Система отопления загородного дома — важнейший аспект, обеспечивающий комфорт проживания. Вероятно, вы согласитесь с тем, что к созданию отопительного комплекса стоит подойти основательно, поскольку ошибки могут стоить довольно дорого. Но, возможно, у вас нет опыта в подобных вычислениях и вы не знаете, с чего начать?
Мы готовы помочь вам — в данной статье мы подробно раскроем процесс определения параметров системы отопления частного дома, чтобы эффективно компенсировать потери тепла в зимний период.
Приведем практические примеры, а также дополнительно предоставим иллюстрации, полезные видео и актуальные таблицы с необходимыми коэффициентами и показателями, которые потребуются для расчетов.
Краткое содержание статьи
Теплопотери частного дома
Тепло в здании уходит из-за разницы температур между внутренним и наружным воздухом. Чем больше площадь ограждающих конструкций (стен, окон, кровли, фундамента), тем больше теплопотеря.
Теплопотеря также зависит от используемых материалов и их характеристик. Например, стены небольшой толщины теряют тепло быстрее, чем более толстые.
Галерея изображений
Главная задача расчета системы отопления — правильный выбор отопительного устройства, которое قادرо будет восполнить потерянное тепло в холодное время года.
Для определения необходимой мощности оборудования суммируются все теплопотери через ограждающие конструкции.
В расчетах учитываются теплоутечки через неплотности в оконных и дверных рамах, а также энергия, необходимая для обогрева воздуха, поступающего извне.
Если у вас есть механическая вентиляция, которая подает свежий воздух, необходимо учитывать затраты энергии на его подогрев.
При использовании двухконтурного котла для отопления и горячего водоснабжения нужно рассчитывать и те термические потери, которые связаны с этой системой.
Правильные расчеты обязательно учитывают тип используемого топлива и его теплотворную способность.
Все расчеты могут корректироваться в зависимости от метода установки контуров отопления: если осуществляется скрытая прокладка, следует учитывать нагрев строительных частей.
При открытых схемах отопления, которые контактируют с атмосферой через незакрытый расширительный бак, нужно учитывать потери, происходящие при остывании теплоносителя.
Система отопления частного дома с двумя агрегатами
Вариант отопления в бревенчатом доме
Поступление воздуха и утечки тепла через окна и двери
Система вентиляции с поставкой свежего воздуха
Схема устройства ГВС и отопления
Подбор котла по типу топлива
Варианты прокладки контуров отопления
Открытый вариант отопления
При расчете отопления частного дома обязательно учитываются материалы, используемые для ограждающих конструкций.
К примеру, при одинаковой толщине деревянной и кирпичной стены тепло проходит по-разному — деревянные конструкции теряют тепло медленнее. Разные материалы обладают разной теплопроводностью (металл, кирпич и бетон лучше проводят тепло, чем дерево, минвата и пенополистирол).
Внутренняя атмосфера жилого пространства имеет косвенную связь с внешней средой. Стены, оконные и дверные проемы, крыша и фундамент зимой отдают тепло наружу, заменяя его холодом. На них приходится 70-90% всех теплопотерь здания.
Именно стены, крыша, окна и двери являются основными путями убыли тепла зимой. Тепловизор может наглядно продемонстрировать эти утечки.
Систематическая утечка тепла также происходит через систему вентиляции и канализацию в течение отопительного сезона.
При расчете теплопотерь жилого дома эти факторы часто не учитываются. Тем не менее, добавление потерь тепла через вентиляционные и канализационные системы в общий расчет будет правильным решением.
Существенно сократить теплопотери, возникающие через ограждающие конструкции и проемы, может качественно выполненная теплоизоляция.
Невозможно рассчитать автономный отопительный контур загородного дома без оценки тепловых потерь через его ограждения. Точнее, не удастся определить мощность котла, который смог бы обеспечить необходимый обогрев в самые сильные морозы.
