Расчет теплопотерь дома через ограждающие конструкции и инженерные коммуникации

Энергосбережение сейчас наиболее популярная тема в интернете. Еще бы, ведь экономить хочет каждый, а тем более в нынешних экономических условиях. Расчет потерь тепла при этом играет наиболее важную роль. Теплопотери в наиболее простом понимании это количество тепла, которое теряется помещением, домом или квартирой. Измеряются они в Вт. Возникают тепловые потери в доме из-за разницы внешних и внутренних температур воздуха.

Расчет теплопотерь в ехcel

Выводы

В переходной и холодный период года температура на улицах падает, и возрастает разница температур внутреннего воздуха и воздуха на улице. И как уже мы упоминали, Второй закон термодинамики никто не отменял, поэтому тепло с ваших домов и квартир стремится его покинуть и обогреть холодную окружающую среду. Для снижения этих утрат тепла, делается утепление домов в различных видах от пенопласта и вентилируемых фасадов до современных теплоизоляционных материалов в виде шпаклевки. Главной же задачей в нашей профессии является поддержание в помещении комфортных параметров микроклимата. И в первую очередь, мы рассчитываем теплопотери для их компенсации.

Зачем делать расчет теплопотерь?

Когда же делают расчет потерь тепла в доме? Расчет теплопотерь обязателен при проектировании систем отопления, систем вентиляции, воздушных отопительных систем. Расчетные температуры берут из нормативных документов. Значение внешней температуры воздуха отвечает температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки. Внутреннюю температуру берут или ту, которую желаете, или из норм, для жилых помещений это 20+-2°С.

Исходными данными для расчета служат: внешняя и внутренняя температура воздуха, конструкция стен, пола, перекрытий, назначение каждого помещения, географическая зона строительства. Все тепловые потери на прямую зависят от термического сопротивления ограждающих конструкций, чем оно больше, тем меньше теплопотери.

Для обеспечения комфортных условий пребывания людей в помещении нужно чтобы было правдивым уравнение теплового баланса

Qп+ Qо+ Qс+ Qк= Qср+ Qос+ Qпр+ Qлюд,

где Qп–теплопотери через пол, Qо–теплопотери через окна, Qс–теплопотери через стену, Qк- теплопотери через крышу, Qср–теплопоступления от солнечной радиации, Qос–теплопоступления от отопительных систем, Qпр–теплопоступления от приборов, Qлюд–теплопоступления от людей.

На практике же, уравнение упрощается и все утраты компенсирует система отопления, независимо водяная или воздушная.

Требования к теплоизоляционному материалу

Каркасы домов, возведенных по «канадской» технологии, собираются из плит OSB или дерева. Чтобы утеплитель не стал причиной порчи конструкций, он должен обладать достаточной паропроницаемостью – не менее 0,32 Мг.

Этому требованию в абсолютной мере соответствуют волокнистые теплоизоляторы – минераловатные материалы. Популярные синтетические утеплители, такие как пенопласт и аналоги на полимерной основе, нельзя применять в деревянных конструкциях по двум причинам:

1. Во-первых, из-за отсутствия упругости теплоизолятор не сможет подстроиться под временные деформации древесины (усушка, увеличение объема). Как результат – образование трещин и мостиков холода.
2. Во-вторых, пенопласт и его аналоги не дают «дышать» дереву. Это приводит к накоплению влаги, появлению плесени и гниению конструктивных элементов.

Выбирая, чем утеплить каркасный дом, помимо паропроницаемости, следует учесть и дополнительные свойства теплоизолятора. Приветствуется такие показатели:

• пожаробезопасность;
• экологичность;
• низкая теплопроводность;
• стойкость к усадке;
• минимальное водопоглощение.

