Calculul sistemului de încălzire al unei case private: reguli și exemple de calcul

Încălzirea casei private este un element necesar al unei locuințe confortabile. Suntem de acord că amenajarea complexului de încălzire trebuie abordată cu atenție, deoarece erorile vor costa scump. Dar nu ați făcut niciodată astfel de calcule și nu știți cum să le efectuați corect?

Vă vom ajuta – în articolul nostru vom analiza în detaliu cum se face calculul sistemului de încălzire al casei private pentru a compensa eficient pierderile de căldură în lunile de iarnă.

Vom oferi exemple concrete, completând materialul articolului cu fotografii sugestive și sfaturi video utile, precum și tabele actualizate cu indicatori și coeficienți necesari pentru calcule.

Pierderi de căldură ale casei private

Clădirea pierde căldură din cauza diferenței de temperatură a aerului din interior și din afara casei. Pierderile de căldură sunt cu atât mai mari cu cât suprafața elementelor de închidere ale clădirii (ferestre, acoperiș, pereți, fundație) este mai mare.

De asemenea, pierderile de energie termică sunt legate de materialele elementelor de închidere și dimensiunile acestora. De exemplu, pierderile de căldură ale pereților subțiri sunt mai mari decât ale celor groși.

Eficient calcul al încălzirii pentru o casă privată ia în considerare în mod obligatoriu materialele folosite la construcția elementelor de închidere.

De exemplu, la grosime egală, pereții din lemn și cărămidă conduc căldura cu intensitate diferită – pierderile de căldură prin construcțiile din lemn sunt mai lente. Unele materiale transmit căldura mai bine (metal, cărămidă, beton), altele mai slab (lemn, vată minerală, polistiren expandat).

Atmosfera din interiorul unei clădiri rezidențiale este indirect legată de mediul aerian exterior. Pereții, deschiderile ferestrelor și ușilor, acoperișul și fundația transmit căldura din casă spre exterior în timpul iernii, aducând în schimb frig. Acestea reprezintă 70-90% din pierderile totale de căldură ale cabanei.

Pereții, acoperișul, ferestrele și ușile – totul lasă căldura să iasă afară iarna. Termoviziunea va arăta vizual scurgerile de căldură

Pierderea constantă de energie termică pe parcursul sezonului de încălzire are loc, de asemenea, prin ventilație și canalizare.

La calcularea pierderilor de căldură ale clădirii de locuință individuală, aceste date de obicei nu sunt luate în considerare. Cu toate acestea, includerea în calculul termic general al casei a pierderilor de căldură prin sistemele de canalizare și ventilație este totuși soluția corectă.

Reducerea semnificativă a pierderilor de căldură care au loc prin elementele de construcție, deschiderile ușilor/ferestrelor poate fi realizată de un sistem de izolație termică bine conceput

Nu se poate efectua calculul circuitului autonom de încălzire al unei case de la țară fără evaluarea pierderilor de căldură ale elementelor sale de închidere. Mai exact, nu veți reuși să determinați puterea cazanului de încălzire suficientă pentru încălzirea cabanei în cele mai grele înghețuri.

Analiza consumului real de energie termică prin pereți va permite compararea costurilor echipamentelor de cazan și combustibilului cu cheltuielile pentru izolarea termică a elementelor de închidere.

Cu cât casa este mai eficientă energetic, adică cu cât pierde mai puțină energie termică în lunile de iarnă, cu atât cheltuielile pentru achiziționarea combustibilului sunt mai mici.

Pentru un calcul corect al sistemului de încălzire, va fi necesar coeficientul de conductivitate termică al materialelor de construcție comune.

Tabel cu valorile coeficientului de conductivitate termică a diferitelor materiale de construcție cel mai frecvent utilizate la construcția

Calculul pierderilor de căldură prin pereți

Pe exemplul unei cabane convenționale cu două etaje, vom calcula pierderile de căldură prin structurile sale de pereți.

Date inițiale:

• „cutie” pătrată cu pereți de fațadă de 12 m lățime și 7 m înălțime;
• în pereți – 16 deschideri, fiecare cu suprafața de 2,5 m²;
• materialul pereților de fațadă – cărămidă ceramică plină;
• grosimea peretelui – 2 cărămizi.

Apoi vom calcula grupul de indicatori care compun valoarea totală a pierderilor de căldură prin pereți.

