Як зробити розрахунок тепловтрат приватного будинку + формули
Щоб ваш будинок не був бездонною ямою для витрат на опалення, варто вивчити базові напрямки теплових технічних вишукувань і методи розрахунків. Без заздалегідь проведеного розрахунку теплової проникності і накопичення вологи втрачається вся суть будівництва будинків. Пропонуємо розглянути, як зробити розрахунок тепловтрат приватного будинку.
Різні галузі фізики мають багато схожого в описі явищ, якими ними вивчаються. Все те ж і в теплотехніці – принципи, які описують термодинамічні системи, наочно перегукуються з основами електричного магнетизму, класичної механіки і гідродинаміки.
Зрештою, мова піде про опис одного і того ж світу, і тому буде не дивно, що моделі процесів характеризуються певними загальними рисами в більшості областей досліджень.
Загальні відомості
Теплотехнічні процеси та їх Фізика
Суть теплових явищ зрозуміти нескладно. Температура тіла або ступінь нагрівання буде нічим іншим, як міра інтенсивності коливань елементарних частинок, їх яких тіло складається. Зрозуміло, що при зіткненні двох частинок та, у якій вище енергетичний рівень, буде віддавати енергію частинці, у якій енергії менше, але не навпаки. Але це не єдиний шлях обміну енергій, тому що передача можлива за рахунок квантів випромінювання тепла. При цьому основний принцип обов’язково збережеться-квант, випромінений менш прогрітим атомом, не в змозі передавати енергію більш гарячим елементами частинкам. Він просто відбивається від неї і може безслідно пропасти, або ж передати свою енергію другому атому, у якого менше енергії.
Термодинаміка прекрасна тим, що відбуваються в ній процеси повністю наочні, а ще можуть бути інтерпретовані під виглядом різних моделей. Головне, щоб були дотримані основні постулати, наприклад, закон передачі енергії і рівноваги термодинамічного типу. Так що якщо ваше уявлення буде відповідати таким правилам, то ви легко зможете зрозуміти методику теплотехнічних розрахунків від А до Я.
Поняття опору теплової передачі
Здатність тих чи інших матеріалів передавати теплову енергію називається тепловою провідністю. Вона завжди вище, ніж щільність речовини і тим краще структура пристосована для передачі коливань кінетичного типу. Величиною, яка обернено пропорційна теплової провідності, буде опір термічного типу. У всіх матеріалів властивість може приймати унікальні значення в залежності від форми, структури, а ще безліч інших факторів. Наприклад, мова йде про ефективність теплової передачі в товщу матеріалів і в зоні контакту з іншими середовищами здатні відрізнятися, а особливо, якщо між матеріалами є хоча б маленька прошарок речовини в іншому агрегатному стані.
Формула
Термічний опір кількісно виражається в різниці температур, розділеної на потужність потоку тепла:
Rt=(T2-T1)/P
При цьому:
- RT є опір ділянки термічного типу, вимірюється в К/Вт;
- T2 являє собою температуру початку ділянки, вимірюється в К;
- T1 це температура кінця ділянки, теж вимірюється в К;
- P являє собою потік тепла, позначається як Вт.
Якщо говорити про розрахунок опалення приватного будинку, то термічний опір буде грати визначальну роль. Будь-яка конструкція огорожі може бути представлена як перешкода плоскопаралельного типу на шляху потоку тепла. Її загальний опір термічного типу складається з опорів всіх шарів по окремо, і при цьому всі перегородки складаються в конструкції простору, яка є будівлею.
Rt = l / (λ·S)
При цьому у формулі:
- RT-опір ділянки ланцюга термічно, позначається як К / Вт;
- l-довжина ділянки ланцюга тепла, вимірюється в м;
- λ-коефіцієнт теплової провідності матеріалу, вимірюється в Вт / (м * К);
- S-площа поперечного перерізу ділянки, м2.
А тепер перейдемо до розгляду факторів.
Фактори, які впливають на теплові втрати
Процеси теплового типу прекрасно корелюють з електротехнічними – в ролі напруга буде виступати різниця температур, і потік тепла можна розглянути, як струмову силу, а для опору навіть свого терміна придумати не потрібно. Ще повною мірою справедливо і поняття самого меншого опору, яке фігурує в тепловій техніці як мости холоду. Якщо розглянути довільний матеріал в розрізі, вистачить простий установку шляху потоку тепла як на макрорівні, і на мікрорівні. У ролі першої моделі приймемо стіну з бетону, в якій по технологічній необхідності зроблені наскрізні кріплення стрижнями зі сталі з довільним перетином.
Сталь здатна проводити тепло трохи краще бетону, і тому можна виділити 3 основних потоку тепла:
Через бетонну товщу.- Через стрижні стали.
- Від інших стрижнів до бетону.
Модель останнього потоку тепла найцікавіша. Так як сталевий стрижень нагрівається швидше, то ближче до зовнішньої сторони стін спостерігається різниця температур матеріалів. Таким чином, сталь не тільки здатна «перекачувати» тепло назовні сама по собі, вона теж буде збільшувати провідність тепла бетону, який прилягає поруч. У пористому середовищі теплові процеси протікають також. Практично всі будматеріали зроблені з розгалуженої павутини твердої речовини, а ще простір між ними заповнено повітрям. Так, головним провідником тепла буде служити щільний і твердий матеріал, але за рахунок складнощів структури шлях, по якому поширюється тепло, буде більше, ніж поперечний переріз. Так, другий фактор, який визначає термічний опір, це те, що кожен шар неоднорідний і має огороджувальну конструкцію в цілому.
