8+10)*2*2,5 – 4*1,2*1 – 0,9*2 = 83,4 м2.
Определяется теплосопротивление кирпичной кладки и штукатурного слоя:
- R клад. = 0,38/0,52 = 0,73 м2*°C/Вт.
- R штук. = 0,02/0,35 = 0,06 м2*°C/Вт.
- R общее = 0,73 + 0,06 = 0,79 м2*°C/Вт.
- Теплопотери сквозь стены: Q ст = 83,4 * 46/0,79 = 4856,20 Вт.
2. Потери тепла через пол.
Общая площадь: S = 8*10 = 80 м2.
Вычисляется теплосопротивление трехслойного пола.
- R доски = 0,03/0,14 = 0,21 м2*°C/Вт.
- R ДСП = 0,008/0,15 = 0,05 м2*°C/Вт.
- R утепл. = 0,05/0,041 = 1,22 м2*°C/Вт.
- R общее = 0,03 + 0,05 + 1,22 = 1,3 м2*°C/Вт.
Подставляем значения величин в формулу для нахождения теплопотерь: Q пола = 80*12/1,3 = 738,46 Вт.
3. Потери тепла через потолок.
Площадь потолочной поверхности равна площади пола S = 80 м2.
Определяя теплосопротивление потолка, в данном случае не берут во внимание деревянные щиты: они закреплены с зазорами и не являются барьером для холода. Тепловое сопротивление потолка совпадает с соответствующим параметром утеплителя: R пот. = R утепл. = 0,15/0,041 = 3,766 м2*°C/Вт.
Величина теплопотерь сквозь потолок: Q пот. = 80*46/3,66 = 1005,46 Вт.
4. Теплопотери через окна.
Площадь остекления: S = 4*1,2*1 = 4,8 м2.
Для изготовления окон использован трехкамерный ПВХ профиль (занимает 10 % площади окна), а также двухкамерный стеклопакет с толщиной стекол 4 мм и расстоянием между стеклами 16 мм. Среди технических характеристик производитель указал тепловые сопротивления стеклопакета (R ст.п. = 0,4 м2*°C/Вт) и профиля (R проф. = 0,6 м2*°C/Вт). Учитывая размерную долю каждого конструктивного элемента, определяют среднее теплосопротивление окна:
- R ок. = (R ст.п.*90 + R проф.*10)/100 = (0,4*90 + 0,6*10)/100 = 0,42 м2*°C/Вт.
- На базе вычисленного результата считаются теплопотери через окна: Q ок. = 4,8*46/0,42 = 525,71 Вт.
Площадь двери S = 0,9*2 = 1,8 м2. Тепловое сопротивление R дв. = 0,05/0,14 = 0,36 м2*°C/Вт, а Q дв. = 1,8*46/0,36 = 230 Вт.
Итоговая сумма теплопотерь дома составляет: Q = 4856,20 Вт + 738,46 Вт + 1005,46 Вт + 525,71 Вт + 230 Вт = 7355,83 Вт. С учетом инфильтрации (10 %) потери увеличиваются: 7355,83*1,1 = 8091,41 Вт.
Чтобы безошибочно посчитать, сколько тепла теряет здание, используют онлайн калькулятор теплопотерь. Это компьютерная программа, в которую вводятся не только перечисленные выше данные, но и различные дополнительные факторы, влияющие на результат. Преимуществом калькулятора является не только точность расчетов, но и обширная база справочных данных.
Выбор теплоизоляции, вариантов утепления стен, перекрытий и других огрождающих конструкций для большинства заказчиков-застройщиков задача сложная. Слишком много противоречивых проблем требуется решить одновременно. Данная страничка поможет Вам во всем этом разобраться.
В настоящее время теплосбережение энергоресурсов приобрело большое значение. Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», сопротивление теплопередаче определяется по одному из двух альтернативных подходов:
- предписывающему (нормативные требования предьявляются к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным стенам, полам над не отапливаемым пространствами, покрытиям и чердачным перекрытиям, окнам, входным дверям и т.п.)
- потребительскому (сопротивление теплопередачи ограждения может быть снижено по отношению к предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного).
Санитарно-гигиенические требования должны выполняться всегда.
К ним относятся
Требование, что бы перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности огрождающих конструкций не превышали допустимых значений. Максимальные допустимые значения перепада для наружной стены 4°С, для покрытия и чердачного перекрытия 3°С и для перекрытия над подвалами и подпольями 2°С.
Требование, что бы температура на внутренней поверхности ограждения была выше температуры точки росы.
Для Москвы и ее области требуемое теплотехническое сопротивление стены по потребительскому подходу составляет 1,97 °С·м. кв./Вт, а по предписывающему подходу:
- для дома постоянного проживания 3,13 °С·м. кв./ Вт,
- для административных и других общественных зданий в т.ч. зданий сезонного проживания 2,55 °С·м. кв./ Вт.
