Расчет тепловых потерь здания. Расчёт теплопотерь через ограждающие конструкции

Безусловно, основные очаги теплопотери в доме - двери и окна, но при просмотре картины через экран тепловизора легко увидеть, что это не единственные источники утечки. Тепло теряется и через неграмотно монтированную кровлю, холодный пол, не утепленные стены. Теплопотери дома сегодня рассчитываются при помощи специального калькулятора. Это позволяет подобрать оптимальный вариант отопления и провести дополнительные работы по утеплению строения. Интересно, что для каждого типа строений (из бруса, бревен, уровень теплопотерь будет разным. Поговорим об этом подробнее.

Основы расчета теплопотерь

Контроль над теплопотерями систематично проводится только для помещений, отапливающихся в соответствии с сезоном. Помещения, не предназначенные для сезонного проживания, не подпадают под категорию зданий, поддающихся тепловому анализу. Программа теплопотери дома в этом случае не будет иметь практического значения.

Чтобы провести полный анализ, рассчитать теплоизоляционные материалы и подобрать систему отопления с оптимальной мощностью, необходимо обладать знаниями о реальной теплопотере жилища. Стены, крыша, окна и пол - не единственные очаги утечки энергии из дома. Большая часть тепла уходит из помещения через неправильно монтированные вентиляционные системы.

Факторы, влияющие на теплопотери

Основными факторами, влияющими на уровень теплопотерь, являются:

Высокий уровень перепада температур между внутренним микроклиматом помещения и температурой на улице.
Характер теплоизоляционных свойств ограждающих конструкций, к которым относятся стены, перекрытия, окна и др.

Величины измерения теплопотери

Ограждающие конструкции выполняют барьерную функцию для тепла и не позволяют ему свободно выходить наружу. Такой эффект объясняется теплоизоляционными свойствами изделий. Величина, использующаяся для измерения теплоизоляционных свойств, зовется теплопередающим сопротивлением. Такой показатель отвечает за отражение перепада значения температур при прохождении n-ого количества тепла через участок оградительных конструкций площадью 1 м 2. Итак, разберемся с тем, как рассчитать теплопотери дома.

К основным величинам, необходимым для вычисления теплопотери дома, относятся:

q - величина, обозначающая количество тепла, уходящего из помещения наружу через 1 м 2 барьерной конструкции. Измеряется в Вт/м 2 .
∆T - разница между температурой в доме и на улице. Измеряется в градусах (о С).
R - сопротивление теплопередаче. Измеряется в °С/Вт/м² или °С·м²/Вт.
S - площадь здания или поверхности (используется по необходимости).

Формула расчета теплопотери

Программа теплопотери дома рассчитывается по специальной формуле:

Проводя расчет, помните, что для конструкций, состоящих из нескольких слоев, суммируется сопротивление каждого слоя. Итак, как рассчитать теплопотери каркасного дома, обложенного кирпичом снаружи? Сопротивление потере тепла будет равно сумме сопротивления кирпича и дерева с учетом воздушной прослойкой между слоями.

Важно! Обратите внимание, что расчет сопротивления проводится для самого холодного времени года, когда разница температур достигает своего пика. В справочниках и пособиях всегда указывается именно это опорное значение, использующееся для дальнейших расчетов.

Особенности расчета теплопотерь деревянного дома

Расчет теплопотерь дома, особенности которого при вычислении необходимо учитывать, проводится в несколько этапов. Процесс требует особого внимания и сосредоточенности. Вычислить теплопотери в частном доме по простой схеме можно так:

Определяют через стены.
Рассчитывают через оконные конструкции.
Через дверные проемы.
Производят расчет через перекрытия.
Вычисляют теплопотери деревянного дома через напольное покрытие.
Складывают полученные ранее значения.
Учитывая тепловое сопротивление и потерю энергии через вентиляцию: от 10 до 360%.

Для результатов пунктов 1-5 используется стандартная формула расчета теплопотери дома (из бруса, кирпича, дерева).

Важно! Теплосопротивление для оконных конструкций берется из СНИП ІІ-3-79.

Строительные справочники зачастую содержат информацию в упрощенной форме, то есть результаты расчета теплопотери дома из бруса приводятся для разных типов стен и перекрытий. Например, вычисляют сопротивление при разнице температур для нетипичных помещений: угловых и не угловых комнат, одно- и многоэтажных строений.

Необходимость расчета теплопотерь

Обустройство комфортного жилища требует строгого контроля процесса на каждом из этапов выполнения работ. Поэтому организацию системы отопления, которой предшествует выбор самого метода обогрева помещения, нельзя упускать из виду. Работая над возведением дома, немало времени придется уделить не только проектной документации, но и расчету теплопотери дома. Если в дальнейшем вы собираетесь работать в области проектирования, то инженерные навыки расчета теплопотерь вам точно пригодятся. Так почему бы не потренироваться выполнять эту работу на опыте и сделать подробный расчет теплопотерь для собственного дома.

Важно! Выбор способа и мощности системы отопления напрямую зависит от проведенных вами расчетов. Вычислив показатель теплопотери неверно, вы рискуете мерзнуть в холодное время или изнемогать от жары из-за чрезмерного обогрева помещения. Необходимо не только правильно выбрать прибор, но и определить количество батарей или радиаторов, способное обогреть одну комнату.

Оценка теплопотери на расчетном примере

Если у вас нет необходимости изучать расчет теплопотери дома подробно, остановимся на оценочном разборе и определении потери тепла. Иногда в процессе расчетов возникают погрешности, поэтому лучше прибавлять минимальное значение к предполагаемой мощности отопительной системы. Для того чтобы приступить к расчетам, необходимо знать показатель сопротивления стен. Он отличается в зависимости от типа материала, из которого изготовлена постройка.

