Calculul puterii unui cazan de încălzire după suprafața casei și luând în considerare pierderile de căldură: formule

Cerere, în comentarii
scrie comentarii, completări.

Casa pierde căldură prin structurile de închidere (pereți, ferestre, acoperiș, fundație), ventilație și canalizare. Principalele pierderi de căldură trec prin structurile închise - 60-90% din toate pierderile de căldură.

Calculul pierderii de căldură la domiciliu este necesar, cel puțin, pentru a alege cazanul potrivit. De asemenea, puteți estima câți bani vor fi cheltuiți pentru încălzire în casa planificată. Iată un exemplu de calcul pentru un cazan pe gaz și unul electric. De asemenea, este posibil, datorită calculelor, să analizăm eficiența financiară a izolației, adică pentru a înțelege dacă costul instalării izolației va răsplăti cu economia de combustibil pe durata de viață a izolației.

Pierderea de căldură prin structuri închise

Voi da un exemplu de calcul pentru pereții exteriori ai unei case cu două etaje.

1) Calculăm rezistența la transferul de căldură al peretelui, împărțind grosimea materialului la coeficientul său de conductivitate termică. De exemplu, dacă peretele este construit din ceramică caldă de 0,5 m grosime cu un coeficient de conductivitate termică de 0,16 W / (m × ° C), atunci împărțim 0,5 la 0,16:
0,5 m / 0,16 W / (m × ° C) = 3,125 m2 × ° C / W

Coeficienții de conductivitate termică a materialelor de construcție pot fi găsiți aici.

2) Calculăm aria totală a pereților exteriori. Iată un exemplu simplificat de casă pătrată:
(10 m lățime x 7 m înălțime x 4 laturi) - (16 ferestre x 2,5 m2) = 280 m2 - 40 m2 = 240 m2

3) Împărțim unitatea la rezistența la transferul de căldură, obținând astfel pierderi de căldură de la un metru pătrat de perete cu un grad de diferență de temperatură.
1 / 3,125 m2 × ° C / W = 0,32 W / m2 × ° C

4) Calculăm pierderea de căldură a pereților. Înmulțim pierderea de căldură de la un metru pătrat al peretelui cu aria pereților și cu diferența de temperatură din interiorul casei și din exterior. De exemplu, dacă interiorul este + 25 ° C, iar exteriorul este –15 ° C, atunci diferența este de 40 ° C.
0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 40 ° C = 3072 W

Acest număr este pierderea de căldură a pereților. Pierderea de căldură se măsoară în wați, adică aceasta este puterea de pierdere a căldurii.

Citește și: Cazane combinate electric-lemn pentru o casă privată

5) În kilowați-oră, este mai convenabil să înțelegem semnificația pierderii de căldură. În 1 oră, energia termică trece prin pereții noștri la o diferență de temperatură de 40 ° C:
3072 L × 1 h = 3,072 kW × h

Energia este consumată în 24 de ore:

3072 W × 24 h = 73,728 kW × h

Este clar că în timpul perioadei de încălzire vremea este diferită, adică diferența de temperatură se schimbă tot timpul. Prin urmare, pentru a calcula pierderea de căldură pentru întreaga perioadă de încălzire, trebuie să multiplicați în pasul 4 cu diferența medie de temperatură pentru toate zilele perioadei de încălzire.
De exemplu, timp de 7 luni din perioada de încălzire, diferența medie de temperatură în cameră și în exterior a fost de 28 de grade, ceea ce înseamnă pierderi de căldură prin pereți în aceste 7 luni în kilowați-oră:

0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 28 ° C × 7 luni × 30 zile × 24 h = 10838016 W × h = 10838 kW × h

Numărul este destul de „tangibil”. De exemplu, dacă încălzirea a fost electrică, atunci puteți calcula câți bani ar fi cheltuiți pentru încălzire înmulțind numărul rezultat cu costul kWh. Puteți calcula câți bani s-au cheltuit pentru încălzirea cu gaz calculând costul de kWh de energie de la un cazan pe gaz. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți costul gazului, căldura de ardere a gazului și eficiența cazanului.