Анализ фактических тепловых потерь через стены позволит сопоставить затраты на котловое оборудование и топливо с расходами на теплоизоляцию ограждающих конструкций.
Примечание: чем менее теплопроводный дом, то есть чем меньше тепловой энергии он теряет в период зимы, тем ниже затраты на приобретение топлива.
Для корректного расчетов системы отопления понадобится информация о коэффициентах теплопроводности популярных строительных материалов.
Предоставляем таблицу значений коэффициента теплопроводности различных строительных материалов, часто применяемых в строительстве.
Расчет потерь тепла через стены
На примере условного двухэтажного коттеджа рассмотрим, как вычислить теплопотери через стеновые конструкции.
- квадратное здание с фасадными стенами размером 12 м в ширину и 7 м в высоту;
- в стенах 16 проемов, площадь каждого составляет 2,5 м²;
- материал фасадных стен — полнотелый керамический кирпич;
- толщина стены составляет 2 кирпича.
Теперь проведем расчет показателей, которые складываются в общее значение потерь тепла через стены.
Показатель сопротивления теплопередаче
Чтобы определить показатель сопротивления теплопередаче для фасадной стены, нужно разделить толщину стенового материала на его коэффициент теплопроводности.
Данные по коэффициенту теплопроводности для различных строительных материалов представлены на рисунках выше и ниже.
Для точных расчетов потребуется значение коэффициента теплопроводности указанных в таблице теплоизоляционных материалов, используемых в строительстве.
Наша условная стена построена из керамического полнотелого кирпича, который имеет коэффициент теплопроводности 0,56 Вт/м·°C. Толщина стены, с учетом кладки, составляет 0,51 м. Разделив толщину стены на коэффициент теплопроводности кирпича, находим сопротивление теплопередаче стены:
0,51 : 0,56 = 0,91 Вт/м²·°C
Результат округляется до двух знаков после запятой, точные данные по сопротивлению теплопередаче больше не требуются.
Площадь внешних стен
Поскольку мы рассматриваем квадратное здание, площадь стен рассчитывается как произведение ширины на высоту одной стены, умножаемое на количество внешних стен:
12 · 7 · 4 = 336 м²
Итак, нам известна площадь фасадных стен. А что насчет окон и дверей, которые занимают вместе 40 м² (2,5·16=40 м²) фасадной стены, нужно ли их учитывать?
Действительно, как можно корректно рассчитать автономное отопление деревянного дома без учета сопротивления теплопередаче оконных и дверных конструкций.
Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, применяемых для утепления несущих стен
Если необходимо рассчитать теплопотери крупного по площади здания или энергоэффективного домостроения — да, стоит учитывать коэффициенты теплопередачи оконных рам и входных дверей в расчет.
Однако для низкоэтажных строений из традиционных материалов в ИЖС пренебрегать дверными и оконными проемами вполне допустимо, то есть не вычитать их площадь из общей площади фасадных стен.
Общие теплопотери стен
Определим, сколько тепла уходит через один квадратный метр стены при разнице температур воздуха внутри и снаружи в один градус.
Для этого единица делится на ранее вычисленное сопротивление теплопередаче стены:
1 : 0,91 = 1,09 Вт/м²·°C
Теперь, зная теплопотери с квадратного метра внешних стен, можно определить потери тепла при разных температурах на улице.
Например, если внутри коттеджа температура составляет +20°C, а на улице -17°C, то разница температур составит 20+17=37°C. В этом случае общие теплопотери стен нашего примера будут составлять:
0,91 · 336 · 37 = 11313 Вт,
Где: 0,91 — сопротивление теплопередаче одного квадратного метра стены; 336 — площадь фасадных стен; 37 — разница температур в жилом помещении и атмосфере снаружи.
Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, применяемых для утепления пола/стен, для устройства сухой стяжки пола и выравнивания стен.