Сопротивление (R) для домов из керамического кирпича (при толщине кладки в два кирпича - 51 см) равно 0,73 °С·м²/Вт. Минимальный показатель толщины при таком значении должен составлять 138 см. При использовании в качестве базового материала керамзитбетона (при толщине стены 30 см) R составляет 0,58 °С·м²/Вт при минимальной толщине в 102 см. В деревянном доме или постройке из бруса с толщиной стен в 15 см и уровнем сопротивления 0,83 °С·м²/Вт требуется минимальная толщина в 36 см.

Стройматериалы и их сопротивление теплопередаче

Опираясь на эти параметры, можно с легкостью проводить расчеты. Найти значения сопротивлений вы можете в справочнике. В строительстве чаще всего используются кирпич, сруб из бруса или бревен, пенобетон, деревянный пол, потолочные перекрытия.

Значения сопротивления теплопередаче для:

кирпичной стены (толщ. 2 кирпича) - 0,4;
сруба из бруса (толщ. 200 мм) - 0,81;
сруба из бревна (диаметром 200 мм) - 0,45;
пенобетона (толщ. 300 мм) - 0,71;
деревянного пола - 1,86;
перекрытия потолка - 1,44.

Исходя из поданной выше информации, можно сделать вывод, что для правильного расчета теплопотерь потребуется всего две величины: показатель перепада температур и уровень сопротивления теплопередаче. Например, дом сделан из дерева (бревна) толщиной 200 мм. Тогда сопротивление равно 0,45 °С·м²/ Вт. Зная эти данные, можно вычислить процент теплопотери. Для этого проводят операцию деления: 50/0,45=111,11 Вт/м².

Расчет теплопотери по площади выполняется так: теплопотери умножаются на 100 (111,11*100=11111 Вт). С учетом расшифровки величины (1 Вт=3600) полученное число умножаем на 3600 Дж/час: 11111*3600=39,999 МДж/час. Проведя такие простые математические операции, любой хозяин может узнать о теплопотерях своего дома за час.

Расчет теплопотери помещения в онлайн-режиме

В интернете есть множество сайтов, предлагающих услугу онлайн-расчета теплопотери здания в режиме реального времени. Калькулятор представляет собой программу со специальной формой для заполнения, куда вы введете свои данные и после автоматического проведения подсчета увидите результат - цифру, которая и будет означать количество выхода тепла из жилого помещения.

Жилое помещение - это постройка, в которой проживают в течение всего отопительного сезона. Как правило, дачные строения, где отопительная система работает периодически и по необходимости, к категории жилых строений не относятся. Чтобы провести переоснащение и достичь оптимального режима теплообеспечения, придется провести ряд работ и по необходимости увеличить мощность системы отопления. Такое переоснащение может затянуться на длительный период. В целом весь процесс зависит от конструктивных особенностей дома и показателей увеличения мощности системы отопления.

Многие даже не слышали о существовании такого понятия, как «теплопотери дома», и впоследствии, сделав конструктивно правильный монтаж отопительной системы, всю жизнь мучаются от недостатка или избытка тепла в доме, даже не догадываясь об истинной причине. Именно поэтому так важно учитывать каждую деталь при проектировании жилища, заниматься лично контролем и построением, чтобы в итоге получить качественный результат. В любом случае жилище, независимо от того, из какого материала оно строится, должно быть комфортным. А такой показатель, как теплопотеря строения жилого характера, поможет сделать пребывание дома еще приятнее.

Теплопотери определены для отапливаемых помещений 101, 102, 103, 201, 202 согласно плана этажей.

Основные теплопотери , Q (Вт), вычисляются по формуле:

где: К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкцией;

F – площадь ограждающих конструкций;

n – коэффициент, учитывающий положение ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, приняты согласно табл. 6 «Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху» СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Для перекрытия над холодными подвалами и чердачными перекрытиями согласно п. 2 n = 0,9.

Общие теплопотери

Согласно п. 2а прил. 9 СНиП 2.04.05-91* добавочные теплопотери рассчитываются в зависимости от ориентации: стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад в размере 0,1, на юго-восток и запад – в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно – по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, обращённые на север, восток, северо-восток и северо-запад.

Согласно п. 2г прил. 9 СНиП 2.04.05-91* добавочные теплопотери для двойных дверей с тамбурами между ними принимаются равными 0,27 H, где H – высота здания.

Теплопотери на инфильтрацию для жилых помещений, согласно прил. 10 СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование», приняты по формуле

где: L – расход удаляемого воздуха, не компенсируемый приточным воздухом: 1м 3 /ч на 1м 2 пло щади жилых помещений и кухни объемом более 60 м 3 ;

c – удельная теплоемкость воздуха, равная 1кДж / кг × °С;

p – плотность наружного воздуха при t ext равная 1,2 кг / м 3 ;

(t int – t ext) – разность внутренней и наружной температур;

k – коэффициент теплопередачи – 0,7.

Бытовые поступления тепла рассчитываются из расчёта 10 Вт/м 2 поверхности пола жилых помещений.

Расчётные теплопотери помещения определены как Q расч = Q + Q i – Q быт

Расчёт теплопотерь ограждающими конструкциями

Расчёт теплопотерь ограждающими конструкциями Теплопотери определены для отапливаемых помещений 101, 102, 103, 201, 202 согласно плана этажей. Основные теплопотери, Q (Вт), вычисляются по

Расчет теплопотерь дома через ограждающие конструкции

Рассмотрим, как рассчитать теплопотери дома через ограждающие конструкции. Расчет приводится на примере одноэтажного жилого дома. Данным расчетом можно пользоваться и для расчета теплопотерь отдельного помещения, всего дома или отдельной квартиры.