Apropo, în ultimul calcul, în loc de diferența medie de temperatură, numărul de luni și zile (dar nu de ore, părăsim ceasul), a fost posibil să se utilizeze gradul-zi al perioadei de încălzire - GSOP, unele informații despre GSOP sunt aici. Puteți găsi GSOP deja calculat pentru diferite orașe din Rusia și înmulțiți pierderea de căldură de la un metru pătrat cu suprafața zidului, cu aceste GSOP și cu 24 de ore, după ce ați primit pierderi de căldură în kW * h.

În mod similar cu pereții, trebuie să calculați valorile pierderii de căldură pentru ferestre, ușa din față, acoperiș, fundație. Apoi adăugați totul și veți obține valoarea pierderii de căldură prin toate structurile de închidere. Apropo, pentru ferestre nu va fi necesar să se afle grosimea și conductivitatea termică, de obicei există deja o rezistență gata făcută la transferul de căldură al unei unități de sticlă calculată de producător.Pentru podea (în cazul unei fundații de plăci), diferența de temperatură nu va fi prea mare, solul de sub casă nu este la fel de rece ca aerul exterior.

Proprietăți termoizolante ale structurilor de închidere

În funcție de proprietățile de izolare termică ale structurilor de închidere, există două categorii de clădiri în ceea ce privește eficiența energetică:

Clasa C. Diferă în performanțe normale. Această clasă include clădiri vechi și o parte semnificativă a clădirilor noi în construcții joase. O casă tipică de cărămidă sau bușteni va fi clasa C.
Clasa A. Aceste case au un rating de eficiență energetică foarte ridicat. În construcția lor se utilizează materiale termoizolante moderne. Toate structurile de construcție sunt proiectate în așa fel încât să minimizeze pierderile de căldură.

Știind la ce categorie aparține casa, ținând cont de condițiile climatice, puteți începe calculele. Pentru a utiliza programe speciale pentru acest lucru sau pentru a face cu metode „de modă veche” și pentru a conta cu stilou și hârtie, este responsabilitatea proprietarului casei. Coeficientul de transfer termic pentru anvelopa clădirii poate fi calculat folosind metode tabulare.

Știind ce materiale au fost utilizate pentru construcția și izolarea casei, ce geamuri termopan au fost instalate (acum există multe opțiuni de economisire a energiei pe piață), puteți găsi toți indicatorii necesari în tabele speciale.

Pierderea de căldură prin ventilație

Volumul aproximativ de aer disponibil în casă (nu țin cont de volumul pereților și mobilierului interior):

10 m х 10 m х 7 m = 700 m3

Densitatea aerului la o temperatură de + 20 ° C 1,2047 kg / m3. Capacitate termică specifică a aerului 1.005 kJ / (kg × ° C). Masa de aer din casă:

700 m3 × 1,2047 kg / m3 = 843,29 kg

Să presupunem că tot aerul din casă se schimbă de 5 ori pe zi (acesta este un număr aproximativ). Cu o diferență medie între temperaturile interne și externe de 28 ° C pentru întreaga perioadă de încălzire, energia termică va fi consumată în medie pe zi pentru a încălzi aerul rece care intră:

Citește și: Opțiuni de încălzire pentru o casă la țară

5 × 28 ° C × 843,29 kg × 1,005 kJ / (kg × ° C) = 118,650,903 kJ

118,650,903 kJ = 32,96 kWh (1 kWh = 3600 kJ)

Acestea. în timpul sezonului de încălzire, cu o înlocuire a aerului de cinci ori, casa prin ventilație va pierde în medie 32,96 kWh de energie termică pe zi. Pentru 7 luni din perioada de încălzire, pierderile de energie vor fi:

7 x 30 x 32,96 kWh = 6921,6 kWh

Calculul pierderii de căldură a unei case private cu exemple

Pentru ca casa dvs. să nu se dovedească a fi o groapă fără fund pentru costurile de încălzire, vă sugerăm să studiați direcțiile de bază ale cercetării și metodologiei de calcul ale tehnologiei termice.