Теперь пересчитаем число теплопотерь в киловатт-часы, чтобы сделать его более удобным для восприятия и дальнейших расчетов мощности системы отопления.
Теплопотери стен в киловатт-часах
Сначала узнаем, сколько тепловой энергии необходимо будет для стен за один час при температурной разнице в 37°C.
Напоминаем, что расчет ведется для дома с условными конструктивными характеристиками, выбранными для демонстрации:
11313 · 1 : 1000 = 11,313 кВт·ч,
Где: 11313 — сумма теплопотерь, рассчитанная ранее; 1 — продолжительность в час; 1000 — количество ватт в одном киловатте.
Коэффициент теплопроводности стройматериалов, применяемых для утепления стен и перекрытий
Для вычислений теплопотерь за сутки умножаем полученное значение теплопотерь за один час на 24:
11,313 · 24 = 271,512 кВт·ч
Для наглядности определим потери тепловой энергии за весь отопительный сезон:
7 · 30 · 271,512 = 57017,52 кВт·ч,
Где: 7 — продолжительность отопительного сезона в месяцах; 30 — количество дней в каждом месяце; 271,512 — суточные теплопотери стен.
Таким образом, рассчитанные теплопотери дома с указанными выше характеристиками ограждений составляют 57017,52 кВт·ч за семь месяцев отопительного периода.
Учет влияния вентиляции частного дома
В качестве примера рассмотрим расчет вентиляционных потерь тепла для условного коттеджа с квадратной формой, шириной стены 12 метров и высотой 7 метров.
Исключая мебель и внутренние перегородки, объём воздуха в данном здании составит:
12 м × 12 м × 7 м = 1008 м³
При температуре воздуха в +20 °С (норме для отопительного сезона) плотность воздуха составляет 1,2047 кг/м³, а удельная теплоёмкость — 1,005 кДж/(кг·°С).
Теперь рассчитаем массу воздуха внутри дома:
1008 м³ × 1,2047 кг/м³ = 1214,34 кг,
где: 1008 — объём воздуха в доме; 1,2047 — плотность при t +20 °С.
В приведённой таблице указаны коэффициенты теплопроводности материалов, которые могут потребоваться для точных вычислений.
Предположим, что воздушный объём в помещениях обновляется пять раз. Следует отметить, что реальная потребность в приточном свежем воздухе зависит от числа жителей коттеджа.
При средней температурной разнице между внутренней и внешней средой в отопительный сезон, равной 27 °С (в доме +20 °С, а снаружи -7 °С), на обогрев холодного приточного воздуха в течение суток потребует тепловой энергии:
5 × 27 × 1214,34 × 1,005 = 164755,58 кДж,
где: 5 — число обновлений воздуха в помещениях; 27 — разница температур между внутренней и внешней средой; 1214,34 — масса воздуха при t +20 °С; 1,005 — удельная теплоёмкость воздуха.
Чтобы перевести килоджоули в киловатт-часы, нужно поделить полученное значение на количество килоджоулей в одном киловатт-часе (3600):
164755,58 : 3600 = 45,76 кВт·ч
Таким образом, подсчитав затраты теплоты на обогрев воздуха в доме при пятиразовой замене через вентиляцию, можно оценить «воздушные» теплопотери за семимесячный отопительный сезон:
7 × 30 × 45,76 = 9609,6 кВт·ч,
где: 7 — количество «отапливаемых» месяцев; 30 — среднее число дней в месяце; 45,76 — суточные тепловые затраты на обогрев приточного воздуха.
Энергетические потери на вентиляцию неизбежны, так как обновление воздуха в помещениях коттеджа критически необходимо.
Необходимо учитывать потребности в обогреве сменяемого объёма воздуха, складывая их с теплопотерями через ограждающие конструкции, что будет важным при выборе отопительного котла. Ещё один тип тепловых потерь — это утечки через канализацию.