Расчет теплопотерь

Получив исходные данные, проектировщики начинают расчет. Рассмотрим основные виды тепловых потерь и формулы их расчета. Теплопотери бывают: через стены, через пол, через окна, через крышу, через вентиляционные шахты и дополнительные потери тепла. Термическое сопротивление для всех конструкций рассчитывается по формуле

Rст =1/ αв+Σ(δі / λі)+1/ αн,

где αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/ м2·оС; λі и δі – коэффициент теплопроводности для материала каждого слоя стены и толщина этого слоя в м; αн – коэффициент теплоотдачи внешней поверхности ограждения, Вт/ м2·ос;

Коэффициенты α берутся из норм, и разные для стен и перекрытий.

И так, начнем:

Первым делом рассмотрим теплопотери через стены

На них наибольшее влияние имеет конструкция стен. Рассчитываются по формуле: Коэф. n-поправочный коэффициент. Зависит от материала конструкций, и принимается n=1 если конструкции из штучных материалов,и n=0,9 для чердака, n=0,75 для перекрытия подвала.

Пример: Рассмотрим теплопотери сквозь кирпичную стену 510 мм с утеплителем минеральной ватой 100 мм и декоративным финишным шаром 30 мм. Внутренняя температура воздуха 22ºС, наружная -20ºС. Высотой пусть будет 3 м и длиной 4 м. В комнате одна внешняя стена, размещение на Юг, местность не ветреная, без внешних дверей. Для начала необходимо узнать коэффициенты теплопроводности этих материалов. Из размещенной выше таблицы узнаем: λк =0,58 Вт/мºС, λут =0,064 Вт/мºС, λшт =0,76 Вт/мºС. После этого рассчитывается термическое сопротивление ограждающей конструкции:

Rст=1/ 23 +0,51/0,58+0,1/0,064+0,03/0,76+ 1/ 8,6 = 2,64 м2 ºС/Вт.

Для нашей местности такого сопротивления недостаточно и дом нужно утеплить лучше. Но сейчас не об этом. Расчет теплопотерь:

Q=1/R·FΔt·n·β=1/2,64·12·42·1·(10/100+1)=210Вт.

ß- это дополнительные потери тепла. Далее мы распишем их значение и станет ясно, откуда взялось число 10 и зачем делить на 100.

Далее идут тепловые потери сквозь окна

Здесь все проще. Расчет термического сопротивления не нужен, ведь в паспорте современных окон он уже указан. Теплопотери через окна рассчитываются по той же схеме, что и через стены. Для примера рассчитаем потери через энергосберегающие окна с термическим сопротивлением Rо= 0,87 (м2°С/Вт) размером 1,5*1,5 с ориентацией на Север. Q=1/0,87·2,25·42·1·(15/100+1)=125 Вт.

К теплопотерям через перекрытия относят отвод тепла через крышные и половые перекрытия. В основном это делается для квартир, где и пол и потолок представляет собой железобетонную плиту. На последнем этаже учитываются только потери сквозь потолок, а на первом лишь через подвальное перекрытие. Это обусловлено тем, что во всех квартирах принимается одинаковая температура воздуха, и теплоотдачу от квартиры к квартире не берут во внимание. Недавние исследования показали, что через не утепленные узлы примыкания перекрытий к ограждающим конструкциям идут большие потери тепла.

Определение утечки тепла через перекрытие такое же как и для стены, но не учитываются дополнительные теплопотери. Коэффициент α берется другой: α вн =8,7 Вт/(м 2·К) α вн =6 Вт/(м2·К), разница температур также, ведь в подвале или на крытом чердаке температура принимается в пределах 4-6ºС. Не будем расписывать расчет термического сопротивления для перекрытия, ведь он определяется по той же формуле Rст = 1/ αв + Σ ( δі / λі ) + 1/ α. Возьмем перекрытие с сопротивлением 4,95 и примем воздух на чердаке +4ºС, площадь потолка 3х4м, внутри 22ºС. Подставляем в формулу и получаем:Q=1/R·FΔt·n·β=1/4,95·12·18·0,9= 40 Вт.