Fără un calcul preliminar al permeabilității termice și al acumulării de umiditate, întreaga esență a construcției de locuințe se pierde.

Fizica proceselor de inginerie termică

Diferitele domenii ale fizicii au multe în comun în descrierea fenomenelor pe care le studiază. La fel este și în ingineria termică: principiile care descriu sistemele termodinamice rezonează în mod clar cu fundamentele electromagnetismului, hidrodinamicii și mecanicii clasice. În cele din urmă, vorbim despre descrierea aceleiași lumi, deci nu este surprinzător faptul că modelele proceselor fizice sunt caracterizate de unele caracteristici comune în multe domenii de cercetare.

Cele mai bune publicații din canalul Telegram Econet.ru. Abonati-va!

Esența fenomenelor termice este ușor de înțeles. Temperatura unui corp sau gradul de încălzire al acestuia nu este altceva decât o măsură a intensității vibrațiilor particulelor elementare care alcătuiesc acest corp. Evident, atunci când două particule se ciocnesc, cea cu un nivel de energie mai mare va transfera energia către particula cu energia inferioară, dar niciodată invers.

Cu toate acestea, aceasta nu este singura modalitate de schimb de energie; transmisia este posibilă și prin intermediul unor cantități de radiații termice.În acest caz, principiul de bază este neapărat păstrat: o cuantă emisă de un atom mai puțin încălzit nu este capabilă să transfere energia către o particulă elementară mai fierbinte. Pur și simplu se reflectă pe el și fie dispare fără urmă, fie își transferă energia către un alt atom cu mai puțină energie.

Termodinamica este bună, deoarece procesele care au loc în ea sunt absolut vizuale și pot fi interpretate sub masca diferitelor modele. Principalul lucru este să observăm postulate de bază, cum ar fi legea transferului de energie și a echilibrului termodinamic. Deci, dacă ideea dvs. respectă aceste reguli, veți înțelege cu ușurință tehnica calculelor de inginerie termică din interior și din exterior.

Citește și: Sisteme de alimentare submarine

Conceptul de rezistență la transferul de căldură

Capacitatea unui material de a transfera căldură se numește conductivitate termică. În cazul general, este întotdeauna mai mare, cu cât densitatea substanței este mai mare și structura acesteia este mai bună pentru a transmite oscilații cinetice.

Cantitatea invers proporțională cu conductivitatea termică este rezistența termică. Pentru fiecare material, această proprietate capătă valori unice în funcție de structură, formă și o serie de alți factori. De exemplu, eficiența transferului de căldură în grosimea materialelor și în zona de contact a acestora cu alte medii poate diferi, mai ales dacă există cel puțin un strat intermediar minim de materie într-o stare agregată diferită între materiale. Rezistența termică este exprimată cantitativ ca diferență de temperatură împărțită la debitul de căldură:

Rt = (T2 - T1) / P

Unde:

Rt - rezistența termică a secțiunii, K / W;
T2 - temperatura de la începutul secțiunii, K;
T1 este temperatura de la sfârșitul secțiunii, K;
P - flux de căldură, W.

În contextul calculării pierderilor de căldură, rezistența termică joacă un rol decisiv. Orice structură de închidere poate fi reprezentată ca un obstacol plan-paralel în calea fluxului de căldură. Rezistența sa termică totală constă din rezistențele fiecărui strat, în timp ce toate partițiile sunt adăugate la o structură spațială, care este, de fapt, o clădire.

Rt = l / (λ S)

Unde:

Rt - rezistența termică a secțiunii circuitului, K / W;
l este lungimea secțiunii circuitului de căldură, m;
λ - coeficientul de conductivitate termică a materialului, W / (m · K);
S - secțiunea transversală a amplasamentului, m2.

