Să presupunem că ați dorit să ridicați singur un cazan, radiatoare și conducte pentru sistemul de încălzire al unei case private. Sarcina numărul 1 - pentru a calcula sarcina termică pentru încălzire, cu alte cuvinte, pentru a determina consumul total de căldură necesar pentru încălzirea clădirii la o temperatură interioară confortabilă. Ne propunem să studiem 3 metode de calcul - diferite în complexitate și precizie a rezultatelor.
Metode de determinare a sarcinii
În primul rând, explicăm sensul termenului. Sarcina termică reprezintă cantitatea totală de căldură consumată de sistemul de încălzire pentru încălzirea spațiilor până la temperatura standard în perioada cea mai rece. Valoarea este calculată în unități de energie - kilowati, kilocalorii (mai rar - kilojoule) și este indicată în formulele cu litera latină Q.
Cunoscând încărcătura de încălzire a unei case private în general și nevoia fiecărei camere în special, nu este dificil să alegeți un cazan, încălzitoare și baterii ale sistemului de apă din punct de vedere al puterii. Cum se calculează acest parametru:
- Dacă înălțimea plafonului nu atinge 3 m, se face un calcul mărit în funcție de suprafața camerelor încălzite.
- Cu o înălțime a plafonului de 3 m sau mai mult, consumul de căldură este considerat de volumul spațiilor.
- Determinarea pierderilor de căldură prin garduri exterioare și costul încălzirii aerului de ventilație conform SNiP.
Notă. În ultimii ani, calculatoarele online aflate pe paginile diferitelor resurse de internet au câștigat popularitate largă. Cu ajutorul lor, determinarea cantității de energie termică este rapidă și nu necesită instrucțiuni suplimentare. Minus - fiabilitatea rezultatelor trebuie verificată, deoarece programele sunt scrise de oameni care nu sunt ingineri de căldură.
Primele două metode de calcul se bazează pe aplicarea caracteristicilor termice specifice în raport cu zona încălzită sau volumul clădirii. Algoritmul este simplu, este utilizat peste tot, dar dă rezultate foarte aproximative și nu ține cont de gradul de izolare a cabanei.
Potrivit SNiP, este mult mai dificil să calculăm consumul de energie termică conform SNiP. Va trebui să colectați o mulțime de date de referință și să lucrați la calcule, dar numerele finale vor reflecta imaginea reală cu o precizie de 95%. Vom încerca să simplificăm metodologia și să facem calculul sarcinii de încălzire cât mai accesibil pentru înțelegere.
De exemplu, un proiect al unei case cu un etaj de 100 mp
Pentru a explica clar toate metodele de determinare a cantității de energie termică, sugerăm să luăm ca exemplu o casă cu un etaj cu o suprafață totală de 100 de pătrate (conform măsurării externe), prezentată în desen. Enumerăm caracteristicile tehnice ale clădirii:
- regiune de construcție - o fâșie de climat temperat (Minsk, Moscova);
- grosimea gardurilor exterioare este de 38 cm, materialul este cărămidă de silicat;
- izolatie exterioara pentru pereti - polistiren cu grosimea de 100 mm, densitate - 25 kg / m³;
- podele - beton pe sol, nu există subsol;
- suprapunere - plăci de beton armat izolate de partea mansardă rece cu polistiren de 10 cm;
- ferestre - metal-plastic standard pe 2 pahare, dimensiune - 1500 x 1570 mm (h);
- ușa din față este metalică 100 x 200 cm, izolată cu spumă de polistiren extrudat la 20 mm din interior.
Cabana are pereți interiori într-o jumătate de cărămidă (12 cm), camera cazanului este situată într-o clădire separată. Zonele camerelor sunt indicate pe desen, înălțimea plafoanelor va fi luată în funcție de metoda de calcul explicată - 2,8 sau 3 m.
