Пример расчета теплопотерь дома

Для выбора СВО необходимо определить количество воздуха для системы, начальную температуру воздуха в воздуховоде для оптимального обогрева помещения. Чтобы узнать эти сведения, нужно рассчитать теплопотери дома, а к основным вычислениям приступать позже.

Любое здание в период холодов теряет тепловую энергию. Максимальное ее количество покидает помещение через стены, крышу, окна, двери и другие ограждающие элементы (далее – ОК), выходящие одной стороной на улицу.

Чтобы обеспечить определенную температуру в доме, нужно вычислить тепловую мощность, которая способна компенсировать тепловые затраты и поддержать в доме желаемую температуру.

Галерея изображений

Фото из

Расчеты для воздушного отопления загородного дома проводятся для грамотного подбора обогревательного агрегата, способного генерировать необходимое количество тепловой энергии

Генератор тепла, в качестве которых в загородных домах в основном используются камины и русские печи, должен покрывать потери тепла дома через строительные конструкции

В системах воздушного отопления подготовку теплоносителя производят все виды котлов. Они сначала нагревают воду или пар, которые в свою очередь передают тепло воздушным потокам

Газовые, водяные и электрические калориферы поставляют нагретый воздух в помещение без использования каналов

При использовании агрегатов, поставляющих нагретую воздушную массу прямо в помещение, их устанавливают в количестве не менее 2 штук на помещение. Чтобы в случае поломки одного устройства, второе могло обеспечить температуру в 5 градусов

При совмещении воздушного отопления с системами вентиляции и кондиционирования необходимо учитывать потери энергии на обогрев подмешиваемой свежей порции воздуха с улицы

В канальных вариантах систем воздушного отопления нагретый воздух движется по трубам, поверхность которых передает тепло в помещение

В канальных воздушных системах функцию приборов отопления выполняет трубопровод. Его площадь учитывают, определяя теплопередачу

Принцип расчета мощности агретата

Газовый агрегат за пределами дома

Энергозависимое газовое устройство

Электрический обогреватель воздуха

Совмещение с другими системами

Канальная схема воздушного отопления

Специфика устройства воздушных контуров

Существует ошибочное мнение, что тепловые потери одинаковы для каждого дома. Одни источники утверждают, что для отопления небольшого дома любой конфигурации достаточно 10 кВт, другие ограничиваются цифрами в 7-8 кВт на кв. метр.

Согласно упрощенной схеме расчетов каждые 10 м2 эксплуатируемой площади в северных регионах и районах средней полосы должны обеспечиваться поставкой 1 кВт тепловой мощности. Эту цифру, индивидуальную для каждого строения, умножают на коэффициент 1,15, тем самым создают запас тепловой мощности на случай непредвиденных потерь.

Однако такие оценки довольно грубые, к тому же в них не учитываются качества, особенности материалов, использующихся при строительстве дома, климатические условия и другие факторы, влияющие на тепловые расходы.

Количество уходящего тепла зависит от площади ограждающего элемента, теплопроводности каждого из его слоев. Наибольшее количество тепловой энергии покидает помещение через стены, пол, крышу, окна

Если в возведении дома использовались современные строительные материалы теплопроводность которых низкая, то и теплопотери конструкции будут меньшими, а значит, тепловая мощность потребуется меньшая.

Если взять тепловое оборудование, генерирующее мощность, превышающую необходимую, то появится избыток тепла, который обычно компенсируют с помощью вентиляции. В этом случае появляются дополнительные финансовые расходы.

Если для СВО подобрано оборудование малой мощности, то в помещении будет ощущаться дефицит тепла, поскольку устройство не сможет генерировать нужно количество энергии, из-за чего потребуется приобретать дополнительные тепловые установки.

Использование пенополиуретана, стекловолокна и других современных утеплителей позволяет добиться максимальной тепловой изоляции помещения

Тепловые затраты здания зависят от:

• строения ограждающий элементов (стен, потолков и др), их толщины;
• площади отапливаемой поверхности;
• ориентированности относительно сторон света;
• минимальной температуры за окном в регионе, городе на протяжении 5 зимних дней;
• продолжительности отопительного сезона;
• процессов инфильтрации, вентиляции;
• бытовых теплопоступлений;
• расхода тепла на бытовые нужды.

Грамотно рассчитать потери тепла невозможно без учета инфильтрации и вентиляции, существенно влияющих на количественную составляющую. Инфильтрация – естественный процесс перемещения воздушных масс, который происходит во время движения людей по помещению, открытия окон для проветривания и других бытовых процессов.

Вентиляция – специально установленная система, через которую происходит подача воздуха, причем воздух может заходить в помещение с меньшей температурой.

