Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции excel

Расчет теплопотерь

Расшифровка расчетов по формулам с примерами расчета. Будет видео и расчет в Excel.

В этой статье я в деталях расскажу, как сделать расчет теплопотерь дома для жилого здания по государственным стандартам в России. Учтите, что здание должно быть утеплено согласно СП 50.13330.2012 (бывший СНиП 23-02-2003 ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ).

Найдем максимальные теплопотери здания для того, чтобы подобрать котел необходимой мощности.

Найдем теплопотери отдельного помещения.

Рассмотрим для примера место проживания: Свердловская область, город Екатеринбург.

Теплопотери дома:

1. Ограждения: Стены, пол, крыша, окна.
2. Вентиляция = инфильтрация.
3. Другие тепловые притоки, которые учитываются в редких случаях: Например, оборудование, которое выделяет тепло, человек выделяет своим телом около 100 Вт в час и другое.

Пример таблицы в Excel: Скачать файл Excel!

Подробнее о видеокурсе: Видеокурс: Расчет теплопотерь дома

Наружная температура воздуха

Расчетную температуру наружного воздуха следует принимать по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01.

Показатель обеспеченности 0,92 означает коэффициент вероятности. То есть указанная температура в СНиП 23-01 рассчитана до 92%, а остальные 8% означают экстремальные температуры, которые не стоит брать в расчет. В природе существуют экстремально низкие температуры воздуха, которые происходят редко(раз в 100 лет), поэтому не следует рассчитывать теплопотери здания на экстремально низкие температуры, это приведет к удорожанию материалов на утепление здания и экономический показатель будет снижен. Попросту деньги, потраченные на утепляющий материал будут долго себя окупать.

Значения в СНиП 23-01 были вычислены наиболее холодные температуры в году, в период с 1925 по 1980 года, и за расчет берется только обеспеченность в 92%. Подробный расчет об этом написан в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания в пункте 1.2.

Поскольку по статистике в России стены массивные (кирпичные, бетонные и тому подобное) они имеют большую тепловую инерцию. В следствии этого, температура в помещении остывает не быстро. И было принято решение, что наиболее холодную температуру правильнее находить среднюю за 5 суток.

Если у Вас легкие стены типа (дерева или просто ваты или пенопласта покрытой жестким ребром дерева), то выбирать нужно расчетную наружную наиболее холодную температуру в сутках. То есть Температуру воздуха наиболее холодных суток.

Температура наиболее холодной пятидневки находится в СНиП 23-01-99 Строительная климатология

Свежие данные по температурам находятся в СП 131.13330.2018

Если Вы хотите найти ваш город на карте и узнать температуру, то воспользуйтесь картой тут: map.teploov.ru

Выбираем из таблицы -35 градусов Цельсия

Температура воздуха в помещении

Температура помещений определяется согласно: ГОСТ 30494-2011, САНПИН 2.1.2.2645-10

В СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» в П 5.1 написано, что выбирать температуру по минимальному значению оптимальной температуры. То есть для расчета жилой комнаты следует принять температуру 20 градусов в холодный период года.

Свежие правила указаны в СП 60.13330.2016

Холодный период года – это время когда среднесуточная температура воздуха на улице +10 и ниже градусов Цельсия.

Теплый период года выше +10 градусов.

Среднесуточная температура воздуха на улице определяется по формуле

Где n – количество снимаемых показаний температуры. Если показания температуры снимать каждый час, то показаний должно быть 24. Если каждые два часа, то показаний должно быть 12. То есть нельзя заходить на следующий час следующих суток, будет искажение результата.

Т1,т2,т3 –конкретное показание температуры в определенный час времени. Т1 в первый час времени. Т2 во второй час времени и т.д.

Вы можете снимать показания каждый час или каждые 2-3 часа. Точность будет выше, если снимать каждый час.

Влажность воздуха. Необходимо для расчета термического сопротивления ограждающих стенок.

Определить зону из трех категорий:

1 – Влажный

2 – Нормальный

3 – Сухой или мокрый

Карта зон влажности:

Карта зон влажности указан в СНиП 23-01-99 Строительная климатология. Вы можете попытаться найти зону влажности визуально, а можете воспользоваться онлайн сервисом, в котором введете ваш город, и он вам скажет зону влажности тут: map.teploov.ru

Например, в городе Екатеринбурге зона 3 – сухая. В Москве 2 — нормальная.

Инфильтрация = Вентиляция воздуха

Вентиляция = инфильтрация. Теплопотери на вентиляцию одно и тоже, что теплопотери на инфильтрацию. Кто-то выражается термином инфильтрация, а кто-то просто называет вентиляцией. Два разных термина характеризуют количество поступаемого воздуха в помещение, но отличие между инфильтрацией и вентиляцией следующее:

Инфильтрация — это процесс проникновения воздуха в помещение через наружное ограждение. То есть наружный воздух с улицы, проникающий через окна и двери или другие щели в стенах.

Вентиляция – это специально организованная система для проникновения воздуха в помещение. Вентиляция может быть естественной или механической(с помощью вентиляторов).

Инфильтрация это по СНиП — процесс проникновения воздуха в помещение, а обратное явление называют эксфильтрацией.

Для расчета вентиляции необходимо знать, сколько воздуха будет поступать в помещение. Для каждого типа помещения необходимо найти расход воздуха поступаемого в помещение.

Вентиляция для жилых зданий (Жилые коттеджи и многоквартирные дома)

В СП 54.13330.2016 (бывший СНиП 31-01-2003 ЗДАНИЯ ЖИЛЫЕ МНОГОКВАРТИРНЫЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ) на стр.33 в пункте 9.2 написано:

Расчетные параметры воздуха в помещениях многоквартирного здания следует принимать по СП 60.13330 (бывший СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) и с учетом ГОСТ 30494. Кратность воздухообмена в помещениях в режиме обслуживания следует принимать в соответствии с таблицей 9.1.