Энергозатраты на нагрев ГВС
В теплые месяцы из крана в коттедж поступает холодная вода, а в отопительный сезон она становится ледяной, с температурой не выше +5 °С. Для купания, мытья посуды и стирки необходим подогрев воды.
Вода, набираемая в унитаз, контактирует с атмосферой дома, поглощая немного тепла. А что происходит с горячей водой, которую подогревают с использованием платного топлива и которая затем уходит в канализацию?
Двухконтурный котел с бойлером косвенного нагрева предназначается как для нагрева теплоносителя, так и для подачи горячей воды для бытовых нужд.
Например, возьмем семью из трёх человек, которая расходует 17 м³ воды в месяц. Плотность воды составляет 1000 кг/м³, а её удельная теплоёмкость — 4,183 кДж/(кг·°С).
Средняя температура воды, предназначенной для бытовых нужд, пусть будет +40 °С. Соответственно, разница температур между холодной водой (+5 °С) и подогретой (+40 °С) составляет 25 °С.
Для расчёта теплопотерь через канализацию вычислим:
17 × 1000 × 25 × 4,183 = 1777775 кДж,
где: 17 — месячный объём используемой воды; 1000 — плотность воды; 25 — разница температур; 4,183 — удельная теплоёмкость.
Чтобы перевести килоджоули в киловатт-часы:
1777775 : 3600 = 493,82 кВт·ч
Таким образом, за семимесячный отопительный период в канализацию уходит тепловая энергия в объёме:
493,82 × 7 = 3456,74 кВт·ч
Расход теплоты на подогрев воды для гигиенического использования невелик по сравнению с теплопотерями через стены и вентиляцию, но это также является энергозатратой, нагружающей котёл и увеличивающей расход топлива.
Расчет мощности отопительного котла
Котёл в системе отопления служит для компенсирования теплопотерь здания. Кроме того, в случае двухконтурной системы или при наличии бойлера, он также нужен для подогрева воды для гигиенических нужд.
Рассчитав суточные теплопотери и расход тёплой воды «на канализацию», можно точно определить необходимую мощность котла для коттеджа определённой площади и характеристик ограждающих конструкций.
Одноконтурные котлы нагревают только теплоноситель для отопительной системы.
Чтобы определить мощность котла, необходимо рассчитать тепловые потери дома через фасадные стены и на нагрев сменяемого воздуха в помещениях.
Нужны данные по теплопотерям в киловатт-часах за сутки. Для условного дома, рассматриваемого в качестве примера, это:
271,512 + 45,76 = 317,272 кВт·ч,
где: 271,512 — суточные теплопотери через внешние стены; 45,76 — суточные теплопотери на обогрев приточного воздуха.
Таким образом, необходимая мощность котла для отопления составит:
317,272 : 24 (часа) = 13,22 кВт
Тем не менее, такой нагреватель будет постоянно перегружен, что снизит его срок службы. В особенно холодные дни расчетной мощности котла может быть недостаточно, поскольку при значительной разнице температур между внутренней и внешней средой значительно увеличатся теплопотери здания.
Поэтому не стоит выбирать котёл, основываясь лишь на усреднённых расчётах тепловых затрат — он может не справиться с сильными морозами.
Рациональным будет увеличить требуемую мощность котла на 20%:
13,22 × 0,2 + 13,22 = 15,86 кВт
Чтобы вычислить мощность второго контура котла для подогрева воды для мытья посуды, купания и т.п., нужно месячное потребление тепла «канализационных» потерь разделить на количество дней в месяце и на 24 часа:
493,82 : 30 : 24 = 0,68 кВт
По итогам всех расчетов оптимальная мощность котла для примера коттеджа равняется 15,86 кВт для отопительного контура и 0,68 кВт для нагревательного контура.
Выбор радиаторов отопления
Традиционно мощность отопительного радиатора рекомендуется определять по площади отапливаемого помещения, при этом увеличивая мощность на 15-20% на случай непредвиденных обстоятельств.
