Supponiamo che tu voglia raccogliere tu stesso una caldaia, radiatori e tubi per il sistema di riscaldamento di una casa privata. Compito numero 1 - per calcolare il carico termico per il riscaldamento, in altre parole, per determinare il consumo totale di calore necessario per riscaldare l'edificio a una temperatura interna confortevole. Proponiamo di studiare 3 metodi di calcolo - diversi per complessità e accuratezza dei risultati.
Metodi per determinare il carico
Innanzitutto spieghiamo il significato del termine. Il carico termico è la quantità totale di calore consumato dal sistema di riscaldamento per riscaldare i locali alla temperatura standard nel periodo più freddo. Il valore è calcolato in unità di energia - chilowatt, chilocalorie (meno spesso - chilojoule) ed è indicato nelle formule con la lettera latina Q.
Conoscendo il carico sul riscaldamento di una casa privata in generale e la necessità di ogni stanza in particolare, non è difficile scegliere una caldaia, i riscaldatori e le batterie del sistema idrico per l'alimentazione. Come calcolare questo parametro:
- Se l'altezza del soffitto non raggiunge i 3 m, viene eseguito un calcolo ingrandito in base all'area dei locali riscaldati.
- Con un'altezza del soffitto di 3 m o più, il consumo di calore viene considerato dal volume dei locali.
- Determinazione della perdita di calore attraverso la recinzione esterna e il costo del riscaldamento dell'aria di ventilazione secondo SNiP.
Nota. Negli ultimi anni, i calcolatori online situati sulle pagine di varie risorse di Internet hanno guadagnato una grande popolarità. Con il loro aiuto, la determinazione della quantità di energia termica è rapida e non richiede istruzioni aggiuntive. Meno: l'affidabilità dei risultati deve essere verificata, poiché i programmi sono scritti da persone che non sono ingegneri del calore.
I primi due metodi di calcolo si basano sull'applicazione di caratteristiche termiche specifiche in relazione all'area riscaldata o al volume dell'edificio. L'algoritmo è semplice, viene utilizzato ovunque, ma fornisce risultati molto approssimativi e non tiene conto del grado di isolamento del cottage.
È molto più difficile calcolare il consumo di energia termica secondo SNiP, come fanno i progettisti. Dovrai raccogliere molti dati di riferimento e lavorare sui calcoli, ma i numeri finali rifletteranno l'immagine reale con una precisione del 95%. Cercheremo di semplificare la metodologia e rendere il calcolo del carico di riscaldamento il più accessibile possibile alla comprensione.
Ad esempio, un progetto di una casa a un piano di 100 m²
Per spiegare chiaramente tutti i metodi per determinare la quantità di energia termica, suggeriamo di prendere come esempio una casa a un piano con una superficie totale di 100 quadrati (secondo la misurazione esterna), mostrata nel disegno. Elenchiamo le caratteristiche tecniche dell'edificio:
- regione di costruzione - una striscia di clima temperato (Minsk, Mosca);
- lo spessore della recinzione esterna è di 38 cm, il materiale è in mattoni di silicato;
- isolamento delle pareti esterne - polistirolo con uno spessore di 100 mm, densità - 25 kg / m³;
- pavimenti - cemento sul terreno, non c'è seminterrato;
- sovrapposizione - lastre di cemento armato isolate dal lato dell'attico freddo con polistirolo da 10 cm;
- finestre - metallo-plastica standard su 2 vetri, dimensioni - 1500 x 1570 mm (h);
- la porta d'ingresso è in metallo 100 x 200 cm, isolata con schiuma di polistirene estruso a 20 mm dall'interno.
Il cottage ha pareti divisorie interne in un mezzo mattone (12 cm), il locale caldaia si trova in un edificio separato. Le aree delle stanze sono indicate sul disegno, l'altezza dei soffitti sarà presa in base al metodo di calcolo spiegato - 2,8 o 3 m.