Расход воздуха в многоквартирных домах. Таблица.

Расход воздуха для жилых одноквартирных зданий (для частных домов) указан в СП 55.13330.2016 (бывший СНиП 31-02-2001 «ЗДАНИЯ ЖИЛЫЕ ОДНОКВАРТИРНЫЕ»)

Расчет вентиляции для других типов помещений вы найдете в специальных документах:

СНиП 31-02-2001 «ЗДАНИЯ ЖИЛЫЕ ОДНОКВАРТИРНЫЕ» Свежая версия СП 55.13330.2016

СНиП 31-06-2009 «Общественные здания и сооружения»; Cвежая версия СП 118.13330.2012*

СНиП 31-01-2003 «Здания жилые многоквартирные»; Cвежая версия СП 54.13330.2016

СНиП 31-03-2001 «Производственные здания»; Свежая версия СП 56.13330.2011

СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Свежая версия СП 60.13330.2016

Количество инфильтрующегося воздуха может быть указано в точных значениях расхода воздуха в м³/час или кратности воздухообмена (ч^-1).

Кратность (ч^-1) – это единица количество объема помещения. То есть если кратность равна 1,0 то объем протекающего воздуха будет равным объему помещения. Объем помещения будет равен площади помноженное на высоту помещения(от пола до потолка). Например, если площадь пола равна 10 кв.м, а высота от пола до потолка 2,5 метра, то объем помещения будет равен: 10 х 2,5 = 25 м3. Расход воздуха будет равен 25м3/час. Если кратность равна 0,5 то расход будет равен: 25 м3 х 0,5 = 12,5 м3/час.

Для спальной комнаты кратность будет равна единице, тогда расход воздуха в этой комнате будет равен объему помещения. То есть комната размерами 10м2 х 2,5(высота) = 25 м3/час.

Для кабинета кратность будет равна 0,5, тогда расход воздуха в этой комнате будет равен объему помещения помноженный на 0,5. То есть кабинет размерами (5м х 4м) х 2,5м(высота) х 0,5 = 25 м3/час.

Учтите, что расчетный расход может отличаться от практических расходов из-за воздушного сопротивления воздухопроводов. Бывает, что воздухопровод установлен в ванной, туалете и кухне. То есть воздух прибывает в помещение через окна, форточки и другие специальные приточки, а уходит через вентиляционные воздухопроводы кухонь и ванных комнат.

Теплопотери на инфильтрацию рассчитываются, если этот воздух поступает в помещение не нагретый какими либо приборами. То есть воздух поступаемый с улицы.

В СП 60.13330.2016 в приложение И в таблице И.1 Указаны минимальные значения расхода воздуха:

Приточный воздух может поступать из жилых помещений

Это значит, что воздух, зашедший через окно в жилую комнату, потом перетекает в кухню и там уходит в вентиляционный канал.

То есть для расчета общего расхода всей квартиры или дома нужно учесть то, что один и тот же воздух может быть использован повторно для ванной комнаты. Между суммами расходов притока и вытяжки выбираем наибольшее значение расхода для расчета тепловых потерь на инфильтрацию. То есть для расчета тепловых потерь на нагрев воздуха выбираем наибольшее значение из сумм расходов притока или вытяжки.

Расход воздуха в помещениях общественных зданий. Таблица

Расчет расхода воздуха в помещениях

В СП 60.13330.2016 в приложение Ж указаны формулы расчета воздуха для расчета по нормам из таблицы:

Формула расчета расхода теплоты на инфильтрацию указана в СНиП 2.04.05-91* ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ, приложение 10. Измененный СНиП 41-01-2003. И свежая версия СП 60.13330.2016

Имхо… Считаю коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях для окон относится к старым деревянным двухрамочным окнам, где расстояние между стеклами 10-20 см. Соответственно воздух попадая через форточку перемешивается с воздухом находящимся между стеклами. Получается некая рекуперация. Воздух приходящий с улицы нагревается тепловым притоком с помещения. По поводу стен, имеется ввиду, что стены якобы тоже пропускают воздух, и воздух проходя сквозь толщу стены успевает нагреваться на определенное значение. Поэтому воздух поступает в помещение немного нагретый на величину коэффициента 0,7 – 1,0 вызванный встречным тепловым потоком. Тепловой поток, это не только воздух, но и поток вызванный теплопроводностью стенок, а также поток вызванный тепловыми лучами.

Имхо… По моему мнению этот коэффициент учета влияния встречного теплового потока должен быть равным единице или его вообще исключить из расчета. Потому что на сегодняшний день стены имеют хорошую пароизоляцию. И окна тоже не обладают процессами перемешивания воздуха. Разве что воздух, поднимаясь вверх от стенок стекла, успел нагреться на незначительное значение.

Для расчета поступаемого воздуха в помещение можно использовать два способа:

1. Точное указание поступаемого воздуха в помещение.
2. Расчет воздуха через окна и двери из-за разности давлений наружного и внутреннего воздуха.


Первый способ будет наиболее простой и точнее второго, если в помещении проживают или работают люди, которые контролируют поступление воздуха через окна и форточки. То есть если будет холодно в помещении, то люди закроют окно ровно на столько, насколько это комфортно. И поэтому такой расчет будет более точным.

Второй способ будет учитывать разность давления наружного и внутреннего воздуха для разной высоты окон. Такой способ расчета будет вести к тому, что чем ниже этаж, тем больше приток воздуха в помещение. Чем больше этажей в здании, тем выше разница расходов воздуха в помещение между первым и последним этажах. На первом этаже расход воздуха будет больше. Также давление наружного и внутреннего воздуха будет зависеть от ветра.