Factori care afectează pierderea de căldură

Procesele termice se corelează bine cu cele electrice: diferența de temperatură acționează în rolul tensiunii, fluxul de căldură poate fi considerat ca puterea curentului, dar pentru rezistență, nici măcar nu trebuie să-ți inventezi propriul termen. De asemenea, conceptul de rezistență minimă, care apare în ingineria încălzirii ca poduri reci, este, de asemenea, pe deplin valid.

Dacă considerăm un material arbitrar în secțiune, este destul de ușor să stabilim calea fluxului de căldură atât la nivel micro, cât și la nivel macro. Ca prim model, vom lua un zid de beton, în care, prin necesitate tehnologică, prin prinderi sunt realizate cu tije de oțel cu secțiune arbitrară. Oțelul conduce căldura oarecum mai bine decât betonul, deci putem distinge trei fluxuri principale de căldură:

prin grosimea betonului
prin tije de oțel
de la bare de oțel la beton

Ultimul model de flux de căldură este cel mai interesant. Deoarece bara de oțel se încălzește mai repede, va exista o diferență de temperatură între cele două materiale mai aproape de exteriorul peretelui. Astfel, oțelul nu numai că „pompează” căldura de la sine, ci crește și conductivitatea termică a maselor adiacente de beton.

În mediile poroase, procesele termice se desfășoară în mod similar. Aproape toate materialele de construcție constau dintr-o rețea ramificată de materie solidă, spațiul dintre care este umplut cu aer.

Astfel, conductorul principal al căldurii este un material solid, dens, dar datorită structurii complexe, calea de-a lungul căreia se propagă căldura se dovedește a fi mai mare decât secțiunea transversală. Astfel, al doilea factor care determină rezistența termică este eterogenitatea fiecărui strat și a anvelopei clădirii ca întreg.

Al treilea factor care afectează conductivitatea termică este acumularea de umiditate în pori. Apa are o rezistență termică de 20-25 de ori mai mică decât cea a aerului, deci dacă umple porii, conductivitatea termică generală a materialului devine chiar mai mare decât dacă nu ar exista deloc porii. Când apa îngheață, situația devine și mai gravă: conductivitatea termică poate crește de până la 80 de ori. Sursa de umiditate este de obicei aerul din cameră și precipitațiile. În consecință, cele trei metode principale de abordare a acestui fenomen sunt hidroizolarea externă a pereților, utilizarea protecției împotriva aburului și calculul acumulării de umiditate, care se efectuează în mod necesar în paralel cu prezicerea pierderilor de căldură.

Scheme de calcul diferențiate

Cel mai simplu mod de a determina cantitatea de pierdere de căldură într-o clădire este de a însuma valorile fluxului de căldură prin structurile care constituie clădirea. Această tehnică ia în considerare pe deplin diferența în structura diferitelor materiale, precum și specificul fluxului de căldură prin ele și în nodurile bontului unui plan la altul. Această abordare dihotomică simplifică mult sarcina, deoarece structurile de închidere diferite pot diferi semnificativ în proiectarea sistemelor de protecție termică. În consecință, într-un studiu separat, este mai ușor să se determine cantitatea de pierderi de căldură, deoarece pentru aceasta sunt furnizate diferite metode de calcul:

Pentru pereți, scurgerile de căldură sunt cantitativ egale cu suprafața totală înmulțită cu raportul dintre diferența de temperatură și rezistența termică. În acest caz, trebuie luată în considerare orientarea pereților către punctele cardinale pentru a ține seama de încălzirea lor în timpul zilei, precum și de ventilația structurilor clădirii.
Pentru etaje, tehnica este aceeași, dar ține cont de prezența unui spațiu mansardat și de modul său de funcționare. De asemenea, temperatura camerei este luată ca o valoare cu 3-5 ° C mai mare, umiditatea calculată este, de asemenea, crescută cu 5-10%.
Pierderea de căldură prin podea este calculată zonal, descriind centurile de-a lungul perimetrului clădirii. Acest lucru se datorează faptului că temperatura solului sub podea este mai ridicată în centrul clădirii în comparație cu partea de fundație.
Fluxul de căldură prin geam este determinat de datele pașaportului ferestrelor, trebuie să luați în considerare și tipul de bont al ferestrelor la pereți și adâncimea pârtiilor.