Calcoliamo il consumo di calore per quadratura
Per una stima approssimativa del carico termico, viene solitamente utilizzato il calcolo termico più semplice: l'area dell'edificio viene rilevata in base alla misurazione esterna e moltiplicata per 100 watt. Di conseguenza, il consumo di calore di un cottage di 100 m² sarà di 10.000 W o 10 kW.Il risultato consente di scegliere una caldaia con un fattore di sicurezza di 1,2-1,3, in questo caso la potenza dell'unità è presa pari a 12,5 kW.
Suggeriamo di eseguire calcoli più accurati tenendo conto della posizione delle stanze, del numero di finestre e della regione di sviluppo. Quindi, con soffitti fino a 3 m, si consiglia di utilizzare la seguente formula:
Il calcolo viene eseguito separatamente per ogni stanza, quindi i risultati vengono sommati e moltiplicati per il coefficiente regionale. Spiegazione della notazione della formula:
- Q è il carico desiderato, W;
- Spom - la quadratura della stanza, m²;
- q è l'indicatore delle caratteristiche termiche specifiche relative all'area della stanza, W / m²;
- k - coefficiente che tiene conto del clima nella zona di residenza.
Per riferimento. Se una casa privata si trova in una zona temperata, il coefficiente k è considerato uguale a uno. Nelle regioni meridionali, k = 0,7; nelle regioni settentrionali vengono utilizzati valori di 1,5–2.
Un calcolo approssimativo dell'indicatore di quadratura totale q = 100 W / m². Questo approccio non tiene conto della posizione delle stanze e del diverso numero di aperture luminose. Il corridoio all'interno del cottage perderà molto meno calore di una camera da letto d'angolo con finestre della stessa area. Proponiamo di assumere il valore della specifica caratteristica termica q come segue:
- per locali con una parete esterna e finestra (o porta) q = 100 W / m²;
- camere d'angolo con un'apertura leggera - 120 W / m²;
- lo stesso con due finestre - 130 W / m².
Come scegliere il valore q è chiaramente indicato nella planimetria. Per il nostro esempio, il calcolo è simile al seguente:
Q = (15.75 x 130 + 21 x 120 + 5 x 100 + 7 x 100 + 6 x 100 + 15.75 x 130 + 21 x 120) x 1 = 10935 W ≈ 11 kW.
Come puoi vedere, i calcoli raffinati hanno dato un risultato diverso: in effetti, per il riscaldamento di una casa particolare, 100 m² saranno spesi per 1 kW di energia termica in più. La figura tiene conto del consumo di calore per il riscaldamento dell'aria esterna che penetra nella casa attraverso aperture e pareti (infiltrazioni).
Calcolo del carico termico per volume di ambienti
Quando la distanza tra i pavimenti e il soffitto raggiunge 3 o più metri, l'opzione di calcolo precedente non può essere utilizzata: il risultato non sarà corretto. In tali casi, il carico di riscaldamento è considerato secondo specifici indicatori aggregati di consumo di calore per 1 m³ del volume della stanza.
La formula e l'algoritmo di calcolo rimangono gli stessi, solo il parametro dell'area S cambia nel volume - V:
Di conseguenza, viene preso un altro indicatore del consumo specifico q, riferito alla capacità cubica di ogni stanza:
- una stanza all'interno dell'edificio o con una parete esterna e una finestra - 35 W / m³;
- camera d'angolo con una finestra - 40 W / m³;
- lo stesso con due aperture luminose - 45 W / m³.
Nota. I coefficienti regionali in aumento e in diminuzione k vengono applicati nella formula senza modifiche.
Ora, ad esempio, determiniamo il carico sul riscaldamento del nostro cottage, prendendo l'altezza del soffitto pari a 3 m:
Q = (47.25 x 45 + 63 x 40 + 15 x 35 + 21 x 35 + 18 x 35 + 47.25 x 45 + 63 x 40) x 1 = 11182 W ≈ 11,2 kW.