Через вентиляцию уходит в 9 раз больше тепла, чем во время естественной инфильтрации

Тепло поступает в помещение не только через систему обогрева, но и через нагревающиеся электроприборы, лампы накаливания, людей. Важно учитывать также расходы тепла на обогрев холодных предметов, принесенных с улицы, одежды.

Предлагаем ознакомиться Типы и виды систем вентиляции помещений

В выражении буквенные символы имеют значение:

• Ln – расход поступающего воздуха, м3/ч;
• pv – плотность воздуха в помещении при заданной температуре, кг/м3;
• tv– температура в доме, °С;
• tn – средняя температура наиболее холодной 5-дневки в регионе, °С;
• c – теплоемкость воздуха, кДж/(кг*°C).

Ln=3 × Spol

В формуле Spol – площадь пола, м2.

pv=353/273 tv

Здесь tv – заданная температура в доме, измеряется в °С.

Теплоемкость с является постоянной физической величиной и равна 1.005 кДж/(кг× °С).

При естественной вентиляции холодный воздух попадает через окна, двери, вытесняя тепло через дымоход

Qi=0.28 × ∑Gh ×c × (tv – tn) × kt

В уравнении:

• Gh – расход воздуха через каждое ограждение, является табличным значением, кг/ч;
• kt – коэффициент влияния теплового воздушного потока, берется из таблицы;
• tv , tn – заданные температуры внутри помещения и снаружи, °С.

При открытии дверей происходят наиболее значительные теплопотери воздуха, поэтому, если вход оборудован воздушно-тепловыми завесами, их также следует учесть.

Тепловая завеса представляет собой удлиненный тепловентилятор, формирующий мощный поток в пределах оконного или дверного проема. Она минимизирует или практически исключает потери тепла и проникновение воздуха с улицы даже при открытой двери или окне

Qot.d=Qdv × j × H

В выражении:

• Qdv – расчетные теплопотери наружных дверей;
• H – высота здания, м;
• j – табличный коэффициент, зависящий от типа дверей и их месторасположения.

Если в доме присутствует организованная вентиляция или инфильтрация, то расчеты производятся по первой формуле.

Поверхность ограждающих элементов конструкции может быть неоднородна – на ней могут встречаться щели, неплотности, через которые проходит воздух. Эти тепловые потери считаются незначительными, но их также возможно определить. Сделать это можно исключительно программными методами, поскольку произвести вычисления некоторых функций без использования приложений невозможно.

Максимально точную картину о реальных потерях тепла дает тепловизионное обследование дома. Этот метод диагностики позволяет выявить скрытые ошибки строительства, прорехи в теплоизоляции, утечки водопроводной системы, снижающие теплотехнические качества здания и другие дефекты

Основная методика расчета СВО

Основной принцип работы любой СВО заключается в передаче тепловой энергии через воздух путем охлаждения теплоносителя. Основные ее элементы – теплогенератор и теплопровод.

Q=Eot ×c × (tv – tn)

Eot=Q/ (c × (tv – tn))

Напомним, что теплоемкость воздуха с=1005 Дж/(кг×К).

По формуле определяют исключительно количество подаваемого воздуха, используемого только для отопления только в рециркуляционных системах (далее – РСВО).

В приточно-рециркуляционных системах часть воздуха берется из улицы, в другая часть – из помещения. Обе части смешиваются и после подогрева до требующейся температуры поставляют в помещение

Если СВО используют в качестве вентиляции, то количество подаваемого воздуха вычисляют следующим образом:

• Если количество воздуха для отопления превышает количество воздуха для вентиляции или равно ему, то берут во внимание количество воздуха для отопления, а систему выбирают прямоточной (далее – ПСВО) или с частичной рециркуляцией (далее – ЧРСВО).
• Если количество воздуха для отопления меньше количества воздуха, необходимого для вентиляции, то принимают во внимание только количество воздуха, необходимого для вентиляции, внедряют ПСВО (иногда – ЧРСВО), а температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле: tr=tv Q/c × Event.

В случае превышения показателем tr допустимых параметров, следует увеличить количество вводимого через вентиляцию воздуха.

Если в помещении есть источники постоянного тепловыделения, то температуру подаваемого воздуха уменьшают.

Включенные электрические приборы генерируют около 1% тепла помещении. Если одно или более устройство будет работать постоянно, их тепловую мощность надо учесть в расчетах

Для отдельно взятого помещения показатель tr может оказаться разным. Технически реализовать идею подачи разной температуры в отдельно взятые помещения возможно, но намного проще подавать во все комнаты воздух одинаковой температуры.

Предлагаем ознакомиться Вентиляция чердака в частном доме своими руками

В этом случае общую температуру tr берут той, которая оказалась наименьшей. Тогда количество подаваемого воздуха вычисляют по формуле, определяющей Eot.