Пример технического задания для расчета теплопотерь

Сначала составляем простой план дома с указанием площадей помещений, размеров и расположения окон и входной двери. Это необходимо для определения площади поверхности дома, через которую происходят теплопотери.

Формула расчета теплопотерь

Для расчета теплопотерь применяем следующие формулы:

R = B / K - это формула расчета величины теплосопротивления ограждающих конструкций дома.

R - тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт;
К - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м*К);
В - толщина материала, м.

Q - теплопотери, Вт;
S - площадь ограждающих конструкций дома, м2;
dT - разница температуры между внутренним помещением и улицой, К;
R - значение теплового сопротивления конструкции, м2.К/Вт

Температурный режим внутри дома для расчета берем +21..+23°С – такой режим является наиболее комфортным для человека. Минимальная уличная температура для расчета теплопотерь взята -30°С, так как в зимний период в регионе: где построен дом (Ярославская область, Россия) такая температура может продержаться более одной недели и именно наименьший температурный показатель рекомендуется закладывать в расчеты, при этом разность температур получаем dТ = 51..53, в среднем – 52 градуса.

Общие теплопотери дома состоят из теплопотерь всех ограждающих конструкций, поэтому, используя эти формулы, выполняем:

После расчета получили такие данные:

Итого: суммарный результат теплопотерь через ограждающие конструкции составил - 1,84 кВт.ч.

Примечание: Этот расчет является приблизительным и при более точном расчете теплопотерь ограждений дома полученные значения могут иметь иной показатель, так как в своем расчете я не учитывал некоторые факторы, которые могут в той или иной степени влиять на величину теплопотерь. Если вы хотите получить точный расчет или получить консультацию специалиста по этому вопросу, то вы можете задать свой вопрос в разделе Вопрос-ответ.

Расчет теплопотерь помещения

Расчет теплопотерь помещения производится для всех ограждающих конструкций всех отапливаемых помещений. Могут не учитываться теплопотери через внутренние конструкции, при разности температуры в них с температурой соседних помещений до 3 о С.

Теплопотери через ограждающие конструкции расчитываются по следующей формуле, Вт:

t н Б – темп-ра наружного воздуха, о С;

t вн – темп-ра в помещении, о С;

F – площадь защитного сооружения, м 2 ;

n – коэффициент, который учитывает положение ограждения или защитного сооружения (его наружной поверхности) относительно наружного воздуха;

R о – сопротивление теплопередаче, м 2 · о С / Вт, которое определяется по следующей формуле:

R в.n – в случае наличия в конструкции замкнутой воздушной прослойки, ее термосопротивление, м 2 · о с / Вт (см. таблицу 2).

λ і – принимается по справочникам.

Для дверей и окон сопротивление теплопередаче рассчитывается очень редко, а чаще принимается в зависимости от их конструкции по справочным данным и СНиПам.

Площади ограждений для расчетов определяются, как правило, согласно строительных чертежей. Температуру t вн для жилых зданий выбирают из приложения 1, t н Б – из приложения 2 СНиП в зависимости от расположения строительного объекта. Добавочные теплопотери указаны в таблице 3, коэф-ент n – в таблице 4.

Расход тепла на нагревание наружного инфильтрующегося воздуха в общественных и жилых зданиях для всех типов помещений определяется двумя расчетами.

Первый расчет определяет расход тепловой энергии Q і на нагревание наружного воздуха, который поступает в і-е помещение в результате действия естественной вытяжной вентиляции.

Второй расчет определяет расход тепловой энергии Q і на подогревание наружного воздуха, который проникает в данное помещение сквозь неплотности ограждений в результате ветрового и (или) теплового давлений. Для расчета принимают наибольшую величину теплопотерь из определенных по следующим уравнениям (1) и (или) (2).

где L, м 3 /час – расход удаляемого наружу из помещений воздуха, для жилых зданий принимают 3 м 3 /час на 1 м 2 площади жилых помещений, в том числе и кухни;

с – удельная теплоемкость воздуха (1 кДж/кг· о С));

ρ н – плотность воздуха снаружи помещения, кг/м 3 .

Удельный вес воздуха γ, Н/м 3 , его плотность ρ, кг/м 3 , определяются согласно формул:

γ= 3463 / (273 +t) , ρ = γ / g ,

где g = 9,81 м/с 2 , t, °с– температура воздуха.

где k – коэф-ент, учитывающий встредчный тепловой поток, для раздельно-переплетных балконных дверей и окон принимается 0,8, для одинарных и парно-переплетных окон – 1,0;

G і – расход воздуха, проникающего (инфильтрируещегося) через защитные сооружения (ограждающие конструкции), кг/ч.

R и, м 2 · ч/кг – сопротивление воздухопроницанию даного ограждения, которое может приниматься согласно приложения 3 СНиП. В панельных зданиях, кроме этого определяется дополнительный расход воздуха, инфильтрующегося через неплотности стыков панелей.

