Зміст:
- Визначення втрат тепла через зовнішні огородження
- Витрати на підігрів вентиляційного повітря
- Теплове навантаження від нагріву води для ГВП
- Висновок
Щоб з’ясувати, якою потужністю повинно розташовувати теплосилове устаткування приватного будинку, потрібно визначити загальну навантаження на систему опалення, для чого і виконується тепловий розрахунок. У даній статті ми не станемо говорити про укрупненою методикою підрахунків по площі або об’єму будівлі, а представимо більш точний спосіб, який використовується проектувальниками, тільки в спрощеному вигляді для кращого сприйняття. Отже, на систему опалення будинку лягає 3 види навантажень:
- компенсація втрат теплової енергії, що йде крізь будівельні конструкції (стіни, підлога, дах);
- нагрів повітря, необхідного для вентиляції приміщень;
- підігрів води для потреб ГВП (коли в цьому задіяний котел, а не окремий нагрівач).
Розглянемо, як правильно розрахувати кожну з цих навантажень окремо і визначити загальну потужність опалення будинку.
Визначення втрат тепла через зовнішні огородження
Для початку представимо формулу з СНиП, за якою проводиться розрахунок теплової енергії, що втрачається через будівельні конструкції, які відокремлюють внутрішній простір будинку від вулиці:
Q = 1/R х (tв – tн) х S, де:
- Q – витрата тепла, що йде через конструкцію, Вт;
- R – опір передачі тепла крізь матеріал огорожі, м2?С / Вт;
- S – площа цієї конструкції, м2;
- tв – температура, яка повинна бути всередині будинку, ?С;
- tн – середня внутрішня температура за 5 найхолодніших днів, ?С.
Для довідки. Згідно з методикою розрахунок тепловтрат виконується окремо для кожного приміщення. З метою спростити завдання пропонується взяти будівлю в цілому, прийнявши прийнятну середню температуру 20-21 ?С.
Площа для кожного виду зовнішнього огородження обчислюється окремо, для чого вимірюються вікна, двері, стіни і підлоги з покрівлею. Так робиться, тому що вони виготовлені з різних матеріалів різної товщини. Так що розрахунок доведеться робити окремо для всіх видів конструкцій, а потім результати підсумувати. Найхолоднішу вуличну температуру в своєму районі проживання, ви напевно знаєте з практики. А ось параметр R доведеться розрахувати окремо за формулою:
R = ? / ?, де:
- ? – коефіцієнт теплопровідності матеріалу огородження, Вт/(м?С);
- ? – товщина матеріалу в метрах.
Примітка. Значення ? – довідкове, його неважко відшукати в будь-довідкової літератури, а для пластикових вікон цей коефіцієнт вам підкажуть виробники. Нижче наводиться таблиця з коефіцієнтами теплопровідності деяких будматеріалів, причому для обчислень треба брати експлуатаційні значення ?.
В якості прикладу підрахуємо, скільки тепла втратить 10 м2 цегляної стіни товщиною 250 мм (2 цеглини) при різниці температур зовні і в будинку 45 ?С:
R = 0.25 м / 0.44 Вт/(м · С) = 0.57 м2 ?С / Вт.
Q = 1/0.57 м2 ?С / Вт х 45 ?С х 10 м2 = 789 Вт або 0.79 кВт.
Якщо стіна складається з різних матеріалів (конструкційний матеріал плюс утеплювач), то їх теж треба вважати окремо за наведеними вище формулами, а результати підсумувати. Таким же чином прораховуються вікна і покрівлю, а от з підлогами справа йде інакше. Насамперед необхідно намалювати план будівлі і розбити його на зони шириною 2 м, як це зроблено на рисунку:
Тепер слід обчислити площу кожної зони і по черзі підставити в головну формулу. Замість параметра R потрібно взяти нормативні значення для зони I, II, III і IV, зазначені нижче в таблиці. По закінченні результати розрахунків складаємо і отримуємо загальні втрати тепла через підлоги.