Расчет потерь тепла через пол на грунте

Он немного сложнее нежели через перекрытие. Теплопотери рассчитываются по зонам. Зоной называют полосу пола шириной 2 м, параллельно внешней стене. Первая зона находится непосредственно возле стены, здесь происходит больше всего потерь тепла. За ней последуют вторая и другие зоны, до центра пола. Для каждой зоны рассчитывается свой коэффициент теплопередачи. Для упрощения вводится понятие удельного сопротивления: для первой зоны R1=2,15 (м2°С/Вт), для второй R2=4,3 (м2°С/Вт), для третьей R3=8,6 (м2°С/Вт)

Пример Есть комната в которой пол на грунте, размер пола 6х8 м Температуры все те же. Сначала разделим пол на зоны. У нас их получилось две. Находим площадь каждой зоны. У нас это 20 м2 для первой зоны и 8 м2 для второй. Затем задаемся условными сопротивлениями R1=2,15 (м2°С/Вт), R2=4,3 (м2°С/Вт), подставляем в формулу: Q=(F1/R1+F2/R2+F3/R3)(tвт — tвн)·n=(20/2,15+8/4,3)·42·1= 470 Вт.

Дополнительные теплопотери

Учитываются только для стен и окон, то есть конструкций которые напрямую соприкасаются с окружающей средой. Существует четыре вида дополнительных потерь тепла: на ориентацию, на ветреность, на количество стен и наличие внешних дверей. Выражаются они в процентах и в последствии переводятся в коэффициент дополнительных теплопотерь. Если помещение ориентированно на Север, Восток, Северо-Восток, Северо-Запад дополнительные потери тепла составляют 10%, когда на Юг, Запад, Юго-Запад, Юго-Восток, додаются 5%. Если здание находится в ветреной местности, додаются еще 10% тепловых потерь,а когда в защищенной от ветров местности только 5%. Если в помещении есть две внешние стены, то дополнительные потери составляют 5%, когда только одна — дополнительных потерь нет. Если в наружной стене есть дверь, можно рассчитать убыток сквозь нее, но проще добавить 60% если двери тройные, 80% когда двойные двери и 95% если они одинарные. Например: Комната имеет две внешние стены, размещенная в ветреной местности, одна стена выходит на Юг, вторая на Север, дверей нету. Тогда дополнительные потери составляют 10%+5% на ориентацию +10% на ветер +5% так как две стены. И того 30%, чтобы добавить их к основным теплопотерям нужно перевести в коэффициент β =30% + 100% =30/100 +1 =1,3 и подставляем в общую формулу.

Теплопотери на вентиляцию

Не учитываются, если проектируется воздушное отопление или используется вентустановка с подогревом воздуха, так как воздух в помещение поступает уже теплый, и на его нагрев не тратится тепло. Но если установка без подогрева, необходимо учесть расход тепла на нагрев входящего воздуха. Упрощенная формула выглядит так:

Q=0,337·V·Δt

где V — бьем помещения в м3, Δt — разница внешней и наружной температур.

Сума всех потерь тепла и составляет общие потери помещения.

Измерение вентиляционных показателей

Ещё одной важной составляющей расчёта теплопотерь помещения является величина энергии, уходящей на обогрев вентиляционного воздуха. Она может составлять до 30% общих потерь, поэтому обязательно вычисляется и прибавляется к результату основных расчётов. Формулу для такого вычисления берут из учебника физики для определения теплоёмкости воздуха: Q возд. = c * m * (tв — tн).

Энергия, уходящая на обогрев вентиляционного воздуха рассчитывается по формуле

Вот расшифровка основных показателей:

• Q возд. — количество энергии, потраченное на обогрев воздуха, измеряется в Вт;
• tв — средняя внутренняя температура измеряется в градусах по Цельсию;
• tн — самая низкая температура снаружи измеряется в градусах;
• c — теплоёмкость воздуха равна 0.28 Вт / (кг °С);
• m — масса воздуха, попадающего в помещение снаружи, измеряют в кг.

