Как рассчитать теплопотери зданий
Как рассчитать теплопотери зданий
Для грамотного расчета теплоизоляции и подбора мощности отопительных систем необходимо знать о реальных теплопотерях дома. Основные потери тепловой энергии зданий приходятся на стены, крышу, окна и полы. Значительная часть тепла покидает помещения через системы вентиляции.
В основном на теплопотери влияют следующие два фактора:
- разница температур в помещении и на улице, т.е. чем она выше, тем больше телопотери
- теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций (стены, перекрытия, окна).
Ограждающие конструкции препятствуют проникновению тепловой энергии наружу, потому что обладают определенными теплоизоляционными свойствами, которые измеряют величиной, называемой сопротивлением теплопередаче.
Эта величина показывает, каков будет перепад температур при прохождении определенного количества тепла через 1м² ограждающей конструкции или сколько тепла уйдет через 1м² при определенном перепаде температур.
Итак, давайте представим следующие величины:
- q - количество тепла, которое теряет 1м² ограждающей конструкции, измеряемое в ваттах на квадратный метр (Вт/м²);
- ΔT - разница температур снаружи и внутри помещения в градусах Цельсия (°С);
- R - сопротивление теплопередаче (°С/Вт/м² либо °С·м²/Вт).
R = ΔT / q
При расчете R для многослойных конструкций суммируются сопротивления каждого слоя. Т.е. если имеется деревянная стена, обложенная кирпичом снаружи, то ее сопротивление теплопередаче будет равняться сумме сопротивлений кирпичной и деревянной стен плюс воздушной прослойки между ними.
Отметим, что расчет тепловых потерь проводится для самой холодной и ветреной недели в году, т.к. в справочниках по строительству обычно указывается тепловое сопротивление материалов исходя именно из этого условия и климатического района (температуры снаружи), в котором находится здание.
На рисунке показано распределение температуры и тепловые погранслои воздуха при передаче тепла сквозь стену.
Сопротивление теплопередаче материалов при ΔT = 50 °С
(Тснаружи = –30 °С, Твнутри = 20 °С.)
| Материал и толщина стены | Сопротивление теплопередаче (R) м²×°C ⁄ Вт |
| Кирпичная стена толщиной в 3 кирпича (79 см) Кирпичная стена толщиной в 2,5 кирпича (67 см) Кирпичная стена толщиной в 2 кирпича (54 см) Кирпичная стена толщиной в 1 кирпич (25 см) | 0,592 0,502 0,405 0,187 |
| Сруб из бревен диаметром 25 см Сруб из бревен диаметром 20 см | 0,550 0,440 |
| Сруб из бруса толщиной 20 см Сруб из бруса толщиной 10 см | 0,806 0,353 |
| Каркасная стена (доска + минвата + доска) толщиной 20 см | 0,703 |
| Стена из пенобетона толщиной 20 см Стена из пенобетона толщиной 30 см | 0,476 0,709 |
| Штукатурка по бетону, пенобетону, кирпичу толщиной 2-3 см | 0,035 |
| Потолочное (чердачное) перекрытие | 1,43 |
| Деревянный пол | 1,85 |
| Двойная деревянная дверь | 0,21 |
Теплопотери окон различной конструкции при ΔT = 50 °С
(Тcнаружи = -30 °С, Твнутри = 20 °С.)