Таблица толщин и термических сопротивление материалов для условий Москвы и ее области.
| Наименование материала стены | Толщина стены и соответствующее ей термическое сопротивление | Необходимая толщина по потребительскому подходу (R=1,97 °С·м. кв./ Вт) и по предписывающему подходу (R=3,13 °С·м. кв./ Вт) |
|---|---|---|
| Полнотелый сплошной глиняный кирпич (плотность 1600 кг/м. куб) | 510 мм (кладка в два кирпича), R=0,73 °С·м. кв./Вт | 1380 мм 2190 мм |
| Керамзитобетон (плотность 1200 кг/м. куб.) | 300 мм, R=0,58 °С·м. кв./Вт | 1025 мм 1630 мм |
| Деревянный брус | 150 мм, R=0,83 °С·м. кв./Вт | 355 мм 565 мм |
| Деревянный щит с заполнением минеральной ватой (толщины внутренней и наружной обшивки из досок по 25 мм) | 150 мм, R=1,84 °С·м. кв./Вт | 160 мм 235 мм |
Таблица требуемых сопротивлений теплопередаче огрождающих конструкций в домах Московской области.
| Наружная стена | Окно, балконная дверь | Покрытие и перекрытия | Перекрытие чердачное и перекрытия над неотапливаемыми подвалами | Входной двери |
|---|---|---|---|---|
| По предписывающему подходу | ||||
| 3,13 | 0,54 | 3,74 | 3,30 | 0,83 |
| По потребительскому подходу | ||||
| 1,97 | 0,51 | 4,67 | 4,12 | 0,79 |
Из этих таблиц видно, что большинство загородного жилья в Подмосковье не удовлетворяют требованиям по теплосбережению, при этом даже потребительский подход несоблюдается во многих вновь строящихся зданиях.
Поэтому, подбирая котел или обогревательные приборы только по указанным в их документации способности обогреть определенную площадь, Вы утверждаете, что Ваш дом построен со строгим учетом требований СНиП 23-02-2003.
Из вышеизложенного материала следует вывод. Для правильного выбора мощности котла и обогревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери помещений Вашего дома.
Ниже мы покажем несложную методику расчета теплопотерь Вашего дома.
Дом теряет тепло через стену, крышу, сильные выбросы тепла идут через окна, в землю тоже уходит тепло, существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию.
Тепловые потери в основном зависят от:
- разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),
- теплозащитных свойств стен, окон, перекрытий, покрытий (или, как говорят ограждающих конструкций).
Ограждающие конструкции сопротивляются утечкам тепла, поэтому их теплозащитные свойства оценивают величиной, называемой сопротивлением теплопередачи.
Сопротивление теплопередачи показывает, какое количество тепла уйдет через квадратный метр ограждающей конструкции при заданном перепаде температур. Можно сказать и наоборот, какой перепад температур возникнет при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.
где q - это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности. Его измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м. кв.); ΔT - это разница между температурой на улице и в комнате (°С) и, R - это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/м. кв. или °С·м. кв./ Вт).
Когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто складываются. Например, сопротивление стены из дерева, обложенного кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:
R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.).
Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену
Расчет на теплопотери проводят для самого неблагоприятного периода, которым является самая морозная и ветреная неделя в году.
В строительных справочниках, как правило, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из этого условия и климатического района (или наружной температуры), где находится Ваш дом.
Таблица - Сопротивление теплопередачи различных материалов при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С, Т внутр. = 20 °С.)
| Материал и толщина стены | Сопротивление теплопередаче R m
, |
|---|---|
| Кирпичная стена толщиной в 3 кирпича (79 см) толщиной в 2,5 кирпича (67 см) толщиной в 2 кирпича (54 см) толщиной в 1 кирпич (25 см) |
0,592 0,502 0,405 0,187 |
| Сруб из бревен Ø 25 Ø 20 |
0,550 0,440 |
| Сруб из бруса толщиной 20 см |
0,806 0,353 |
| Каркасная стена (доска + минвата + доска) 20 см |
0,703 |
| Стена из пенобетона 20 см 30 см |
0,476 0,709 |
| Штукатурка по кирпичу, бетону, пенобетону (2-3 см) |
0,035 |
| Потолочное (чердачное) перекрытие | 1,43 |
| Деревянные полы | 1,85 |
| Двойные деревянные двери | 0,21 |
Таблица - Тепловые потери окон различной конструкции при ΔT = 50 °С (Т нар. = -30 °С, Т внутр. = 20 °С.)
Примечание
|
Как видно из предыдущей таблицы, современные стеклопакеты позволяют уменьшить теплопотери окна почти в два раза. Например, для десяти окон размером 1,0 м х 1,6 м экономия достигнет киловатта, что в месяц дает 720 киловатт-часов.
Для правильного выбора материалов и толщин ограждающих конструкций применим эти сведения к конкретному примеру.
В расчете тепловых потерь на один кв. метр участвуют две величины:
- перепад температур ΔT,
- сопротивления теплопередаче R.
Температуру в помещении определим в 20 °С, а наружную температуру примем равной -30 °С. Тогда перепад температур ΔT будет равным 50 °С. Стены выполнены из бруса толщиной 20 см, тогда R= 0,806 °С·м. кв./ Вт.
Тепловые потери составят 50 / 0,806 = 62 (Вт/м. кв.).
Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках приводят теплопотери разного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. В частности, даются разные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых, а также учитывается разная тепловая картина для помещений первого и верхнего этажа.