Для более точного подсчёта массы поступающего воздуха пользуются простой формулой: умножают объём всех вычисляемых помещений на плотность воздуха. Вычисление объёма производят по внутренним данным, перемножая длину, ширину и высоту комнат, а потом сложив все объёмы в единый. Значение плотности воздуха находят в специальной таблице, где он указан в зависимости от температуры. За отправную температуру берётся наружный показатель, самый низкий для местности.

Для определения конечного результата складывают итоговые значения двух основных формул. Полученный результат будет наиболее точным показателем теплопотерь здания.

Расчет тепловых потерь в программе Excel

Сам процесс расчета тепловых потерь дома занимает довольно много времени, поэтому для себя мы создали шаблон в Excel, с помощью которого делаем расчеты. Решили с вами поделиться и использовать его можно перейдя по ссылке. Здесь же распишем инструкцию пользования.

Шаг 1

Перейти по ссылке и открыть программный файл. Вы перед собой увидите таблицу такого вида:

Шаг 2

Нужно заполнить исходные данные: номер помещения (если вам нужно), его название и температура внутри, название ограждающих конструкций и их ориентация, размеры конструкций. Вы увидите, что площадь считается сама. Если хотите отнимать площадь окна от стен, нужно корректировать формулы, так как мы не знаем где у вас будут записаны окна. У нас площади отнимаются. Также нужно заполнить коэффициент теплопередачи 1/R, разницу температур и поправочный коэффициент. К сожалению, их заполняют вручную. В примере у нас кабинет с тремя внешними стенами в одной стене два окна, в другой нет окон и третья имеет одно окно. Конструкции стен будет как в примере, где мы рассчитывали R, поесть к=1/R=1/2,64=0,38. Пол пусть будет на грунте и его поделим на зоны у нас их две и потери считаем для двух зон , тогда к1=1/2,15=0,47, к2=1/4,3=0,23. Окна пусть будут энергосберегающие Rо= 0,87 (м2°С/Вт), тогда к=1/0,87=1,14.

На картинке видно, что количество потерь тепла уже прорисовывается.

Шаг 3

К сожалению, также вручную заполняются и дополнительные потери. Вводить их нужно в процентах, программа сама в формуле переведет их на коэффициент. И так, для нашего примера: Стены 3 значит к каждой стене +5% теплопотерь, местность не веретенная поэтому +5% к каждому окну и стене, Ориентация на Юг +5% для конструкций, на Север и Восток +10%. Дверей внешних нет поэтому 0, но если бы были то суммировались бы проценты только к той стене в которой есть дверь. Напоминаем, что к полу или перекрытию дополнительные потери тепла не относятся.

Как видно, потери помещения возросли. Если у вас заходит в помещение уже теплый воздух, этот шаг последний. Число записанное в столбце Q, и есть ваши искомые тепловые потери помещения. И эту процедуру нужно провести для всех остальных помещений.

Шаг 4

В нашем же случае воздух не подогревается ,и чтобы рассчитать полные потери тепла, нужно в столбик Rввести площадь нашего помещения 18 м2, а в столбец S его высоту 3 м.

Эта программа значительно ускоряет и упрощает расчеты, даже невзирая на большое количество введенных вручную элементов. Она не раз помогала нам. Надеемся и вам она станет помощником!

Пример расчёта толщины стены

Толщина утепления каркасного дома для постоянного проживания на примере Московской области (такой расчёт был приведён выше) составила 150 мм при применении минерально ваты плотностью 50 кг/м3. Поскольку большинство производителей выпускают этот утеплитель толщиной 50 и 100 мм, то придётся положить изоляцию либо в три слоя толщиной по 50 мм, либо в два 100 и 50 мм. От этого коэффициент теплопроводности не изменится.

В качестве наружной обшивки была выбрана OSB толщиной 12 мм с воздушным зазором в 50 мм и штукатуркой 5 мм.

Внутренняя часть обшита гипсокартоном 13 мм.

Итого: 150 + 12 + 50 + 5 + 13 = 230 (мм).

Теперь, ориентируясь на эти данные теперь можно производить расчёт фундамента, но нужно понимать, что это всего лишь математический расчёт и он не учитывает проблемы, которые могут возникнуть при монтаже конструкции.