Indicatorul rezistenței termice

Pentru a afla indicatorul rezistenței termice pentru peretele fațadei, trebuie să împărțiți grosimea materialului peretelui la coeficientul său de conductivitate termică.

Pentru o serie de materiale de construcție, datele privind coeficientul de conductivitate termică sunt prezentate în imaginile de mai sus și de mai jos.

Pentru calcule precise, va fi necesar coeficientul de conductivitate termică al materialelor termoizolante indicate în tabel, utilizate în construcții.

Peretele nostru convențional este construit din cărămidă ceramică plină, al cărei coeficient de conductivitate termică este de 0,56 W/m·^oC. Grosimea sa, ținând cont de zidăria pe mortar de ciment-nisip (CPR), este de 0,51 m. Împărțind grosimea peretelui la coeficientul de conductivitate termică al cărămizii, obținem rezistența termică a peretelui:

0,51 : 0,56 = 0,91 W/m^2×°C

Rotunjim rezultatul împărțirii la două zecimale, deoarece nu este nevoie de date mai precise privind rezistența termică.

Suprafața pereților exteriori

Deoarece exemplul este o clădire pătrată, suprafața pereților se determină înmulțind lățimea cu înălțimea unui perete, apoi cu numărul de pereți exteriori:

12 · 7 · 4 = 336 m²

Deci, cunoaștem suprafața pereților fațadei. Dar deschiderile ferestrelor și ușilor, care ocupă împreună 40 m² (2,5·16=40 m²) din peretele fațadei, trebuie oare luate în considerare?

Într-adevăr, cum se calculează corect încălzirea autonomă într-o casă din lemn fără a ține cont de rezistența termică a ferestrelor și ușilor.

Coeficientul de conductivitate termică al materialelor termoizolante utilizate pentru izolarea pereților portanți

Dacă este necesar să se calculeze pierderile de căldură ale unei clădiri mari sau ale unei case calde (eficiente energetic) – da, luarea în considerare a coeficienților de transfer termic ai ramelor ferestrelor și ușilor de intrare la calcul va fi corectă.

Cu toate acestea, pentru clădirile cu puține etaje de tip IJS (construcții individuale de locuințe), ridicate din materiale tradiționale, este permis să se neglijeze deschiderile ușilor și ferestrelor. Adică, să nu se scadă suprafața lor din suprafața totală a pereților fațadei.

Pierderile totale de căldură ale pereților

Determinăm pierderea de căldură pe metru pătrat de perete la o diferență de temperatură a aerului în interior și exterior de un grad.

Pentru aceasta, împărțim unitatea la rezistența termică a peretelui, calculată anterior:

1 : 0,91 = 1,09 W/m²·^°C

Cunoscând pierderile de căldură pe metru pătrat de perimetru al pereților exteriori, se pot determina pierderile de căldură la anumite temperaturi exterioare.

De exemplu, dacă în încăperile casei temperatura este de +20 ^°C, iar afară de -17 ^°C, diferența de temperatură va fi de 20+17=37 ^°C. În această situație, pierderile totale de căldură ale pereților casei noastre convenționale vor fi:

0,91 · 336 · 37 = 11313 W,

Unde: 0,91 – rezistența termică a unui metru pătrat de perete; 336 – suprafața pereților fațadei; 37 – diferența de temperatură dintre atmosfera interioară și cea exterioară.

Coeficientul de conductivitate termică al materialelor termoizolante utilizate pentru izolarea podelei/peretilor, pentru realizarea șapei uscate a podelei și nivelarea pereților

Să recalculăm valoarea obținută a pierderilor de căldură în kilowați-oră, acestea fiind mai convenabile pentru percepție și pentru calculele ulterioare ale puterii sistemului de încălzire.

Pierderi de căldură ale pereților în kilowați-oră

Mai întâi, să aflăm câtă energie termică se va pierde prin pereți într-o oră la o diferență de temperatură de 37 ^°C.

Reamintim că calculul se efectuează pentru o casă cu caracteristici structurale, alese convențional pentru calcule demonstrative:

11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,

Unde: 11313 – valoarea pierderilor de căldură obținută anterior; 1 – ora; 1000 – numărul de wați într-un kilowatt.