Величина Δ Р і определяется из уравнения, Па:

где H, м – высота здания от нулевого уровня до устья вентшахты (в бесчердачных зданиях устье обычно располагается на 1 м выше крыши, а в зданиях, имеющих чердак – на 4–5м выше перекрытия чердака);

h і, м – высота от нулевого уровня до верха балконных дверей или окон, для которых проводится расчет расхода воздуха;

с е,р u с е,n – аэродинамические коэф-ты для подветренной и наветренной поверхностей здания соответственно. Для прямоугольных зданий с е,р = –0,6, с е,n = 0,8;

V, м/с – скорость ветра, которую для расчета принимают согласно приложения 2;

k 1 – коэффициент, который учитывает зависимость скоростного напора ветра и высоты здания;

р іnt , Па – условно-постоянное давление воздуха, которое возникает при работе вентиляции с принудительным побуждением, при расчете жилых зданий р іnt можно не учитывать, поскольку оно равно нолю.

Для ограждений высотой до 5,0м коэффициент k 1 равен 0,5, высотой до 10 м равен 0,65, при высоте до 20 м – 0,85, а для ограждений 20 м и выше принимается 1,1.

Общие расчетные теплопотери в помещении, Вт:

Q инф – максимальный расход теплоты на нагревание воздуха, который инфильтрируется принятый из расчетов согласно формул (2) u (1);

Q быт – все тепловыделения от бытовых электрических приборов, освещения, других возможных источников тепла, которые принимаются для кухонь и жилых помещений в размере 21 Вт на 1 м 2 расчетной площади.

Коэффициенты тепловосприятия α в и теплоотдачи α н

Расчёт теплопотерь через ограждающие конструкции

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Чтобы сделать расчет теплопотерь дома нужно знать темрические сопротивления таких элементов как: Стена, окно, крыша, фундамент и так далее. Чтобы найти термическое сопротивление необходимо знать теплопроводность материалов. Учесть вентиляцию и инфильтрацию. Далее мы это разберем по кусочкам.

Рассмотрим строение куба 5х5 метра. Грани, которого сделаны из бетона толщиной 200 мм.

Соберем из 6 граней (стен) куб. Смотри изображение.

Внутри куба температура 25 градусов. С наружи -30° С градусов. С земли 6° С.

Кстати не многие знают и понимают, что с земли идет температура 6-7 градусов. На глубине 2 метров эта температура стабильно держится. Я имею ввиду Россию, даже зимой на глубине 2 метра держится температура выше нуля круглогодично. Находящийся сверху снег увеличивает сохранение тепла под землей. И если у Вас под полом первого этажа ничего нет, значит, температура там будет стремиться к 6-8 градусам. При условии утепленного фундамента и отсутствии внешней вентиляции.

Задача, пример расчета

Найти теплопотери конструкции имеющие размеры 5х5х5 метров. Стены, которого сделаны из бетона толщиной 200 мм.

Сначала рассчитаем одну стену (грань 5х5 м.) S=25 м 2

R – термическое (температурное) сопротивление теплопередаче. (м 2 °С)/Вт

Rмат – термическое сопротивление материала (стена/грань)

Rвн – термическое сопротивление воздуха находящегося возле стенки внутри помещения

Rнар – термическое сопротивление воздуха находящегося возле стенки на улице.

а вн – Коэффициент теплоотдачи стенки в помещении

а нар – Коэффициент теплоотдачи стенки с улицы

Коэффициет теплоотдачи а вн и а нар найдены опытным путем и принимаются за константу и при расчетах всегда: а вн = 8,7 Вт/м 2 ; а нар =23 Вт/м 2 . Бывают исключения.

Коэффициент теплоотдачи согласно СНиП

То есть, если это боковые стены и крыша, то коэффициент теплоотдачи принимается равным 23 Вт/м 2 Если это внутри помещения к наружной стене или крыше то принимается 8,7 Вт/м 2 .

В любом случае, если стены утеплены, то влияние теплоотдачи резко становится не значительным. То есть сопротивление воздуха возле стенки примерно составляет 5% от сопротивления самой стены. Даже если Вы ошибетесь в выборе коэффициента теплоотдачи, то результат общих теплопотерь измениться не более чем на 5%.

Все величины известны кроме термического сопротивления материала (Rмат) – стены

Находим термическое сопротивление материала

Известно, что материал стены – бетон, термическое сопротивление находится по формуле

Теплопроводность материалов таблица

Теплопроводность бетона будет 1,2 Вт/(м °С)

Ответ: Теплопотери одной стены составляют 4243,8 Вт

Посчитаем теплопотери снизу

Ответ: Теплопотери вниз составляют 1466 Вт

В большинстве случаев конструкция снизу выглядит следующим образом

Такая конструкция утепления фундамента позволяет достигнуть эффекта, когда температура под полом у земли достигает 6-8 °С. Это в случаях, когда подпольное помещение не проветривается. Если У Вас имеется вентиляция подпольного помещения, то естественно температура будет снижаться на уровень вентилируемого воздуха. Проветривают подпольное помещение, если требуется исключить попадания вредных газов на первые этажи. Теплые водяные полы на первом этаже в конструкции имеют параизолирующий слой, который препятствует инфильтрации вредных газов и различных паров. Естественно плита перекрытия утепляется до требуемого значения. Утепляют обычно материалом имеющим толщину не менее 50-100 мм, ваты или пенополистирола.

Возвращаемся к задаче

У нас имеется 6 стен, одна из которых смотрит вниз. Поэтому 5 граней соприкасаются с воздухом -30 °С, а грань смотрящая вниз соприкасается с землей, то есть 6 градусов.

Общая сумма тепловых потерь куба составит:

W 5 граней+W вниз = 4243,8 Вт 5+1466 Вт=22685 Вт

Предлагаю для расчета использовать простой практический пример:

Для жилого дома вентиляцию рассчитывать на каждый квадратный метр площади 1 куб.метр воздуха в час.