Онлайн калькулятор фундамента

Чтобы узнать примерную стоимость фундаментов различных типов, воспользуйтесь следующим калькулятором:

Чтобы убедиться, что по дому нигде не гуляет сквозняк, производится проверка конструкции тепловизором Источник sargorstroy.ru

Лучшая стекловата для утепления каркасного дома

При производстве используется то же сырье, которое применяют при производстве стекла. Многие компании используют стеклоотходы для получения расплава, из которого формируют нити. Это помогает снизить себестоимость продукции. Волокна стекловаты длиннее, чем у базальтовой теплоизоляции, что может становиться причиной ломки и незначительного изменения структуры.

Isover Теплый дом-Плита

Формастабильные плиты 1170х610х50 мм предназначены для установки между стропилами, несущими элементами каркаса. Отличительной особенностью является повышенная упругость, которая обеспечивают плотное прилегание и отсутствие мостиков холода. Это позволяет работать одному человеку, выполняя утепление на высоком профессиональном уровне.

Материал относится к группе НГ, безопасен для здоровья, не выделяет в окружающую среду летучих органических веществ. Теплопроводность – одна из лучших в своей категории, позволяет снизить расходы на отопление при постоянном проживании в коттедже. Поставляется в плотной пленке, которая защищает от повышенной влажности и УФ-излучения.

Достоинства:

• Не пылит;
• Не ломается во время укладки;
• Низкая цена;
• Хороший уровень звукоизоляции;
• Паропроницаемость.

Недостатки:

• Может впитывать влагу.

Ursa Terra 34 PN Pro

Продукция европейского бренда с 70-летним опытом работы отличается экологичностью, безопасностью для здоровья. Производится в автоматическом режиме с контролем 20 параметров и расхода связующего. Выпускаются в виде плит 1000х610х50 мм, которые хорошо защищают от теплопотерь и внешнего шума. Для связывания волокна используются полимерное вещество собственной разработки Terra.

Материал отличается хорошей упругостью, что упрощает монтажные работы по установке в каркас или в пространство между стропилами. Относится к негорючим веществам, структура волокна усиленная, что снижает уровень пыли. Теплоизоляция биостойкая, не разлагается под воздействием агрессивных веществ.

Достоинства:

• Низкое водопоглощение;
• Хорошая паропроницаемость;
• Высокие показатели теплопроводности;
• Сохраняет свойства при температуре до 220 градусов.

Недостатки:

• Не обнаружены.

Рейтинг утеплителей для каркасного дома

При составлении обзора рассматривалась продукция брендов с хорошей репутацией. Изучались технические характеристики, структура, удобство монтажа, наличие сертификатов. Учитывались отзывы владельцев недвижимости, мнения строителей и теплотехников. Основное внимание уделили следующим параметрам:

• Состав – выпускают утеплитель на основе минваты, базальтовой ваты, пенопласта;
• Толщина – приветствуется широкий ассортимент по размерам;
• Теплопроводность – чем ниже коэффициент, тем меньше нужно изолятора;
• Водопоглощение – должно иметь минимальные значения;
• Пожаробезопасность – преимущество у негорючих материалов.

Неравномерная плотность, механические дефекты, способность поддерживать горение и впитывать большой объем воды – изоляторы с такими дефектами исключались из нашего рейтинга.

Полистиролы

Довольно часто для утепления каркас­ных стен сегодня используют жесткие утеплители на основе полистирола, выпускаемые в виде формованных плит. Самыми известными из них являются пенопласт (пенополистилол) или экструзионный (экструдированный) полистирол, к послед­ним относится «Полиспен», «Пеноплекс», STYROFOAM. Эти материалы по некоторым своим свойствам превосходят многие мине­раловатные утеплители, так как имеют более низкий коэффициент теплопро­водности и более высокую прочность на сжатие, а так же меньшее водопоглащение. Срок их службы вполне сопос­тавим со сроком эксплуатации здания, они не дают усадки. Полным отсутс­твием водопоглощения характеризуется экструдированный пенополистирол, а вот дешевые пенопласты могут вбирать в себя влагу — она проникает внутрь между гранулами и при многократном замерза­нии-оттаивании разрушает материал.

Самым главным недостатком всех полистиролов является их воспламеняемость, горючесть и дымообразующая способность по ГОСТ 30402, ГОСТ 30244 и СНиП 21-01-97.

Несмотря на ряд положитель­ных качеств, дающих повод некоторым экспертам называть производные поли­стирола чуть ли не универсальным утеп­лителем, и пенопласт и экструзионный полистирол обладают серьезными недостатками, ставящими под сомнение целесообраз­ность применения этих материалов в ряде случаев. Один из них связан с их хруп­костью: при использовании полистиролов сложно герметизи­ровать стыки плит по причине их жесткости и не пластичности. Кроме того, этот вид утеплителя очень нравится грызунам, которые любят его грызть, уст­раивать в них ходы и норы.

Да и экологичными каркасные стены, заполненные разновидностями полистиролов, назвать нельзя из-за входящего в состав этой изоляции стиро­ла, который при попадании в воздух от­рицательно влияет на организм дышащих им людей

Кроме того, одно из главных свойств этих утеплителей – очень низкая паропроницаемость — означает, что стены дома не будут «дышать», при утеплении создается «эффект термоса», что особенно важно не допустить в своем доме. К выбору этого материа­ла в качестве наполнителя стен жилого дома нужно подходить внимательно и сточ­ки зрения пожаробезопасности

Пенополистирольные плиты относятся к горючим материалам (группы горючести Г1-Г4). Однако слабогорючие материалы также представляют некоторую опасность с точ­ки зрения экологичности. Для уменьшения их горючести в состав вводят гексабромоциклододекан (ГБЦДД), который явля­ется устойчивым токсичным веществом. Успокаивает лишь то, что этот токсикант скорее всего не испаряется и не растворяется в воде. Тем не менее, Европейское химическое агентство ставит его в начале списка сре­ди самых опасных веществ, значит, повод задуматься все-таки есть.

Особенно же неприятным является то, что все без исключения полистролы при горении выделяют в той или иной степени удушливый дым, который включает токсичные вещест­ва — оксид углерода, бензол и другие. Класс материала по горючести (Г1-Г4), дымообразованию (Д1-Д4), воспламеняемости (В1-В4) и токсичности продуктов горения (Т1-Т4) указывается в сертификате пожарной безопасности, который выдается на основе отчета об испытаниях материала. Для сравнения: минеральная БАЗАЛЬТОВАЯ вата является негорючим материалом – группа НГ.

В заключении хочется добавить, что конечно же есть задачи, для которых применение полистиролов практически не имеет альтернативы, например, утепление фундаментов в грунте, но при утеплении наружной части любого здания первенство остается за базальтовым утеплителем

Важно в каждом конкретном случае выбирать материал, который будет решать конкретную задачу

Что выбирать – решать Вам.

Какой утеплитель для каркасного дома лучше

Профессиональные строители и теплотехники знают, какой утеплитель для стен каркасного дома лучше использовать, а какой стоит выбрать только для перекрытий или скатной кровли. Правильно принятое решение позволяет увеличить срок эксплуатации конструкций. Команда VyborExperta.ru рекомендует купить следующие изоляторы с учетом сферы применения:

• Тепло Knauf Коттедж Термо Плита 037 – для небольших загородных коттеджей;
• Isoroc СуперТеплый – для утепления стен и скатной кровли;
• Rockwool Лайт Баттс Экстра – выбор владельца большого особняка;
• Пеноплэкс Комфорт – для утепления пола по земле;
• Isover Теплый дом-Плита – для бюджетного строительства.

Все представленные в обзоре материалы достойны внимания, но только самые удобные в работе и теплые изоляторы получили звание лучшей теплоизоляции в своем классе.