Obliczanie systemu grzewczego prywatnego domu: zasady i przykłady obliczeń

Ogrzewanie prywatnego domu to niezbędny element komfortowego mieszkania. Zgadzam się, że do aranżacji kompleksu grzewczego należy podchodzić ostrożnie, ponieważ... błędy będą kosztowne.Ale czy nigdy nie robiłeś takich obliczeń i nie wiesz, jak je poprawnie wykonać?

Pomożemy Ci - w naszym artykule szczegółowo przyjrzymy się, jak obliczyć system ogrzewania prywatnego domu, aby skutecznie uzupełnić straty ciepła w miesiącach zimowych.

Podamy konkretne przykłady, uzupełniając artykuł zdjęciami wizualnymi i przydatnymi wskazówkami wideo, a także odpowiednimi tabelami ze wskaźnikami i współczynnikami niezbędnymi do obliczeń.

Straty ciepła w prywatnym domu

Budynek traci ciepło na skutek różnicy temperatur powietrza wewnątrz i na zewnątrz domu. Im większa powierzchnia przegród budowlanych (okna, dach, ściany, fundamenty), tym większe straty ciepła.

Również straty energii cieplnej związane z materiałami otaczających konstrukcji i ich wymiarami. Na przykład straty ciepła przez cienkie ściany są większe niż przez grube ściany.

Skuteczny obliczenia ogrzewania w przypadku domu prywatnego należy wziąć pod uwagę materiały użyte do budowy konstrukcji otaczających.

Przykładowo przy jednakowej grubości ścian z drewna i cegły przewodzą one ciepło z różną intensywnością – utrata ciepła przez konstrukcje drewniane jest wolniejsza. Jedne materiały lepiej przewodzą ciepło (metal, cegła, beton), inne gorzej (drewno, wełna mineralna, styropian).

Atmosfera wewnątrz budynku mieszkalnego jest pośrednio powiązana ze środowiskiem powietrza zewnętrznego. Ściany, otwory okienne i drzwiowe, dach i fundamenty zimą przenoszą ciepło z domu na zewnątrz, dostarczając w zamian chłód. Odpowiadają za 70-90% całkowitych strat ciepła w domku.

Ściany, dach, okna i drzwi – wszystko pozwala zimą na ucieczkę ciepła. Kamera termowizyjna wyraźnie pokaże wycieki ciepła

Stały wyciek energii cieplnej w sezonie grzewczym następuje także poprzez wentylację i kanalizację.

Przy obliczaniu strat ciepła w indywidualnym budownictwie mieszkaniowym dane te zwykle nie są brane pod uwagę. Jednak uwzględnienie strat ciepła przez systemy kanalizacyjne i wentylacyjne w ogólnych obliczeniach cieplnych domu jest nadal właściwą decyzją.

Dobrze zaprojektowany system izolacji termicznej może znacznie ograniczyć wycieki ciepła przez konstrukcje budynków i otwory drzwiowe/okienne.

Niemożliwe jest obliczenie autonomicznego obwodu grzewczego domu wiejskiego bez oceny strat ciepła w otaczających go konstrukcjach. Dokładniej, to nie zadziała określić moc kotła grzewczego, wystarczający do ogrzania domku w najcięższych mrozach.

Analiza rzeczywistego zużycia energii cieplnej przez ściany pozwoli nam porównać koszty wyposażenia kotła i paliwa z kosztami izolacji termicznej obiektów otaczających.

W końcu im bardziej energooszczędny jest dom, czyli tzw. Im mniej energii cieplnej traci w miesiącach zimowych, tym niższy jest koszt zakupu paliwa.

Aby poprawnie obliczyć system grzewczy, będziesz potrzebować współczynnik przewodności cieplnej wspólne materiały budowlane.

Tabela współczynników przewodzenia ciepła różnych materiałów budowlanych najczęściej stosowanych w budownictwie

Obliczanie strat ciepła przez ściany

Na przykładzie konwencjonalnego dwupiętrowego domku obliczymy straty ciepła przez jego konstrukcje ścienne.

Wstępne dane:

• kwadratowa „pudełko” ze ścianami elewacyjnymi o szerokości 12 m i wysokości 7 m;
• W ścianach znajduje się 16 otworów, każdy o powierzchni 2,5 m²;
• materiał ścian elewacyjnych – cegła ceramiczna pełna;
• grubość muru – 2 cegły.

Następnie obliczymy grupę wskaźników, które składają się na całkowitą wartość strat ciepła przez ściany.