Представим что наш куб это двухэтажное здание 5х5метров. Тогда его площадь составит 50 м2. Соответственно его расход воздуха(вентиляция) будет равен 50 м3/час.

Формула расчета тепловых потерь через вентиляцию

Для быстрого расчета вентиляции воспользуемся программой:

Ответ: Теплопотери на вентиляцию составляют 921 Вт.

Требовния СНиП для вентиляции

В итоге для расчета теплопотерь дома нужно найти теплопотери теряемые через ограждения(стены) и вентиляцию. Конечно, в теплотехнике встречается более глубокие расчеты. Например, расчет с применением инфильтрация и сторон света (юг, север, запад и восток).

Инфильтрация – это не организованное поступление воздуха в помещение через неплотности в ограждениях зданий под действием теплового и ветрового давления, а также, возможно, вследствие работы механической вентиляции. Также инфильтрацию называют воздухопроницаемостью.

Расчет инфильтрация – это расчет воздухопроницаемости ограждений за счет давления на стену. Давление на стену создается разностью масс воздуха. Поэтому чтобы Вас не грузить формулами расчета воздухопроницаемости, советую воспользоваться программным обеспечением, с помощью этой программы можно делать расчет инфильтрации воздуха.

Также в теплотехнике при расчете теплопотерь дома встречается понимание того, что в зависимости от положения стен (юг, север, запад и восток) меняются теплопотери. И разница между стеной смотрящий на юг и стеной смотрящей на север: Всего 10%.

То есть к существующим потерям через ограждающую конструкцию (стену) добавляется 10% на северную стену.

Таблица. Добавочный коэффициент на сторону света

На практике часто опытные инженеры не занимаются вычислением сторон света, в силу того что иногда нет информации куда смотрит стена. Поэтому можно грубо добавить 5% мощности к общим теплопоетрям.

Но мы посчитаем, как положено:

Теплопотери через ограждающие конструкции составляет: 23746 Вт.

Вместе с вентиляцией: 23746+921=24667 Вт.

Если мы с наружи куба добавим утеплитель: Пенополистирол толщиной 100 мм. То получим следующее.

Ответ: 432,24 Вт. Без утеплителя через бетонную стену уходит 4243,8 Вт тепла. Разница в 10 раз.

Теплопотери через окна

Для расчета теплопотерь окон используется такая же формула, но для определения теплопотерь используется только значение термического сопротивления определенного образца.

Например, имеется одно окно 1,4 х 1,4 м. площадью 2 кв.метра.

Ответ: 167,17 Вт тепла будет уходить через окно.

Существуют в домах не отапливаемые помещения, как в них посчитать теплопотери?

Обсуждаем данную тему здесь: Форум отопление

Энциклопедия сантехника Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Расчёт теплопотерь через ограждающие конструкции Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции Чтобы сделать расчет теплопотерь дома нужно знать темрические сопротивления таких элементов

В гражданских и жилых зданиях теплопотери помещений состоят из теплопотерь через различные ограждающие конструкции, такие как окна, стены, перекрытия, полы а также теплорасходов на нагревание воздуха, который инфильтрируется сквозь неплотности в защитных сооружениях (ограждающих конструкциях) даного помещения. В промышленных зданиях существуют и другие виды теплопотерь.
Расчет теплопотерь помещения производится для всех ограждающих конструкций всех отапливаемых помещений. Могут не учитываться теплопотери через внутренние конструкции, при разности температуры в них с температурой соседних помещений до 3 о С.

Теплопотери через ограждающие конструкции расчитываются по следующей формуле, Вт:
Q огр =F(t вн –t н Б) (1+Σβ)n/R о, где
t н Б – темп-ра наружного воздуха, о С;
t вн – темп-ра в помещении, о С;
F – площадь защитного сооружения, м 2 ;
n – коэффициент, который учитывает положение ограждения или защитного сооружения (его наружной поверхности) относительно наружного воздуха;
β – теплопотери добавочныедоли от основных;
R о – сопротивление теплопередаче, м 2 · о С / Вт, которое определяется по следующей формуле:
R о =1/α в + Σ(δ і /λ і) + 1/α н +R в.п. , где
α в – коэффициент тепловосприятия ограждения (его внутренней поверхности), Вт/ м 2 · о С;
λ і и δ і – расчетный коэффициент теплопроводности для материала данного слоя конструкции и толщина этого слоя;
α н – коэффициент теплоотдачи ограждения (его наружной поверхности), Вт/ м 2 · о C;
R в.n – в случае наличия в конструкции замкнутой воздушной прослойки, ее термосопротивление, м 2 · о C / Вт ().
Коэф-ты α н и α в принимаются согласно СНиП а для некоторых случаев приведены ;
δ і – обычно назначается согласно заданию или определяется по чертежах ограждающих конструкций;
λ і – принимается по справочникам.

Расход тепла на нагревание наружного инфильтрующегося воздуха в общественных и жилых зданиях для всех типов помещений определяется двумя расчетами.
Первый расчет определяет расход тепловой энергии Q і на нагревание наружного воздуха, который поступает в і-е помещение в результате действия естественной вытяжной вентиляции.
Второй расчет определяет расход тепловой энергии Q і на подогревание наружного воздуха, который проникает в данное помещение сквозь неплотности ограждений в результате ветрового и (или) теплового давлений. Для расчета принимают наибольшую величину теплопотерь из определенных по следующим уравнениям (1) и (или) (2).