Calculăm consumul de căldură pe cuadratură
Pentru o estimare aproximativă a sarcinii de încălzire, se utilizează de obicei cel mai simplu calcul termic: suprafața clădirii este luată în funcție de măsurarea externă și înmulțită cu 100 de wați. În consecință, consumul de căldură al unei căsuțe de 100 m² va fi de 10.000 W sau 10 kW.Rezultatul vă permite să alegeți un cazan cu un factor de siguranță de 1,2-1,3, în acest caz, puterea unității este luată egală cu 12,5 kW.
Vă sugerăm să efectuați calcule mai precise, ținând cont de locația camerelor, numărul de ferestre și regiunea de dezvoltare. Așadar, cu tavane de până la 3 m, se recomandă utilizarea următoarei formule:
Calculul se efectuează separat pentru fiecare cameră, apoi rezultatele sunt însumate și înmulțite cu coeficientul regional. Explicația notării formulei:
- Q este sarcina dorită, W;
- Spom - pătratul camerei, m²;
- q este indicatorul caracteristicii termice specifice aferente zonei camerei, L / m²;
- k - coeficient ținând cont de climatul din zona de reședință.
Pentru trimitere. Dacă o casă privată este situată într-o zonă temperată, coeficientul k este considerat a fi egal cu unul. În regiunile sudice, k = 0,7, în regiunile nordice se folosesc valori de 1,5-2.
Un calcul aproximativ al indicatorului total de cuadratura q = 100 W / m². Această abordare nu ia în considerare locația camerelor și numărul diferit de deschideri de lumină. Coridorul din interiorul cabanei va pierde mult mai puțină căldură decât un dormitor colț cu ferestre din aceeași zonă. Vă propunem să luați valoarea caracteristicii termice specifice q după cum urmează:
- pentru camerele cu un perete și fereastră exterioară (sau ușă) q = 100 W / m²;
- camere de colț cu o deschidere ușoară - 120 W / m²;
- la fel și cu două ferestre - 130 W / m².
Modul de alegere a valorii q este arătat clar pe planul etajului. De exemplu, calculul arată astfel:
Q = (15,75 x 130 + 21 x 120 + 5 x 100 + 7 x 100 + 6 x 100 + 15,75 x 130 + 21 x 120) x 1 = 10935 W ≈ 11 kW.
După cum vedeți, calculele rafinate au dat un rezultat diferit - de fapt, pentru încălzirea unei anumite case, 100 m² vor fi cheltuiți cu 1 kW de energie termică mai mult. Cifra ia în considerare consumul de căldură pentru încălzirea aerului exterior care pătrunde în casă prin deschideri și pereți (infiltrare).
Calcularea sarcinii termice în funcție de volumul camerei
Atunci când distanța dintre podele și tavan atinge 3 m sau mai mult, opțiunea de calcul anterioară nu poate fi utilizată - rezultatul va fi incorect. În astfel de cazuri, încărcătura de încălzire este considerată a fi conform indicatorilor agregati specifici de consum de căldură la 1 m³ din volumul camerei.
Formula și algoritmul de calcul rămân aceleași, doar parametrul zonei S se modifică la volum - V:
În consecință, este luat un alt indicator al consumului specific q, referit la capacitatea cubică a fiecărei camere:
- o cameră din interiorul clădirii sau cu un perete exterior și o fereastră - 35 W / m³;
- camera de colt cu o fereastra - 40 W / m³;
- la fel cu două deschideri de lumină - 45 W / m³.
Notă. Creșterea și scăderea coeficienților regionali k se aplică în formulă fără modificări.
Acum, de exemplu, determinăm sarcina pe încălzirea căsuței noastre, luând înălțimea plafonului egală cu 3 m:
Q = (47,25 x 45 + 63 x 40 + 15 x 35 + 21 x 35 + 18 x 35 + 47,25 x 45 + 63 x 40) x 1 = 11182 W ≈ 11,2 kW.