È evidente che la potenza termica richiesta del sistema di riscaldamento è aumentata di 200 watt rispetto al calcolo precedente. Se prendiamo l'altezza dei locali 2,7–2,8 me calcoliamo il dispendio energetico attraverso la capacità cubica, le cifre saranno approssimativamente le stesse. Cioè, il metodo è abbastanza applicabile per il calcolo integrato della perdita di calore in ambienti di qualsiasi altezza.
Algoritmo di calcolo secondo SNiP
Questo metodo è il più preciso di tutti gli esistenti. Se si utilizzano le nostre istruzioni e si esegue correttamente il calcolo, si può essere sicuri al 100% del risultato e selezionare con calma le apparecchiature di riscaldamento. La procedura è simile alla seguente:
- Misura la quadratura delle pareti esterne, dei pavimenti e dei soffitti separatamente in ogni stanza. Determina l'area delle finestre e delle porte anteriori.
- Calcola la perdita di calore in tutti i recinti esterni.
- Scopri il consumo di energia termica utilizzata per riscaldare l'aria di ventilazione (infiltrazione).
- Riassumi i risultati e ottieni un vero indicatore del carico termico.
Un punto importante In un cottage a due piani, i soffitti interni non vengono presi in considerazione, poiché non delimitano l'ambiente.
L'essenza del calcolo della perdita di calore è relativamente semplice: è necessario scoprire quanta energia perde ogni tipo di struttura dell'edificio, poiché finestre, pareti e pavimenti sono realizzati con materiali diversi. Nel determinare la quadratura delle pareti esterne, sottrarre l'area delle aperture vetrate - queste ultime consentono un maggiore flusso di calore e quindi sono considerate separatamente.
Quando si misura la larghezza delle stanze, aggiungere metà dello spessore della partizione interna ad essa e catturare l'angolo esterno, come mostrato nel diagramma. L'obiettivo è quello di tenere conto dell'intera quadratura della recinzione esterna, perdendo calore su tutta la superficie.
Determiniamo la perdita di calore di pareti e tetti
La formula per calcolare il flusso di calore che passa attraverso una struttura dello stesso tipo (ad esempio un muro) è la seguente:
Decifrare la notazione:
- la quantità di perdita di calore attraverso una recinzione che abbiamo designato Qi, W;
- A - la quadratura del muro all'interno della stessa stanza, m²;
- tv - temperatura confortevole all'interno della stanza, di solito +22 ° С;
- tн - la temperatura minima dell'aria di strada che dura per i 5 giorni invernali più freddi (prendi il valore reale per la tua zona);
- R è la resistenza dello spessore della recinzione esterna al trasferimento di calore, m² ° C / W.
Nell'elenco sopra rimane un parametro incerto: R. Il suo valore dipende dal materiale della struttura della parete e dallo spessore della recinzione. Per calcolare la resistenza del trasferimento di calore, procedere come segue:
- Determinare lo spessore della parte di supporto della parete esterna e, separatamente, lo strato isolante. La lettera nelle formule - δ, è considerata in metri.
- Scopri i coefficienti di conducibilità termica dei materiali strutturali λ dalle tabelle di riferimento e l'unità di misura è W / (mºС).
- Sostituisci i valori trovati nella formula uno per uno:
- Definire R per ogni strato di muro separatamente, aggiungere i risultati, quindi utilizzare nella prima formula.
Ripeti i calcoli separatamente per finestre, pareti e soffitti nella stessa stanza, quindi passa alla stanza successiva. Le perdite di calore attraverso i pavimenti sono considerate separatamente, come descritto di seguito.
Mancia. I corretti coefficienti di conducibilità termica di vari materiali sono indicati nella documentazione normativa. Per la Russia, questo è il codice delle regole SP 50.13330.2012, per l'Ucraina - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Attenzione! Nei calcoli, utilizzare il valore di λ prescritto nella colonna "B" per le condizioni operative.