| Тип окна | RT | q, Вт/м2 | Q, Вт |
| Обычное окно с двойными рамами | 0,37 | 135 | 216 |
| Стеклопакет (толщина стекла 4 мм) 4-16-4 4-Ar16-4 4-16-4К 4-Ar16-4К | 0,32 0,34 0,53 0,59 | 156 147 94 85 | 250 235 151 136 |
| Двухкамерный стеклопакет 4-6-4-6-4 4-Ar6-4-Ar6-4 4-6-4-6-4К 4-Ar6-4-Ar6-4К 4-8-4-8-4 4-Ar8-4-Ar8-4 4-8-4-8-4К 4-Ar8-4-Ar8-4К 4-10-4-10-4 4-Ar10-4-Ar10-4 4-10-4-10-4К 4-Ar10-4-Ar10-4К 4-12-4-12-4 4-Ar12-4-Ar12-4 4-12-4-12-4К 4-Ar12-4-Ar12-4К 4-16-4-16-4 4-Ar16-4-Ar16-4 4-16-4-16-4К 4-Ar16-4-Ar16-4К | 0,42 0,44 0,53 0,60 0,45 0,47 0,55 0,67 0,47 0,49 0,58 0,65 0,49 0,52 0,61 0,68 0,52 0,55 0,65 0,72 | 119 114 94 83 111 106 91 81 106 102 86 77 102 96 82 73 96 91 77 69 | 190 182 151 133 178 170 146 131 170 163 138 123 163 154 131 117 154 146 123 111 |
Примечание
- Четные цифры в условных обозначениях стеклопакетов обозначают воздушный зазор в мм;
- Символ Ar указывает на то, что зазор заполнен аргоном, а не воздухом;
- Литера К означает, что наружное стекло имеет специальное прозрачное теплозащитное покрытие
Современные стеклопакеты, как мы видим из предыдущей таблицы, позволяют уменьшить тепловые потери окон почти в 2 раза. К примеру, для 10 окон размером 1 м х 1,6 м экономия энергии достигнет 1 кВт, что в месяц даст 720 кВт/ч. Теперь для правильного выбора материалов и толщин ограждающих конструкций давайте используем эти сведения на конкретном примере.
При расчете теплопотерь на 1м² используются две величины: перепад температур ΔT и сопротивление теплопередаче R. Допустим, что температура внутри помещения равна 20 °С, а температура снаружи –30 °С. Значит перепад температур ΔT будет 50 °С. Стены толщиной 20 см выполнены из бруса , тогда R будет равным - 0,806 м²×°С/Вт. Теплопотери при этом составят 50 / 0,806 = 62 (Вт/м²).
Как правило, в строительных справочниках для упрощения расчетов тепловых потерь приводятся теплопотери различных видов стен, перекрытий и пр. для некоторых значений температуры воздуха зимой. Например, приводятся разные цифры для угловых помещений, где влияет завихрение воздуха, который отекает здание, и неугловых, а также, принимается в расчет неодинаковая тепловая картина для помещений нижнего и верхнего этажей.
Удельные теплопотери стен зданий на 1 мІ по внутреннему контуру | ||||||
Характеристики | Температура снаружи, | Потери тепла, Вт |
| |||
Первый этаж | Верхний этаж |
| ||||
Угловая | Неугловая | Угловая | Неугловая |
| ||
Стена в 2,5 кирпича (67 см) | -24 | 76 | 75 | 70 | 66 |
|
Стена в 2 кирпича (54 см) | -24 | 91 | 90 | 82 | 79 |
|
Рубленая стена (25 см) | -24 | 61 | 60 | 55 | 52 |
|
Рубленая стена (20 см) | -24 | 76 | 76 | 69 | 66 |
|
Стена из бруса (18 см) | -24 | 76 | 76 | 69 | 66 |
|
Стена из бруса (10 см) | -24 | 87 | 85 | 78 | 76 |
|
Каркасная стена (20 см) | -24 | 62 | 60 | 55 | 54 |
|
Стена из пенобетона (20 см) | -24 | 92 | 89 | 87 | 80 |
|
Примечание
Удельные теплопотери других элементов ограждения зданий
на 1 м2 по внутреннему контуру
в зависимости от средней температуры самой холодной недели в году.