Wskaźnik oporu przenikania ciepła

Aby obliczyć współczynnik oporu cieplnego ściany elewacyjnej, należy podzielić grubość materiału ściany przez jego współczynnik przewodzenia ciepła.

Dla szeregu materiałów konstrukcyjnych dane dotyczące współczynnika przewodzenia ciepła przedstawiono na zdjęciach powyżej i poniżej.

Do dokładnych obliczeń potrzebny będzie współczynnik przewodności cieplnej materiałów termoizolacyjnych wskazany w tabeli stosowanej w budownictwie

Nasza ściana warunkowa zbudowana jest z cegły ceramicznej pełnej, której współczynnik przewodzenia ciepła wynosi 0,56 W/m^OC. Jego grubość, biorąc pod uwagę mur na podłodze środkowej, wynosi 0,51 m. Dzieląc grubość ściany przez współczynnik przewodzenia ciepła cegły, otrzymujemy opór przenikania ciepła ściany:

0,51: 0,56 = 0,91 W/m^2×oZ

Wynik dzielenia zaokrąglamy do dwóch miejsc po przecinku, nie ma potrzeby podawania dokładniejszych danych dotyczących oporów przenikania ciepła.

Powierzchnia ściany zewnętrznej

Ponieważ przykładem jest budynek kwadratowy, powierzchnię jego ścian określa się, mnożąc szerokość przez wysokość jednej ściany, a następnie przez liczbę ścian zewnętrznych:

12 7 4 = 336 m²

Znamy więc powierzchnię ścian elewacyjnych. A co z otworami okiennymi i drzwiowymi, które łącznie zajmują 40 m2 (2,5 · 16 = 40 m²) ściana elewacyjna, czy trzeba je brać pod uwagę?

Rzeczywiście, jak poprawnie obliczyć autonomiczne ogrzewanie w drewnianym domu bez uwzględnienia oporów przenikania ciepła konstrukcji okien i drzwi.

Współczynnik przewodzenia ciepła materiałów termoizolacyjnych stosowanych do izolacji ścian nośnych

Jeśli trzeba obliczyć straty ciepła dużego budynku lub ciepłego domu (energooszczędnego) - tak, uwzględnienie współczynników przenikania ciepła stolarki okiennej i drzwi wejściowych przy obliczeniach będzie prawidłowe.

Jednak w przypadku niskich budynków mieszkalnych jednorodzinnych budowanych z tradycyjnych materiałów można pominąć otwory drzwiowe i okienne. Te. nie odejmuj ich powierzchni od całkowitej powierzchni ścian elewacji.

Ogólne straty ciepła przez ściany

Stratę ciepła ściany na metr kwadratowy obliczamy, gdy temperatura powietrza wewnątrz i na zewnątrz domu różni się o jeden stopień.

Aby to zrobić, podziel jednostkę przez obliczony wcześniej opór przenikania ciepła ściany:

1: 0,91 = 1,09 W/m²·^OZ

Znając straty ciepła na metr kwadratowy obwodu ścian zewnętrznych, można określić straty ciepła przy określonych temperaturach zewnętrznych.

Na przykład, jeśli temperatura w domku wynosi +20 ^OC, a na zewnątrz -17 ^OC, różnica temperatur wyniesie 20+17=37 ^OC. W takiej sytuacji całkowita utrata ciepła ze ścian naszego domu warunkowego wyniesie:

0,91 336 37 = 11313 W,

Gdzie: 0,91 - opór przenikania ciepła na metr kwadratowy ściany; 336 - powierzchnia ścian elewacyjnych; 37 - różnica temperatur między atmosferą pokojową i uliczną.

Współczynnik przewodności cieplnej materiałów termoizolacyjnych stosowanych do izolacji podłóg/ścian, suchych wylewek podłogowych i wyrównywania ścian

Przeliczmy wynikową wartość strat ciepła na kilowatogodziny, są one wygodniejsze do percepcji i późniejszych obliczeń mocy systemu grzewczego.

Straty ciepła przez ściany w kilowatogodzinach

Najpierw dowiedzmy się, ile energii cieplnej przejdzie przez ściany w ciągu godziny przy różnicy temperatur wynoszącej 37 ^OZ.

Przypominamy, że obliczenia przeprowadza się dla domu o cechach konstrukcyjnych wybranych warunkowo do obliczeń demonstracyjnych:

11313 · 1: 1000 = 11,313 kWh,

Gdzie: 11313 to uzyskana wcześniej wielkość strat ciepła; 1 godzina; 1000 to liczba watów w kilowacie.