Таблица - Удельные теплопотери элементов ограждения здания (на 1 кв.м. по внутреннему контуру стен) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
Примечание
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица - Удельные теплопотери элементов ограждения здания (на 1 кв.м. по внутреннему контуру) в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
| Характеристика ограждения | Наружная температура, °С | Теплопотери, кВт |
|---|---|---|
| Окно с двойным остеклением | -24 -26 -28 -30 |
117 126 131 135 |
| Сплошные деревянные двери (двойные) | -24 -26 -28 -30 |
204 219 228 234 |
| Чердачное перекрытие | -24 -26 -28 -30 |
30 33 34 35 |
| Деревянные полы над подвалом | -24 -26 -28 -30 |
22 25 26 26 |
Рассмотрим пример расчета тепловых потерь двух разных комнат одной площади с помощью таблиц.
Пример 1.
Угловая комната (первый этаж)
Характеристики комнаты:
- этаж первый,
- площадь комнаты - 16 кв.м. (5х3,2),
- высота потолка - 2,75 м,
- наружных стен - две,
- материал и толщина наружных стен - брус толщиной 18 см, обшит гипсокартонном и оклеен обоями,
- окна - два (высота 1,6 м, ширина 1,0 м) с двойным остеклением,
- полы - деревянные утепленные, снизу подвал,
- выше чердачное перекрытие,
- расчетная наружная температура -30 °С,
- требуемая температура в комнате +20 °С.
Площадь наружных стен за вычетом окон:
S стен (5+3,2)х2,7-2х1,0х1,6 = 18,94 кв. м.
Площадь окон:
S окон = 2х1,0х1,6 = 3,2 кв. м.
Площадь пола:
S пола = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площадь потолка:
S потолка = 5х3,2 = 16 кв. м.
Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как через них тепло не уходит - ведь по обе стороны перегородки температура одинакова. Тоже относится и к внутренней двери.
Теперь вычислим теплопотери каждой из поверхностей:
Q суммарные = 3094 Вт.
Заметим, что через стены уходит тепла больше чем через окна, полы и потолок.
Результат расчета показывает теплопотери комнаты в самые морозные (Т нар.= -30 °С) дни года. Естественно, чем теплее на улице, тем меньше уйдет из комнаты тепла.
Пример 2
Комната под крышей (мансарда)
Характеристики комнаты:
- этаж верхний,
- площадь 16 кв.м. (3,8х4,2),
- высота потолка 2,4 м,
- наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка, 10 см минваты, вагонка), фронтоны (брус толщиной 10 см, обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 см),
- окна - четыре (по два на каждом фронтоне), высотой 1,6 м и шириной 1,0 м с двойным остеклением,
- расчетная наружная температура -30°С,
- требуемая температура в комнате +20°С.
Рассчитаем площади теплоотдающих поверхностей.
Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон:
S торц.стен = 2х(2,4х3,8-0,9х0,6-2х1,6х0,8) = 12 кв. м.
Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату:
S скатов.стен = 2х1,0х4,2 = 8,4 кв. м.
Площадь боковых перегородок:
S бок.перегор = 2х1,5х4,2 = 12,6 кв. м.
Площадь окон:
S окон = 4х1,6х1,0 = 6,4 кв. м.
Площадь потолка:
S потолка = 2,6х4,2 = 10,92 кв. м.
Теперь рассчитаем тепловые потери этих поверхностей, при этом учтем, что через пол тепло не уходит (там теплое помещение). Теплопотери для стен и потолка мы считаем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.
Суммарные теплопотери комнаты составят:
Q суммарные = 4504 Вт.
Как видим, теплая комната первого этажа теряет (или потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.
Чтобы такое помещение сделать пригодным для зимнего проживания, нужно в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна.
Любая ограждающая конструкция может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет свое тепловое сопротивление и свое сопротивление прохождению воздуха. Сложив тепловое сопротивление всех слоев, получим тепловое сопротивление всей стены. Также суммируя сопротивление прохождению воздуха всех слоев, поймем, как дышит стена. Идеальная стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 - 20 см. Приведенная ниже таблица поможет в этом.
Таблица - Сопротивление теплопередаче и прохождению воздуха различных материалов ΔT=40 °С (Т нар. =-20 °С, Т внутр. =20 °С.)
| Слой стены | Толщина слоя стены | Сопротивление теплопередаче слоя стены | Сопротивл. воздухопро- ницаемости эквивалентно брусовой стене толщиной (см) |
|
|---|---|---|---|---|
| Ro, | Эквивалент кирпичной кладке толщиной (см) |
|||
| Кирпичная кладка из обычного глиняного кирпича толщиной: 12 см |
12 25 50 75 |
0,15 0,3 0,65 1,0 |
12 25 50 75 |
6 12 24 36 |
| Кладка из керамзитобетонных блоков толщиной 39 см с плотностью: 1000 кг / куб м |
39 |
1,0 0,65 0,45 |
75 50 34 |
17 23 26 |
| Пено- газобетон толщиной 30 см плотностью: 300 кг / куб м |
30 |
2,5 1,5 0,9 |
190 110 70 |
7 10 13 |
| Брусовал стена толщиной (сосна) 10 см |
10 15 20 |
0,6 0,9 1,2 |
45 68 90 |
10 15 20 |
Для объективной картины теплопотерь всего дома необходимо учесть
- Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом обычно принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).
- Потери тепла, связанные с вентиляцией. Эти потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же обьем свежего воздуха. Таким образом, потери связанные с вентиляцией, составляют немногим меньше сумме теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Получается, что потери тепла через стены и остекление составляет только 40%, а потери тепла на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение тепловых потерь составляют 30% и 60%.
- Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 - 20 см, то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%, поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены следует умножить на 1,3 (или соответственно уменьшить теплопотери).
Суммировав все теплопотери дома, Вы определите, какой мощности генератор тепла (котел) и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, расчеты подобного рода покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.
Рассчитать расход тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в одно- и двухэтажных не сильно утепленных домах при наружной температуре -25 °С требуется 213 Вт на один квадратный метр общей площади, а при -30 °С - 230 Вт. Для хорошо утепленных домов - это: при -25 °С - 173 Вт на кв.м. общей площади, а при -30 °С - 177 Вт.
- Стоимость теплоизоляции относительно стоимости всего дома существенно мала, однако при эксплуатации здания основные затраты приходятся именно на отопление. На теплоизоляции ни в коем случае нельзя экономить, особенно при комфортном проживании на больших площадях. Цены на энергоносители во всем мире постоянно повышаются.
- Современные строительные материалы обладают более высоким термическим сопротивлением, чем материалы традиционные. Это позволяет делать стены тоньше, а значит, дешевле и легче. Все это хорошо, но у тонких стен меньше теплоемкость, то есть они хуже запасают тепло. Топить приходиться постоянно - стены быстро нагреваются и быстро остывают. В старых домах с толстыми стенами жарким летним днем прохладно, остывшие за ночь стены «накопили холод».
- Утепление необходимо рассматривать совместно с воздухопроницаемостью стен. Если увеличение теплового сопротивления стен связано со значительным уменьшением воздухопроницаемости, то не следует его применять. Идеальная стена по воздухопроницаемости эквивалентна стене из бруса толщиной 15…20 см.
- Очень часто, неправильное применение пароизоляции приводит к ухудшению санитарно-гигиенических свойств жилья. При правильно организованной вентиляции и «дышащих» стенах она излишня, а при плохо воздухопроницаемых стенах это ненужно. Основное ее назначение это предотвращение инфильтрации стен и защита утепления от ветра.
- Утепление стен снаружи существенно эффективнее внутреннего утепления.
- Не следует бесконечно утеплять стены. Эффективность такого подхода к энергосбережению - не высока.
- Вентиляция - вот основные резервы энергосбережения.
- Применив современные системы остекления (стеклопакеты, теплозащитное стекло и т.п.), низкотемпературные обогревающие системы, эффективную теплоизоляцию ограждающих конструкций, можно сократить затраты на отопление в 3 раза.
Варианты дополнительного утепления конструкций зданий на базе строительной теплоизоляции типа «ISOVER», при наличии в помещениях систем воздухообмена и вентиляции.
Перед тем, как начать строить дом, нужно купить проект дома – так говорят архитекторы. Надо купить услуги профессионалов – так говорят строители. Необходимо купить качественные строительные материалы – так говорят продавцы и производители стройматериалов и утеплителей.
И вы знаете, в чем-то они все немножечко правы. Однако никто кроме вас не будет настолько заинтересован в вашем жилье, чтобы учесть все моменты и свести воедино все вопросы по его строительству.
Один из самых важных вопросов, которые стоит решить на этапе , это теплопотери дома. От расчета теплопотерь будут зависеть и проект дома, и его строительство и то, какие стройматериалы и утеплители вы будете закупать.
Не бывает домов с нулевыми теплопотерями. Для этого дом должен был бы плыть в вакууме со стенами в 100 метров высокоэффективного утеплителя. Мы живем не в вакууме, и вкладываться в 100 метров утеплителя не хотим. А значит, у нашего дома будут теплопотери. Пусть будут, лишь бы они были разумными.
Теплопотери через стены
Теплопотери через стены – об этом думают сразу все хозяева. Считают теплосопротивление ограждающих конструкций, утепляются до достижения нормативного показателя R и на этом заканчивают свою работу по утеплению дома. Конечно, теплопотери через стены дома надо считать – стены обладают максимальной площадью из всех ограждающих конструкций дома. Но они – не единственный путь для тепла наружу.
Утепление дома — единственный способ снизить теплопотери через стены.
Для того, чтобы ограничить теплопотери через стены, достаточно утеплить дом 150 мм для европейской части России или 200-250 мм того же утеплителя для Сибири и северных регионов. И на этом можно оставить в покое этот показатель и перейти к другим, не менее важным.
Теплопотери пола
Холодный пол в доме – это беда. Теплопотери пола, относительно такого же показателя для стен, важнее примерно в 1,5 раза. И именно во столько же толщина утеплителя в полу должна быть больше толщины утеплителя в стенах.
Теплопотери пола становятся значимыми, когда под полом первого этажа у вас холодный цоколь или просто уличный воздух, например, при винтовых сваях.
Утепляете стены — утепляйте и пол.
Если в стены вы закладываете 200 мм базальтовой ваты или пенопласта, то в пол вам придется заложить 300 миллиметров настолько же эффективного утеплителя. Только в этом случае можно будет ходить по полу первого этажа босиком в любую, даже самую лютую, .
Если же у вас под полом первого этажа отапливаемый подвал или хорошо утепленный цоколь с отлично утепленной широкой отмосткой, то утеплением пола первого этажа можно пренебречь.
Мало того, в такой подвал или цоколь стоит нагнетать нагретый воздух с первого этажа, а лучше со второго. А вот стены подвала, его плита должны быть утеплены максимально, чтобы не «обогревать» грунт. Конечно, постоянная температура грунта +4С, но это на глубине. А зимой вокруг стен подвала все те же -30С, как и на поверхности грунта.