Coeficientul de conductivitate termică al materialelor de construcție utilizate pentru izolarea pereților și planșeelor

Pentru a calcula pierderile de căldură pe zi, înmulțim valoarea obținută a pierderilor de căldură pe oră cu 24 de ore:

11,313 · 24 = 271,512 kWh

Pentru claritate, să aflăm pierderile de energie termică pentru întregul sezon de încălzire:

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 kWh,

Unde: 7 – numărul de luni din sezonul de încălzire; 30 – numărul de zile dintr-o lună; 271,512 – pierderile zilnice de căldură ale pereților.

Astfel, pierderile de căldură calculate ale casei cu caracteristicile structurilor de închidere selectate mai sus vor fi de 57017,52 kWh pe parcursul a șapte luni ale sezonului de încălzire.

Luarea în considerare a influenței ventilației casei private

Calculul pierderilor de căldură prin ventilație în sezonul de încălzire, ca exemplu, îl vom efectua pentru un cămin convențional de formă pătrată, cu un perete de 12 metri lățime și 7 metri înălțime.

Fără a ține cont de mobilier și pereții interiori, volumul interior al atmosferei din această clădire va fi:

12 · 12 · 7 = 1008 m³

La o temperatură a aerului de +20 ^°C (norma în sezonul de încălzire), densitatea acestuia este de 1,2047 kg/m³, iar căldura specifică este de 1,005 kJ/(kg·^°C).

Să calculăm masa atmosferei din casă:

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Unde: 1008 – volumul atmosferei din casă; 1,2047 – densitatea aerului la t +20 ^°C.

Tabel cu valoarea coeficientului de conductivitate termică a materialelor care pot fi necesare la efectuarea calculelor precise

Să presupunem o înlocuire de cinci ori a volumului de aer din încăperile casei. Observăm că necesarul exact de volum de aer de alimentare de aer proaspăt depinde de numărul de locuitori ai casei.

La o diferență medie de temperatură între casă și stradă în sezonul de încălzire, egală cu 27 ^oC (20 ^oC în casă, -7 ^oC atmosfera exterioară) pe zi, pentru încălzirea aerului rece de alimentare va fi necesară energie termică:

5 · 27 · 1214,34 · 1,005 = 164755,58 kJ,

Unde: 5 – numărul de schimburi de aer în încăperi; 27 – diferența de temperatură dintre atmosfera interioară și cea exterioară; 1214,34 – densitatea aerului la t +20 ^oC; 1,005 – căldura specifică a aerului.

Să convertim kilojulii în kilowați-oră, împărțind valoarea la numărul de kilojulii într-un kilowatt-oră (3600):

164755,58 : 3600 = 45,76 kWh

După ce am aflat costurile de energie termică pentru încălzirea aerului din casă la înlocuirea de cinci ori prin ventilația de alimentare, se pot calcula pierderile de căldură «aeriene» pentru sezonul de încălzire de șapte luni:

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 kWh,

Unde: 7 – numărul de luni «încălzite»; 30 – numărul mediu de zile dintr-o lună; 45,76 – costurile zilnice de energie termică pentru încălzirea aerului de alimentare.

Costurile energetice de ventilație (infiltrație) sunt inevitabile, deoarece reînnoirea aerului în încăperile casei este vital necesară.

Necesitățile de încălzire a atmosferei de aer înlocuit din casă trebuie calculate, însumate cu pierderile de căldură prin elementele de închidere și luate în considerare la alegerea cazanului de încălzire. Există încă un tip de costuri energetice termice, ultimul – pierderile de căldură prin canalizare.

Costurile energetice pentru prepararea apei calde menajere (ACM)

Dacă în lunile calde din robinetul casei curge apă rece, iar în sezonul de încălzire aceasta este înghețată, cu o temperatură de cel mult +5 ^oC. Baia, spălatul vaselor și spălarea hainelor sunt imposibile fără încălzirea apei.

Apa colectată în rezervorul toaletei intră în contact prin pereți cu atmosfera casei, preluând puțină căldură. Ce se întâmplă cu apa încălzită prin arderea unui combustibil care nu este gratuit și utilizată pentru nevoi casnice? Este deversată în canalizare.

Cazanul în două circuite cu boiler de încălzire indirectă, utilizat atât pentru încălzirea agentului termic, cât și pentru furnizarea apei calde în circuitul construit pentru acesta.