Q = S (ΔT / Rt)

Unde:

Q - pierdere de căldură, W;
S - suprafața peretelui, m2;
ΔT este diferența dintre temperaturile din interiorul și exteriorul camerei, ° С;
Rt - rezistență la transferul de căldură, m2 ° С / W.

Exemplu de calcul

Înainte de a trece la exemplul demonstrativ, să răspundem la ultima întrebare: cum să calculăm corect rezistența termică integrală a structurilor multistrat complexe? Acest lucru, desigur, se poate face manual, deoarece nu există multe tipuri de baze portante și sisteme de izolație utilizate în construcțiile moderne. Cu toate acestea, este destul de dificil să se ia în considerare prezența finisajelor decorative, a tencuielii interioare și de fațadă, precum și a influenței tuturor tranzitorilor și a altor factori; este mai bine să utilizați calcule automate. Una dintre cele mai bune resurse de rețea pentru astfel de sarcini este smartcalc.ru, care trasează suplimentar o diagramă de schimbare a punctului de rouă în funcție de condițiile climatice.

Citește și: Sistem de încălzire a unui apartament într-un bloc de apartamente

De exemplu, să luăm o clădire arbitrară, după ce am studiat descrierea căreia cititorul va putea judeca setul de date inițiale necesare pentru calcul. Există o casă cu un etaj, de formă dreptunghiulară regulată, cu dimensiuni de 8,5x10 m și înălțimea tavanului de 3,1 m, situată în regiunea Leningrad.

Casa are o podea neizolată la sol cu scânduri pe bușteni cu un spațiu de aer, înălțimea podelei fiind cu 0,15 m mai mare decât marca de amenajare a terenului de pe amplasament. Material de perete - monolit de zgură grosime de 42 cm cu tencuială internă de ciment-var de până la 30 mm grosime și tencuială externă de zgură-ciment de tip „blană” de până la 50 mm grosime. Suprafața totală a geamurilor este de 9,5 m2, o fereastră dublă cu cameră dublă, cu un profil de economisire a căldurii, cu o rezistență termică medie de 0,32 m2 ° C / W este utilizată ca ferestre.

Suprapunerea se face pe grinzi de lemn: fundul este tencuit pe șindrilă, umplut cu zgură de furnal și acoperit cu o șapă de lut deasupra, deasupra tavanului există o mansardă de tip rece. Sarcina de a calcula pierderile de căldură este formarea unui sistem de protecție termică a peretelui.

Podea

Primul pas este de a determina pierderea de căldură prin podea. Deoarece ponderea lor în fluxul total de căldură este cea mai mică și, de asemenea, datorită unui număr mare de variabile (densitatea și tipul de sol, adâncimea de îngheț, masivitatea fundației etc.), calculul pierderilor de căldură se efectuează în funcție de la o metodă simplificată folosind rezistența redusă la transferul de căldură. De-a lungul perimetrului clădirii, începând de la linia de contact cu suprafața solului, sunt descrise patru zone - dungi înconjurătoare de 2 metri lățime.

Pentru fiecare dintre zone, se ia propria valoare a rezistenței reduse la transferul de căldură. În cazul nostru, există trei zone cu o suprafață de 74, 26 și 1 m2. Nu vă lăsați confundați cu suma totală a suprafețelor zonelor, care este mai mare decât suprafața clădirii cu 16 m2, motivul pentru aceasta este recalcularea dublă a benzilor intersectate ale primei zone în colțuri, unde pierderea de căldură este mult mai mare în comparație cu secțiunile de-a lungul pereților. Aplicând valorile rezistenței la transferul de căldură de 2,1, 4,3 și 8,6 m2 ° C / W pentru zonele de la una la trei, determinăm fluxul de căldură prin fiecare zonă: 1,23, 0,21 și respectiv 0,05 kW ...