Теплопотери через потолок
Все тепло идет вверх. И там оно стремится выйти наружу, то есть покинуть помещение. Теплопотери через потолок в вашем доме – это одна из наибольших величин, которая характеризует уход тепла на улицу.
Толщина утеплителя на потолке должна быть в 2 раза больше толщины утеплителя в стенах. Монтируете 200 мм в стены – монтируйте 400 мм на потолок. В этом случае вам будет гарантировано максимальное теплосопротивление вашего теплового контура.
Что у нас получается? Стены 200 мм, пол 300 мм, потолок 400 мм. Считайте, что вы сэкономите , которым будете отапливать свой дом.
Теплопотери окон
Что совершенно невозможно утеплить, так это окна. Теплопотери окон – самая большая величина, которой описывается количество тепла, покидающего ваш дом. Какими бы вы не сделали свои стеклопакеты – двухкамерными, трехкамерными или пятикамерными, теплопотери окон все равно будут гигантскими.
Как сократить теплопотери через окна? Во-первых, стоит сократить площадь остекления во всем доме. Конечно, при большом остеклении дом выглядит шикарно, и его фасад напоминает вам о Франции или Калифорнии. Но тут уже что-то одно – или витражи в половину стены или хорошее теплосопротивление вашего дома.
Хотите снизить теплопотери окон — не планируйте большую их площадь.
Во-вторых, следует хорошо утеплять оконные откосы – места прилегания переплетов к стенам.
И, в-третьих, стоит использовать для дополнительного сбережения тепла новинки строительной отрасли. Например, автоматические ночные теплосберегающие ставни. Или пленки, отражающие тепловое излучение обратно в дом, но свободно пропускающие видимый спектр.
Куда уходит тепло из дома?
Стены утеплены, потолок и пол тоже, ставни поставлены на пятикамерные стеклопакеты, вовсю раскочегарен . А в доме все равно прохладно. Куда же продолжает уходить тепло из дома?
Настало время искать щели, щелки и щелочки, куда уходит тепло из дома.
Во-первых, система вентиляции. Холодный воздух приходит по приточной вентиляции в дом, теплый воздух покидает дом по вытяжной вентиляции. Чтобы уменьшить теплопотери через вентиляцию, можно установить рекуператор – теплообменник, забирающий тепло у выходящего теплого воздуха и нагревающий входящий холодный воздух.
Один из способов снизить теплопотери дома через систему вентиляции — установить рекуператор.
Во-вторых, входные двери. Чтобы исключить теплопотери через двери, следует смонтировать холодный тамбур, который будет буфером между входными дверями и уличным воздухом. Тамбур должен быть относительно герметичным и необогреваемым.
В-третьих, стоит хотя бы раз посмотреть в морозы на свой дом в тепловизор. Выезд специалистов стоит не такие большие деньги. Зато вы будете иметь на руках «карту фасадов и перекрытий», и будете четко знать, какие еще меры предпринять для того, чтобы снизить теплопотери дома в холодный период.
Принято считать, что для средней полосы России мощность отопительных систем должна рассчитываться исходя из соотношения 1 кВт на 10 м 2 отапливаемой площади. Что говорится в СНиП и каковы реальные расчетные теплопотери домов, построенных из различных материалов?
СНиП указывает на то, какой дом можно считать, скажем так, правильным. Из него мы позаимствуем строительные нормы для Московского региона и сравним их с типичными домами, построенными из бруса, бревна, пенобетона, газобетона, кирпича и по каркасным технологиям.
Как должно быть по правилам (СНиП)
Однако взятые нами значения в 5400 градусо-суток для московского региона являются пограничными к значению 6000, по которому в соответствии со СНиПом сопротивление теплопередаче стен и кровли должно составлять 3,5 и 4,6 м 2 ·°С/Вт соответственно, что эквивалентно 130 и 170 мм минеральной ваты с коэффициентом теплопроводности λА=0,038 Вт/(м·°К).
Как в реальности
Зачастую люди строят «каркасники», бревенчатые, брусовые и каменные дома исходя из доступных материалов и технологий. Например, чтобы соответствовать СНиП, диаметр бревен сруба должен быть больше 70 см, но это абсурд! Потому чаще всего строят так, как удобнее или как больше нравится.
Для сравнительных расчетов мы воспользуемся удобным калькулятором теплопотерь, который расположен на сайте его автора. Для упрощения расчетов возьмем одноэтажное прямоугольное помещение со сторонами 10 х 10 метров. Одна стена глухая, на остальных по два небольших окна с двухкамерными стеклопакетами, плюс одна утепленная дверь. Крыша и потолок утеплены 150 мм каменной ваты, как наиболее типичный вариант.
Кроме теплопотерь через стены есть еще понятие инфильтрации – проникновения воздуха через стены, а также понятие бытового тепловыделения (от кухни, приборов и т.п.), которое по СНиП приравнивается к 21 Вт на м 2 . Но мы это учитывать сейчас не будем. Равно как и потери на вентиляцию, потому как это требует и вовсе отдельного разговора. Разница температур принята за 26 градусов (22 в помещении и -4 снаружи – как усредненное за отопительный сезон в московском регионе).
