Инструменты пользователя

Инструменты сайта


house:heatloss

Расчет теплопотерь загородного дома

Перед выбором котла и отопительных приборов первым делом необходимо рассчитать теплопотери дома.

Методов расчета много, даже слишком, но я решил пойти рациональным путем – буду вести расчет согласно действующему в Беларуси СНБ 4.02.01-03 (pdf, pdf) (бывший СНиП 2.04.05-91 (pdf)). В некоторых случаях пренебрегу определенными расчетами (приму под полом температуру воздушной прослойки в самую холодную пятидневку –22 °С, в примыкающей нежилой пристройке и под крышей – аналогично, хотя на самом деле там теплее, стекло занимает 90% оконных проемов и так далее), в то же время не испортив общую картину.

Подраздел 1.1 гласит «Потери теплоты через внутренние ограждающие конструкции помещений допускается не учитывать, если разность температур воздуха в этих помещениях равна 3 °С и менее». Для дома в самый раз, поэтому в данном случае расчету подлежат теплопотери через (приложение Ж):

  • наружные стены дома;
  • пол;
  • потолок;
  • окна;
  • двери.

Помимо этого придется рассчитать теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха (приложение К).

Начнем ;-)

Открываем приложение Ж (страница 53) и видим следующую формулу.

\[ Q = A (t_p - t_{ext}) (1 + \sum\beta) \frac{n}{R_т} \]

A – расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;
tp – расчетная температура воздуха в помещении, °С;
text – расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года при расчете потерь теплоты через наружные ограждающие конструкции или температура воздуха более холодного помещения – при расчете потерь теплоты через внутренние ограждающие конструкции, °C;
β – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, определяемые в соответствии с Ж.2;
n – коэффициент, принимаемый по СНБ 2.04.01 в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;
Rт – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2·°С/Вт, определяемое по СНБ 2.04.01 (кроме полов на грунте); для полов на грунте — в соответствии с Ж.3, принимая Rт = RC – для неутепленных полов и Rт = Rh – для утепленных.

Коэффициент β выбираем из Ж.2, температуру наружного воздуха для холодного периода года text – из приложения Е (параметр Б согласно подраздела 5.14). Температуру воздуха в помещении tp примем равной 22 °С.

Вместо указанного выше СНБ 2.04.01 (rar) принят ТКП 45-2.04-43-2006 (pdf).

Переходим к ТКП 45-2.04-43-2006. Коэффициент n смотрим в таблице 5.3, а Rт находим из формулы в подразделе 5.9.

\[ R_т = \frac{1}{\alpha_в} + R_к + \frac{1}{\alpha_н} \]

αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 5.4;
Rк – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2·°С/Вт, определяемое по формуле 5.5, – для однородной однослойной конструкции, в соответствии с подразделами 5.10 и 5.11 – для многослойной конструкции;
αн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м2·°С), принимаемый по таблице 5.7. При определении сопротивления теплопередаче внутренних ограждающих конструкций вместо αн следует принимать αв более холодного помещения.

Сопротивление теплопередаче однородной ограждающей конструкции Rк, а также слоя многослойной конструкции, определяем по следующей формуле.

\[ R_к = \frac{\delta}{\lambda} \]

δ – толщина слоя, м;
λ – коэффициент теплопроводности материала теплоизоляционного слоя однослойной или многослойной ограждающей конструкции в условиях эксплуатации согласно таблице 4.2, Вт/(м·°С), принимаемый по приложению А.

Согласно таблице 4.2 выберем условия эксплуатации Б.

Сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями Rк определяем по следующей формуле.

\[ R_к = R_1 + R_2 + \cdots + R_n \]

R1, R2, Rn – сопротивления теплопередаче отдельных слоев конструкции, м2·°С/Вт, определяемые по формуле 5.5, и замкнутых воздушных прослоек, принимаемые по приложению Б.

Подставив значения, получим окончательную формулу для расчета теплопотерь через пол, потолок и стены.

\[ Q = \frac{A (t_p - t_{ext}) (1 + \sum\beta) n}{\frac{1}{\alpha_в} + \frac{\delta_1}{\lambda_1} + \cdots + \frac{\delta_n}{\lambda_n} + \frac{1}{\alpha_н}} \]

Теперь определимся с площадью и материалом поверхностей. Точные коэффициенты теплопроводности материалов λ готового дома я не знаю, поэтому выбираю из таблицы средние.

Первый этаж

Три стены – силикатный кирпич (δ = 0,12 м, λ = 1,16 Вт/(м·°С)) + замкнутая воздушная прослойка (сопротивление теплопередаче при толщине 0,05 м и отрицательной температуре в прослойке R = 0,17 м2·°С/Вт) + газосиликатный блок (δ = 0,3 м, λ = 0,24 Вт/(м·°С)). Четвертая стена общая с неутепленной хозпостройкой – газосиликатный блок. Общая площадь стен без дверных и оконных проемов разная.