Q і =0,28Lρ н с (t вн –t н Б) 1)
где L, м 3 /час – расход удаляемого наружу из помещений воздуха, для жилых зданий принимают 3 м 3 /час на 1 м 2 площади жилых помещений, в том числе и кухни;
с – удельная теплоемкость воздуха (1 кДж/кг· о С));
ρ н – плотность воздуха снаружи помещения, кг/м 3 .
Удельный вес воздуха γ, Н/м 3 , его плотность ρ, кг/м 3 , определяются согласно формул:
γ= 3463 / (273 +t) , ρ = γ / g ,
где g = 9,81 м/с 2 , t, о С – температура воздуха.

Расход теплоты на подогревание воздуха, который попадает в помещение через различные неплотности защитных сооружений (ограждений) в результате ветрового и теплового давлений, определяется согласно формулы:
Q і = 0,28 G і с (t вн – t н Б) k, (2)
где k – коэф-ент, учитывающий встредчный тепловой поток, для раздельно-переплетных балконных дверей и окон принимается 0,8, для одинарных и парно-переплетных окон – 1,0;
G і – расход воздуха, проникающего (инфильтрируещегося) через защитные сооружения (ограждающие конструкции), кг/ч.

Для балконных дверей и окон значение G і определяется: G і = 0,216 Σ F Δ Р і 0,67 / R и, кг/ч
где Δ Р і – разница давлений воздуха на внутренней Р вн и наружной Р н поверхностях дверей или окон, Па;
Σ F, м 2 – расчетные площади всех ограждений здания;
R и, м 2 · ч/кг – сопротивление воздухопроницанию даного ограждения, которое может приниматься согласно приложения 3 СНиП. В панельных зданиях, кроме этого определяется дополнительный расход воздуха, инфильтрующегося через неплотности стыков панелей.
Величина Δ Р і определяется из уравнения, Па:
Δ Р і = (H–h і) (γ н –γ вн) + 0,5ρ н V 2 (с е,n –с е,р) k 1 –р іnt ,
где H, м – высота здания от нулевого уровня до устья вентшахты (в бесчердачных зданиях устье обычно располагается на 1 м выше крыши, а в зданиях, имеющих чердак - на 4–5м выше перекрытия чердака);
h і, м – высота от нулевого уровня до верха балконных дверей или окон, для которых проводится расчет расхода воздуха;
γ н, γ вн – веса удельные наружного и внутреннего воздуха;
с е,р u с е,n – аэродинамические коэф-ты для подветренной и наветренной поверхностей здания соответственно. Для прямоугольных зданий с е,р = –0,6, с е,n = 0,8;

V, м/с – скорость ветра, которую для расчета принимают согласно приложения 2;
k 1 – коэффициент, который учитывает зависимость скоростного напора ветра и высоты здания;
р іnt , Па – условно-постоянное давление воздуха, которое возникает при работе вентиляции с принудительным побуждением, при расчете жилых зданий р іnt можно не учитывать, поскольку оно равно нолю.

Для ограждений высотой до 5,0м коэффициент k 1 равен 0,5, высотой до 10 м равен 0,65, при высоте до 20 м – 0,85, а для ограждений 20 м и выше принимается 1,1.
Общие расчетные теплопотери в помещении, Вт:
Q расч =ΣQ огр +Q uнф –Q быт ,
где Σ Q огр – суммарные потери тепла через все защитные ограждения помещения;
Q инф – максимальный расход теплоты на нагревание воздуха, который инфильтрируется принятый из расчетов согласно формул (2) u (1);
Q быт – все тепловыделения от бытовых электрических приборов, освещения, других возможных источников тепла, которые принимаются для кухонь и жилых помещений в размере 21 Вт на 1 м 2 расчетной площади.
Расчет теплопотерь помещения можно считать завешенным. Результаты всех расчетов заносятся в соответствующую таблицу.

Таблица 1. Коэффициенты тепловосприятия α в и теплоотдачи α н
Повер хность ограж дающей конст рукции	α в, Вт/ м 2 · о С	α н, Вт/ м 2 · о С
Повер хность внут ренняя полов, стен, гладких потол ков
Повер хность наруж ная стен, бес чердач ных пере крытий
Пере крытия чердач ные и пере крытия над подва лами не отапли ваемыми со свето выми про емами
Пере крытия над подва лами не отапли ваемыми без свето вых про емов

Таблица 2. Сопротивление термическое замкнутых воздушных прослоек R в.n , м 2 · о С/Вт
Тол щи на про слой ки воз душ ной, мм	Гори зонтальная и верти кальная про слойки при тепловом потоке снизу вверх	Прослойка гори зонтальная при тепловом потоке сверху вниз
	При температуре в пространстве воздушной прослойки

Таблица 3. Добавочные теплопотери
Ограж дение, его тип		Доба вочные тепло потери β
Окна, двери и наруж ные верти кальные стены:	ориен тация на северо-запад восток, север и северо-восток
Окна, двери и наруж ные верти кальные стены:	запад и юго-восток
Наруж ные двери, двери с тамбу рами 0,2 Н без воздуш ной завесы при высоте строения Н, м	двери тройные с двумя тамбу рами
	двери двойные с тамбуром
Угловые помеще ния дополни тельно для окон, дверей и стен	одно из ограж дений ориенти ровано на восток, север северо-запад или северо-восток
Угловые помеще ния дополни тельно для окон, дверей и стен	другие случаи

Таблица 4. Величина коэффи-циента n, который учитывает положение ограждения (его наружной повер хности)
Тип ограждения
Перекрытия, имеющие контакт с наружным воздухом и стены наружные
Перекрытие чердачное
Перекрытие над холодным подвалом со стеновыми световыми проемами
То же без проемов

В холодный период, когда температура воздуха в помещении намного больше температуры наружного воздуха, через ограждение здания возникают потоки тепла (теплопотери).