Витрати на підігрів вентиляційного повітря
Малосведущие люди часто не враховують, що припливне повітря в будинку теж треба підігрівати і ця теплова навантаження теж лягає на опалювальну систему. Холодне повітря все одно потрапляє в будинок ззовні, хочемо ми того чи ні, і на його нагрівання потрібно затратити енергію. Більше того, в приватному будинку повинна функціонувати повноцінна припливно-витяжна вентиляція, як правило, з природним спонуканням. Повітрообмін створюється завдяки наявності тяги у вентиляційних каналах і димарі котла.
Пропонована в нормативній документації методика визначення теплового навантаження від вентиляції досить складна. Досить точні результати можна отримати, якщо прорахувати цю навантаження за загальновідомою формулою через теплоємність речовини:
Qвент = cm?t, тут:
- Qвент – кількість теплоти, потрібне для нагріву припливного повітря, Вт;
- ?t – різниця температур на вулиці і всередині будинку, ?С;
- m – маса повітряної суміші, що надходить ззовні, кг;
- з – теплоємність повітря, приймається 0.28 Вт / (кг С).
Складність розрахунку цього типу теплового навантаження полягає у правильному визначенні маси повітря, що нагрівається. З’ясувати, скільки його потрапляє всередину будинку, при природній вентиляції складно. Тому варто звернутися до нормативів, адже будівлі будують за проектами, де закладені потрібні воздухообмены. А нормативи кажуть, що в більшості кімнат повітряна середовище повинна змінюватися 1 раз на годину. Тоді беремо обсяги всіх приміщень і додаємо до них норми витрати повітря на кожен санвузол – 25 м3/год і кухонну плиту газову – 100 м3/год.
Щоб зробити розрахунок теплового навантаження на опалення від вентиляції, отриманий обсяг повітря слід перерахувати в масу, дізнавшись його щільність при різних температурах з таблиці:
Припустимо, що загальна кількість припливного повітря становить 350 м3/год, температура зовні – мінус 20 ?С, всередині – плюс 20 ?С. Тоді його маса складе 350 м3 х 1.394 кг/м3 = 488 кг, а теплова навантаження на опалювальну систему — Qвент = 0.28 Вт / (кг С) х 488 кг х 40 ?С = 5465.6 Вт або 5.5 кВт.
Теплове навантаження від нагріву води для ГВП
Для визначення цієї навантаження можна скористатися тією ж простою формулою, тільки тепер треба порахувати теплову енергію, що витрачається на підігрів води. Її теплоємність відома і становить 4.187 кДж/кг °С або 1.16 Вт/кг °С. Враховуючи, що сім’ї з 4 чоловік на всі потреби достатньо 100 л води на 1 добу, нагрітій до 55 °С, підставляємо ці цифри у формулу і отримуємо:
QГВС = 1.16 Вт/кг °С х 100 кг х (55 – 10) °С = 5220 Вт або 5.2 кВт теплоти на добу.
Примітка. За замовчуванням прийнято, що 1 л води дорівнює 1 кг, а температура холодної водопровідної води дорівнює 10 °С.
Одиниця потужності обладнання завжди віднесена до 1 години, а отримані 5.2 кВт – до доби. Але ділити цю цифру на 24 не можна, адже гарячу воду ми хочемо отримувати якомога швидше, а для цього котел повинен володіти запасом потужності. Тобто, це навантаження треба додати до решти.
Висновок
Даний розрахунок навантажень на опалення будинку дасть набагато більш точні результати, ніж традиційний спосіб по площі, хоча потрудитися доведеться. Кінцевий результат обов’язково потрібно помножити на коефіцієнт запасу – 1.2, а то і 1.4 і за розрахованим значенням підбирати котельне обладнання. Ще один спосіб укрупненого розрахунку теплових навантажень за нормативами показаний на відео: