Расход газа на отопление дома 200 м²: определение затрат при использовании магистрального и баллонного топлива

Владельцам коттеджей средней и большой площади необходимо заранее планировать расходы на обслуживание своих домов. В этом контексте часто возникает задача рассчитать потребление газа для отопления площади в 200 м² или больше. Обычная архитектурная форма строений препятствует применению существующих таблиц и аналогий для более быстрых расчетов.

При этом не стоит тратить деньги на решения, которые можно выполнить самостоятельно. Для таких расчетов вам понадобятся базовые знания о нормативных документам и элементарные представления о физике и геометрии.

В нашем руководстве мы предоставим информацию по методам расчета и укажем необходимые параметры, которые потребуются для получения итогового результата. В статье приведены реальные примеры, которые помогут вам самостоятельно произвести подобные расчеты.

Нахождение величины потери энергии

Чтобы определить, сколько энергии теряет дом, нужно учитывать климатические условия местности, теплопроводность используемых материалов и стандарты вентиляции. Для расчета необходимого объема газа вам потребуется знать его теплотворную способность. При этом важно проявлять внимание к деталям в процессе работы.

Система отопления должна обеспечить компенсацию теплопотерь, которые возникают по двум основным причинам: утечкам тепла по периметру здания и поступлению холодного воздуха через вентиляцию. Эти процессы можно описать с помощью математических формул, что позволит произвести расчеты самостоятельно.

Теплопроводность и термическое сопротивление материала

Любой строительный материал имеет способность проводить тепло, и эта мера определяется коэффициентом теплопроводности λ (Вт / (м × °C)). Чем меньше этот коэффициент, тем лучше защита здания от промерзания в зимний период.

Затраты на отопление напрямую зависят от теплопроводности материала, из которого построен дом, и это особенно актуально для регионов с холодным климатом.

К тому же, стены могут быть возведены или утеплены материалами разной толщины. Поэтому для проведения практических расчетов вводится коэффициент сопротивления теплообмену:

R (м² × °C / Вт)

Этот коэффициент связан с теплопроводностью по следующей формуле:

R = h / λ,

где h — толщина материала (в метрах).

Пример. Рассчитаем коэффициент сопротивления теплопередаче газобетонных блоков марки D700 с λ = 0.16:

• ширина 300 мм: R = 0.3 / 0.16 = 1.88;
• ширина 400 мм: R = 0.4 / 0.16 = 2.50.

Для материалов утепления и окон можно использовать как коэффициент теплопроводности, так и коэффициент сопротивления теплопередаче.

Если стена состоит из нескольких материалов, общий коэффициент сопротивления теплопередаче рассчитывается как сумма коэффициентов каждого слоя.

Пример. Стена, построенная из газобетонных блоков (λ_b = 0.16), толщиной 300 мм, с внешним утеплителем из экструзированного пенополистирола (λ_p = 0.03), толщиной 50 мм, и внутренней отделкой вагонкой (λ_v = 0.18), толщиной 20 мм.

Существуют таблицы минимальных значений суммарного коэффициента теплопередачи для различных регионов, которые носят рекомендательный характер.

Теперь мы можем рассчитать общий коэффициент сопротивления теплопередаче:

R = 0.3 / 0.16 + 0.05 / 0.03 + 0.02 / 0.18 = 1.88 + 1.66 + 0.11 = 3.65.

Слои с незначительным тепловым сопротивлением могут быть проигнорированы.

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Теплопотери Q (Вт) через однородную поверхность вычисляются следующим образом:

Q = S × dT / R,

• S – площадь рассматриваемой поверхности (в м²);
• dT – разница температур между внутренним и наружным воздухом (в °C);
• R – коэффициент сопротивления теплопередаче (м² × °C / Вт).

Чтобы получить общий показатель теплопотерь, выполните следующие шаги:

1. выделите участки с однородным коэффициентом теплопередачи;
2. вычислите их площади;
3. определите коэффициенты термического сопротивления;
4. рассчитайте теплопотери для каждого участка;
5. сложите все полученные значения.

Пример. Рассмотрим угловую комнату размером 3 × 4 метра на верхнем этаже с холодным чердаком. Высота потолка – 2.7 метра. В комнате находятся два окна размером 1 × 1.5 м.

Рассчитаем теплопотери через стены при температуре в комнате +25 °C и снаружи –15 °C:

1. Определим однородные участки: потолок, стены, окна.
2. Площадь потолка S_п = 3 × 4 = 12 м². Площадь окон S_о = 2 × (1 × 1.5) = 3 м². Площадь стен S_с = (3 + 4) × 2.7 – S_о = 29.4 м².
3. Коэффициент теплопередачи потолка складывается из показателя перекрытия (доска 0.025 м), утеплителя (минеральная вата, 0.10 м) и деревянного пола чердака (толщина 0.05 м): R_п = 0.025 / 0.18 + 0.1 / 0.037 + 0.05 / 0.18 = 3.12. Для окон используем данные из паспорта двухкамерного стеклопакета: R_о = 0.50. Для стены, как в примере выше: R_с = 3.65.
4. Q_п = 12 × 40 / 3.12 = 154 Вт. Q_о = 3 × 40 / 0.50 = 240 Вт. Q_с = 29.4 × 40 / 3.65 = 322 Вт.
5. Общий показатель теплопотерь в комнате Q = Q_п + Q_о + Q_с = 716 Вт.

Использование предложенных формул дает достаточно точный результат, при условии, что материалы соответствуют заявленным характеристикам, а также отсутствуют ошибки, допущенные в процессе строительства. Также стоит учитывать старение материалов и общее состояние конструкции дома.

Типовая геометрия стен и крыш

При определении теплопотерь линейные параметры (длина и высота) конструкций принято измерять внутренние, а не внешние размеры. То есть в расчетах учитывается площадь контакта теплого воздуха с холодным, а не наоборот.

При подсчете внутреннего периметра также следует учитывать толщину перегородок. Наиболее удобно это сделать с помощью плана дома, который обычно представлен с масштабной сеткой.

Например, для дома размером 8 × 10 метров и толщиной стен в 0.3 метра внутренний периметр составит P_внут = (9.4 + 7.4) × 2 = 33.6 м, а внешний P_внеш = (8 + 10) × 2 = 36 м.

Междуэтажные перекрытия в большинстве случаев имеют толщину от 0.20 до 0.30 м. Таким образом, высота двух этажей от пола первого до потолка второго составит H_внеш = 2.7 + 0.2 + 2.7 = 5.6 м. Если рассматривать только чистую высоту, то получится меньшее значение: H_внут = 2.7 + 2.7 = 5.4 м. Однако межэтажное перекрытие не выполняет функцию утепления, поэтому для расчетов следует использовать H_внеш.

Для двухэтажных построек с площадью около 200 м² разница в площади стен между внутренними и внешними значениями колеблется от 6 до 9%. Аналогично внутренние размеры принимаются во внимание для расчета геометрических параметров крыши и перекрытий.

Расчет площади стен для стандартных коттеджей достаточно прост, так как их участки состоят из прямоугольных форм и фронтонов мансард или чердаков.

Фронтоны в большинстве случаев имеют форму треугольника или симметричного пятиугольника. Вычисление их площадей не вызывает затруднений.

При расчете теплопотерь через крышу в большинстве случаев достаточно использовать формулы для площади треугольника, прямоугольника и трапеции.

Наиболее распространенные формы крыш частных домов. При их измерении следует помнить, что в расчеты принимаются только внутренние размеры (без учета свесов).

Площадь кровли не учитывается для расчета теплопотерь, так как она также включает свесы, которые не берутся в расчет в формуле. Кроме этого, зачастую материалы (такие как толь или профилированный лист) укладываются с небольшим нахлестом.

Иногда может показаться, что расчет площади крыши достаточно сложен. Но внутри дома форма утепленной поверхности верхнего этажа зачастую более простая.

Прямоугольные размеры окон также не представляют трудности при вычислениях. Если стеклопакеты имеют необычную форму, то их площадь можно узнать из технической документации.

Теплопотери через пол и фундамент

Теплопотери через пол на нижнем этаже, подобно расчету теплопотерь через стены и полы подвала, считаются в соответствии с правилами, указанными в Приложении «E» СП 50.13330.2012. Это объясняется тем, что скорость передачи тепла в земле значительно ниже, чем в воздухе, и поэтому грунт можно условно считать утепляющим материалом.

Поскольку грунты могут промерзать, пол делится на четыре зоны, три из которых имеют ширину по 2 метра, а четвертая включает оставшуюся часть.

Зоны теплопотерь внизу повторяют контуры фундамента. Основные потеря тепла происходят через зону №1.

Для каждой зоны вычисляется коэффициент сопротивления теплопередаче, принимая во внимание теплосберегающие свойства грунта:

Если полы утеплены, то для определения общего коэффициента термического сопротивления необходимо сложить показатели утеплителя и грунта.

Пример. Рассмотрим дом с габаритами 10 м на 8 м и стенами толщиной 0.3 метра, который имеет цокольный этаж на глубине 2.7 метра. Потолок этого этажа находится на уровне земли. Необходимо вычислить теплопотери в почву при температуре воздуха внутри дома «+25 °С», а снаружи – «–15 °С».

Допустим, стены сделаны из ФБС-блоков толщиной 40 см (λ_ф = 1.69). Внутренние поверхности обшиты доской толщиной 4 см (λ_д = 0.18). Пол цокольного этажа исполнен из керамзитобетона, имеющего толщину 12 см (λ_к = 0.70). В результате коэффициент термического сопротивления стен составит: R_с = 0.4 / 1.69 + 0.04 / 0.18 = 0.46, а для пола R_п = 0.12 / 0.70 = 0.17.

Внутренние размеры данного дома составят 9.4 м на 7.4 м.

Ниже представлена схема деления подвала на зоны, что позволяет проще выполнить расчеты площадей благодаря элементарной геометрии, где необходимо определить стороны прямоугольников и перемножить их.

Теперь вычислим площади и коэффициенты теплового сопротивления для различных зон:

Учет неотапливаемых помещений

При расчетах теплопотерь часто возникает ситуация наличия неотапливаемого, но утепленного помещения. В такой ситуации процесс переноса тепла происходит в два этапа. Рассмотрим это на примере чердака.

В утепленном, но не отапливаемом чердачном помещении зимой температура оказывается выше, чем на улице, за счет передачи тепловой энергии через межэтажное перекрытие.

Возникает сложность, заключающаяся в том, что площадь перекрытия между чердаком и верхним этажом отличается от площади крыши и фронтонов. В этом случае необходимо применить условие теплового баланса Q₁ = Q₂.

Это условие можно также записать в следующем виде:

Из равенства теплопередачи мы можем определить температуру в холодном помещении, зная параметры внутри дома и на улице. Формула будет следующей: T_# = (K₁ × T₁ + K₂ × T₂) / (K₁ + K₂). Далее необходимо подставить полученные данные в формулу для нахождения теплопотерь.

Пример. Пусть внутренние размеры дома составляют 8 х 10 метров, а угол крыши – 30°. В помещениях температура равна «+25 °С», а снаружи – «–15 °С».

Коэффициент термического сопротивления потолка вычисляется аналогично примеру, приведенному ранее: R_п = 3.65. Площадь перекрытия равна 80 м², следовательно, K₁ = 80 / 3.65 = 21.92.

Площадь крыши S₁ расчитается по формуле: (10 × 8) / cos(30) = 92.38. Коэффициент термического сопротивления с учетом толщины древесины (обрешетка и отделка – 50 мм) и минеральной ваты (10 см) будет равен R₁ = 2.98.

Площадь окна в фронтоне составит S₂ = 1.5. Для стандартного двухкамерного стеклопакета термосопротивление R₂ = 0.4. Площадь фронтона определяется по формуле: S₃ = 8² × tg(30) / 4 – S₂ = 7.74. Коэффициент сопротивления теплопередаче аналогичен крыше: R₃ = 2.98.

Окна обеспечивают значительную энергетическую утечку, поэтому в регионах с холодной зимой рекомендуется использовать «теплые» стеклопакеты.

Теперь рассчитаем коэффициент для крыши, не забывая, что фронтонов два:

Определим температуру в чердачном помещении:

Подставим найденное значение в любую из формул для расчета теплопотерь (при условии баланса они эквивалентны) и получим необходимое значение:

Потери тепла через вентиляцию

Вентиляционная система обеспечивается для поддержания комфортного микроклимата внутри здания. Однако это приводит к притоку холодного воздуха, и этот момент также следует учитывать при расчете теплопотерь.

Нормы по объему вентиляции изложены в некоторых нормативных документах. При проектировании системы вентиляции для коттеджа в первую очередь важны требования §7 СНиП 41-01-2003 и §4 СанПиН 2.1.2.2645-10.

Так как стандартной единицей измерения теплопотерь является ватт, теплопроводность воздуха c (кДж / кг ×°С) нужно привести к размерности «Вт × ч / кг × °С». Для воздуха при уровне моря значение c можно оценить как 0.28 Вт × ч / кг × °С.