Să examinăm pe un exemplu. O familie de trei persoane, să presupunem, consumă 17 m³ de apă lunar. 1000 kg/m³ este densitatea apei, iar 4,183 kJ/kg·^oC este căldura sa specifică.

Temperatura medie de încălzire a apei destinate uzului casnic să fie de +40 ^oC. În consecință, diferența de temperatură medie între apa rece care intră în casă (+5 ^oC) și apa încălzită în boiler (+30 ^oC) este de 25 ^oC.

Pentru calculul pierderilor de căldură la canalizare, considerăm:

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 kJ,

Unde: 17 – volumul lunar al consumului de apă; 1000 – densitatea apei; 25 – diferența de temperatură între apa rece și apa încălzită; 4,183 – capacitatea termică specifică a apei;

Pentru transformarea kilojulilor în kilowați-oră, mai ușor de înțeles:

1777775 : 3600 = 493,82 kWh

Astfel, pe parcursul perioadei de șapte luni a sezonului de încălzire, energia termică evacuată în canalizare este în volum de:

493,82 · 7 = 3456,74 kWh

Consumul de energie termică pentru încălzirea apei pentru nevoi igienice este mic, în comparație cu pierderile de căldură prin pereți și ventilație. Dar acestea sunt, de asemenea, cheltuieli energetice care încarcă centrala de încălzire sau boilerul și duc la consum de combustibil.

Calculul puterii cazanului de încălzire

Centrala termică din cadrul sistemului de încălzire este destinată compensării pierderilor de căldură ale clădirii. De asemenea, în cazul unui sistem cu două circuite sau al dotării centralei cu un boiler cu încălzire indirectă, pentru încălzirea apei pentru nevoi igienice.

Calculând pierderile zilnice de căldură și consumul de apă caldă „la canalizare”, se poate determina cu exactitate puterea necesară a centralei pentru o vilă de o anumită suprafață și caracteristici ale elementelor de închidere.

Centrala cu un singur circuit produce doar încălzirea agentului termic pentru sistemul de încălzire.

Pentru determinarea puterii centralei de încălzire, este necesar să se calculeze pierderile de energie termică ale casei prin pereții fațadei și pentru încălzirea aerului de reînnoire din spațiile interioare.

Sunt necesare date privind pierderile de căldură în kilowați-oră pe zi – în cazul unei case convenționale, calculată ca exemplu, acestea sunt:

271,512 + 45,76 = 317,272 kWh,

Unde: 271,512 – pierderile zilnice de căldură prin pereții exteriori; 45,76 – pierderile zilnice de căldură pentru încălzirea aerului de admisie.

În consecință, puterea necesară de încălzire a centralei va fi:

317,272 : 24 (ore) = 13,22 kW

Cu toate acestea, o astfel de centrală va fi sub o sarcină constant ridicată, ceea ce îi reduce durata de viață. Și în zilele deosebit de geroase, puterea calculată a centralei va fi insuficientă, deoarece la o diferență mare de temperatură între atmosfera interioară și cea exterioară, pierderile de căldură ale clădirii vor crește brusc.

Prin urmare, alegerea centralei pe baza unui calcul mediu al consumului de energie termică nu este recomandată – aceasta s-ar putea să nu facă față gerurilor puternice.

Rațional ar fi să se majoreze puterea necesară a echipamentului centralei cu 20%:

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

Pentru a calcula puterea necesară a celui de-al doilea circuit al cazanului, care încălzește apa pentru spălat vase, baie etc., trebuie să împărțiți consumul lunar de căldură al pierderilor de căldură „de canalizare” la numărul de zile din lună și la 24 de ore:

493,82 : 30 : 24 = 0,68 kW

În urma calculelor, puterea optimă a cazanului pentru casa-model este de 15,86 kW pentru circuitul de încălzire și 0,68 kW pentru circuitul de încălzire a apei.

Alegerea radiatoarelor de încălzire

Tradițional, puterea radiatorului de încălzire este recomandat să fie aleasă în funcție de suprafața încăperii încălzite, cu o majorare de 15-20% a necesarului de putere pentru orice eventualitate.

Ca exemplu, să analizăm cât de corectă este metoda de alegere a radiatorului „10 m² suprafață – 1,2 kW”.