| Характеристика ограждения | Температура снаружи, °С | Потери тепла, кВт |
| Окна с двойным остеклением | -24 -26 -28 -30 | 117 126 131 135 |
| Сплошные двойные деревянные двери | -24 -26 -28 -30 | 204 219 228 234 |
| Чердачные перекрытия | -24 -26 -28 -30 | 30 33 34 35 |
| Деревянные полы над подвалом | -24 -26 -28 -30 | 22 25 26 26 |
Примеры расчета теплопотерь
Пример 1. Расчет теплопотерь угловой комнаты на первом этаже
- размеры и площадь - 5 м х 3,2 м (16 м²)
- высота потолка - 2,75 м
- количество наружных стен - 2
- материал и толщина наружных стен - обшитый гипсокартонном и оклеенный обоями брус толщиной 18 см
- количество окон - 2, с двойным остеклением (высота - 1,6 м, ширина - 1 м)
- полы - деревянные утепленные, снизу подвал
- выше - чердачное перекрытие
- расчетная температура снаружи - -30 °С
- требуемая температура в комнате - +20 °С
- Площадь наружных стен без учет окон (Sстен): (5+3,2)х2,7-2х1х1,6 = 18,94 м².
- Площадь окон (Sокон): 2х1х1,6 = 3,2 м².
- Площадь пола (Sпола): 5х3,2 = 16 м².
- Площадь потолка (Sпотолка): 5х3,2 = 16 м².
Далее вычисляем потери тепла Q каждой из поверхностей:
Qстен = 18,94х89 = 1686 Вт,
Qокон = 3,2х135 = 432 Вт,
Qпола = 16х26 = 416 Вт,
Qпотолка = 16х35 = 560 Вт.
Итого общие тепловые потери комнаты Qсуммарные составят 3094 Вт.
Заметьте, что больше тепла уходит через стены, чем через потолок, полы и окна.
Результат расчета показывает тепловые потери комнаты в наиболее морозные дни года (температура -30 C°). Очевидно, что чем на улице теплее, тем меньше тепла уйдет из комнаты.
Пример 2. Расчет теплопотерь комнаты под крышей
- этаж - верхний,
- площадь - 16 м² (3,8х4,2)
- высота потолка - 2,4 м
- наружные стены:
- два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка, слой минваты толщиной 10 см, вагонка)
- фронтоны (обшитый вагонкой брус толщиной 10 см)
- боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 см)
- окна – 4 с двойным остеклением (по 2 на каждом фронтоне), высотой 1,6 м и шириной 1 м
- расчетная температура снаружи - –30°С,
- требуемая температура в комнате - +20°С.
- Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон: Sторцевых стен = 2х(2,4х3,8-0,9х0,6-2х1,6х0,8) = 12 м².
- Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату: Sскатов.стен = 2х1,0х4,2 = 8,4 м².
- Площадь боковых перегородок: Sбоковых перегородок = 2х1,5х4,2 = 12,6 м².
- Площадь окон: Sокон = 4х1,6х1,0 = 6,4 м².
- Площадь потолка: Sпотолка = 2,6х4,2 = 10,92 м².
Qторцевых стен = 12х89 = 1068 Вт
Qскатов.стен = 8,4х142 = 1193 Вт
Qбоковых перегородок = 12,6х126х0,7 = 1111 Вт
Qокон = 6,4х135 = 864 Вт
Qпотолка = 10,92х35х0,7 = 268 Вт.
В итоге суммарные теплопотери комнаты составляют: Qсуммарные = 4504 Вт.
Итак, мы видим, что теплая комната на первом этаже теряет (либо потребляет) существенно меньше тепла, чем комната под крышей с тонкими стенками и большой площадью остекления. Чтобы сделать такое помещение пригодным для проживания зимой, нужно в первую очередь утеплить стены, боковые перегородки и окна. Любая ограждающая конструкция может быть представлена в виде многослойной стены, у которой каждый слой имеет свое тепловое сопротивление и свое сопротивление прохождению воздуха. Сложив тепловое сопротивление всех слоев, получим тепловое сопротивление всей стены. Также суммируя сопротивление прохождению воздуха всех слоев, мы сможем понять, как дышит стена. Идеальная стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 – 20 см.
