Создание системы отопления частного дома. Часть 5 — Как сделать своими руками?

Расчет тепловых потерь через ограждающие конструкции дома для оценки выбранных отопителей

Оценка выбранных отопителей для системы отопления дома позволяет убедиться  не только в соответствии Вашего дома требования СНиП по его тепловой защите, но и проверить её на сколько она экономична в условиях постоянного роста тарифов на энергоносители. Для проведения проверочного расчета выбранных отопителей необходимо провести расчет теплопотерь всех отапливаемых помещений дома.
  Общие теплопотери каждого помещения слагаются из потерь тепла через его ограждающие конструкции (наружные стены, пол, потолок, окна и двери), а также из тепла, расходуемого на подогрев холодного воздуха, поступающего в помещения через ограждающие конструкции.  Такой приток воздуха называют инфильтрацией. Если она незначительна, ее в расчет теплопотерь не включают. В основе всех лежит уравнение теплового баланса, которое определяет что отопление в помещении эффективно функционирует, только тогда, когда его суммарные тепловые потери равны сумме тепла, выделенного отопителем и тепла, выделенного от тепловы бытовых приборов и людей.

ΣQ0 = Qп + Qвн,

где:

• ΣQ0 — суммарные тепловые потери, Вт;
• Qп — теплота, которая должна выделяться отопителем, Вт;
• Qвн — теплота, поступающая в помещение от тепловыделяющих бытовых приборов, людей, Вт.

Откуда следует, что теплопроизводительность отопителя Qп определяют из уравнения

Qп=ΣQ0-Qвн.

Расчет тепловых потерь по плоским ограждающим конструкциям (стены, полы, потолки)

Суммарные тепловые потери складываются из основных и добавочных. Основными теплопотерями  ΣQ0  являются утечьки тепла через ограждающие конструкции помещения (с округлением до 10 Вт) по формуле

ΣQ0=KF(tB-tH)s

где:

• F — расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;
• К — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2  × °С);
• tB  — расчетная внутренняя температура помещения, зависящая от его назначения, °С;
• tН — расчетная температура наружного воздуха, °С;
• s — коэффициент, зависящий от ориентации наружной поверхности ограждающей конструкции и от скорости наружного воздуха.

Тепловые потери определяются теплопередачей теплоты от нагретого внутреннего воздуха помещения к холодному наружному воздуху. При этом ограждающая стенка является проводником теплоты, через которую теплота передается теплопроводностью, а от стенки к окружающей среде конвекцией и излучением. Поэтому процесс теплопередачи является сложным процессом теплообмена. от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители.

Коэффициент теплопередачи через стенку определяется по следующей формуле

К=1/((1/α1)+(δст/λст)+(1/α2))

где: δст — толщина стенки, м; λст — коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м × °С ; α1 и α2 — коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке и от неё к холодному теплоносителю соответственно, с размерностью — Вт/м2 × °С.

Для стенки, состоящей из  n слоев формула для коэффициента теплопередачи примет вид

K=1/((1/α1)+∑(δст i /λст i )+(δвп /λвп )+(1/α2 ))

где: i =1÷n.

В этих формулах отношение  δст/λст является теплосопротивлением одного слоя стенки R  с размерностью — м2 × °С/Вт, а тепловое сопротивление многослойной стенки равна сумме теплосопротивлений всех слоев. Слагаемое δвп/λвп является теплосопротивлением замкнутой воздушной прослойки, которая предусматривается в плоских ограждающих конструкциях при закладке утеплителей. При наличии её отсутствия это слагаемое равно 0.  По этой формуле считаются коэффициенты теплопередачи для стен, пола и потолка каждого отапливаемого помещения. В зависимости от вида ограждающей конструкции меняются коэффициенты теплопередачи α1 ( тепловосприятия ) и α2 ( теплоотдачи ) — из которых первый определяет передачу тепла от теплого воздуха в помещении к поверхности ограждающей конструкции, а второй — передачу тепла от нагретой конструкции к наружному воздуху с размерностью .

Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки

Коэффициенты тепловосприятия и теплоотдачи

 

Коэффициент s используется только для стен и учитывает потери которые зависят от ориентации ограждающих конструкций по странам света, а также открытое расположение дома на местности, скорости ветра в данном географическом районе. Для наружных конструктивных элементов дома (стены, окна,двери), которые обращены на север, северо-восток, восток и северо-запад — s = 1,1, на юго-восток и запад — s =1,05, на юг и юго-запад — s=1,0.

Расчет тепловых потерь через окна и балконные двери

Теплопотери через окно рассчитываются по такой же формуле:

Qок = Fок  • (tвн — tнар) / Rок,
где:

• Qок — теплопотери, Вт;
• Rок — коэффициент теплопередачи окон, (м2 • °C)/Вт;
• Fок — площадь окон, м2;
• tвн — температура воздуха внутри, °С;
• tнар — температура воздуха снаружи , °C;

  Тепловое сопротивление окон и балконных дверей

 

 

Расход тепла на нагрев приточного воздуха (инфильтрации)

Расход тепла на нагрев приточного воздуха считается для жилых комнат, кухни и санузлов по формуле:
Qинф = 0,28 • Ln • Fр • ρ •C • (tp — ti) • k,
где:

• Qинф — количества тепла, необходимое для нагрева инфильтрации, Вт;
• Ln — расход удаляемого воздуха, м3/час; принимаем равным 3 м3/час на каждый м2 площади жилого помещения;
• Fp — площадь помещения;
• ρ — плотность воздуха в помещении, кг./м3; принимаем равной 1,1;
• C — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг•°С); принимаем равной 1;
• tp — температура воздуха помещения, °C;
• ti — температура наружного воздуха, °C;
• k — коэффициент учета встречного теплового потока в конструкциях. можно принять равным 1.

 Перемножив все постоянные коэффициенты получаем величину 0,924,  с размерностью Вт / м2 • °С, которую округляем до 1,0 и получаем более короткую формулу 

Qинф =  F р • (tp — ti) .

При расчете общие теплопотери помещений дома следует уменьшить на величину бытовых тепловыделений QВН, определяемых из расчета 21 Вт на 1 м2 площади пола помещений:

QBH = 21 Fпл

Таким образом определили все составляющие  для уравнения теплового баланса для расчета  необходимой теплопроизводительности отопителя. Для этого надо вычислить теплопотери через ограждающие конструкции, к ним прибавить дополнительные потери теплоты, а из полученной суммы вычесть величину, характеризующую бытовые тепловыделения. Как видно из приведенных формул, для этого нужны детальные данные об ограждающих конструкциях дома. Чтобы Вам меньше рыться в СНиПах добавляю ряд необходимых таблиц для проведения расчетов, которые надо для удобства свести в отдельную таблицу по каждому помещению.

 

 Таблица теплосопротивления строительных материалов

 

 Таблица теплосопротивления утеплителей

 

Ну вот вроде и закончил эту статью. Желаю Вам успехов в создании эффективной и экономичной системы отопления.

С уважением Гарий Махов