Расчет теплопотерь является важнейшим этапом проектирования систем отопления. Для определения тепловой мощности, покрывающей максимальную нагрузку на систему отопления, необходимо знать теплопотери здания в самую суровую расчетную часть холодного периода года. Для решения вопроса о соответствии уровня теплопотребления системой отопления здания современным требованиям, особенно учитывая проблему энергосбережения, необходимо определить теплопотери здания за весь отопительный период. Теплопотери нельзя рассчитать не зная теплозащитных качеств ограждений, коэффициентов теплообмена на поверхностях.
В настоящее время теплосбережение энергоресурсов приобрело большое значение. Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», сопротивление теплопередаче определяется по одному из двух альтернативных подходов:
предписывающему (нормативные требования предьявляются к отдельным элементам теплозащиты здания: наружным стенам, полам над не отапливаемым пространствами, покрытиям и чердачным перекрытиям, окнам, входным дверям и т.п.)
потребительскому (сопротивление теплопередачи ограждения может быть снижено по отношению к предписывающему уровню при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного).
Помимо того, должны всегда выполняться Санитарно-гигиенические требования. К ним относятся:
- требование, чтобы перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности огрождающих конструкций не превышали допустимых значений. Максимальные допустимые значения перепада для наружной стены 4°С, для покрытия и чердачного перекрытия 3°С и для перекрытия над подвалами и подпольями 2°С.
- требование, чтобы температура на внутренней поверхности ограждения была выше температуры точки росы.
Для Москвы и ее области требуемое теплотехническое сопротивление стены по потребительскому подходу составляет 1,97 °С·м. кв./Вт, а по предписывающему подходу:
для дома постоянного проживания 3,13 °С·м. кв./ Вт,
для административных и других общественных зданий в т.ч. зданий сезонного проживания 2,55 °С·м. кв./ Вт.
Таблица толщин и термических сопротивлений материалов для условий Москвы и ее области.
Наименование материала стены
|
Толщина стены и соответствующее ей термическое сопротивление
|
Необходимая толщина по потребительскому подходу
(R=1,97 °С·м. кв./ Вт)
и по предписывающему подходу
(R=3,13 °С·м. кв./ Вт)
|
Полнотелый сплошной глиняный кирпич (плотность 1600 кг/м. куб)
|
510 мм (кладка в два кирпича), R=0,73 °С·м. кв./Вт
|
1380 мм
2190 мм
|
Керамзитобетон (плотность 1200 кг/м. куб.)
|
300 мм, R=0,58 °С·м. кв./Вт
|
1025 мм
1630 мм
|
Деревянный брус
|
150 мм, R=0,83 °С·м. кв./Вт
|
355 мм
565 мм
|
Деревянный щит с заполнением минеральной ватой 100 мм (толщины внутренней и наружной обшивки из досок по 25 мм)
|
150 мм, R=1,84 °С·м. кв./Вт
|
160 мм
235 мм
|
Таблица требуемых сопротивлений теплопередачи огрождающих конструкций в домах Московской области.
Наружная стена
|
Окно, балконная дверь
|
Покрытие и перекрытия
|
Перекрытие чердачное и перекрытия над неотапливаемыми подвалами
|
Входной двери
|
По предписывающему подходу
|
3,13
|
0,54
|
3,74
|
3,30
|
0,83
|
По потребительскому подходу
|
1,97
|
0,51
|
4,67
|
4,12
|
0,79
|
Из этих таблиц видно, что большинство загородного жилья в Подмосковье не удовлетворяют требованиям по теплосбережению, при этом во многих вновь строящихся зданиях не соблюдается даже потребительский подход.
Поэтому, подбор котла или обогревательных приборов только по указанной в их документации способности обогреть определенную площадь, часто является ОШИБКОЙ!
Ниже мы покажем несложную методику расчета теплопотерь Вашего дома.
Дом теряет тепло через стену, крышу, сильные выбросы тепла идут через окна, в землю тоже уходит тепло, существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию и конечно мостики холода.