Esempio di calcolo per il soggiorno della nostra casa a un piano (altezza del soffitto 3 m):
- L'area delle pareti esterne insieme alle finestre: (5.04 + 4.04) x 3 = 27.24 m². Il quadrato delle finestre è 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 m². Area di recinzione netta: 27,24 - 4,71 = 22,53 m².
- La conduttività termica λ per muratura di mattoni di silicato è 0,87 W / (m º C), schiuma 25 kg / m ³ - 0,044 W / (m º C). Lo spessore è rispettivamente di 0,38 e 0,1 m, si considera la resistenza al trasferimento di calore: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Temperatura esterna - meno 25 ° С, all'interno del soggiorno - più 22 ° С. La differenza è 25 + 22 = 47 ° C.
- Determiniamo la perdita di calore attraverso le pareti del soggiorno: Q = 1 / 2.71 x 47 x 22.53 = 391 watt.
Allo stesso modo, viene considerato il flusso di calore attraverso finestre e pavimenti. La resistenza termica delle strutture traslucide è generalmente indicata dal produttore, le caratteristiche dei pavimenti in cemento armato con uno spessore di 22 cm si trovano nella letteratura normativa o di riferimento:
- R del pavimento isolato = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 m² ° C / W, la perdita di calore attraverso il tetto è 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Perdite attraverso le aperture delle finestre: Q = 0,32 x 47 x71 = 70,8 W.
La perdita di calore totale nel soggiorno (esclusi i piani) sarà di 391 + 402 + 70,8 = 863,8 watt. Calcoli simili vengono eseguiti per le stanze rimanenti, i risultati sono riassunti.
Nota: il corridoio all'interno dell'edificio non entra in contatto con il guscio esterno e perde calore solo attraverso il tetto e i pavimenti. Quali recinti devono essere presi in considerazione nella metodologia di calcolo, vedere il video.
Divisione del pavimento in zone
Per scoprire la quantità di calore perso dai pavimenti sul terreno, l'edificio nel piano è diviso in zone larghe 2 m, come mostrato nel diagramma. La prima striscia inizia dalla superficie esterna della struttura dell'edificio.
L'algoritmo di calcolo è il seguente:
- Delinea il piano del cottage, dividerlo in strisce larghe 2 m Il numero massimo di zone è 4.
- Calcola l'area del pavimento che cade separatamente in ciascuna zona, trascurando le partizioni interne. Nota: la quadratura agli angoli viene contata due volte (ombreggiata nel disegno).
- Usando la formula di calcolo (per comodità la diamo di nuovo), determinare la perdita di calore in tutte le aree, riassumere le cifre.
- La resistenza al trasferimento di calore R per la zona I è considerata pari a 2,1 m² ° C / W, II - 4,3, III - 8,6, il resto del pavimento - 14,2 m² ° C / O
Nota. Se stiamo parlando di un seminterrato riscaldato, la prima striscia si trova sulla parte sotterranea del muro, a partire dal livello del suolo.
I pavimenti isolati con lana minerale o schiuma di polistirene sono calcolati in modo identico, solo la resistenza termica dello strato isolante, determinata dalla formula δ / λ, viene aggiunta a valori R fissi.
Esempio di calcolo nel soggiorno di una casa di campagna:
- La quadratura della zona I è (5,04 + 4,04) x 2 = 18,16 m², trama II - 3,04 x 2 = 6,08 m². Le restanti zone non entrano nel soggiorno.
- Il consumo di energia per la 1a zona sarà 1 / 2.1 x 47 x 18.16 = 406.4 W, per la seconda - 1 / 4.3 x 47 x 6.08 = 66.5 W.
- La quantità di flusso di calore attraverso i piani del soggiorno è 406,4 + 66,5 = 473 watt.
Ora è facile abbattere la perdita di calore totale nella stanza in questione: 863,8 + 473 = 1336,8 W, arrotondato - 1,34 kW.