Если у Вас старые деревянные окна и двери, и есть щели в соединениях стекол и дверей, и присутствуют еще щели в проемах окон и дверей то, конечно считать нужно по второму способу. На сегодняшний день появились пластиковые окна, и они настолько герметичны, что о расчете воздуха по второму способу можно забыть. Расчет воздуха имеет очень большую погрешность. Статистику проникания воздуха сложно предугадать из-за разного рода людей находящихся в помещениях. Поэтому лучшим расчетом будет уложиться в нормы потребления по первому способу.

Если вы решили сделать расчет по второму способу, то согласно нормам нужно все равно заложить приток воздуха в помещение согласно нормам. И этот расход должен быть не ниже нормируемого значения. То есть, если расход воздуха по второму способу показал меньше нормируемого значения, то закладываем расход воздуха не ниже нормируемого значения. Поэтому как не крути, а первый способ расчета наиболее актуален на сегодняшний день из-за герметичности пластиковых окон.

Пример расчета инфильтрации при точном подсчете воздуха в помещение.

Дано:

Расход воздуха в помещении 25 м3/час. Температура помещения 20 градусов. Температура на улице -35 градусов.

При расчете инфильтрации не учитывается влажность воздуха, потому что разница будет ничтожно малой. Теплоемкость воздуха принимается равным 1,006 кДж/(кг°С); Единственное, что следует учесть это плотность воздуха для помещения. Расход уличного воздуха в объемах значительно меньше, чем расход воздуха в помещении. То есть один и тот же объем воздуха на улице будет меньше, чем в помещении.

Решение:

плотность воздуха находим по таблице ниже

Ответ: Теплопотери на инфильтрации 471,24 Вт в час.

Как мы теряем тепло обычным воздухом?

Пример расчета инфильтрации. Расчет воздуха через окна и двери из-за разности давлений наружного и внутреннего воздуха.

Подробнее о расчетах описано в СНиП 2.04.05-91* приложение 10.

Также написано в справочном пособии Е. Г. Малявина Глава 6. Воздухопроницание в здание.

Необходимо найти расход поступаемый через окна и двери. Конечно, воздух может поступать в сквозь стены, но это значение настолько ничтожно, что расчет проникновения воздуха через стены не учитывают.

Расход будет зависеть от разности давления наружного и внутреннего воздуха, и поэтому необходимо рассчитать перепад давления через окно и дверь для разных высот. И еще необходимо учесть ветер, который тоже может добавить давление.

Расчет сопротивления через инфильтрацию реализован в программном обеспечении.

Необходимо каждому окну или двери задать сопротивление воздухопроницанию м²⋅ч /кг и перепад давления Па. И алгоритм расчета за вас выполнит расчеты.

Что такое воздухопроницаемость можно найти в СНиП II-3-79* Строительная теплотехника п. 5. СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОЗДУХОПРОНИЦАНИЮ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.

Перед расчетом нужно указать:

В графе как считать поступаемый воздух: Воздухопроницаемость окон и дверей

Рассчитать направление ветра: Не направленный ветер

Средняя скорость ветра: Значение находится для каждого города в СП 131.13330.2018 (бывший СНиП 23-01-99 Строительная климатология).

Подробнее о программе.

Ограждения: Стена, пол, крыша, окно.

Расчет теплопотерь через одну стену

Следует понять, что тепловые потери через стену уходят теплопроводностью воздуха и тепловым излучением. То есть поверхность стены в помещении нагревается воздухом и тепловым излучением других предметов в помещении. Далее тепловая энергия передается теплопроводностью через стену на наружную поверхность стены. И наружная поверхность стены отдает тепловую энергию воздуху и тепловым излучением другим материалам на улице.

Коэффициенты теплоотдачи наружной и внутренней поверхности включают в себя сумму тепловых потерь: Теплопроводность воздуха через конвекцию и тепловое излучение. То есть это полное значение тепловых потерь пограничного слоя наружной поверхности. Эти коэффициенты были найдены опытным путем.

Некоторая информация теплоотдачи поверхности:

Написано в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания стр 58. п.3.4.4.

Чтобы найти теплопроводность λ стены из различных материалов необходимо воспользоваться СНиП II-3-79* Строительная теплотехника, таблица материалов находится в приложении 3.

Для расчета теплопотерь ограждения используют законченную формулу:

Написано в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания стр 88. п.7.1

Также формула указана в СНиП 2.04.05-91* в приложении 9 на стр.54

То есть добавочные коэффициенты учитывающие: Сторону света(юг, север, запад , восток), добавка на угловое помещение, добавка на не обогреваемый пол и другое, смотри ниже раздел: Добавочные теплопотери через ограждения.

Добавочные теплопотери через ограждения β

Теплопотери, рассчитанные по формуле выше без учета добавочных потерь (при β = 0), называются основными. Основные трансмиссионные теплопотери часто оказываются меньше действительных, т.к. в формуле не отображены некоторые факторы. Дополнительные теплопотери учитываются добавками к основным, задаваемыми в долях единицы. Выраженные коэффициентом β добавки подразделяются на несколько видов:

Расчет площади ограждений для расчета теплопотерь

Написано в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания стр 88. п.7.1

Для показа трансмиссионных потерь используют таблицу

Пример таблицы в Excel: Скачать файл Excel!

Пример расчета одной стенки

Дано:

Стенка из железобетона толщиной 200 мм. И площадью 4 кв.м.

t_вн= 20 °С.

t_нар= -35 °С.

L= 200мм.=0,2м.

Решение

Теплопроводность материалов вычисляется по таблице из СНиП II-3-79* Строительная теплотехника.

