Předpokládejme, že jste si chtěli sami vyzvednout kotel, radiátory a potrubí pro vytápění soukromého domu. Úkol číslo 1 - spočítat tepelnou zátěž pro vytápění, jinými slovy, určit celkovou spotřebu tepla nezbytnou pro vytápění budovy na pohodlnou vnitřní teplotu. Navrhujeme prostudovat 3 metody výpočtu - různé složitosti a přesnosti výsledků.
Metody pro stanovení zatížení
Nejprve vysvětlíme význam tohoto pojmu. Tepelné zatížení je celkové množství tepla spotřebovaného topným systémem k ohřevu místnosti na standardní teplotu v nejchladnějším období. Hodnota se počítá v jednotkách energie - kilowatty, kiloklorie (méně často - kilojouly) a je uvedena ve vzorcích latinským písmenem Q.
Znát zatížení vytápění soukromého domu obecně a potřebu každé místnosti zvlášť, není obtížné vybrat si kotel, ohřívače a baterie vodního systému pro napájení. Jak vypočítat tento parametr:
- Pokud výška stropu nedosáhne 3 m, provede se rozšířený výpočet podle plochy vytápěných místností.
- Při výšce stropu 3 m nebo více je spotřeba tepla uvažována podle objemu objektu.
- Stanovení tepelných ztrát pomocí vnějšího oplocení a nákladů na vytápění ventilačního vzduchu podle SNiP.
Poznámka. V posledních letech si online kalkulačky umístěné na stránkách různých internetových zdrojů získaly velkou popularitu. S jejich pomocí je stanovení množství tepelné energie rychlé a nevyžaduje další pokyny. Mínus - je třeba zkontrolovat spolehlivost výsledků, protože programy jsou napsány lidmi, kteří nejsou tepelnými inženýry.
První dvě metody výpočtu jsou založeny na použití specifických tepelných charakteristik ve vztahu k vytápěné oblasti nebo objemu budovy. Algoritmus je jednoduchý, používá se všude, ale poskytuje velmi přibližné výsledky a nezohledňuje stupeň izolace chaty.
Podle SNiP je mnohem obtížnější vypočítat spotřebu tepelné energie podle SNiP. Budete muset sbírat spoustu referenčních údajů a pracovat na výpočtech, ale konečná čísla budou odrážet skutečný obrázek s přesností 95%. Budeme se snažit zjednodušit metodiku a učinit výpočet tepelné zátěže co nejsrozumitelnější.
Například projekt jednopatrového domu o rozloze 100 m²
Pro jasné vysvětlení všech metod pro stanovení množství tepelné energie doporučujeme jako příklad použít jednopatrový dům s celkovou plochou 100 čtverců (podle vnějšího měření), znázorněný na výkresu. Uvádíme technické vlastnosti budovy:
- stavební oblast - pás mírného podnebí (Minsk, Moskva);
- tloušťka vnějšího oplocení je 38 cm, materiál je silikátová cihla;
- zateplení vnější stěny - polystyren o tloušťce 100 mm, hustota - 25 kg / m3;
- podlahy - beton na zemi, není podsklepen;
- překrývající se - vyztužené betonové desky izolované od boku studeného podkroví 10 cm polystyrenu;
- okna - standardní kov-plast na 2 skleničkách, velikost - 1500 x 1570 mm (h);
- přední dveře jsou kovové 100 x 200 cm, izolované izolací z extrudované polystyrénové pěny 20 mm zevnitř.
Chalupa má vnitřní příčky z poloviny cihly (12 cm), kotelna je umístěna v samostatné budově. Plocha místností je vyznačena na výkresu, výška stropů se vezme v závislosti na vysvětlené metodě výpočtu - 2,8 nebo 3 m.
Spotřeba tepla počítáme kvadraturně
Pro přibližný odhad tepelného zatížení se obvykle používá nejjednodušší tepelný výpočet: plocha budovy je odebrána podle vnějšího měření a vynásobena 100 watty. V souladu s tím bude spotřeba tepla v chatě o rozloze 100 m² 10 000 W nebo 10 kW.Výsledek umožňuje zvolit kotel s bezpečnostním faktorem 1,2 - 1,3, v tomto případě je výkon jednotky roven 12,5 kW.
Doporučujeme provádět přesnější výpočty s ohledem na umístění místností, počet oken a region rozvoje. U stropů do 3 m se proto doporučuje použít tento vzorec:
Výpočet se provádí pro každou místnost zvlášť, pak se výsledky sečtou a vynásobí regionálním koeficientem. Vysvětlení zápisu vzorce:
- Q je požadované zatížení, W;
- Spom - kvadratura místnosti, m²;
- q je ukazatel specifické tepelné charakteristiky související s plochou místnosti, W / m²;
- k - koeficient zohledňující klima v oblasti bydliště.