Se observă că puterea termică necesară a sistemului de încălzire a crescut cu 200 wați față de calculul anterior. Dacă luăm înălțimea camerelor 2,7-2,8 m și calculăm cheltuielile de energie prin capacitate cubică, atunci cifrele vor fi aproximativ aceleași. Adică, metoda este destul de aplicabilă pentru calculul integrat al pierderilor de căldură în încăperi de orice înălțime.
Algoritmul de calcul conform SNiP
Această metodă este cea mai precisă dintre toate. Dacă utilizați instrucțiunile noastre și efectuați corect calculul, puteți fi sigur 100% de rezultat și puteți selecta calm echipamentul de încălzire. Procedura arată astfel:
- Măsurați cvadratura pereților exteriori, a pardoselilor și a tavanelor separat în fiecare cameră. Determinați zona geamurilor și a ușilor din față.
- Calculați pierderea de căldură pe toate gardurile exterioare.
- Aflați consumul de energie termică utilizat pentru încălzirea aerului de ventilație (infiltrare).
- Rezumă rezultatele și obține un indicator real al sarcinii de căldură.
Un punct important. Într-o cabană cu două etaje, plafoanele interioare nu sunt luate în considerare, deoarece acestea nu mărginesc mediul.
Esența calculării pierderilor de căldură este relativ simplă: trebuie să aflați câtă energie pierde fiecare tip de structură a clădirii, deoarece ferestrele, pereții și podelele sunt fabricate din materiale diferite. La determinarea cadraturii pereților exteriori, scade zona deschiderilor vitrate - acestea din urmă permit un flux de căldură mai mare și, prin urmare, sunt considerate separat.
Când măsurați lățimea încăperilor, adăugați jumătate din grosimea partiției interioare și capturați colțul exterior, așa cum se arată în diagrama. Scopul este de a ține cont de cuadratura completă a gardului extern, pierzând căldură pe întreaga suprafață.
Determinăm pierderea de căldură a pereților și acoperișurilor
Formula de calcul al fluxului de căldură care trece printr-o structură de același tip (de exemplu, un perete) este următoarea:
Descifrați notația:
- cantitatea de pierdere de căldură printr-un gard pe care l-am desemnat Qi, W;
- A - pătratul peretelui din aceeași încăpere, m²;
- TV - temperatură confortabilă în interiorul camerei, de obicei +22 ° С;
- tн - temperatura minimă a aerului din stradă care durează cele mai reci 5 zile de iarnă (ia valoarea reală pentru zona ta);
- R este rezistența grosimii gardului exterior la transferul de căldură, m² ° C / W.
Un parametru incert rămâne în lista de mai sus - R. Valoarea acestuia depinde de materialul structurii peretelui și de grosimea gardului. Pentru a calcula rezistența la transferul de căldură, procedați după cum urmează:
- Determinați grosimea părții de susținere a peretelui exterior și, separat, a stratului de izolare. Litera din formulele - δ, este considerată în metri.
- Aflați coeficienții de conductibilitate termică a materialelor structurale λ din tabelele de referință, iar unitatea de măsură este W / (m ºС).
- Înlocuiți valorile găsite în formula una câte una:
- Definiți R pentru fiecare strat de perete separat, adăugați rezultatele, apoi utilizați în prima formulă.
Repetați calculele separat pentru ferestre, pereți și tavane în aceeași cameră, apoi treceți la camera următoare. Pierderile de căldură prin pardoseală sunt considerate separat, așa cum este descris mai jos.
Bacsis. Coeficienții de conductibilitate termică corectă a diferitelor materiale sunt indicate în documentația normativă. Pentru Rusia, acesta este Codul Regulilor SP 50.13330.2012, pentru Ucraina - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Atenţie! În calcule, folosiți valoarea λ prescrisă în coloana "B" pentru condiții de operare.