Полный список материалов находится в СНиП II-3-79* Строительная теплотехника, в приложении 3.

Категория А и Б вычисляется в СНиП 23-02-2003 ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ

Для расчета А и Б необходимо: Вычислить влажность и сверить с таблицей 1 и 2.(см выше)

Вычислить влажность для помещений указано в справочном пособии у Е. Г. Малявина Теплопотери здания, в пункте 2.4.

Расчет А или B для Москвы:

Зона влажности 2 – нормальная

Влажность жилого помещения 55%

По таблице 1 — при температуре 20 градусов, влажностный режим будет нормальный

По таблице 2 — условие эксплуатации Б. И выбираем категории Б для вычисления теплопроводность по таблице из СНиП II-3-79* Строительная теплотехника. (Смотри выше таблицу теплопроводности)

Расчет теплопотерь многослойной стены

Расчет многослойной стены рассчитывается так же как и расчет одной стены, различие в том, что необходимо вычислить сумму термического сопротивления всех слоев стенки.

Пример расчета многослойной стенки

Дано:

Слой1 – Пенополистирол, толщиной 50 мм, теплопроводностью 0.04 Вт/(м• °С)

Слой2 – Кирпич, толщиной 120 мм, теплопроводностью 0.64 Вт/(м• °С)

Слой3 – Штукатурка, толщиной 20 мм, теплопроводностью 0.81 Вт/(м• °С)

Стена площадью 4 кв.м.

Решение

Расчет теплопотерь через воздушную прослойку воздуха

Для расчета воздушной прослойки необходимо добавить термическое сопротивление этой самой замкнутой воздушной прослойки воздуха, как это делается для расчета многослойной стенки. Замкнутая прослойка воздуха означает, что воздух в этом пространстве не перемешивается с каким либо другим воздухом с улицы или помещения. То есть воздух не перемешивается с другими воздушными пространствами.

Данные взяты в СП 50.13330.2012 в таблице Е.1. (бывший СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий)

Тепловой поток, проходящий через воздушную прослойку, складывается из потоков, передаваемых теплопроводностью, конвекцией и излучением. При этом доля потока, передаваемого излучением, самая большая.

Берем из таблицы значение термического сопротивления воздушной прослойки воздуха для определенной толщины воздушной прослойки и используем для расчета многослойной стенки. Воздушная прослойка будет являться еще одним слоем для многослойной стенки. Расчет многослойной стенки смотри выше.

Для вертикальных стен используется столбец: Горизонтально при потоке теплоты снизу вверх или вертикальный.

Для крыши и полов перекрытия используется столбец: Горизонтально при потоке теплоты снизу вверх или вертикальный, только если нижняя стенка теплее, чем верхняя. То есть нижняя стенка теплее, чем верхняя. В таком случае тепловой поток идет снизу вверх.

Если нижняя стенка холоднее чем верхняя, то тепловой поток идет сверху вниз, тогда столбец: Горизонтально при потоке теплоты сверху вниз.

Воздушная прослойка на крыше всегда подразумевает тепловой поток снизу вверх, если конечно вы не защищаетесь от жары сверху.

Если Вы хотите произвести расчет вентилируемой воздушной прослойки воздуха, которая контактирует с наружным воздухом, то используется коэффициент теплоотдачи наружной поверхности 12. Это соответствует пониманию вентилируемого фасада. Подробнее описано в видеокурсе по расчету теплопотерь дома тут: Видеокурс: Расчет теплопотерь дома

Теплопотери через окна

Расчет теплопотерь через окно имеет самые высокие погрешности в расчете из-за того, что термическое сопротивление окон сильно отличаются от материалов и конструкции окна.

Рекомендую ознакомится с пластиковыми окнами по ГОСТ 30674-99 «Блоки оконные из ПВХ профилей», таблица 2, где описаны детали о том, как выбрать термическое сопротивление для расчета теплопотерь через окна.

Значение 4М1-16Аг-К4 расшифровывается как 4мм стекла марки М, далее 16 мм расстояние между стеклами заполненным аргоном и внутреннее стекло толщиной 4 мм с твердым теплоотражающим покрытием.

Подробную расшифровку других марок ищите в ГОСТ 30674-99 «Блоки оконные из ПВХ профилей».

Если известна точная модель окна, то найти термическое сопротивление можно в поисковом сервисе Яндекс. Вводите текст в виде: Модель окна ОП В2 1840-1220, термическое сопротивление. Или вводите текст: Модель окна ОП В2 1840-1220 паспортные данные, характеристики и тому подобное.

Расчет теплопотерь окна не требует прибавлять коэффициент теплоотдачи внутренней и наружной поверхности, как это делается для стен, пола и крыши.

В таблице выше указано термическое сопротивление всего окна с включением рамок. То есть и стеклопакет и рамки уже учтены в площадь всего окна.

Если некогда искать информацию, то можно выбрать минимальные значения:

Дополнительная информация по окнам

В таблице учтено среднее термическое сопротивление всего окна, включая рамы всей конструкции. Поэтому площадь окна берется включая рамы и прочие конструкции. То есть для расчета теплопотерь берется площадь проема окна.

Площадь самих стекол учитывается при расчете теплопоступления через окна, от солнечной радиации в течение отопительного периода. Расчет теплопоступлений исключительно через солнечную радиацию вы найдете в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания на странице 133.

Формула расчета теплопотерь окна

Пример расчета теплопотерь окна

Дано:

t_вн= 20 °С.

t_нар= -35 °С.

Модель окна: 4М1-16Аг-К4

R_окно = 0,54 (м2• °С)/Вт. Взято из таблице выше.

Площадь окна высотой 1840 мм, шириной 1220 мм. 1,84 х 1,22 = 2.24 м2.