Тепловые потери в основном зависят от:
разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),
теплозащитных свойств стен, окон, перекрытий, покрытий (или, как говорят ограждающих конструкций).
мостиков холода в зависимости от конструкции
Ограждающие конструкции препятствуют утечкам тепла, поэтому их теплозащитные свойства оценивают величиной, называемой сопротивлением теплопередачи.
Сопротивление теплопередачи показывает, какое количество тепла уйдет через квадратный метр ограждающей конструкции при заданном перепаде температур. Можно сказать и наоборот, какой перепад температур возникнет при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.
Расчет на теплопотери проводят для самого неблагоприятного периода, которым является самая морозная и ветреная неделя в году.
В строительных справочниках СП 23-101-2004, как правило, указывают λ коэффициент теплопроводности материалов.
Пример дома
Характеристики дома и окружающих условий:
дом одноэтажный с жилой мансардой,
площадь комнаты – 16 кв.м. (5х3,2),
высота потолка – 2,5 м,
крыша – стропила 18 см, обшиты изнутри ГВЛ-Плита 1,2 см, снаружи ОСБ-Плита 1,5 см с мягкой кровлей,
материал и толщина наружных стен – брус толщиной 20 см,
окна – с двойным остеклением,
полы – деревянные утепленные 15 см с бетонной плитой 15 см на грунте,
теплое чердачное помещение,
расчетная наружная температура –30 °С,
требуемая температура в комнате +20 °С.
Рассчитаем площади теплоотдающих поверхностей.
Площадь наружных стен за вычетом окон:
Астен = (4,25+7,75)/2 х 9,44 х 2 + 4,25 х10,75 х 2 - Aокон = 173,98 кв. м.
Площадь окон:
Аокон = 3,51 х 2,25 + 1,25 х 1,38 х 6 + 1,88 х 1,38 х 3 +
0,63 х 1,38 х 2 + 1,25 х 0,5 + 1,01 х 2,26 = 30,68 кв. м.
Площадь пола:
Аплиты = 10,75 х 9,44 = 101,48 кв. м.
Площадь потолка:
Акрыши = 6,25 х 10,75 х 2 = 134,38 кв. м.
Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как через них тепло не уходит – ведь по обе стороны перегородки температура одинакова. Тоже относится и к внутренней двери.
Теплопотери за счет теплопередачи (трансмиссионные теплопотери) Qoгp, Вт, по СНиП 2.04.05-91* рассчитываются через каждое теплотеряющее ограждение (или его часть) отдельно по формуле:
Q =  · A · ΔT · n · (1 + Sb)
ΔT перепад температур наружной и температуры в помещении, °С,
R сопротивления теплопередаче элемента, м² ·°С/Вт,
A площадь теплоотдающей поверхности, м².
n коэффициент ограждения относительно наружного воздуха
b коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери
Для однородной стены :
λ коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С),
δ толщина стенки, м,
R = 1,709 !! Не достаточное значение по СНиП.
Когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто складываются. Например, для многослойной стены (двухслойный брус с утеплителем):
λ коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С),
δ толщина стенки, м,
R = 4,209 !! Выполняет требования СНиП.
Так же расчитывается сопративление теплопередачи крыши (1,2 см ГВЛ-плита, 18 см утеплитель и 1,5 см ОСБ-плита):
λ коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С),
δ толщина стенки, м,
R = 4,845 !! Выполняет требования СНиП.
Расчитываем сопративление теплопередачи пола (2,5 см половая доска, 15 см утеплитель с лагами и 15 см железо-беттоная плита):
λ коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С),
δ толщина стенки, м,
R = 4,227 !! Выполняет требования СНиП.
Теперь вычислим теплопотери каждой из поверхностей:
Q = · A · ΔT · n · (1 + Sb)
Qстен = 173,98 х 50 х 0,237 = 12270 Вт,
Qстен = 173,98 х 50 х 0,237 = 2060 Вт,
Qокон = 30,68 х 50 х 1,35 = 2070 Вт,
Qплиты = 101,48 х 50 х 0,206 х 0,4 = 420 Вт,
Qкрыши = 134,38 х 50 х 0,236 = 1590 Вт.