Współczynnik przewodzenia ciepła materiałów budowlanych stosowanych do izolacji ścian i stropów

Aby obliczyć dzienną stratę ciepła, należy pomnożyć powstałą stratę ciepła na godzinę przez 24 godziny:

11,313 24 = 271,512 kWh

Dla jasności obliczmy straty energii cieplnej dla pełnego sezonu grzewczego:

7 30 271,512 = 57017,52 kWh,

Gdzie: 7 to liczba miesięcy w sezonie grzewczym; 30 - liczba dni w miesiącu; 271.512 - dobowa utrata ciepła przez ściany.

Zatem szacunkowa strata ciepła domu o charakterystyce wybranych powyżej konstrukcji otaczających wyniesie 57 017,52 kWh przez siedem miesięcy sezonu grzewczego.

Biorąc pod uwagę wpływ wentylacji w prywatnym domu

Jako przykład obliczymy straty ciepła wentylacyjnego w sezonie grzewczym dla konwencjonalnego domku w kształcie kwadratu, o ścianie o szerokości 12 metrów i wysokości 7 metrów.

Bez uwzględnienia mebli i ścian wewnętrznych wewnętrzna objętość atmosfery w tym budynku będzie wynosić:

12 12 7 = 1008 m³

W temperaturze powietrza +20 ^OC (norma w sezonie grzewczym), jego gęstość wynosi 1,2047 kg/m³, a ciepło właściwe wynosi 1,005 kJ/(kg·^OZ).

Obliczmy masę atmosfery w domu:

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Gdzie: 1008 to objętość atmosfery domowej; 1.2047 - gęstość powietrza w t +20 ^OZ .

Tabela z wartościami współczynnika przewodzenia ciepła materiałów, które mogą być wymagane przy wykonywaniu dokładnych obliczeń

Załóżmy pięciokrotną zmianę objętości powietrza w pomieszczeniach domu. Zauważ, że dokładnie zapotrzebowanie na wielkość dostaw świeże powietrze zależy od liczby mieszkańców domku.

Przy średniej różnicy temperatur między domem a ulicą w sezonie grzewczym wynoszącej 27 ^OC (20 ^OZ domu, -7 ^OZ atmosfery zewnętrznej) do ogrzania zimnego powietrza nawiewanego potrzebna jest następująca energia cieplna w ciągu dnia:

5 27 1214,34 1,005 = 164755,58 kJ,

Gdzie: 5 to liczba wymian powietrza w pomieszczeniu; 27 - różnica temperatur między atmosferą pokojową i uliczną; 1214,34 - gęstość powietrza w t +20 ^OZ; 1,005 to ciepło właściwe powietrza.

Przeliczmy kilodżule na kilowatogodziny, dzieląc wartość przez liczbę kilodżuli w jednej kilowatogodzinie (3600):

164755,58: 3600 = 45,76 kWh

Znając koszt energii cieplnej do ogrzania powietrza w domu przy pięciokrotnej wymianie poprzez wymuszoną wentylację, możemy obliczyć straty ciepła „powietrza” dla siedmiomiesięcznego sezonu grzewczego:

7 30 45,76 = 9609,6 kWh,

Gdzie: 7 to liczba miesięcy „gorących”; 30 to średnia liczba dni w miesiącu; 45,76 - dzienne zużycie energii cieplnej na ogrzewanie powietrza nawiewanego.

Zużycie energii przez wentylację (infiltrację) jest nieuniknione, ponieważ aktualizacja powietrza w domku jest niezbędna.

Należy obliczyć potrzeby grzewcze zmieniającej się atmosfery powietrza w domu, zsumować je ze stratami ciepła przez przegrodę budynku i uwzględnić przy wyborze kotła grzewczego. Istnieje jeszcze jeden rodzaj zużycia energii cieplnej, ostatnim są straty ciepła ścieków.

Zużycie energii na przygotowanie CWU

Jeśli w ciepłych miesiącach zimna woda z kranu wpływa do domku, to w sezonie grzewczym jest lodowata, o temperaturze nie wyższej niż +5 ^OC. Kąpiel, mycie naczyń i pranie nie są możliwe bez podgrzania wody.

Woda zebrana w spłuczce toalety wchodzi przez ściany w kontakt z atmosferą domową, odbierając część ciepła. Co dzieje się z wodą podgrzewaną spalaniem niewolnego paliwa i wydawaną na potrzeby domowe? Wlewa się go do kanalizacji.