A = 2.24 м2.

Решение

Формула расчета теплопотерь двери и ворот

Пример расчета теплопотерь двери

Дано:

t_вн= 20 °С.

t_нар= -35 °С.

R_дверь = 1,5 (м2• °С)/Вт.

Площадь двери высотой 2000 мм, шириной 1000 мм. 2 х 1 = 2 м2.

A = 2 м2.

Решение

Теплопотери через крышу

Теплопотреи через крышу (угловую или горизонтальную) рассчитываются также, как и теплопотери через вертикальные стены, но только в том случае, если указана внутренняя температура в помещении через ограждение крыши (без чердака или другого пространства между помещением и крышей)

Но бывает, что существует не отапливаемое пространство между ограждением крыши и потолком последнего этажа. Или например подвального помещения, которое тоже не отапливается. В таких помещениях температура неизвестна. В таком случае необходимо найти среднюю температуру не отапливаемого пространства. А если в не отапливаемом пространстве происходит вентиляция, то ее тоже следует учитывать.

Расчет не отапливаемых помещений реализован в программном обеспечении.

Методом итерации подбирается температура в не отапливаемом помещении, которая удовлетворяет теплопотерям равным нулю. То есть, каждое ограждение нужно посчитать на выбранную температуру и сумма тепловых потерь всех ограждений включая инфильтрацию должны быть равными нулю. Это реализовано в программном обеспечении.

Добавочный коэффициент на сторону света не учитывается на горизонтальные крыши и на угловые ограждения от вертикала более 60 градусов.

Для расчета ограждений (перекрытия между подвалом и помещением первого этажа) существует коэффициент положения ограждения относительно наружного воздуха, смотри выше.

Теплопотери через стены и пол по грунту

Расчет приведен в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания в пункте 5.3

Для расчета стен и пола по грунту используется простейшая методика, она не является точным расчетом, но применяется как стандарт расчета для России.

Пол и стены под землей делятся на зоны 1,2,3,4. Ширина каждой зоны по 2 метра, кроме 4 зоны . 4 зона может иметь любое значение, так как является последней отдаленной зоной. И для каждой зоны установлено определенное термическое сопротивление. Пол и стена по грунту рассматривается как многослойная стенка, которая имеет в себе слой грунта в глубину на неопределенное значение. То есть, к примеру – это многослойная стенка со слоем грунта, который тоже обладает термическим сопротивлением.

На рисунке выше обозначены зоны. Чаще всего дома строятся с фундаментом и на рисунке б) обозначены зоны по вертикале фундамента.

зона I — RI = 2,1 м2•°С/Вт;

зона II — RII = 4,3 м2•°С/Вт;

зона III — RIII = 8,6 м2•°С/Вт;

зона IV — RIV = 14,2 м2•°С/Вт.

Для не утепленного фундамента и плиты перекрытия(пола) термическое сопротивление не учитывается, если теплопроводность λ >= 1,2 Вт/(м•°С). То есть теплопроводность выше или равно 1,2 Вт/(м•°С).

Для утепленной стены просто к термическому сопротивлению прибавляется термическое сопротивление утепленного слоя. Ниже будет пример расчета.

Для расчета пола по грунту не учитывается коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, потому что сопротивление слоя грунта достаточно велико.

Пример расчета теплопотерь пола и стены по грунту

Дано:

Решение:

Если Вы утеплили фундамент и пол пенополистиролом толщиной 50 мм., то вычисляем термическое сопротивление всех слоев стенки.

Теплопотери через пол по лагам

Расчет приведен в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания в пункте 5.4

В расчете пола через лаги используются три зоны.

Если Вам нужен расчет по лагам, то Вы можете обратиться за помощью в расчете сюда.

Пример расчета утепленных полов на лагах

Утепленные полы на лагах имеют не однородную теплопроводность по всей площади пола. Поэтому для такого расчета необходимо вычислить среднее термическое сопротивление всего пола на лагах. Подробный расчет нахождения среднего термического сопротивления описан в справочном пособии Е. Г. Малявина Теплопотери здания в пункет 5.1.3. Пример определения приведенного термического сопротивления неоднородной конструкции методом сложения проводимостей

Рассмотрим пример расчета термического сопротивления неоднородной конструкции ограждения

Расчет теплопотерь каждого помещения

Для расчета теплопотерь помещения пользуются формулой:

Сумма тепловых потерь Q_огр. складывается из теплопотерь ограждений таких как: стена, пол, потолок, окно, дверь.

Тепловые выделения приборов Q_быт. таких как: холодильник, стиральная машина, плита, чайник, микроволновка, пылесос, телевизор и пр. Эти электроприборы, потребляя электроэнергию, вырабатывают тепло, которое попадает в помещение, и его нагревает. Почти вся потребляемая электроэнергия (более 90%) превращается в тепло. То есть даже пылесос, которому нужна механическая энергия все равно как побочное явление будет вырабатывать тепло. Не исключено, что компьютер, как ЭВМ для электронных вычислений тоже будет вырабатывать тепло. Тепловая энергия почти равна электрической энергии.

В различных инженерных документах Q_быт для жилых помещений с постоянным пребыванием людей находится в диапазоне от 10 до 20 вт. на кв.метр. То есть считают упрощенно по формуле:

В справочных пособиях по проектированию пишут, что 10 Вт/м2 это минимальное значение. В проектных документах по расчету встречал 21 Вт/м2.

Значение W_пом Указано в СП 50.13330.2012 (тепловая защита зданий) в приложении Г.5. на стр. 35.

Рассмотрим реальный расчет целого дома и покажу расчет в Excel

Видео: Расчет теплопотерь дома по СНиП

Подробнее о программе.