Puterea termică a radiatoarelor depinde de modul de conectare a acestora, ceea ce trebuie luat în considerare la efectuarea calculelor sistemului de încălzire

Date inițiale: cameră de colț la primul nivel al unei case individuale cu două etaje; perete exterior din cărămidă ceramică în zidărie dublă; lățimea camerei 3 m, lungimea 4 m, înălțimea tavanului 3 m.

Conform schemei simplificate de selecție, se propune calcularea suprafeței încăperii, calculăm:

3 (lățime) · 4 (lungime) = 12 m²

Adică puterea necesară a radiatorului de încălzire cu o suprataxă de 20% rezultă 14,4 kW. Acum să calculăm parametrii de putere ai radiatorului de încălzire pe baza pierderilor de căldură ale camerei.

De fapt, suprafața camerei influențează pierderile de energie termică mai puțin decât suprafața pereților acesteia care sunt orientați cu o parte spre exteriorul clădirii (fațadă).

Prin urmare, vom calcula exact suprafața pereților „exteriori” din cameră:

3 (lățime) · 3 (înălțime) + 4 (lungime) · 3 (înălțime) = 21 m²

Cunoscând suprafața pereților care transmit căldura „afară”, să calculăm pierderile de căldură la o diferență de temperatură între cameră și exterior de 30^° (în casă +18 ^°C, afară -12 ^°C), și anume imediat în kilowați-oră:

0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 kW,

Unde: 0,91 – rezistența la transferul de căldură a m² de pereți ai camerei orientați „afară”; 21 – suprafața pereților „exteriori”; 30 – diferența de temperatură în interiorul și exteriorul casei; 1000 – numărul de wați într-un kilowatt.

Conform standardelor de construcție, aparatele de încălzire sunt amplasate în locurile cu pierderi maxime de căldură. De exemplu, radiatoarele se instalează sub deschiderile ferestrelor, pistoalele termice – deasupra intrării în casă. În camerele de colț, bateriile se instalează pe pereții orbi, supuși unei acțiuni maxime a vânturilor.

Rezultă că pentru a compensa pierderile de căldură prin pereții de fațadă ai acestei construcții, la o diferență de temperatură de 30^° între casă și exterior, este suficientă o încălzire cu o putere de 0,57 kWh. Să mărim puterea necesară cu 20, chiar 30% – obținem 0,74 kWh.

Astfel, necesarul real de putere termică poate fi semnificativ mai mic decât schema comercială «1,2 kW pe metru pătrat de suprafață a încăperii».

Mai mult, calculul corect al puterii necesare a radiatoarelor de încălzire va reduce volumul agentului termic din sistemul de încălzire, ceea ce va diminua sarcina asupra cazanului și cheltuielile cu combustibilul.

Concluzii și material video util pe această temă

Unde se pierde căldura din casă – răspunsurile sunt oferite de un videoclip ilustrativ:

Videoclipul prezintă modul de calcul al pierderilor de căldură ale casei prin elementele de închidere. Cunoscând pierderile de căldură, veți putea calcula exact puterea sistemului de încălzire:

Vedeți mai jos un videoclip detaliat despre principiile de selectare a caracteristicilor de putere ale cazanului de încălzire:

Producția de căldură se scumpește în fiecare an – prețurile combustibililor cresc. Iar căldura lipsește mereu. Nu poți fi indiferent față de consumul de energie al casei – este total neprofitabil.

Pe de o parte, fiecare nou sezon de încălzire costă proprietarul din ce în ce mai mult. Pe de altă parte, izolarea pereților, fundației și acoperișului casei costă mulți bani. Cu toate acestea, cu cât mai puțină căldură iese din clădire, cu atât mai ieftin va fi să o încălziți.

Păstrarea căldurii în încăperile casei este sarcina principală a sistemului de încălzire în lunile de iarnă. Alegerea puterii cazanului de încălzire depinde de starea casei și de calitatea izolației elementelor sale de închidere. Principiul «kilowatt la 10 metri pătrați de suprafață» funcționează pentru o casă cu o stare medie a fațadelor, acoperișului și fundației.

Ați calculat singur sistemul de încălzire pentru casa dumneavoastră? Sau ați observat o neconcordanță în calculele prezentate în articol? Împărtășiți-vă experiența practică sau cunoștințele teoretice, lăsând un comentariu în secțiunea de sub acest articol.