Рассмотрим на примере, насколько обоснован метод выбора радиатора «1,2 кВт на 10 м² площади».
Тепловая мощность радиаторов зависит от способа их подключения, что необходимо учитывать при расчёте системы отопления.
Исходные данные: угловая комната на первом этаже двухэтажного дома индивидуального жилищного строительства; внешняя стена сделана из двойной кладки керамического кирпича; ширина комнаты 3 м, длина 4 м, высота потолка 3 м.
По упрощённой схеме расчета, вычислим площадь данного помещения:
3 (ширина) × 4 (длина) = 12 м²
Итак, необходимая мощность радиатора отопления с учётом 20%-ного запаса составит 14,4 кВт. Теперь рассчитаем параметры мощности отопительного радиатора на основании теплопотерь комнаты.
На самом деле площадь комнаты влияет на потери тепла в меньшей степени, чем площадь её стен, выходящих на улицу (фасадных).
Поэтому будем рассчитывать именно площадь «уличных» стен, находящихся в комнате:
3 (ширина) × 3 (высота) + 4 (длина) × 3 (высота) = 21 м²
Зная площадь стен, передающих тепло наружу, рассчитем теплопотери при разнице температур внутри и снаружи в 30 °С (в доме +18 °С, снаружи -12 °С), сразу в киловатт-часах:
0,91 × 21 × 30 : 1000 = 0,57 кВт,
где: 0,91 — сопротивление теплопередачи 1 м² стен комнат, выходящих на улицу; 21 — площадь «уличных» стен; 30 — разница температур между внутренней и внешней средами; 1000 — количество ватт в киловатте.
По строительным нормам приборы отопления устанавливаются в местах с максимальными теплопотерями. Например, радиаторы размещаются под окнами, тепловые пушки — над входом в дом. В угловых помещениях батареи устанавливаются на стенах, наиболее подвергающихся воздействию ветров.
Выходит, что для компенсации теплопотерь через фасадные стены этой конструкции при 30 °С разницы температур между домом и улицей достаточно отопления мощностью 0,57 кВт·ч. Увеличив необходимую мощность на 20 или даже 30%, получаем 0,74 кВт·ч.
Таким образом, реальные требования к мощности отопления могут быть значительно ниже, чем рекомендованная схема «1,2 кВт на каждый квадратный метр площади».
Корректное определение необходимых мощностей отопительных радиаторов также позволит сократить объём теплоносителя в системе отопления, что уменьшит нагрузку на котёл и снизит расходы на топливо.
Выводы и полезное видео по теме
Куда уходит тепло из дома – ответы на эти вопросы представлены в наглядном видеоролике:
В видео рассматривается процедура расчёта теплопотерь дома через ограждающие конструкции. Зная потери тепла, вы сможете точно рассчитать потребные мощности системы отопления:
Подробный ролик о принципах подбора мощностных характеристик котла отопления смотрите ниже:
С каждым годом стоимость выработки тепла растёт — повышаются цены на топливо. А тепла всегда не хватает. Безразличное отношение к энергозатратам вашего коттеджа может стать крайне невыгодным.
С одной стороны, каждый новый отопительный сезон обходит домовладельца всё дороже. С другой стороны, утепление стен, фундамента и крыши загородного дома требует значительных затрат. Но чем меньше тепла уходит из здания, тем дешевле становится его обогрев.
Гарантия сохранности тепла в жилище — это главная задача, которую решает отопительная система в зимний период. Подбор мощности котла зависит от состояния здания и уровня теплоизоляции его внешних конструкций. Правило «один киловатт на десять квадратных метров» актуально для коттеджей в среднем состоянии: фасады, крыша и фундамент.
Занимались ли вы самостоятельным расчетом отопительной системы для своего дома? Или заметили несоответствия в цифрах, представленных в статье? Будем рады, если вы поделитесь своим опытом или знаниями, оставив комментарий в разделе ниже.