Если Вам нужен грамотный расчет, то готов для Вас составить таблицу со всеми формулами расчета по СНиП для жилого здания. Обратиться за расчетом.

---

Расчет теплопотерь
Расчет утеплителя
Из-за чего шумит радиатор? Как избавиться от шума в радиаторах?
Петля Тихельмана не греют средние радиаторы
Гравитационное отопление рабочие схемы
Гравитационное отопление схема однотрубная горизонтальная
Расчет теплопотерь теплицы
Температурный перепад радиатора отопления
9 схем подключения твердотопливного котла для естественной циркуляции

Теплотехнический расчет стены

Опубликовано 24 Июл 2016
Рубрика: Теплотехника | 13 комментариев

Стены зданий, защищают нас от ветра, осадков и часто служат несущими конструкциями для крыши. И все-таки главной функцией стен, как ограждающих конструкций, является защита человека от не комфортных температур (в основном низких) воздуха окружающего пространства.

Теплотехнический расчет стены определяет необходимые толщины слоев примененных материалов, обеспечивающие тепловую изоляцию помещений с точки зрения обеспечения комфортных санитарно-гигиенических условий для нахождения человека в здании и требований законодательства по энергосбережению.

Чем сильнее утеплены стены, тем меньше будущие эксплуатационные затраты на отопление здания, но при этом больше затраты на приобретение материалов при строительстве. До какой степени разумно утеплять ограждающие конструкции зависит от предполагаемого срока эксплуатации здания, целей, преследуемых инвестором строительства, и считается на практике в каждом случае индивидуально.

Санитарно-гигиенические требования определяют минимально допустимые сопротивления теплопередаче сечения стен, способные обеспечить комфорт в помещении. Эти требования следует обязательно выполнить при проектировании и строительстве! Обеспечение требований по энергосбережению позволит вашему проекту не только пройти экспертизу и потребует дополнительных разовых затрат при строительстве, но и обеспечит сокращение дальнейших затрат на отопление при эксплуатации.

Теплотехнический расчет в Excel многослойной стены.

Включаем MS Excel и начинаем рассмотрение примера теплотехнического расчета стены здания, строящегося в регионе — г. Москва.

Перед началом работы скачайте: СП 23-101-2004, СП 131. 13330.2012 и СП 50.13330.2012. Все перечисленные Своды Правил находятся в свободном доступе в Интернете.

В расчетном файле Excel в примечаниях к ячейкам со значениями параметров представлена информация, откуда следует брать эти значения, причем  не только указаны номера документов, но и, зачастую, номера таблиц и даже столбцов.

Задавшись размерами и материалами слоев стены, мы проверим её на соответствие санитарно-гигиеническим нормам и нормам энергосбережения, а также вычислим расчетные температуры на границах слоев.

Исходные данные:

1…7. Ориентируясь на ссылки в примечаниях к ячейкам D4-D10, заполняем первую часть таблицы исходными данными для вашего региона строительства.

8…15. Во вторую часть исходных данных в ячейки D12-D19 вносим параметры слоев наружной стены – толщины и коэффициенты теплопроводности.

Значения коэффициентов теплопроводности материалов вы можете запросить у продавцов, найти по ссылкам в примечаниях к ячейкам D13, D15, D17, D19 или просто поиском в Сети.

В рассматриваемом примере:

первый слой — листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) с плотностью 1050 кг/м³;

второй слой — кирпичная кладка из сплошного глиняного обыкновенного кирпича (1800 кг/м³) на цементно-шлаковом растворе;

третий слой — плиты минераловатные из каменного волокна (25-50 кг/м3);

четвертый слой — полимерцементная штукатурка с сеткой из стекловолокна.

Результаты:

Теплотехнический расчет стены будем выполнять, основываясь на предположении, что примененные в конструкции материалы сохраняют теплотехническую однородность в направлении распространения теплового потока.

Расчет ведется по ниже представленным формулам:

16. ГСОП=(t_вр—t_{н ср})*Z

17. R_0э^тр=0,00035*ГСОП+1,4

Формула применима для теплотехнического расчета стен жилых зданий, детских и лечебно-профилактических учреждений. Для зданий иного назначения коэффициенты «0,00035» и «1,4» в формуле следует выбрать иными согласно Таблице 3 СП 50.13330.2012.

18. R_0с^тр=(t_вр—t_нр)/(Δt_в*α_в)

19. R₀=1/α_в+δ₁/λ₁+δ₂/λ₂+δ₃/λ₃+δ₄/λ₄+1/α_н

Должны выполняться условия: R₀>R_0с^тр и R₀>R_0э^тр.

Если не выполняется первое условие, то ячейка D24 автоматически будет залита красным цветом, сигнализируя пользователю о недопустимости применения выбранной конструкции стены. Если не выполняется  только второе условие, то ячейка D24 окрасится розовым цветом. Когда расчетное сопротивление теплопередачи больше нормативных значений, ячейка D24 окрашена в светло-желтый цвет.

20. t₁=t_вр— (t_вр— t_нр)/R₀*1/α_в

21. t₂=t_вр— (t_вр— t_нр)/R₀*(1/α_в+δ₁/λ₁)

22. t₃=t_вр— (t_вр— t_нр)/R₀*(1/α_в+δ₁/λ₁+δ₂/λ₂)

23. t₄=t_вр— (t_вр— t_нр)/R₀*(1/α_в+δ₁/λ₁+δ₂/λ₂+δ₃/λ₃)

24. t₅=t_вр— (t_вр— t_нр)/R₀*(1/α_в+δ₁/λ₁+δ₂/λ₂+δ₃/λ₃+δ₄/λ₄)

Теплотехнический расчет стены в Excel завершен.

Важное замечание.