Теплопотери помещений складываются из двух основных составляющих: трансмиссионных теплопотерь и затрат теплоты на нагревание инфильтрующегося через неплотности воздуха.

Трансмиссионные теплопотери – это потери теплоты через наружные ограждения в следствии теплопередачи.

Трансмиссионные теплопотери находятся по формулам:

где - теплопотери, Вт;

Термическое сопротивление ограждения ()/ Вт, определяемое теплотехническим расчетом;

К- коэффициент теплопередачи ограждения Вт / (),

F- площадь поверхности ограждения,

– расчетная температура воздуха в помещении, °С, табл.2

Расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, °С, табл.3

N – поправочный коэффициент к расчетной разности температур;

Добавочные теплопотери, Вт.

Для расчета площадей поверхности F в формулах (1.24) и (1.25.) руководствуются общепринятой методикой определения линейных размеров ограждающей конструкции.

Рис. 2. Обмер ограждений:

а – по вертикали; б – в плане; 1 – пол по грунту; 2- пол по лагам; 3 – пол над подвалом; О – окна; НС – наружная стена; Пл – пол; Пт – потолок.

Принято теплопотери пола, лежащие на земле определять по зонам. Каждой зоне соответствует свое термическое сопротивление.

; 4,3()/ Вт;

Величина теплопотерь через i-ую зону находится по формуле:

где - сопротивление i-ой зоны, ()/ Вт;

– площадь i-ой зоны, (площадь кольцевой полосы шириной 2 м вдоль контура здания). Площадь зоны I в углах здания умножается на 2 .

Рис. 3. Потоки теплоты от полов по грунту и заглубленных стен:

а – через пол; б – через заглубленную стену; в – деление пола на зоны 1,2,3,4; г – деление заглубленной тены и пола на зоны 1,2,3,4.

Теплопотери через полы получают суммированием теплопотерь по зонам

Если полы уложены на лаги или на изолирующий материал (имеют воздушную прослойку) и термическое сопротивление этих дополнительных элементов методика расчета сохраняется (при этом сопротивление каждой зоны увеличивается на величину сопротивления подстилающих слоев.)

Такая же методика применяется для расчета теплопотерь через стены здания, заглубленные в грунт (отапливаемые подвалы).

Разбивка на зоны начинается от поверхности грунта снаружи здания, полы рассматриваются как продолжение стен.

Добавочные теплопотери определяются так:

1. Добавки на ориентацию по сторонам света делаются на все вертикальные ограждения или вертикальные проекции наклонных ограждений так:

С, С-З, С-В, В-10%; З, Ю-В – 5%; Ю, Ю-З – 0%.

2. На врывание холодного воздуха через наружные двери при их кратковременном открывании при высоте здания Н, м:

Двойные двери с тамбурами – 27% от Н;

То же без тамбура – 34% от Н;

Одинарные двери – 22% от Н.

3. Для полов первого этажа над холодными подвалами зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха (пятидневки) минус 40 °С и ниже принимается равной 5%.

Путем суммирования трансмиссионных теплопотерь по всем ограждениям, находим теплопотери всего помещения.

ГЛАВА 3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПОМЕЩЕНИЙ И ТЕПЛОЗАТРАТЫ НА ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЙ

Расчетная мощность систем отопления

Тепловой режим может быть постоянным и переменным.

Постоянный - поддерживается круглосуточно в жилых, производственных с непрерывным режимом работы зданиях, детских и лечебных учреждениях, гостиницах, санаториях.

Переменный - в производственных зданиях с одно- и двухсменной работой, административных, торговых, учебных зданиях, предприятиях обслуживания. В нерабочее время используют имеющуюся систему отопления, или дежурное отопление - пониженная температура.

Тепловой баланс сводят в формуляр (табл. 3.1).

Таблица 3.1. Формуляр (бланк) теплового баланса

Если теплопотери больше тепловыделений, то требуется отопление.

Расчетная тепловая мощность системы отопления :

Q с,о = ∑Q пот - ∑Q пост, (3.1)

Если в производственном здании ∑Q пост >∑Q пот , то устраивается приточной вентиляции.

Теплопотери через ограждающие конструкции

Для определения теплопотери необходимо иметь:

Планы этажей со всеми строительными размерами;

Выкопировку из генплана с обозначением стран света и розы ветров;

Назначение каждого помещения;

Географическое место постройки здания;

Конструкции всех наружных ограждений.

Все помещения на планах обозначают:

Нумеруют слева направо, лестничные клетки обозначают буквами или римскими цифрами независимо от этажа и рассматривают как одно помещение.

Потери теплоты помещениями через ограждающие конструкции , с округлением до 10 Вт:

Q огр = (F/R о)(t в – t н Б)(1 + ∑β)n = kF(t в – t н Б)(1 - ∑β)n, (3.2)

где F , k , R o - расчетная площадь, коэффициент теплопередачи, сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м 2 , Вт/(м 2 · оС), (м 2 · оС)/Вт; t в - расчетная температура воздуха помещения, о С; t н Б - расчетная температура наружного воздуха (Б) или температура воздуха более холодного помещения; п - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (табл. 2.4); β - добавочные потери теплоты в долях от основных потерь.

Теплообмен через ограждения между смежными отапливаемыми помещениями учитывается, если разность температур в них более 3°С.

Площади F , м 2 , ограждений (наружных стен (НС), окон (О), дверей (Д), фонарей (Ф), потолка (Пт), пола (П)) измеряются по планам и разрезам здания (рис. 3.1).