Pereți

Utilizând datele despre teren, precum și materialele și grosimea straturilor care formează pereții, pe serviciul smartcalc.ru menționat mai sus, trebuie să completați câmpurile corespunzătoare. Conform rezultatelor calculului, rezistența la transferul de căldură se dovedește a fi de 1,13 m2 · ° C / W, iar fluxul de căldură prin perete este de 18,48 W pe metru pătrat. Cu o suprafață totală de perete (cu excepția geamurilor) de 105,2 m2, pierderea totală de căldură prin pereți este de 1,95 kWh. În acest caz, pierderea de căldură prin geamuri se va ridica la 1,05 kW.

Suprapunere și acoperiș

Calculul pierderii de căldură prin podeaua podului poate fi efectuat și în calculatorul online selectând tipul dorit de structuri de închidere. Ca rezultat, rezistența podelei la transferul de căldură este de 0,66 m2 ° C / W, iar pierderea de căldură este de 31,6 W pe metru pătrat, adică 2,7 kW din întreaga zonă a structurii de închidere.

Pierderea totală totală de căldură conform calculelor este de 7,2 kWh. Cu o calitate suficient de scăzută a structurilor de construcție, acest indicator este evident mult mai mic decât cel real. De fapt, un astfel de calcul este idealizat, nu ia în considerare coeficienții speciali, fluxul de aer, componenta de convecție a transferului de căldură, pierderile prin ventilație și ușile de intrare.

De fapt, datorită instalării de calitate slabă a ferestrelor, lipsei de protecție la stâlpul acoperișului către Mauerlat și hidroizolației slabe a pereților de la fundație, pierderile reale de căldură pot fi de 2 sau chiar de 3 ori mai mari decât cele calculate. Cu toate acestea, chiar și studiile de bază privind ingineria termică ajută la determinarea faptului dacă structurile unei case în construcție vor îndeplini standardele sanitare cel puțin în prima aproximare.

În cele din urmă, vom oferi o recomandare importantă: dacă doriți cu adevărat să înțelegeți complet fizica termică a unei anumite clădiri, trebuie să utilizați o înțelegere a principiilor descrise în această recenzie și în literatura specială. De exemplu, cartea de referință a Elenei Malyavina „Pierderea de căldură a unei clădiri” poate fi un ajutor foarte bun în această chestiune, în care specificitatea proceselor de inginerie termică este explicată în detaliu, sunt date linkuri la documentele de reglementare necesare, precum și exemple de calcule și toate informațiile de referință necesare.Publicat de econet.ru

Dacă aveți întrebări cu privire la acest subiect, întrebați aici specialiștii și cititorii proiectului nostru.

Pierderea de căldură prin canalizare

În timpul sezonului de încălzire, apa care intră în casă este destul de rece, de exemplu, are o temperatură medie de + 7 ° C.Încălzirea apei este necesară atunci când locuitorii își spală vasele și fac baie. De asemenea, apa din aerul ambiant din cisterna toaletei este parțial încălzită. Toată căldura primită de apă este spălată pe canal.

Să spunem că o familie dintr-o casă consumă 15 m3 de apă pe lună. Capacitatea termică specifică a apei este de 4.183 kJ / (kg × ° C). Densitatea apei este de 1000 kg / m3. Să spunem că în medie apa care intră în casă este încălzită la + 30 ° C, adică diferență de temperatură 23 ° C.

În consecință, lunar pierderea de căldură prin canalizare va fi:

1000 kg / m3 × 15 m3 × 23 ° C × 4.183 kJ / (kg × ° C) = 1443135 kJ

1443135 kJ = 400,87 kWh

Timp de 7 luni din perioada de încălzire, locuitorii se varsă în canalizare:

7 × 400,87 kWh = 2806,09 kWh