Kocioł dwuprzewodowy z kotłem ogrzewania pośredniego, służący zarówno do podgrzewania chłodziwa, jak i do dostarczania ciepłej wody do zbudowanego dla niego obiegu

Spójrzmy na przykład. Załóżmy, że trzyosobowa rodzina korzysta z 17 m³ woda miesięcznie. 1000 kg/m³ to gęstość wody i 4,183 kJ/kg^OC to jego ciepło właściwe.

Niech średnia temperatura ogrzewania wody przeznaczonej na potrzeby domowe wyniesie +40 ^OC. Odpowiednio różnica średniej temperatury między zimną wodą wpływającą do domu (+5 ^OC) i ogrzewane w bojlerze (+30 ^OC) okazuje się, że 25 ^OZ.

Aby obliczyć straty ciepła w kanalizacji, bierzemy pod uwagę:

17 1000 25 4,183 = 1777775 kJ,

Gdzie: 17 to miesięczna wielkość zużycia wody; 1000 to gęstość wody; 25 - różnica temperatur między zimną i podgrzaną wodą; 4,183 - ciepło właściwe wody;

Aby przeliczyć kilodżule na bardziej zrozumiałe kilowatogodziny:

1777775: 3600 = 493,82 kWh

Tym samym w siedmiomiesięcznym okresie sezonu grzewczego energia cieplna trafia do kanalizacji w ilości:

493,82 7 = 3456,74 kWh

Zużycie energii cieplnej na podgrzanie wody do celów higienicznych jest niewielkie w porównaniu ze stratami ciepła przez ściany i wentylację. Ale to także koszty energii, które obciążają kocioł grzewczy lub kocioł i powodują zużycie paliwa.

Obliczanie mocy kotła grzewczego

Kocioł jako część systemu grzewczego ma za zadanie kompensować straty ciepła w budynku. A także na wszelki wypadek układ dwuobwodowy lub przy wyposażeniu kotła w kocioł pośredniego ogrzewania do podgrzewania wody dla potrzeb higienicznych.

Obliczając dzienną utratę ciepła i zużycie ciepłej wody „do kanalizacji”, można dokładnie określić wymaganą moc kotła dla domku o określonej powierzchni oraz charakterystykę otaczających konstrukcji.

Kocioł jednoprzewodowy podgrzewa tylko płyn chłodzący dla systemu grzewczego

Aby określić moc kotła grzewczego, należy obliczyć koszt energii cieplnej domu przez ściany elewacyjne i ogrzewanie zmieniającej się atmosfery powietrza we wnętrzu.

Wymagane są dane dotyczące strat ciepła w kilowatogodzinach na dobę – w przypadku domu konwencjonalnego, obliczone przykładowo, jest to:

271,512 + 45,76 = 317,272 kWh,

Gdzie: 271.512 - dobowe straty ciepła przez ściany zewnętrzne; 45,76 - dzienne straty ciepła na ogrzewanie powietrza nawiewanego.

Odpowiednio wymagana moc grzewcza kotła będzie wynosić:

317,272: 24 (godziny) = 13,22 kW

Jednak taki kocioł będzie pod stale dużym obciążeniem, co skróci jego żywotność. A w szczególnie mroźne dni moc obliczeniowa kotła nie będzie wystarczająca, ponieważ przy dużej różnicy temperatur między atmosferą pokojową a ulicą straty ciepła w budynku gwałtownie wzrosną.

Dlatego wybierz kocioł według średniej kalkulacji kosztów energii cieplnej nie warto - może nie wytrzymać silnych mrozów.

Racjonalne byłoby zwiększenie wymaganej mocy urządzeń kotłowych o 20%:

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

Aby obliczyć wymaganą moc drugiego obwodu kotła podgrzewającego wodę do mycia naczyń, kąpieli itp., należy podzielić miesięczne zużycie ciepła przez straty ciepła „kanalizacyjnego” przez liczbę dni w miesiącu i przez 24 godziny :

493,82:30:24 = 0,68 kW

Z obliczeń wynika, że ​​optymalna moc kotła dla przykładowego domku wynosi 15,86 kW dla obiegu grzewczego i 0,68 kW dla obiegu grzewczego.

Dobór grzejników

Tradycyjnie moc grzejnika Zaleca się dobierać w zależności od powierzchni ogrzewanego pomieszczenia i na wszelki wypadek z 15-20% przeszacowaniem zapotrzebowania na moc.

Na przykładzie przyjrzyjmy się, jak poprawna jest metodologia doboru grzejnika „10 m2 powierzchni - 1,2 kW”.