Объем вентиляции измеряется в кубометрах в час, поэтому нам нужно знать плотность воздуха q (кг / м³). При нормальном атмосферном давлении и средней влажности эта величина может составлять q = 1.30 кг / м³.

Бытовая вентиляционная установка с рекуперацией. Указанный объем, шагающий с некоторой погрешностью. Поэтому точно рассчитывать плотность и теплоемкость воздуха на месте до сотых долей не имеет смысла.

Энергетические затраты на компенсацию теплопотерь из-за вентиляции можно вычислить по данной формуле:

Q = L × q × c × dT = 0.364 × L × dT,

• L – расход воздуха (м³ / ч);
• dT – разница температур между помещением и поступающим воздухом (°С).

При поступлении холодного воздуха в дом напрямую:

Но для больших объектов установка вентиляции ассоциирована с рекуператором (теплообменником). Он обеспечивает значительное сокращение затрат энергии, так как часть нагрева захваченного воздуха осуществляется за счет температуры отработанного потока.

Эффективность таких приборов измеряется коэффициентом полезного действия k (%). В таком случае предыдущая формула будет выглядеть следующим образом:

dT = (T₁ – T₂) × (1 – k / 100).

Расчет расхода газа

Узнав общие теплопотери, можно достаточно просто определить нужный расход природного или сжиженного газа для отопления дома площадью 200 м².

На выделяемое количество энергии, помимо объема топлива, влияет его теплота сгорания. Для газа этот показатель зависит от влажности и химического состава подаваемой смеси. Существует два типа: высшая (H_h) и низшая (H_l) теплоты сгорания.

Низшая теплота сгорания пропана меньше, чем у бутана. Следовательно, для точной оценки теплоты сгорания сжиженного газа следует учитывать процентное соотношение этих компонентов в смеси, поступающей к котлу.

Чтобы рассчитать необходимый объем топлива для отопления, подставляем значение низшей теплоты сгорания, которое можно получить у поставщика газа. Обычная единица измерения теплоты сгорания – «мДж / м³» или «мДж / кг». Однако так как единицы измерения и мощности котлов, и теплопотерь работают с ваттами, а не джоулями, необходимо провести преобразование, принимая во внимание, что 1 мДж = 278 Вт × ч.

Если значение низшей теплоты сгорания смеси неизвестно, можно использовать следующие средние значения:

• для природного газа H_l = 9.3 кВт × ч / м³;
• для сжиженного газа H_l = 12.6 кВт × ч / кг.

Другой важный параметр, необходимый для расчетов, – коэффициент полезного действия котла K. Обычно его определяют в процентах. Конечная формула для расчета расхода газа за определённый период времени E (ч) принимать следующий вид:

V = Q × E / (H_l × K / 100).

Период времени, когда начинается отопление в домах, определяют по средним температурным значениям воздуха.

Если в течение последних пяти суток она не превышает «+8 °С», то согласно Постановлению Правительства РФ № 307 от 13.05.2006 обязана быть обеспечена подача тепла в дом. Для частных недорогих домов с самостоятельным обогревом в расчетах потребления топлива также принимаются те же данные.

Скорректированные данные о числе дней с температурой не выше «+8 °С» для региона, где построен коттедж, можно получить в местном отделении Гидрометцентра.

Если дом находится недалеко от крупного населенного пункта, проще воспользоваться данными из табл. 1. СНиП 23-01-99 (колонка № 11). Умножив это значение на 24 (число часов в сутки), можно найти параметр E в уравнении для расчета расхода газа.

Согласно климатическим данным из табл. 1 СНиП 23-01-99 строительные компании производят расчеты для определения теплопотерь зданий.

Если объем притока воздуха и температура в помещениях будут стабильными (либо с незначительными колебаниями), то теплопотери через ограждающие конструкционные элементы и от вентиляции будут прямо пропорциональны температуре внешнего воздуха.

Параметр T₂ в формула расчета теплопотерь можно определить, опираясь на данные из столбца № 12 табл. 1. СНиП 23-01-99.

Пример для коттеджа на 200 м 2

Теперь рассчитаем газовые расходы для коттеджа вблизи Ростова-на-Дону. Длительность отопительного сезона: E = 171 × 24 = 4104 ч. Средняя температура на улице T₂ = – 0.6 °С. Желаемая температура внутри дома: T₁ = 24 °С.

Двухэтажный коттедж с неотапливаемым гаражом. Общая площадь составляет около 200 м². Стены не утеплены дополнительно, что приемлемо для климата Ростовской области.