Окружающий нас воздух содержит внутри себя воду. Чем выше температура воздуха, тем большее количество влаги он способен удерживать.

При 0˚С и 100% относительной влажности промозглый воздух ноября в наших широтах содержит в одном кубическом метре менее 5 граммов воды. В то же время раскаленный воздух в пустыне Сахара при +40˚С и всего 30% относительной влажности, удивительно, но удерживает внутри себя в 3 раза больше воды — более 15 г/м3.

Остывая и становясь холоднее, воздух не может удерживать внутри себя то количество влаги, что мог в более нагретом состоянии. В результате воздух выбрасывает из себя на прохладные внутренние поверхности стен капли влаги. Чтобы этого не происходило внутри помещений, следует при проектировании сечения стены обеспечить невозможность выпадения росы на внутренних поверхностях стен.

Так как средняя относительная влажность воздуха жилых помещений составляет 50…60%, то точка росы при температуре воздуха +22˚С составляет +11…14˚С. В нашем примере температура внутренней поверхности стены +20,4˚С обеспечивает невозможность образования росы.

Но роса может при достаточной гигроскопичности материалов образовываться внутри слоев стены и, особенно, на границах слоев! Замерзая, вода расширяется и разрушает материалы стен.

В рассмотренном выше примере точка с температурой 0˚С находится внутри слоя утеплителя и достаточно близко к наружной поверхности стены. В этой точке на схеме в начале статьи, отмеченной желтым цветом, температура меняет свое значение с положительного на отрицательное. Получается, что кирпичная кладка никогда в своей жизни не будет находиться под воздействием отрицательных температур. Это будет способствовать обеспечению долговечности стен здания.

Если мы поменяем в примере местами второй и третий слои – утеплим стену изнутри, то получим не одну, а две границы слоев в области отрицательных температур и наполовину промороженную кирпичную кладку. Убедитесь в этом самостоятельно, выполнив теплотехнический расчет стены. Напрашивающиеся выводы очевидны.

Ссылка на скачивание файла: teplotekhnicheskij-raschet-steny (xls 106,0KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

• Чтобы скачать этот файл зарегистрируйтесь и/или войдите на сайт используя форму сверху.
• Регистрация

• Узнайте сколько стоит уникальная работа конкретно по Вашей теме:
• Сколько стоит заказать работу?

По моим наблюдениям, примерно 80% людей, когда строят себе дом, не рассчитывают тепловые потери здания, и потом либо мучаются от нехватки тепла, либо переплачивают за ненужную мощность котла и радиаторов.

Я видел, как человек с запасом купил радиаторы отопления и котёл, и переплатил за это больше 200 000 рублей.

Разумнее сначала всё посчитать, а потом покупать оборудование и делать отопление.

Зачем считать тепловые потери здания

Когда на улице мороз, то в доме становится холодно, верно? Это происходит потому, что тепло уходит на улицу через стены, окна, двери, крышу и полы. Всё это называется ограждающими конструкциями. Они ограждают внутреннее пространство от внешнего.

Допустим, что вам комфортно, когда температура в доме +22°C. Если температура воздуха на улице минус 30, то тепло будет стремиться на улицу.

А вот если на улице плюс 35°C, то тепло будет идти с улицы в здание. Становится жарко и вы включаете кондиционер, чтобы охладить воздух внутри комнаты.

Получается, что чем лучше ваш дом сопротивляется передаче тепла, тем меньше вы будете зимой платить за отопление, а летом за охлаждение.

Теплосопротивление

Если вам нужно взять в руки горячую кастрюлю, какие перчатки вы выберете: тканевые или стёганые ватные рукавицы? Вы выберете те перчатки, которые будут хуже пропускать тепло.

Любой дом построен из каких-то материалов. И чем лучше он сопротивляется передаче тепла, тем меньше нужно тратить энергии на его отопление или охлаждение.

Так как здание строится из разных материалов, то нужно рассчитывать теплосопротивление окон, крыши, пирога стен, дверей и т.д.

Сопротивление теплопередаче отражает теплозащитные свойства ограждающей конструкции и складывается из термических сопротивлений отдельных однородных слоёв конструкции.

Когда мы посчитаем теплосопротивление ограждающих конструкций, можно будет посчитать, какое количество тепла теряет каждая комната и после этого подобрать оборудование, которое будет компенсировать эти тепловые потери.

Факторы, влияющие на теплопотери

Тепло может перемещаться в любую сторону: вверх, вбок и вниз. Мне регулярно встречаются люди, которые уверены, что тепло идёт только вверх.

Но их утверждение я легко опровергаю простым опытом: предлагаю им взять обычную канцелярскую скрепку, разогнуть её и держать её кончик в пальцах вертикально.

Если нагревать другой конец скрепки, то она почти мгновенно вся нагреется и тепло начнёт обжигать пальцы. Как такое может происходить, если тепло идёт вверх?

Так и в доме тепло уходит через пол, стены, окна и крышу.

Инфильтрация

В помещениях находятся люди и они дышат. При расчётах это нужно учитывать. Наверняка вы можете вспомнить случай, когда вы находились в помещении с большим количеством людей и там было душно и жарко.

Почему нужно считать теплопотери

Для меня парадокс, но 90% монтажников отопления не могут посчитать тепловые потери. То есть, эти люди зарабатывают на том, что изготавливают системы, которые компенсируют потери тепла, но при этом не умеют их считать.

В большинстве случаев руководствуются какими-то средними значениями, которые могут не иметь ничего общего с действительностью.

Пример отсутствия расчетов

Давайте приведу пример: в комнату нужно подобрать радиатор отопления. В большинстве случаев тепловые потери считают из расчёта 100 Вт на квадратный метр. У вас 20 метров комната? Значит, вам нужен радиатор отопления, мощностью 2 000 Вт.