Третій фактор, який впливає на теплову провідність, ми назвемо накопичення вологи всередині пір. Вода володіє термічним опором в 25 разів менше, ніж у повітря, і якщо вона буде наповнювати пори, і в цілому теплова провідність матеріалу стане навіть вище, ніж якби взагалі не було пір. При замерзанні води ситуація стане ще гірше-теплова провідність може збільшитися до 80 разів, а джерелом вологи зазвичай стає повітря всередині кімнати і опади. Отже, три головні способи боротьби з подібним явищем буде зовнішня стінова гідроізоляція, застосування парової захисту і розрахунок накопичення вологи, який обов’язково слід зробити паралельно прогнозуванню втрат тепла.
Диференційовані схеми розрахунків
Найпростішим методом для встановлення розміру втрат тепла будівлі буде повне підсумовування значень теплових потоків через конструкції, якими ця будівля буде обладнаний. Такий метод повністю враховує різницю в структурі різних матеріалів, а ще специфіку потоку тепла крізь них, а ще в вузлах примикання єдиної площини до іншої. Такий підхід до розрахунку теплових втрат будинку сильно спростить завдання, тому що різні конструкцію огороджувального типу можуть істотно відрізнятися в пристрій систем теплового захисту. виходить, що при роздільному дослідженні визначить суму теплових втрат,
тому що для цього передбачені різні методи обчислень:
Далі перейдемо до прикладу з розрахунку.
Приклад розрахунків теплової втрати
Перед тим, як продемонструвати приклад розрахунку, слід відповісти на ще одне питання – Як правильно порахувати інтегральний опір термічного типу складних конструкцій з великим числом шарів? Це можливо зробити вручну, на щастя, в сучасному будівництві застосовується не так багато видів несучих підстав і утеплювальних систем. Але врахувати при цьому наявність декоративного оздоблення, фасадної та інтер’єрної штукатурки, а ще вплив всіх процесів перехідного типу та інших факторів досить складно, і краще використовувати автоматизовані обчислення. Один з кращих ресурсів мережевого типу для подібних завдань буде smаrtсаlс.ru, який додатково складе діаграму зміщення точки роси в залежності від умов клімату.
Наприклад, візьмемо довільне будова. Це буде одноповерховий будинок правильної прямокутної форми з розміром 8 * 10 метрів і висотою стель в 3 метри. У будинку зроблений неутеплений підлогу по грунтовці дошками на лагах з зазорами повітря, а висота підлоги на 0.15 метрів більше позначки планування землі на ділянці. Матеріалів стін буде шлаковий моноліт з товщиною 0.42 метра з внутрішньої вапняно-цементною штукатуркою з товщиною до 3 см і зовнішньої шлаково-цементної штукатурною сумішшю «шуба» з товщиною до 5 див. загальна площа скління складає 9.5 квадратних метрів, і в ролі вікон застосовують двокамерний стєклової пакет в тепловому зберігає профілі з середнім опором термічного типу в 0.32 м2*С/Вт. Перекриття зроблено на дерев’яних балках-знизу буде оштукатурено по Дранці, заповнено шлаком і зверху покрито глиняною стяжкою, над перекриттям – холодне горище. Завдання підрахунку теплових втрат буде формування теплозахисної системи стінових поверхонь.
Стіна
Застосовуючи дані про місцевість, а ще товщину і матеріали шарів, які використані для стін, на згаданому вище сервісі слід заповнить відповідні поля. За результатами розрахунку опір теплової передачі виявляється дорівнює 1.11 м2*С/Вт, а потік тепла через стіни 18 Вт на всіх квадратних метрів. При загальній стіновий майданчики (за вирахуванням скління) в 102 квадратних метра загальні втрати тепла через стіни становить 1.92 кВт/ч.При цьому теплові втрати через вікна складуть 1 кВт.
Покрівля та перекриття
Формула розрахунку тепловтрат будинку через горищне перекриття можна зробити в онлайн-калькуляторі, вибираючи необхідний тип конструкцій огорожі. В результаті опору перекриття теплової передачі становить 0.6 м2 * С / Вт, а теплові втрати становить 31 Вт на квадратний метр, тобто 2.6 кВт з усієї площі конструкції огорожі. Підсумком будуть сумарні втрати тепла за розрахунками 7 кВт*год.При низькій якості конструкцій будівельного типу показник очевидно сильно менше справжнього.
Насправді розрахунок ідеалізований, і в ньому не враховані особливі коефіцієнти, наприклад, продувність, складова теплового обміну конвекційного типу, а ще втрати через вхідні двері і вентиляцію. Справді, через встановлення вікон низької якості, відсутність захисту на примиканні даху до мауерлату і жахливої гідроізоляції стін від фундаменту справжні теплові втрати можуть бути в 2-3 рази більше розрахункових. І все-таки навіть основні теплотехнічні дослідження допоможуть визначитися, чи будуть конструкції будинку відповідати санітарним нормам.