Итак, вот итоговая диаграмма сравнения теплопотерь домов из различных материалов :
Пиковые теплопотери рассчитаны для наружной температуры -25°С. Они показывают, какой максимальной мощности должна быть система отопления. «Дом по СНиП (3,5, 4,6, 0,6)» – это расчет исходя из более строгих требований СНиП к тепловому сопротивлению стен, кровли и пола, который применим к домам в чуть более северных регионах, нежели чем Московская область. Хотя, зачастую, могут применяться и к ней.
Главный вывод – если при строительстве вы руководствуетесь СНиП, то мощность отопления следует закладывать не 1 кВт на 10 м 2 , как принято считать, а на 25-30% меньше. И это еще без учета бытового тепловыделения. Однако соблюсти нормы не всегда получается, а детальный расчет отопительной системы лучше доверить квалифицированным инженерам.
Также вам может быть интересно
:
—
—
—
Теплопотери помещения, которые принимаются по СНиП за расчетные при выборе тепловой мощности системы отопления, определяют как сумму расчетных потерь тепла через все его наружные ограждения. Кроме того, учитываются потери или поступления тепла через внутренние ограждения, если температура воздуха в соседних помещениях ниже или выше температуры в данном помещении на 5 0 С и более.
Рассмотрим, как принимаются для различных ограждений показатели, входящие в формулу, при определении расчетных теплопотерь.
Коэффициенты теплопередачи для наружных стен и перекрытий принимают по теплотехническому расчету. Подбирают конструкцию окон и для нее по таблице определяют коэффициент теплопередачи. Для наружных дверей значение k берется в зависимости от конструкции по таблице.
Расчет потери тепла через пол. Передача тепла из помещения нижнего этажа через конструкцию пола является сложным процессом. Учитывая сравнительно небольшой удельный вес теплопотерь через пол в общих теплопотерях помещения, применяют упрощенную методику расчета. Теплопотери через пол, расположенный на грунте, рассчитываются по зонам. Для этого поверхность пола делят на полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам. Полосу, ближайшую к наружной стене, обозначают первой зоной, следующие две полосы - второй и третьей зоной, а остальную поверхность пола - четвертой зоной.
Теплопотери каждой зоны рассчитывают по формуле, принимая niβi=1. За величину Ro.np принимают условное сопротивление теплопередаче, которое для каждой зоны неутепленного пола равно: для I зоны R нп =2,15(2,5); для II зоны R нп =4,3(5); для III зоны R нп =8,6(10); для IV зоны R нп =14,2 К-м2/Вт (16,5 0 C-M 2 ч/ккал).
Если в конструкции пола, расположенной непосредственно на грунте, имеются слои материалов, коэффициенты теплопроводности которых меньше 1,163 (1), то такой пол называют утепленным. Термические сопротивления утепляющих слоев в каждой зоне прибавляют к сопротивлениям Rн.п; таким образом, условное сопротивление теплопередаче каждой зоны утепленного пола R у.п оказывается равным:
R у.п = R н.п +∑(δ у.с /λ у.а);
где R н.п - сопротивление теплопередаче неутепленного пола соответствующей зоны;
δ у.с и λ у.а - толщины и коэффициенты теплопроводности утепляющих слоев.
Теплопотери через пол по лагам рассчитывают также по зонам, только условное сопротивление теплопередаче каждой зоны пола по лагам Rл принимают равным:
R л =1,18*R у.п.
где R у.п - величина, полученная по формуле с учетом утепляющих слоев. В качестве утепляющих слоев здесь дополнительно учитывают воздушную прослойку и настил пола по лагам.
Поверхность пола в первой зоне, примыкающая к наружному углу, имеет повышенные теплопотери, поэтому ее площадь размером 2X2 м дважды учитывается при определении общей площади первой зоны.
Подземные части наружных стен рассматриваются при расчете теплопотерь как продолжение пола Разбивка на полосы - зоны в этом случае делается от уровня земли по поверхности подземной части стен и далее по полу Условные сопротивления теплопередаче для зон в этом случае принимаются и рассчитываются так же, как для утепленного пола при наличии утепляющих слоев, которыми в данном случае являются слои конструкции стены.
Обмер площади наружных ограждений помещений. Площадь отдельных ограждений при подсчете потерь тепла через них должна определяться с соблюдением следующих правил обмера Эти правила по возможности учитывают сложность процесса теплопередачи через элементы ограждения и предусматривают условные увеличения и уменьшения площадей, когда фактические теплопотери могут быть соответственно больше или меньше подсчитанных по принятым простейшим формулам.
- Площади окон (О), дверей (Д) и фонарей измеряют по наименьшему строительному проему.
- Площади потолка (Пт) и пола (Пл) измеряют между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены Площади зон пола по лагам и грунту определяют с условной их разбивкой на зоны, как указано выше.
- Площади наружных стен (H. с) измеряют:
- в плане - по внешнему периметру между наружным углом и осями внутренних стен,
- по высоте - в первом этаже (в зависимости от конструкции по-ла) от внешней поверхности пола по грунту, или от поверхности подготовки под конструкцию пола на лагах, или от нижней поверхности перекрытия над подпольем неотапливаемым подвальным помещением до чистого пола второго этажа, в средних этажах от поверхности пола до поверхности пола следующего этажа; в верхнем этаже от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия или бесчердачного покрытия При необходимости определения теплопотерь через внутренние ограждения площади принимают по внутреннему обмеру.