Pro referenci. Pokud je soukromý dům umístěn v mírném pásmu, je koeficient k považován za rovný jednomu. V jižních regionech je k = 0,7, v severních oblastech se používají hodnoty 1,5–2.
Přibližný výpočet indikátoru celkové kvadratury q = 100 W / m². Tento přístup nezohledňuje umístění místností a rozdílný počet světelných otvorů. Chodba uvnitř chaty ztratí mnohem méně tepla než rohová ložnice s okny ve stejné oblasti. Navrhujeme vzít hodnotu specifické tepelné charakteristiky q takto:
- pro místnosti s jednou vnější stěnou a oknem (nebo dveřmi) q = 100 W / m²;
- rohové pokoje s jedním světelným otvorem - 120 W / m²;
- stejné se dvěma okny - 130 W / m².
Jak vybrat hodnotu q, je jasně uvedeno v půdorysu. Pro náš příklad vypadá výpočet takto:
Q = (15,75 x 130 + 21 x 120 + 5 x 100 + 7 x 100 + 6 x 100 + 15,75 x 130 + 21 x 120) x 1 = 10935 W ~ 11 kW.
Jak vidíte, rafinované výpočty přinesly jiný výsledek - ve skutečnosti bude na vytápění konkrétního domu vynaloženo 100 m² na 1 kW tepelné energie více. Obrázek bere v úvahu spotřebu tepla pro ohřev venkovního vzduchu pronikajícího do domu skrz otvory a stěny (infiltrace).
Výpočet tepelného zatížení podle objemu místností
Když vzdálenost mezi podlahou a stropem dosáhne 3 m nebo více, nelze použít předchozí možnost výpočtu - výsledek bude nesprávný. V takových případech je vytápění považováno za podle specifických agregovaných ukazatelů spotřeby tepla na 1 m3 objemu místnosti.
Algoritmus vzorce a výpočtu zůstávají stejné, pouze objemový parametr S se změní na objem - V:
Podle toho se vezme další indikátor měrné spotřeby q, vztažený na krychlovou kapacitu každé místnosti:
- místnost uvnitř budovy nebo s jednou vnější stěnou a oknem - 35 W / m³;
- rohová místnost s jedním oknem - 40 W / m³;
- totéž se dvěma světelnými otvory - 45 W / m³.
Poznámka. Rostoucí a klesající regionální koeficienty k se ve vzorci aplikují beze změn.
Nyní například určujeme zatížení vytápění naší chaty, přičemž výška stropu se rovná 3 m:
Q = (47,25 x 45 + 63 x 40 + 15 x 35 + 21 x 35 + 18 x 35 + 47,25 x 45 + 63 x 40) x 1 = 11182 W = 11,2 kW.
Je patrné, že požadovaný tepelný výkon topného systému se ve srovnání s předchozím výpočtem zvýšil o 200 wattů. Pokud vezmeme výšku místností 2,7–2,8 m a vypočítáme energetický výdej na základě krychlové kapacity, budou čísla přibližně stejná. To znamená, že metoda je docela použitelná pro integrovaný výpočet tepelných ztrát v místnostech jakékoli výšky.
Algoritmus výpočtu podle SNiP
Tato metoda je nejpřesnější ze všech existujících. Pokud použijete naše pokyny a správně provedete výpočet, můžete si být stoprocentně jisti výsledkem a klidně zvolit topné zařízení. Postup vypadá takto:
- Změřte kvadraturu vnějších stěn, podlah a stropů zvlášť v každé místnosti. Určete oblast oken a předních dveří.
- Vypočítejte tepelné ztráty na všech venkovních plotech.
- Zjistěte spotřebu tepelné energie použité k ohřevu ventilačního (infiltračního) vzduchu.
- Shrněte výsledky a získejte skutečný ukazatel tepelné zátěže.
Důležitý bod. U dvoupodlažní chaty se vnitřní stropy nezohledňují, protože neohraničují životní prostředí.
Podstata výpočtu tepelných ztrát je relativně jednoduchá: je třeba zjistit, kolik energie každý typ stavební konstrukce ztratí, protože okna, stěny a podlahy jsou vyrobeny z různých materiálů. Při určování kvadratury vnějších stěn odečtěte plochu zasklených otvorů - ty umožňují větší tok tepla, a proto se posuzují samostatně.
Při měření šířky místností k ní přidejte polovinu tloušťky vnitřní přepážky a zachyťte vnější roh, jak je znázorněno na obrázku. Cílem je vzít v úvahu celou kvadraturu vnějšího plotu a ztrácet teplo po celé ploše.