Moc cieplna grzejników zależy od sposobu ich podłączenia, co należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu instalacji grzewczej

Dane wstępne: pokój narożny na pierwszym piętrze dwupiętrowego budynku o zabudowie jednorodzinnej; ściana zewnętrzna z cegły ceramicznej dwurzędowej; szerokość pomieszczenia 3 m, długość 4 m, wysokość sufitu 3 m.

Korzystając z uproszczonego schematu wyboru, proponuje się obliczyć powierzchnię pomieszczenia, rozważamy:

3 (szerokość) 4 (długość) = 12 m²

Te. wymagana moc grzejnika przy wzroście o 20% wynosi 14,4 kW. Obliczmy teraz parametry mocy grzejnika na podstawie strat ciepła w pomieszczeniu.

W rzeczywistości powierzchnia pomieszczenia wpływa na utratę energii cieplnej w mniejszym stopniu niż powierzchnia jego ścian, zwróconych jedną stroną na zewnątrz budynku (elewacja).

Dlatego obliczymy dokładnie powierzchnię ścian „ulicznych” znajdujących się w pomieszczeniu:

3 (szerokość) 3 (wysokość) + 4 (długość) 3 (wysokość) = 21 m²

Znając powierzchnię ścian przekazujących ciepło „na ulicę”, obliczymy straty ciepła, jeśli temperatura w pomieszczeniu i na ulicy różnią się o 30^O (w domu +18 ^OC, na zewnątrz -12 ^OC) i natychmiast w kilowatogodzinach:

0,91 21 30: 1000 = 0,57 kW,

Gdzie: 0,91 - opór przenikania ciepła m2 ścian pomieszczeń skierowanych „na zewnątrz”; 21 - obszar murów „ulicznych”; 30 - różnica temperatur wewnątrz i na zewnątrz domu; 1000 to liczba watów w kilowacie.

Zgodnie ze standardami budowlanymi urządzenia grzewcze lokalizuje się w obszarach maksymalnych strat ciepła.Na przykład grzejniki instaluje się pod otworami okiennymi, opalarki nad wejściem do domu. W narożnych pokojach baterie instaluje się na pustych ścianach narażonych na maksymalne narażenie na wiatr.

Okazuje się, że aby zrekompensować utratę ciepła przez ściany elewacyjne tej konstrukcji, w temperaturze 30^O Ze względu na różnicę temperatur w domu i na zewnątrz wystarczające jest ogrzewanie o wydajności 0,57 kWh. Zwiększmy wymaganą moc o 20, a nawet 30% - otrzymamy 0,74 kWh.

Zatem rzeczywiste zapotrzebowanie na moc grzewczą może być znacznie niższe niż w programie handlowym „1,2 kW na metr kwadratowy powierzchni pomieszczenia”.

Ponadto prawidłowe obliczenie wymaganej mocy grzejników zmniejszy objętość płyn chłodzący w systemie grzewczym, co zmniejszy obciążenie kotła i koszty paliwa.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Gdzie ucieka ciepło z domu - odpowiedzi udziela wizualny film:

Film omawia procedurę obliczania strat ciepła domu przez przegrodę budynku. Znając straty ciepła, możesz dokładnie obliczyć moc systemu grzewczego:

Szczegółowy film na temat zasad doboru charakterystyki mocy kotła grzewczego można znaleźć poniżej:

Produkcja ciepła z roku na rok jest droższa – rosną ceny paliw. A ciepła zawsze jest za mało. Na energochłonność domku letniskowego nie można pozostać obojętnym – jest to całkowicie nieopłacalne.

Z jednej strony każdy nowy sezon grzewczy kosztuje właściciela domu coraz więcej. Z drugiej strony izolacja ścian, fundamentów i dachu wiejskiego domu kosztuje dobre pieniądze. Im jednak mniej ciepła opuszcza budynek, tym taniej będzie go ogrzać.

Zatrzymanie ciepła w pomieszczeniach domu jest głównym zadaniem systemu grzewczego w miesiącach zimowych.Wybór mocy kotła grzewczego zależy od stanu domu i jakości izolacji otaczających go konstrukcji. Zasada „kilowatów na 10 metrów kwadratowych powierzchni” działa w domku w przeciętnym stanie elewacji, dachu i fundamentów.

Czy sam obliczyłeś system ogrzewania dla swojego domu? A może zauważyłeś rozbieżność w obliczeniach podanych w artykule? Podziel się swoim praktycznym doświadczeniem lub ilością wiedzy teoretycznej, zostawiając komentarz w bloku pod tym artykułem.