Exemplu de calcul pentru camera de zi a casei noastre cu un etaj (înălțimea plafonului 3 m):
- Zona pereților exteriori împreună cu ferestrele: (5,04 + 4,04) x 3 = 27,24 m². Pătratul ferestrelor este de 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 m². Suprafață netă de garduri: 27,24 - 4,71 = 22,53 m².
- Conductivitatea termică λ pentru așezarea cărămizii de silicat este de 0,87 W / (m º C), spuma 25 kg / m³ - 0,044 W / (m º C). Grosimea este de 0,38 și respectiv 0,1 m, considerăm rezistența transferului de căldură: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Temperatura exterioară - minus 25 ° С, în camera de zi - plus 22 ° С. Diferența este de 25 + 22 = 47 ° C.
- Determinăm pierderea de căldură prin pereții camerei de zi: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 wați.
În mod similar, este considerat fluxul de căldură prin ferestre și podele. Rezistența termică a structurilor translucide este indicată de obicei de către producător, caracteristicile podelelor din beton armat cu o grosime de 22 cm se regăsesc în literatura normativă sau de referință:
- R de pardoseală izolată = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 m² ° C / W, pierderea de căldură prin acoperiș este de 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Pierderi prin deschideri de ferestre: Q = 0,32 x 47 x71 = 70,8 W.
Pierderea totală de căldură în camera de zi (cu excepția etajelor) va fi de 391 + 402 + 70,8 = 863,8 wați. Sunt efectuate calcule similare pentru încăperile rămase, rezultatele sunt rezumate.
Vă rugăm să rețineți: coridorul din interiorul clădirii nu intră în contact cu învelișul exterior și pierde căldura doar prin acoperiș și podele. Ce protecții trebuie luate în considerare în metodologia de calcul, a se vedea videoclipul.
Divizarea etajului în zone
Pentru a afla cantitatea de căldură pierdută de podelele de pe sol, clădirea din plan este împărțită în zone lățime de 2 m, așa cum se arată în diagramă. Prima fâșie pornește de la suprafața exterioară a structurii clădirii.
Algoritmul de calcul este următorul:
- Conturați planul cabanei, împărțiți-l în benzi cu lățimea de 2 m. Numărul maxim de zone este de 4.
- Calculați suprafața podelei care se încadrează separat în fiecare zonă, neglijând partițiile interioare. Vă rugăm să rețineți: cuadratura la colțuri este contată de două ori (umbrită în desen).
- Folosind formula de calcul (pentru comoditate o dăm din nou), determinați pierderile de căldură în toate zonele, rezumați cifrele.
- Rezistența transferului de căldură R pentru zona I se consideră a fi de 2,1 m² ° C / W, II - 4.3, III - 8.6, restul podelei - 14.2 m² ° C / W.
Notă. Dacă vorbim despre un subsol încălzit, prima fâșie se află pe partea subterană a peretelui, pornind de la nivelul solului.
Pardoselile izolate cu vată minerală sau spumă de polistiren sunt calculate identic, numai rezistența termică a stratului de izolație, determinată de formula δ / λ, se adaugă la valorile R fixe.
Exemplu de calcul în camera de zi a unei case de țară:
- Quadratura zonei I este (5,04 + 4,04) x 2 = 18,16 m², lotul II - 3,04 x 2 = 6,08 m². Zonele rămase nu intră în camera de zi.
- Consumul de energie pentru prima zonă va fi de 1 / 2,1 x 47 x 18,16 = 406,4 W, pentru a doua - 1 / 4,3 x 47 x 6,08 = 66,5 W.
- Cantitatea de flux de căldură prin etajele camerei de zi este de 406,4 + 66,5 = 473 wați.
Acum este ușor de a reduce pierderea totală de căldură în camera respectivă: 863,8 + 473 = 1336,8 W, rotunjit - 1,34 kW.