1. Высота стен первого этажа: если пол находится на грунте, - между уровнями полов первого и второго этажей (h 1 ); если пол на лагах - от наружного уровня подготовки пола на лагах до уровня пола второго этажа (h 1 1 ); при неотапливаемом подвале или подполье - от уровня нижней поверхности конструкции пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа (h 1 11 ), а в одноэтажных зданиях с чердачным перекрытием высота измеряется от пола до верха утепляющего слоя перекрытия.

2. Высота стен промежуточного этажа - между уровнями чистых полов данного и вышележащего этажей (h 2 ), а верхнего этажа - от уровня его чистого пола до верха утепляющего слоя чердачного перекрытия (h 3 ) или бесчердачного покрытия.

3. Длина наружных стен в угловых помещениях - от кромки наружного угла до осей внутренних стен (l 1 и l 2 l 3 ).

4. Длина внутренних стен - от внутренних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен (m 1 ) или между осями внутренних стен (т).

5. Площади окон, дверей и фонарей - по наименьшим размерам строительных проемов в свету (а и b ).

6. Площади потолков и полов над подвалами и подпольями в угловых помещениях - от внутренней поверхности наружных стен до осей противоположных стен (m 1 и п ), а в неугловых - между осями внутренних стен (т ) и от внутренней поверхности наружной стены до оси противоположной стены (п ).

Погрешность линейных размеров - ±0,1 м, площади - ±0,1 м 2 .

Рис. 3.1. Схема обмера теплопередающих ограждений

Рис 3.2. Схема к определению потерь теплоты через полы и стены, заглубленные ниже уровня земли

1 - первая зона; 2 – вторая зона; 3 – третья зона; 4 – четвертая зона (последняя).

Потери теплоты через полы определяют по зонам-полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам (рис. 5.2).

Приведенное сопротивление теплопередаче R н.п, м 2 ·К/Вт, зон неутепленных полов на грунте и стен ниже уровня земли, с теплопроводностью λ > 1,2 Вт/(м· о С): для 1-й зоны - 2,1; для 2-й зоны - 4,3; для 3-й зоны - 8,6; для 4-й зоны (оставшейся площади пола) - 14,2.

Формула (3.2) при подсчете потерь теплоты Q пл , Вт, через пол, расположенный на грунте, принимает вид:

Q пл = (F 1 / R 1н.п +F 2 / R 2н.п +F 3 / R 3н.п +F 4 / R 4н.п)(t в – t н Б)(1 + ∑β)n, (3.3)

где F 1 - F 4 - площади 1 - 4 зон-полос, м 2 ; R 1,н.п - R 4,н.п - сопротивление теплопередаче зон пола, м 2 ·К/Вт; n =1.

Сопротивление теплопередаче утепленных полов на грунте и стен ниже уровня земли (λ < 1,2 Вт/(м· оС)) R y .п, м 2 · о С/Вт, определяют также для зон по формуле

R у.п = R н.п +∑(δ у.с. /λ у.с.) ,(3.4)

где R н.п - сопротивление теплопередаче зон неутепленного пола (рис. 3.2), м 2 · о С/Вт; сумма дроби - сумма термических сопротивлений утепляющих слоев, м 2 · о С/Вт; δ у.с - толщина утепляющего слоя, м.

Сопротивление теплопередаче полов на лагах R л, м 2 · о С/Вт:

R л.п = 1,18 (R н.п +∑(δ у.с. /λ у.с.)) ,(3.5)

Утепляющие слои - воздушная прослойка и дощатый пол на лагах.

При подсчете потерь теплоты, участки полов в углах наружных стен (в первой двухметровой зоне) вводится в расчет дважды по направлению стен.

Теплопотери через подземную часть наружных стен и полы отапливаемого подвала подсчитываются так же по зонам шириной 2 м, с отсчетом их от уровня земли (см. рис. 3.2). Тогда полы (при отсчете зон) рассматриваются как продолжение подземной части наружных стен. Сопротивление теплопередаче определяется так же, как и для неутепленных или утепленных полов.

Добавочные теплопотери через ограждения. В (3.2) член (1+∑β) учитывает добавочные теплопотери в долях от основных теплопотерь:

1. На ориентацию по отношению к странам света. β наружных вертикальных и наклонных (вертикальная проекция) стен, окон и дверей.

Рис. 3.3. Добавка к основным теплопотерям в зависимости от ориентации ограждений по отношению к странам света

2. На продуваемость помещений с двумя наружными стенами и более. В типовых проектах через стены, двери и окна, обращенные на все страны света β = 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений и во всех жилых помещениях.

3. На расчетную температуру наружного воздуха. Для необогреваемых полов первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с t н Б минус 40°С и ниже - β = 0,05.

4. На подогрев врывающегося холодного воздуха. Для наружных дверей, без воздушных или воздушно-тепловых завес, при высоте здания Н , м:

- β = 0,2 Н - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;

- β = 0,27 Н - для двойных дверей с тамбуром между ними;

- β = 0,34 Н - для двойных дверей без тамбура;

- β = 0,22 Н - для одинарных дверей.

Для наружных не оборудованных ворот β =3 без тамбура и β = 1 - с тамбуром у ворот. Для летних и запасных наружных дверей и ворот β = 0.

Потери теплоты через ограждающие конструкции помещений вписывают в формуляр (бланк) (табл. 3.2).

Таблица 3.2. Формуляр (бланк) расчета теплопотерь

Площади стен в расчете измеряют с площадью окон, таким образом, площадь окон учитывают дважды, поэтому в графе 10 коэффициент k окон принимают как разность его значений для окон и стен.

Расчета потерь теплоты проводят по помещениям, этажам, зданию.