Суммарные теплопотери дома составят:
Qсуммарные = 16350 Вт.
Qсуммарные = 6140 Вт.
Таким образом, можно сделать вывод, что, изменив конструкцию стены и используя дополнительно 100 мм утеплителя, добиваемся в 2,5 раза экономию расхода энегрии на отопление в отопительный сезон. А 10 кВт соответствуют 1 м³ газа или 1 литру дизельного топлива. Соответственную экономию за отопительный сезон в 90 дней не сложно посчитать, 2160 м³ газа или 2160 литров дизельного топлива.
Следующий важный пункт, который нельзя забывать – это, так называемые, мостики холода: неутепленые стыки, щели в перерубах, не до конца закрытые, возникающие при некачественном монтаже, щели между обсадами и вокруг окон и дверей.
Ниже приведённый график отражает теплопотери в зависимости от ширины зазора.
Для наглядности приведём пример: неутеплённый зазор в 2 мм вокруг входной двери даёт теплопотерю в 300 Вт/ч. Иными словами, за отопительный сезон в 90 дней на компенсацию теплопотерь через этот зазор необходимо дополнительно сжечь 65 м³ газа. И это только от одной входной двери.
Ниже приведены характерные примеры и термосъёмки некачественно выполненного монтажа перерубов брусового дома. Что характерно: в основном, монтаж перерубов выполнен качественно, но в отдельных местах щели в перерубах закрыты не до конца, скорее всего эта часть монтажа выполнялась под конец рабочего дня.
 
 
В общем случае расчетные тепловые потери помещения Qрасч, Вт, в общественном или промышленном здании определяются по общей формуле :
Qрасч = Qогр + Qвент .
Для помещений, оснащенных только системами вытяжной вентиляции, с притоком через форточки или специальные приточные устройства (как, например, в большинстве жилых зданий), на систему отопления возлагается нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха. Расход теплоты на нагревание вентиляционного воздуха Qвент, Вт, определяется по формуле
Qвент = 0,28VkΔT
V расчетный расход вентиляционного воздуха, м³/ч,
k коэффициент вентиляционного оборудования, Вт/С,
Наибольшим КПД обладает роторный рекуператор — до 85%. Ввиду этого, системы приточно-вытяжной вентиляции с роторными рекуператорами являются наиболее экономичными. КПД пластинчатого рекуператора существенно ниже — около 60%, а батарейного — около 50%. Однако следует иметь в виду, что на практике показатели КПД рекуператоров определяются многими факторами, поэтому значение фактического КПД может варьировать в пределах 10—70%. В нашем случае коэффициент вентиляционного оборудования примем за 35%.
Qвент = 0,28 х 190 х 50 х 1/0,35 = 7 600 Вт/ч
Расчета годового теплопотребления системой отопления, нормируемая в СниП 23-02-2003 [1] и МГСН 2.01-99* [12], предполагает вычитание суммы теплопоступлений в здание из сезонных теплопотерь. Это действие отражает возможность регулирования температуры воздуха, снижения подачи теплоты в помещение от системы отопления в целях экономии. В расчете сезонного энегопотребления учитываются теплопоступления от бытовых источников и от солнечной радиации, проникающей через светопрозрачные ограждения. При этом не рассматривается распределение в течение отопительного периода величины теплопотерь и теплопоступлений, хотя известно, что в начале и конце отопительного периода теплопоступления от солнечной радиации значительны, а теплопотери невелики. Всегда ли можно компенсировать теплопоступления путем снижения теплоподачи отопительных приборов? Этот вопрос интересен как с точки зрения способа регулирования температуры в помещении, так и со
стороны правильности оценки годового теплопотребления.