Zjišťujeme tepelné ztráty stěn a střech
Vzorec pro výpočet tepelného toku procházejícího strukturou stejného typu (například stěnou) je následující:
Decipher notation:
- množství tepelné ztráty přes jeden plot jsme označili Qi, W;
- A - zarovnání zdi ve stejné místnosti, m²;
- tv - pohodlná teplota uvnitř místnosti, obvykle +22 ° С;
- tн - minimální teplota venkovního vzduchu, která trvá 5 nejchladnějších zimních dnů (vezměte skutečnou hodnotu pro vaši oblast);
- R je odpor tloušťky vnějšího plotu vůči přenosu tepla, m² ° C / W.
Ve výše uvedeném seznamu zůstává jeden nejistý parametr - R. Jeho hodnota závisí na materiálu stěny a tloušťce plotu. Pro výpočet odporu přenosu tepla postupujte následovně:
- Určete tloušťku nosné části vnější stěny a samostatně izolační vrstvy. Písmeno ve vzorcích - δ je uvažováno v metrech.
- Z referenčních tabulek zjistěte koeficienty tepelné vodivosti konstrukčních materiálů λ a měrnou jednotkou je W / (mºС).
- Nahrazujte nalezené hodnoty ve vzorci jeden po druhém:
- Definujte R pro každou vrstvu stěny zvlášť, přidejte výsledky a poté použijte v prvním vzorci.
Opakujte výpočty zvlášť pro okna, stěny a stropy ve stejné místnosti a poté přejděte do další místnosti. Tepelné ztráty v podlahách jsou zvažovány samostatně, jak je popsáno níže.
Spropitné. Správné koeficienty tepelné vodivosti různých materiálů jsou uvedeny v normativní dokumentaci. Pro Rusko je to Kodex pravidel SP 50.13330.2012, pro Ukrajinu - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Pozornost! Ve výpočtech použijte pro provozní podmínky hodnotu λ předepsanou ve sloupci „B“.
Příklad výpočtu pro obývací pokoj našeho jednopatrového domu (výška stropu 3 m):
- Plocha vnějších zdí spolu s okny: (5,04 + 4,04) x 3 = 27,24 m². Čtverec oken je 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 m². Čistá plocha oplocení: 27,24 - 4,71 = 22,53 m².
- Tepelná vodivost λ pro pokládku křemičitanových cihel je 0,87 W / (m º C), pěna 25 kg / m³ - 0,044 W / (m º C). Tloušťka je 0,38 respektive 0,1 m, uvažujeme odpor přenosu tepla: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Venkovní teplota - mínus 25 ° С, uvnitř obývacího pokoje - plus 22 ° С. Rozdíl je 25 + 22 = 47 ° C.
- Zjišťujeme tepelné ztráty stěnami obývacího pokoje: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 wattů.
Podobně je uvažován tok tepla okny a podlahami. Tepelný odpor průsvitných konstrukcí je obvykle uveden výrobcem, vlastnosti železobetonových podlah o tloušťce 22 cm jsou uvedeny v normativní nebo referenční literatuře:
- R izolované podlahy = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 m² ° C / W, tepelné ztráty přes střechu jsou 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Ztráty při otevření oken: Q = 0,32 x 47 x71 = 70,8 W.
Celková tepelná ztráta v obývacím pokoji (bez podlah) bude 391 + 402 + 70,8 = 863,8 wattů. Podobné výpočty jsou prováděny pro zbývající místnosti, výsledky jsou shrnuty.
Upozornění: chodba uvnitř budovy nepřichází do styku s vnějším pláštěm a ztrácí teplo pouze přes střechu a podlahy. Jaké ploty by měly být zohledněny v metodice výpočtu, viz video.
Rozdělení podlahy na zóny
Aby bylo možné zjistit množství tepla ztraceného podlahami v zemi, je budova v plánu rozdělena na zóny široké 2 m, jak ukazuje obrázek. První pás začíná od vnějšího povrchu stavební konstrukce.
Algoritmus výpočtu je následující:
- Načrtněte chalupu, rozdělte ji na pásy široké 2 m. Maximální počet zón je 4.
- Vypočítejte plochu podlahy, která padá v každé zóně samostatně, a zanedbávejte vnitřní příčky. Poznámka: kvadratura v rozích se počítá dvakrát (na obrázku nakreslená).
- Pomocí výpočtového vzorce (pro větší přehlednost to dáme znovu) určete tepelné ztráty ve všech oblastech, sumarizujte obrázky.
- Odolnost R přenosu tepla pro zónu I je 2,1 m² ° C / W, II - 4,3, III - 8,6, zbytek podlahy - 14,2 m² ° C / W.
Poznámka. Pokud mluvíme o vyhřívaném suterénu, první pás je umístěn v podzemní části zdi, počínaje úrovní terénu.
Podlahy izolované minerální vlnou nebo polystyrenovou pěnou se počítají identicky, k pevným hodnotám R se přidá pouze tepelný odpor izolační vrstvy stanovený vzorcem δ / λ.