Riscaldamento dell'aria di ventilazione
La stragrande maggioranza delle case e degli appartamenti privati ha una ventilazione naturale. L'aria della strada penetra attraverso i nartece di finestre e porte, oltre a fornire aperture per l'aria. La massa fredda in entrata viene riscaldata dal sistema di riscaldamento, consumando energia aggiuntiva. Come scoprire l'importo di queste perdite:
- Poiché il calcolo dell'infiltrazione è troppo complicato, i documenti normativi consentono l'assegnazione di 3 m³ di aria all'ora per ogni metro quadrato di abitazioni. La fornitura totale di aria di alimentazione L è considerata semplice: la quadratura della stanza viene moltiplicata per 3.
- L è il volume ed è necessaria la massa m del flusso d'aria. Scoprilo moltiplicando per la densità del gas prelevato dalla tabella.
- La massa d'aria m è sostituita dalla formula del corso di fisica della scuola, che consente di determinare la quantità di energia spesa.
Calcoliamo la quantità richiesta di calore sull'esempio di un soggiorno di lunga durata con una superficie di 15,75 m². Il volume di afflusso L = 15,75 x 3 = 47,25 m³ / h, massa - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / h. Supponendo che la capacità termica dell'aria (indicata dalla lettera C) sia pari a 0,28 W / (kg ºС), troviamo il consumo di energia: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Come puoi vedere, la cifra è piuttosto impressionante, motivo per cui il riscaldamento delle masse d'aria deve essere preso in considerazione.
Il calcolo finale della perdita di calore dell'edificio più il consumo di calore per la ventilazione è determinato sommando tutti i risultati precedentemente ottenuti. In particolare, il carico sul riscaldamento del soggiorno risulterà nella figura 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. Allo stesso modo, vengono calcolati tutti gli ambienti del cottage, alla fine dei costi energetici si sommano fino a una cifra.
Sistemazione finale
Se il tuo cervello non ha ancora iniziato a bollire a causa dell'abbondanza di formule 😊, allora è sicuramente interessante vedere il risultato in tutta la casa a un piano. Negli esempi precedenti, abbiamo svolto il lavoro principale, rimane solo passare attraverso altre stanze e scoprire la perdita di calore dell'intero guscio esterno dell'edificio. Dati grezzi trovati:
- resistenza termica delle pareti - 2,71, finestre - 0,32, pavimenti - 2,38 m² ° С / W;
- altezza del soffitto - 3 m;
- R per la porta d'ingresso isolata con schiuma di polistirene estruso è 0,65 m² ° C / W;
- temperatura interna - 22, esterna - meno 25 ° С.
Per semplificare i calcoli, proponiamo di creare una tabella in Exel, quindi inseriremo i risultati intermedi e finali.
Alla fine dei calcoli e della compilazione della tabella, sono stati ottenuti i seguenti valori di consumo di energia termica per i locali:
- soggiorno - 2,22 kW;
- cucina - 2.536 kW;
- corridoio - 745 W;
- corridoio - 586 O;
- bagno - 676 W;
- camera da letto - 2,22 kW;
- bambini - 2.536 kW.
Il carico totale sul sistema di riscaldamento di una casa privata di 100 m² era di 11.518 W, arrotondato - 11,6 kW.È interessante notare che il risultato differisce dai metodi di calcolo approssimativi letteralmente del 5%.
Come utilizzare i risultati dei calcoli
Conoscendo la domanda di calore dell'edificio, il proprietario della casa può:
- selezionare chiaramente la potenza delle apparecchiature di energia termica per il riscaldamento del cottage;
- comporre il numero desiderato di sezioni di radiatori;
- determinare lo spessore richiesto dell'isolamento ed eseguire l'isolamento termico dell'edificio;
- scoprire la portata del liquido di raffreddamento in qualsiasi parte del sistema e, se necessario, eseguire il calcolo idraulico delle tubazioni;
- Scopri il consumo medio giornaliero e mensile di calore.
L'ultimo paragrafo è di particolare interesse. Abbiamo trovato il valore del carico termico in 1 ora, ma può essere ricalcolato per un periodo più lungo e calcolare il consumo di carburante stimato - gas, legna o pellet.