Коэффициент β примем равным 0,13, n = 1, αв = 8,7 Вт/(м2·°С), αн = 23 Вт/(м2·°С).

\begin{align*} Q_{стен} & = \underbrace{ \frac{13,1\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,12}{1,16} + 0,17 + \frac{0,3}{0,24} + \frac{1}{23}} }_{\text{первая стена}} + \underbrace{ \frac{14,2\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,12}{1,16} + 0,17 + \frac{0,3}{0,24} + \frac{1}{23}} }_{\text{вторая стена}} + \\ & + \underbrace{ \frac{14,2\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,12}{1,16} + 0,17 + \frac{0,3}{0,24} + \frac{1}{23}} }_{\text{третья стена}} + \underbrace{ \frac{17\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,3}{0,24} + \frac{1}{23}} }_{\text{четвертая стена}} = \\ & = \frac{651,332 + 706,024 + 706,024}{1,681} + \frac{845,24}{1,408} = 1827,8 \mbox{ Вт} \end{align*}

Пол деревянный на лагах (δ = 0,04 м, λ = 0,35 Вт/(м·°С)) общей площадью 49 м2 с горизонтальной воздушной прослойкой положительной температуры при потоке тепла сверху вниз толщиной 0,07 м (R = 0,18 м2·°С/Вт).

Так как пол на лагах, то сопротивление теплопередаче и теплопотери будем рассчитывать по следующим формулам для 4-х зон.

\[ R_{hn} = 1,18 (R_{cn} + \frac{\delta_n}{\lambda_n}) \]

\[ Q_n = \frac{A_n (t_p - t_{ext})}{R_{hn}} \]

Температуру наружного воздуха примем равной –22 °С, коэффициент β для полов вообще не учитывается, коэффициент n равен 1.

Каждая зона имеет ширину 2 м, начиная от наружной стены, и параллельна ей. Пересекающиеся углы 1-й зоны учитываем два раза :-?

RcI = 2,1 м2·°С/Вт – для 1 зоны;
RcII = 4,3 м2·°С/Вт – для 2 зоны;
RcIII = 8,6 м2·°С/Вт – для 3 зоны;
RcIV = 14,2 м2·°С/Вт – для 4 зоны и оставшейся площади пола.

Из-за небольшой площади у меня получилось только 2 зоны.

\begin{align*} Q_{пола} & = (22 - (-22))\cdot (\underbrace{ \frac{14\cdot 4}{1,18\cdot (2,1 + \frac{0,04}{0,35} + 0,18)} }_{\text{I зона}} + \underbrace{ \frac{9}{1,18\cdot (4,3 + \frac{0,04}{0,35} + 0,18)} }_{\text{II зона}}) = \\ & = 44\cdot (\frac{56}{2,83} + \frac{9}{5,42}) = 943,7 \mbox{ Вт} \end{align*}

Дверь граничит с тамбуром, но рассчитаю ее теплопотери как будто она граничит с улицей – пусть будет с запасом :-) Тамбур рассчитывать не буду.

Дверь деревянная (δ = 0,05 м, λ = 0,35 Вт/(м·°С)) площадью 3,1 м2.

\begin{align*} Q_{двери} = \frac{3,1\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,05}{0,35} + \frac{1}{23}} = \frac{154,132}{0,301} = 512 \mbox{ Вт} \end{align*}

Окна деревянные с двойным остеклением, площадь проемов 11,2 м2. Площадь стекла (δ = 0,003 м, λ = 0,76 Вт/(м·°С)) примем равной 90% площади проемов, то есть 10 м2. Тогда площадь оконной рамы (δ = 0,05 м, λ = 0,35 Вт/(м·°С)) – 1,2 м2. Между рамами замкнутая воздушная прослойка (сопротивление теплопередаче при толщине 0,05 м и отрицательной температуре в прослойке R = 0,17 м2·°С/Вт).

\begin{align*} Q_{окон} & = \underbrace{ \frac{1,2\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,05}{0,35} + 0,17 + \frac{0,05}{0,35} + \frac{1}{23}} }_{\text{рамы}} + \underbrace{ \frac{10\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,003}{0,76} + 0,17 + \frac{0,003}{0,76} + \frac{1}{23}} }_{\text{стекла}} = \\ & = \frac{59,664}{0,614} + \frac{497,2}{0,336} = 1576,9 \mbox{ Вт} \end{align*}

Потолок первого этажа и пол мансарды в расчете не нуждаются (правило 3-х градусов :-)).

Теперь переходим к мансарде.