Добавочные теплопотери через ограждения. Основные теплопотери через ограждения, подсчитанные по формуле, при β 1 =1 часто оказываются меньше действительных теплопотерь, так как при этом не учитывается влияние на процесс некоторых факторов Потери тепла могут заметно изменяться под влиянием инфильтрации и эксфильтрации воздуха через толщу ограждений и щели в них, а также под действием облучения солнцем и противоизлучения внешней поверхности ограждений. Теплопотери в целом могут заметно возрасти за счет изменения температуры по высоте помещения, вследствие поступления холодного воздуха через открываемые проемы и пр.
Эти дополнительные потери тепла обычно учитывают добавками к основным теплопотерям Величина добавок и условное их деление по определяющим факторам следующие.
- Добавка на ориентацию по сторонам света принимается на все наружные вертикальные и наклонные ограждения (проекции на вертикаль) Величины добавок определяют по рисунку.
- Добавка на обдуваемость ограждений ветром. В районах, где расчетная зимняя скорость ветра не превышает 5 м/с, добавка принимается в размере 5% для ограждений, защищенных от ветра, и 10% для ограждений, не защищенных от ветра. Ограждение считают защищенным от ветра, если прикрывающее его строение выше верха ограждения больше чем на 2/3 расстояния между ними. В местностях со скоростью ветра более 5 и более 10 м/с приведенные величины добавок должны быть увеличены соответственно в 2 и 3 раза.
- Добавка на продуваемость угловых помещений и помещений, имеющих две и более наружных стен, принимается равной 5% для всех непосредственно обдуваемых ветром ограждений. Для жилых и тому подобных зданий эта добавка не вводится (учитывается повышением внутренней температуры на 20).
- Добавка на поступление холодного воздуха через наружные двери при их кратковременном открывании при N этажах в здании принимается равной 100 N % - при двойных дверях без тамбура, 80 N- то же, с тамбуром, 65 N% - при одинарных дверях.
Схема определения величины добавки к основным теплопотерям на ориентацию по странам света.
В промышленных помещениях добавка на поступление воздуха через ворота, которые не имеют тамбура и шлюза, если они открыты менее 15 мин в течение 1 ч, принимается равной 300%. В общественных зданиях частое открывание дверей также учитывается введением дополнительной добавки, равной 400-500%.
5. Добавка на высоту для помещений высотой более 4 м принимается в размере 2% на каждый метр высоты, стен более 4 м, но не более 15%. Эта добавка учитывает увеличение теплопотерь в верхней части помещения в результате повышения температуры воздуха с высотой. Для промышленных помещений делают специальный расчет распределения температуры по высоте, в соответствии с которым определяют теплопотери через стены и перекрытия. Для лестничных клеток добавка на высоту не принимается.
6. Добавка на этажность для многоэтажных зданий высотой в 3-8 этажей, учитывающая дополнительные затраты тепла на нагревание холодного воздуха, который при инфильтрации через ограждения проникает в помещение, принимается по СНиП.
- Коэффициент теплопередачи наружных стен, определенный по приведенному сопротивлению теплопередаче по наружному обмеру, k=1,01 Вт/(м2 К) .
- Коэффициент теплопередачи чердачного перекрытия принимаем равным k пт =0,78 Вт/(м 2 К) .
Полы первого этажа выполнены на лагах. Термическое сопротивление воздушной прослойки R в.п =0,172 К м 2 /Вт (0,2 0 С-м 2 ч/ккал); толщина дощатого настила δ=0,04 м; λ=0,175 Вт/(м К) . Теплопотери через пол по лагам определяются по зонам. Сопротивление теплопередаче утепляющих слоев конструкции пола равно:
R в.п + δ/λ=0,172+(0,04/0,175)=0,43 К*м 2 /Вт (0,5 0 С м2 ч/ккал).
Термическое сопротивление пола по лагам для I и II зон:
R л.II = 1,18(2.15+ 0,43)= 3,05 К*м 2 /Вт (3,54 0 С*м 2 *ч/ккал);
K I =0,328 Вт/м 2 *К) ;
R л.II =1,18(4,3+ 0.43) = 5,6(6,5);
K II =0,178(0,154).
Для неутепленного пола лестничной клетки
R н.п.I =2,15(2,5) .
R н.п.II =4,3(5) .
3. Для выбора конструкции окон определяем перепад температур наружного (t н5 =-26 0 С) и внутреннего (t п =18 0 С) воздуха:
t п - t н =18-(-26)=44 0 С.
Схема для расчета теплопотерь помещений
Требуемое термическое сопротивление окон жилого дома при Δt=44 0 С равно 0,31 к*м 2 /Вт (0,36 0 С*м 2 *ч/ккал). Принимаем окно с двойными раздельными деревянными переплетами; для этой конструкции k ок =3,15(2,7). Наружные двери двойные деревянные без тамбура; k дв =2,33 (2).Теплопотери через отдельные ограждения рассчитываем по формуле. Расчет сведен в таблицу.