Příklad výpočtu v obývacím pokoji venkovského domu:
- Kvadratura zóny I je (5,04 + 4,04) x 2 = 18,16 m², pozemek II - 3,04 x 2 = 6,08 m². Zbývající zóny nevstoupí do obývacího pokoje.
- Spotřeba energie pro 1. zónu bude 1 / 2,1 x 47 x 18,16 = 406,4 W, pro druhé - 1 / 4,3 x 47 x 6,08 = 66,5 W.
- Množství tepelného toku přes podlahy obývacího pokoje je 406,4 + 66,5 = 473 wattů.
Nyní je snadné srazit celkovou tepelnou ztrátu v dané místnosti: 863,8 + 473 = 1336,8 W, zaokrouhleno - 1,34 kW.
Vytápění větracího vzduchu
Převážná většina soukromých domů a bytů má přirozenou ventilaci. Pouliční vzduch proniká skrz narthexy oken a dveří, jakož i otvory pro přívod vzduchu. Přicházející studená hmota je zahřívána topným systémem a utrácí další energii. Jak zjistit výši těchto ztrát:
- Protože výpočet infiltrace je příliš komplikovaný, umožňují regulační dokumenty přidělit 3 m3 vzduchu za hodinu na každý metr čtvereční bydlení. Celkový přívod přiváděného vzduchu L se považuje za jednoduchý: kvadratura místnosti se vynásobí 3.
- L je objem a je nutná hmotnost m proudu vzduchu. Zjistěte se vynásobením hustotou plynu odebraného z tabulky.
- Vzduchová hmota m je nahrazena ve vzorci kurzu školní fyziky, který umožňuje určit množství vynaložené energie.
Požadované množství tepla počítáme na příkladu obývacího pokoje s dlouhou životností o rozloze 15,75 m². Přítok L = 15,75 x 3 = 47,25 m3 / h, hmotnost - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / h. Předpokládáme-li tepelnou kapacitu vzduchu (označenou písmenem C) rovnou 0,28 W / (kg ºС), zjistíme spotřebu energie: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Jak vidíte, obrázek je docela působivý, a proto je třeba vzít v úvahu ohřev vzduchu.
Konečný výpočet tepelné ztráty budovy plus spotřeba tepla pro ventilaci se stanoví součtem všech dříve získaných výsledků. Zejména zatížení vytápění obývacího pokoje povede k obrázku 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. Podobně se počítají všechny místnosti chaty, na konci se náklady na energii sečtou až na jednu číslici.
Konečné vypořádání
Pokud váš mozek ještě nezačal vařit kvůli množství receptů 😊, pak je určitě zajímavé vidět výsledek v jednopatrovém domě. V předchozích příkladech jsme udělali hlavní práci, zbývá pouze projít jinými místnostmi a zjistit tepelné ztráty celého vnějšího pláště budovy. Nalezená hrubá data:
- tepelný odpor stěn - 2,71, okna - 0,32, podlahy - 2,38 m² ° W / W;
- výška stropu - 3 m;
- R pro přední dveře izolované extrudovanou polystyrenovou pěnou je 0,65 m² ° C / W;
- vnitřní teplota - 22, vnější - mínus 25 ° С.
Pro zjednodušení výpočtů navrhujeme vytvořit tabulku v Exelu, poté do ní vložíme průběžné a konečné výsledky.
Na konci výpočtů a vyplnění tabulky byly získány následující hodnoty spotřeby tepelné energie v areálu:
- obývací pokoj - 2,22 kW;
- kuchyně - 2,536 kW;
- předsíň - 745 W;
- chodba - 586 W;
- koupelna - 676 W;
- ložnice - 2,22 kW;
- děti - 2,536 kW.
Celkové zatížení topného systému soukromého domu o rozloze 100 m² bylo 11,518 W, zaokrouhleno - 11,6 kW.Je pozoruhodné, že výsledek se liší od přibližných metod výpočtu doslova 5%.
Jak používat výsledky výpočtů
Majitel domu, který zná potřebu tepla v budově, může:
- jasně vybrat výkon tepelného zařízení pro vytápění chaty;
- vytočte požadovaný počet sekcí radiátorů;
- určit požadovanou tloušťku izolace a provést tepelnou izolaci budovy;
- zjistit průtok chladicí kapaliny v jakékoli části systému a v případě potřeby provést hydraulický výpočet potrubí;
- Zjistěte průměrnou denní a měsíční spotřebu tepla.
Poslední odstavec má zvláštní význam. Zjistili jsme hodnotu tepelné zátěže za 1 hodinu, ale lze ji přepočítat na delší dobu a vypočítat odhadovanou spotřebu paliva - plyn, palivové dříví nebo pelety.