Мансарда

Аналогично рассчитываем теплопотери мансарды. Между крышей и потолком/стенами находится приличная воздушная прослойка, но я ее не учитываю, поэтому теплопотери будут меньше расчетных.

Потолок деревянный (δ = 0,025 м, λ = 0,35 Вт/(м·°С)) + глина с опилками (δ = 0,1 м, λ = 0,8 Вт/(м·°С)), площадь 23,4 м2.

\begin{align*} Q_{потолка} = \frac{23,4\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,025}{0,35} + \frac{0,1}{0,8} + \frac{1}{23}} = \frac{1163,448}{0,354} = 3286,6 \mbox{ Вт} \end{align*}

Стены деревянные (δ = 0,17 м, λ = 0,35 Вт/(м·°С)) площадью 30 м2 и кирпично-блочные обшитые деревом (δ = 0,12 м, λ = 1,16 Вт/(м·°С) и δ = 0,3 м, λ = 0,24 Вт/(м·°С) и δ = 0,02 м, λ = 0,35 Вт/(м·°С)) с воздушной прослойкой (сопротивление теплопередаче при толщине 0,05 м и отрицательной температуре в прослойке R = 0,17 м2·°С/Вт) площадью 10,6 м2 без учета оконных проемов.

\begin{align*} Q_{стен} & = \underbrace{ \frac{30\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,17}{0,35} + \frac{1}{23}} }_{\text{деревянные}} + \underbrace{ \frac{10,6\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,12}{1,16} + 0,17 + \frac{0,3}{0,24} + \frac{0,02}{0,35} + \frac{1}{23}} }_{\text{смешанные}} = \\ & = \frac{1491,6}{0,644} + \frac{527,032}{1,738} = 2619,4 \mbox{ Вт} \end{align*}

Окна деревянные с двойным остеклением, площадь проемов 6 м2. Площадь стекла (δ = 0,003 м, λ = 0,76 Вт/(м·°С)) примем равной 70% площади проемов из-за конструкции, то есть 4,2 м2. Тогда площадь оконной рамы (δ = 0,05 м, λ = 0,35 Вт/(м·°С)) – 1,8 м2. Между рамами замкнутая воздушная прослойка (сопротивление теплопередаче при толщине 0,05 м и отрицательной температуре в прослойке R = 0,17 м2·°С/Вт).

\begin{align*} Q_{окон} & = \underbrace{ \frac{1,8\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,05}{0,35} + 0,17 + \frac{0,05}{0,35} + \frac{1}{23}} }_{\text{рамы}} + \underbrace{ \frac{4,2\cdot (22 - (-22))\cdot (1 + 0,13) \cdot 1 }{\frac{1}{8,7} + \frac{0,003}{0,76} + 0,17 + \frac{0,003}{0,76} + \frac{1}{23}} }_{\text{стекла}} = \\ & = \frac{89,496}{0,614} + \frac{208,824}{0,336} = 767,3 \mbox{ Вт} \end{align*}

Инфильтрация

И напоследок найдем теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха. Воспользуемся второй, более простой формулой из приложения К (СНБ 4.02.01-03).

\[ Q_i = 0,28 L_n \rho c (t_p - t_i) k \]

Ln – расход удаляемого воздуха, не компенсируемый подогретым приточным воздухом, м3/ч; для жилых зданий удельный нормативный расход – 3 м3/ч на 1 м2 жилых помещений;
ρ – плотность воздуха в помещении, кг/м3;
c – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг·°С);
tp, ti – расчетные температуры воздуха, °С, соответственно в помещении и наружного воздуха в холодный период года (параметры Б);
k – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный: 0,7 – для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами; 0,8 – для окон и балконных дверей с раздельными переплетами; 1,0 – для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов.

При +20°С плотность воздуха равна 1,2 кг/м3.

\begin{align*} Q_{инф} = 0,28\cdot 3\cdot (49 + 23,4)\cdot 1,2\cdot 1\cdot (22 - (-22))\cdot 0,8 = 2568,9 \mbox{ Вт} \end{align*}

Результаты

\begin{align*} Q_{общ} & = 1827,8 + 943,7 + 512 + 1576,9 + 3286,6 + \\ & + 2619,4 + 767,3 + 2568,9 = 14102,6 \mbox{ Вт} = 14,1 \mbox{ кВт} \end{align*}

Пффф, готово :-)

Как видим, общие теплопотери невелики. Дом небольшой, и если вставить стеклопакеты и опустить допущения, принятые в самом начале, то должно быть намного теплее.

Теперь можно перейти к выбору твердотопливного котла :-)

Полезные ссылки

house/heatloss.txt · Последние изменения: 2015/07/18 11:18 — yury

Инструменты страницы