Încălzire cu aer de ventilație
Marea majoritate a caselor și apartamentelor private au ventilație naturală. Aerul străzii pătrunde prin pronaosele ferestrelor și ușilor, precum și prin deschideri de aer. Masa rece primită este încălzită de sistemul de încălzire, cheltuind energie suplimentară. Cum puteți afla valoarea acestor pierderi:
- Deoarece calculul infiltrației este prea complicat, documentele de reglementare permit alocarea a 3 m³ de aer pe oră pentru fiecare metru pătrat de carcasă. Alimentarea totală cu aer L este considerată simplă: cuadratura camerei se înmulțește cu 3.
- L este volumul, iar masa m a fluxului de aer este necesară. Aflați prin înmulțirea cu densitatea gazului preluat de pe masă.
- Masa de aer m este substituită în formula cursului de fizică școlară, ceea ce face posibilă determinarea cantității de energie cheltuită.
Calculăm cantitatea necesară de căldură pe exemplul unui living cu suferință îndelungată, cu o suprafață de 15,75 m². Volumul de intrare L = 15,75 x 3 = 47,25 m³ / h, masa - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / h. Presupunând capacitatea de căldură a aerului (indicată de litera C) egală cu 0,28 W / (kg ºС), găsim consumul de energie: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. După cum vedeți, cifra este destul de impresionantă, motiv pentru care încălzirea maselor de aer trebuie luată în considerare.
Calculul final al pierderilor de căldură ale clădirii plus consumul de căldură pentru ventilație este determinat prin însumarea tuturor rezultatelor obținute anterior. În special, încărcarea pe încălzirea camerei de zi va avea ca rezultat cifra de 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. În mod similar, toate camerele cabanei sunt calculate, la sfârșitul costurilor de energie se ridică până la o cifră.
Asezare finala
Dacă creierul dvs. încă nu a început să clocotească din cauza abundenței de formule 😊, atunci este cu siguranță interesant să vedeți rezultatul în toată casa cu un etaj. În exemplele anterioare, am făcut lucrarea principală, rămâne doar să parcurgem alte încăperi și să aflăm pierderile de căldură ale întregii învelișuri exterioare ale clădirii. Date brute găsite:
- rezistența termică a pereților - 2,71, ferestre - 0,32, podele - 2,38 m² ° С / W;
- înălțimea tavanului - 3 m;
- R pentru ușa din față izolată cu spumă de polistiren extrudat este 0,65 m² ° C / W;
- temperatura internă - 22, externă - minus 25 ° С.
Pentru a simplifica calculele, vă propunem să creăm un tabel în Exel, apoi vom pune acolo rezultatele intermediare și finale.
La sfârșitul calculelor și completarea tabelului, au fost obținute următoarele valori ale consumului de energie termică pentru spații:
- living - 2,22 kW;
- bucătărie - 2,536 kW;
- hol - 745 W;
- coridor - 586 W;
- baie - 676 W;
- dormitor - 2,22 kW;
- pentru copii - 2,536 kW.
Sarcina totală a sistemului de încălzire a unei case private de 100 m² a fost de 11.518 W, rotunjită - 11,6 kW.Este de remarcat faptul că rezultatul diferă de metodele aproximative de calcul cu literalmente 5%.
Cum se utilizează rezultatele calculelor
Cunoscând cererea de căldură a clădirii, proprietarul poate:
- selectați clar puterea echipamentelor de energie termică pentru încălzirea cabanei;
- formați numărul dorit de secțiuni de calorifere;
- determinați grosimea necesară a izolației și efectuați izolarea termică a clădirii;
- aflați debitul lichidului de răcire pe orice parte a sistemului și, dacă este necesar, efectuați calculul hidraulic al conductelor;
- Aflați consumul mediu zilnic și lunar de căldură.
Ultimul paragraf prezintă un interes deosebit. Am găsit valoarea sarcinii de căldură în 1 oră, dar poate fi recalculată pentru o perioadă mai lungă și calculăm consumul estimat de combustibil - gaz, lemne de foc sau pelete.