Qбыт Согласно СНиП 23-02-2003 [1], величина удельных бытовых тепловыделений на 1 м² площади жилых помещений qint, Вт/м² ,принимается для жилых зданий:
• предназначенных гражданам с учетом социальной нормы (с расчетной заселенностью квартиры не более 20 м² общей площади на человека), qint = 17 Вт/м²;
• без ограничения социальной нормы (с расчетной заселенностью квартиры не менее 45 м² общей площади на человека) qint = 10 Вт/м²;
• в зависимости от расчетной заселенности квартиры по интерполяции величины qint между 17 и 10 Вт/м²
• Удельные бытовые тепловыделения общественных и административных зданий за отопительный период qint, Вт/м, вычисляются в зависимости от числа людей, находящихся в здании; по расчетному числу (90 Вт на человека); от освещения (по установленной мощности) и оргтехники (10 Вт/м) с учетом рабочих часов в неделю
Qбыт = 152,4 х 10 = 1 520 Вт/ч
Qсол - поток суммарной солнечной радиации, приходящей за отопительный период при действительных условиях облачности на вертикальную поверхность: северной ориентации Q1 = 112 кВт·ч/м², Q1 = 403 МДж/м² ; западной ориентации Q2 = 176 кВт·ч/м² , Q2 = 633 МДж/м²; южной ориентации Q3 = 299 кВт·ч/м², Q3 = 1075 МДж/м²; восточной ориентации Q4= 176 кВт·ч/м², Q4 = 633 МДж/м²; определяется для Москвы.
Qсол = 112 х 2,37 + 176 x 5,18 + 176 x 7,77 + 299 x 13,09 = 6 190 Вт/ч
Расчетная нагрузка на систему отопления Qрасч в таких помещениях уменьшается, т.к. учитывается тепловой поток, регулярно поступающий от электрических приборов, освещения, технологического оборудования, трубопроводов, людей и других источников. Расчетные теплопотери помещений жилого здания, оборудованного только вытяжной вентиляцией, определяются по следующим формулам:
Qрасч = Qогр + Qвент – Qбыт – Qсол;
Итак, делая обобщение всему выше сказанному, хочется подчеркнуть следующее: для нас, домостроителей, было и остаётся важнейшим фактором - удовлетворение потребностей наших заказчиков, предоставление им не просто крыши над головой, а удобного, уютного, надёжного и, что так же немаловажно, доступного жилья. В современных условиях, когда цены на энергоносители постоянно находятся в процессе роста, мы должны предлагать нашим клиентам такие конструкции, такие технологии, которые позволят им и в дальнейшем не просто экономить, а экономить разумно, с наименьшими потерями как для себя, так и для окружающей среды. Надеемся, что наш доклад – это ещё один шаг в этом направлении и вы, как производители, почерпнули для себя много интересной информации.
Примеры использования тепловизоров в оценке теплопотерь зданий.
Пример №1. Неправельного выполнения фасадного утепления.
Пример №2. Хорошее выполнение утепления крыши и ужасное выполнение фасадного утепления.
Литература
1. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой России.
- М.: ФГУП ЦПП, 2004.
2. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1999.
3. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология / Госстрой
России. - М.: ГУП ЦПП, 2003.
4. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. Физические факторы производственной среды / Госкомсанэпиднадзор России. - М., 1996.
5. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой России, 2004.
6. Малявина Е.Г., Бирюков С.В. Учет теплопоступлений в помещения при расчете годового энергопотребления здания // Стройпрофиль. - 2005. - №2/1. - С. 38-40.
7. Малявина Е.Г. Теплопотери здания, Справочное пособие / «АВОК-ПРЕСС»
2007
8. Ливчак В.И. Положения по изменению в расчете Энергетического паспорта жилых и общественных зданий в связи с выходом СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Информационный бюллетень Мосгосэкспертизы. - 2004. - №1(8).
9. АВОК Стандарт-1-2004. Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2004.
10. СТО 17532043-001-2005 РНТО строителей. Нормы теплотехнического проектирования ограждающих конструкций и оценки эффективности зданий. - М.: РНТО строителей, 2006. |