Расчет теплопотерь через наружные ограждении помещении
| № пом. | Наим. пом. и его темпер. | Хар-ка ограждения | Коэффициент теплопередачи ограждения k Вт/(м 2 К) [ккал/(ч м 2 0 С)] | расч. разн. темп., Δt n | Основн. теплопот. через огражде., Вт (ккал/ч) | Добавочные теплопотери. % | Коэфф. β l | Теплопотери через ограждение Вт (ккал/ч) | |||||
| Наим. | ор. по стор. света | разм., м | пл. F, м 2 | на ор. по стор. света | на обдув. ветр. | проч. | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 101 | Н.с. | ЮЗ | 4,66X3,7 | 17,2 | 1,02(0,87) | 46 | 800(688) | 0 | 10 | 0 | 1,10 | 880(755) | |
| Н.с. | СЗ | 4,86X3,7 | 18,0 | 1,02(0,87) | 46 | 837(720) | 10 | 10 | 0 | 1,20 | 1090(865) | ||
| Д.о. | СЗ | 1,5X1,2 | 1,8 | 3,15-1,02(2,7-0,87) | 46 | 176(152) | 10 | 10 | 0 | 1,20 | 211(182) | ||
| Пл I | - | 8,2X2 | 16,4 | 0,328(0,282) | 46 | 247(212) | - | - | - | 1 | 247(212) | ||
| Пл II | - | 2,2X2 | 4 | 0,179(0,154) | 46 | 37(32) | - | - | - | 1 | 37(32) | ||
| 2465(2046) | |||||||||||||
| 102 | Н.с. | СЗ | 3,2X3,7 | 11,8 | 1,02(0,87) | 44 | 625(452) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 630(542) | |
| Д.о. | СЗ | 1,5X1,2 | 1,8 | 2,13(1,83) | 44 | 168(145) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 202(174) | ||
| Пл I | - | 3,2X2 | 6,4 | 0,328(0,282) | 44 | 91(78) | - | - | - | 1 | 91(78) | ||
| Пл II | - | 3,2X2 | 6,4 | 0,179(0,154) | 44 | 62(45) | - | - | - | 1 | 52(45) | ||
| 975(839) | |||||||||||||
| 201 | Жилая комната, угловая. t в =20 0 С | Н.с. | ЮЗ | 4,66X3,25 | 15,1 | 1,02(0,87) | 46 | 702(605) | 0 | 10 | 0 | 1,10 | 780(665) |
| Н.с. | СЗ | 4.86X3,25 | 16,8 | 1,02(0,87) | 46 | 737(633) | 10 | 10 | 0 | 1,20 | 885(760) | ||
| Д.о. | СЗ | 1.5X1,2 | 1,8 | 2,13(1,83) | 46 | 173(152) | 10 | 10 | 0 | 1,20 | 222(197) | ||
| Пт | - | 4,2X4 | 16,8 | 0,78(0,67) | 46X0,9 | 547(472) | - | - | - | 1 | 547(472) | ||
| 2434(2094) | |||||||||||||
| 202 | Жилая комната, средняя. t в =18 0 С | Н.с. | ЮЗ | 3,2X3,25 | 10,4 | 1,02(0,87) | 44 | 460(397) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 575(494) |
| Д.о. | СЗ | 1,5X1,2 | 1,8 | 2,13(1,83) | 44 | 168(145) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 202(174) | ||
| Пт | СЗ | 3,2X4 | 12,8 | 0,78(0,67) | 44X0,9 | 400(343) | - | - | - | 1 | 400(343) | ||
| 1177(1011) | |||||||||||||
| ЛкА | Лестн. клетка, t в =16 0 С | Н.с. | СЗ | 6,95x3,2-3,5 | 18,7 | 1,02(0,87) | 42 | 795(682) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 950(818) |
| Д.о. | СЗ | 1,5X1,2 | 1,8 | 2,13(1,83) | 42 | 160(138) | 10 | 10 | 0 | 1,2 | 198(166) | ||
| Н.д. | СЗ | 1,6X2,2 | 3,5 | 2,32(2,0) | 42 | 342(294) | 10 | 10 | 100X2 | 3,2 | 1090(940) | ||
| Пл I | - | 3,2X2 | 6,4 | 0,465(0,4) | 42 | 124(107) | - | - | - | 1 | 124(107) | ||
| Пл II | - | 3,2X2 | 6,4 | 0,232(0,2) | 42 | 62(53) | - | - | - | 1 | 62(53) | ||
| Пт | - | 3,2X4 | 12,8 | 0,78(0,67) | 42X0,9 | 380(326) | - | - | - | 1 | 380(326) | ||
| 2799(2310) | |||||||||||||
Примечания:
- Для наименований ограждений приняты условные обозначение: Н.с. - наружная стена; Д.о. - двойное окно; Пл I и Пл II - соответственно I и II зоны пола; Пт - потолок; Н.д. -наружная дверь.
- В графе 7 коэффициент теплопередачи для окон определен как разность коэффициентов теплопередачи окна и наружной стены, при этом площадь окна не вычитается из площади степы.
- Теплопотеря через наружную дверь определена отдельно (на площади стены в этом случае исключается площадь двери, так как добавки на дополнительные теплопотери у наружной стены и двери разные).
- Расчетная разность температур в графе 8 определена как (t в -t н)n.
- Основные теплопогери (графа 9) определены как kFΔt n .
- Добавочные теплопотери даны в процентах к основным.
- Коэффициент β (графа 13) равен единице плюс добавочные теплопотеря, выраженные в долях единицы.
- Расчетные теплопотери через ограждения определены как kFΔt n β i (графа 14).