Но эта комната может находиться в середине хорошо утеплённого дома и не иметь окон, потери тепла у этой комнаты могут быть всего 200 Вт. Ставя радиатор, мощностью 2 000 Вт заказчик просто переплатит за ненужную ему мощность. В итоге радиатор есть, но он отключён, так как и без него тепло.

Я видел дом, где заказчику поставили 12 радиаторов отопления + сделали водяные теплые полы. Из-за того, что не делали теплотехнический расчет мощность отопительных приборов оказалась избыточная. Работают только теплые полы, а радиаторы вообще никогда не включаются.

Получается, что заказчик купил 12 ненужных ему радиаторов отопления, термоголовки к ним, распределительный коллектор, трубу и фитинги. Еще и монтажникам за эту работу заплатил. По сути, он выкинул 200+ тысяч на ветер.

Недостаток мощности

Либо, наоборот, поставили радиаторы недостаточной мощности, которые физически не могут компенсировать ту тепловую мощность, которую теряет здание. Например, дом плохо утеплён, 2 стены в комнате граничат с улицей. Мощности радиатора может просто не хватать для этой комнаты и в ней всегда будет холодно.

Поэтому монтажники часто говорят, что мощности тёплого пола не хватит для отопления и нужно ещё поставить радиаторы отопления. На самом деле, в большинстве случаев, они просто перестраховываются, плюс зарабатывают дополнительные деньги за установку радиаторов.

Разумно ли утеплять дом

Приведу пример: есть 2 одинаковых жилых дома из газобетона, но один дополнительно утеплён 50 мм пенополистиролом. Утепление 50 мм пенополистиролом стоит 120 000 рублей. У первого общие потери 15 кВт, у второго 6 кВт.

Всё зависит от исходных данных вашего участка. Если у вас есть сетевой газ, то в первом доме человек будет переплачивать за газ по сравнению со вторым, 6 рублей в час. 150 рублей в сутки. 4 500 рублей в месяц или 13 500 рублей в год.

Утепление этого здания в среднем окупится за 9 лет.

Отопление электричеством

Если сетевого газа нет и отапливаться будет электричеством, то переплата будет 45 рублей в час или 30 000 рублей в месяц. Очевидно, что при таких условиях утепление окупится за один-два сезона.

Если эти дома будут отапливаться дровами, то первый тоже выгоднее будет утеплить.

Незабываем свой труд учесть. Каждый видит разницу: 2 КАМАЗа дров нарубить, перетаскать и сжечь за сезон или один.

Потери моего дома 6 кВт. Есть сетевой газ. Если я дополнительно потрачу 100 000 рублей на утепление, то это окупиться примерно никогда. Даже если газ станет стоить в 2 раза дороже.

Как сделать расчёт теплопотерь дома

Методов расчёта очень много. Я в разное время считал по-разному: в excel, в онлайн-калькуляторах и специализированных программах.

Общая методика расчета теплопотерь ограждающих конструкций такова: считается теплосопротивление каждого материала, затем всё складывается. Например, у каркасного дома конструкция стены состоит из 16 мм древесной плиты, 150 мм теплоизоляции, 12 мм гипсокартона. Теплосопротивление каждого материала подсчитывается и складывается.

Формула термического сопротивления сложной системы

Общая формула:

где:

— тепловое сопротивление на участке тепловой цепи, K/Вт;
— температура начала участка, K;
— температура конца участка, K;
P — тепловой поток, протекающий через участок цепи, Вт.

Тепловое сопротивление участка цепи постоянного сечения:

где:

— тепловое сопротивление участка цепи, К/Вт;
l — длина участка тепловой цепи, м;
— коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
S — площадь поперечного сечения участка, м².
Термическое сопротивление сложной системы:

R = R1+R2+R3+…+Rn.

Расчёт теплопотерь здания в excel

Когда я только начинал заниматься монтажами систем отопления, то для расчета теплопотерь использовал excel. Сразу скажу, что это долго и неудобно. От безысходности, конечно, можно рассчитать в экселе, но будет много ошибок, которые нужно постоянно искать и устранять.

Онлайн-расчёт теплопотерь дома

Я перепробовал много различных теплотехнических калькуляторов онлайн, но идеального не нашёл. Для укрупненных расчётов ими ещё можно пользоваться. Но, опять же, будет куча погрешностей. В итоге я пришёл к специализированным программам.

Программа для расчёта теплопотерь здания Valtec

Все программы для расчёта тепловых потерь можно разделить на платные и бесплатные. Из бесплатных чаще всего я пользовался программой для теплотехнических и гидравлических расчётов Valtec.

На Ютубе есть куча обучающих вебинаров, которые учат пользоваться этой программой. Вставлю видео первой части обучения по работе с программой для теплотехнических и гидравлических расчетов Valtec.

Думаю, что за неделю, любой человек сможет научиться пользоваться программой Valtec, и у него получится рассчитать теплопотери каждого помещения с большой точностью.

Ещё есть платные программы, но про них, наверное, нет смысла рассказывать. Они нужны тем, кто занимается проектированием.

Стоимость расчёта тепловых потерь

Если не хочется тратить время на обучение и самостоятельные расчёты, то можете заказать расчёт тепловых потерь у меня.

Пример расчёта теплопотерь

Вот пример расчётов теплопотерь для частных домов, которые мы делаем.

Скачать образец проекта отопления

Выводы

Для каждого здания, где собираются делать или реконструировать систему отопления нужно делать теплотехнический расчёт. Он стоит намного дешевле, чем 1-2 купленных радиатора, большего размера, чем нужно. А если представить, что таких радиаторов 10-20, да ещё и купленных по нынешним ценам, то сумма переплаты может быть больше сотни тысячи рублей.