Vot=Eot/pr

Ответ записывается в м3/ч.

Vot=Eot/pv

В формуле для определения Vp и Vot показатели плотности воздуха pr и pv (кг/м3) вычисляются с учетом температуры нагретого воздуха tr и температуры в помещении tv.

Подаваемая температура в помещении tr должна быть выше tv. Это уменьшит количество подаваемого воздуха и позволит сократить габариты каналов систем с естественным движением воздуха или снизить расходы электричества в случае, если используется механическое побуждение для циркуляции нагретой воздушной массы.

Традиционно предельная температура приходящего в помещение воздуха при его подаче на высоте, превышающей отметку 3.5 м, должна составлять 70 °С. Если воздух подается на высоте менее 3.5 м, то его температура обычно приравнивается к 45 °С .

Для жилых помещений высотой 2.5 м допустимый температурный предел 60 °С. При установке температуры выше атмосфера теряет свои свойства и непригодна для вдыхания.

Если воздушно-тепловые завесы располагаются у внешних ворот и проемах, выходящих наружу, то допускается температура входящего воздуха 70 °С , для завес, находящихся в наружных дверях, до 50 °С.

На подаваемую температуры влияют способы подачи воздуха, направление струи (вертикально, по наклону, горизонтально и др.). Если в помещении постоянно находятся люди, то температуру подаваемого воздуха следует уменьшить до 25 °С.

После осуществления предварительных вычислений, можно определять необходимые теплозатраты на нагрев воздуха.

Q1=Eot × (tr – tv) × c

Q2=Event × (tr – tv) × c

Q3=[Eot × (tr – tv) Event × (tr – tv)]× c

Во всех трех выражениях:

• Eot и Event – расход воздуха в кг/с на отопление (Eot) и вентиляцию (Event);
• tn – температура наружного воздуха в °С.

Остальные характеристики переменных прежние.

Erec=Eot – Event

Переменная Eot выражает количество смешанного воздуха, нагретого до температуры tr.

В ПСВО с естественным побуждением есть особенность – количество движущегося воздуха меняется в зависимости от температуры снаружи. Если наружная температура падает, то давление системы возрастает. Это ведет к увеличению поступающего воздуха в дом. Если же температура повышается, то происходит обратный процесс.

Также в СВО, в отличие от систем вентиляции, воздух перемещается с меньшей и меняющейся плотностью по сравнению с плотностью воздуха, окружающего воздуховоды.

Из-за этого явления происходят следующие процессы:

1. Поступая из генератора, воздух, проходя воздуховоды, заметно охлаждается во время передвижения
2. При естественном движении количество поступающего в помещении воздуха с течением отопительного сезона меняется.

Вышеперечисленные процессы не учитываются, если в СВО для циркуляции воздуха используются вентиляторы, также она имеют ограниченную длину и высоту.

Если же система имеет множество разветвлений, достаточно протяженная, а здание большое и высокое, то необходимо сократить процесс охлаждения воздуха в воздуховодах, уменьшить перераспределение воздуха, поступающего под влиянием естественного циркуляционного давления.

При расчете необходимой мощности протяженных и разветвленных систем воздушного отопления требуется учитывать не только естественный процесс охлаждения воздушной массы во время перемещения по воздуховоду, но и воздействие естественного давления воздушной массы при прохождении по каналу

Чтобы контролировать процесс охлаждения воздуха, выполняют тепловой расчет воздуховодов. Для этого необходимо установить начальную температуру воздуха и уточнить его расход с помощью формул.

Qohl=q1 × l

q1=k × S1 × (tsr – tv)=(tsr – tv)/D1

В уравнении D1 – сопротивление теплопередачи от нагретого воздуха со средней температурой tsr через площадь S1 стенок воздуховода длиной 1 м в помещении при температуре tv.

q1l=Eot × c × (tnach – tr)

В формуле:

• Eot – количество воздуха, необходимого для отопления помещения, кг/ч;
• c – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг °С);
• tnac – температура воздуха в начале воздуховода, °С;
• tr – температура выпускаемого в помещение воздуха,°С.

Уравнение теплового баланса позволяет установить начальную температуру воздуха в воздуховоде по заданной конечной температуре и, наоборот, узнать конечную температуру при заданной начальной, а также определить расход воздуха.

tnach=tv ((Q (1 – η) × Qohl)) × (tr – tv)

Здесь η – часть от Qohl, поступающая в помещение, в расчетах берется равной нулю. Характеристики остальных переменных были названы выше.

Eot=(Q (1 – η) × Qohl)/(c × (tsr – tv))

https://www.youtube.com/watch?v=https:wgb8AloHNx0

Все буквенные значения в выражении определялись выше. Перейдем к рассмотрению примера расчета воздушного отопления для конкретного дома.