Шаг 1. Начнем с расчета теплопотерь через периметр, не учитывая гараж.

Для этого выделим однородные участки:

• Окна. Всего имеется 9 окон размером 1.6 на 1.8 м, одно окно 1.0 на 1.8 м и 2.5 круглых окна площадью 0.38 м² каждое. Общая площадь окон составляет: S_окна = 28.60 м². По паспорту изделий у нас R_окна = 0.55. Таким образом, Q_окна = 1279 Вт.
• Двери. В наличии имеется две утепленные двери размером 0.9 х 2.0 метра. Их общая площадь составляет: S_двери = 3.6 м². Согласно паспорту, значение R_двери равно 1.45. В результате, расчет теплопотерь через эти двери дает Q_двери = 61 Вт.
• Глухая стена. Рассмотрим участок «АБВГД»: 36.1 м × 4.8 м = 173.28 м². Участок «ДА»: 8.7 м × 1.5 м = 13.05 м². Площадь участка «ДЕЖ» составляет 18.06 м². Фронтон крыши рассчитывается как: 8.7 м × 5.4 м / 2 = 23.49 м². В результате, общая площадь глухой стены: S_стена = 251.37 м² – S_окна – S_двери = 219.17 м². Конструкция стен выполнена из газобетона толщиной 40 см и пустотелого облицовочного кирпича. Теплоизоляционное сопротивление составит R_стены = 2.50 + 0.63 = 3.13. Соответственно, Q_стены = 1723 Вт.

Общие теплопотери по периметру:

Шаг 2. Проведем расчет теплопотерь через крышу.

Крыша изолируется с применением сплошной обрешетки (35 мм), минеральной ваты толщиной 10 см и вагонки (15 мм). Теплосопротивление крыши составляет R_крыши = 2.98. Площадь крыши над основным зданием равняется: 2 × 10 м × 5.55 м = 111 м², а над котельной: 2.7 м × 4.47 м = 12.07 м². Общая площадь крыши составляет S_крыши = 123.07 м². Тогда Q_крыши = 1016 Вт.

Шаг 3. Осмотрим теплопотери через пол.

Необходимо отдельно оценить площади отопительного помещения и гаража, которые можно рассчитать либо с помощью математических формул, либо с использованием векторных графических редакторов, таких как Corel Draw.

Теплоизоляцию пола обеспечивают доски чернового настила и фанера под ламинат (в сумме 5 см), а также базальтовая изоляция (5 см). При этом R_пола = 1.72. Таким образом, общие теплопотери через пол могут быть рассчитаны следующим образом:

Шаг 4. Рассчитаем теплопотери из холодного гаража. Пол гаража не утеплен.

Тепло из обогреваемого дома уходит двумя основными путями:

Температура в гараже, учитывая баланс теплообмена, составит: T_# = 9.2 °C. Теплопотери в этом случае равняются: Q_гараж = 324 Вт.

Шаг 5. Изучим теплопотери от вентиляции.

Предположим, что объем вентиляции для данного коттеджа, где проживает 6 человек, равен 440 м³/час. В системе установлен рекуператор с коэффициентом полезного действия 50%. В этих условиях теплопотери составят: Q_вент = 1970 Вт.

Шаг 6. Определим общие теплопотери, сложив все локальные значения: Q = 6919 Вт.

Шаг 7. Рассчитаем объем газа, необходимый для отопления данного дома зимой при коэффициенте полезного действия котла 92%:

• Природный газ: V = 3319 м³.
• Сжиженный газ: V = 2450 кг.

После проведения расчетов можно сделать выводы о финансовых затратах на отопление и целесообразности инвестиций в снижение теплопотерь.

Выводы и полезное видео по теме

Теплопроводимость и сопротивление теплопередаче материалов. Правила расчетов для стен, крыши и пола:

Наиболее сложная часть в определении необходимого объема газа для отопления заключается в нахождении теплопотерь обогреваемого объекта. Здесь крайне важно внимательно отнестись к геометрическим расчетам.

Если финансовые затраты на обогрев окажутся высокими, стоит задуматься о дополнительной теплоизоляции здания. Тем более, что расчеты теплопотерь наглядно отображают структуру промерзания.

Пожалуйста, оставьте свои комментарии в блоке ниже, задавайте вопросы по неясным аспектам и делитесь фотографиями по теме статьи. Расскажите о своем опыте в расчетах расходов на отопление. Ваши советы могут быть полезными для многих посетителей сайта.