Фінансування опалювального сезону становить значну частину бюджету, що витрачається на утримання житла. Знаючи ціну і середнє значення витрати газу на опалення будинку 150 м², можна досить точно визначити витрати на обігрів приміщень. Ці розрахунки легко виконати самостійно без оплати послуг теплотехніків.
Все про нормативи газоспоживання і способах розрахунку витрати блакитного палива ви дізнаєтеся з наведеної нами статті. Ми розповімо про те, скільки енергії потрібно для компенсації теплових втрат будинку в опалювальний сезон. Підкажемо, якими формулами слід користуватися в обчисленнях.
Обігрів житлового будинку
При розрахунку витрати газу, який необхідний для обігріву будинку, найскладнішим завданням буде обчислення тепловтрат, які має виплачуватися повністю компенсувати опалювальна система під час роботи.
Комплекс втрат тепла залежить від клімату, конструктивних особливостей будівлі, використовуваних матеріалів і параметрів роботи вентиляційної системи.
Розрахунок кількості тепла яке потрібно компенсвати
Система опалення будь-якої будівлі повинна компенсувати його втрати тепла Q (Вт) в холодний період часу. Вони відбуваються з двох причин:
- теплообмін через периметр стін, стелю та підлогу будинку;
- втрата тепла в результаті надходження холодного повітря через систему вентиляції.
Формально тепловитрати через стіну і дах Q тп можна розрахувати за наступною формулою:
Q тп = S * dT / R,
де:
S – площа поверхні (м² );
dT — різниця температури між внутрішнім і вуличним повітрям (° С);
R — показник опору теплопередачі матеріалів (м² * °С / Вт).
Останній показник (який також називають “коефіцієнт термічного опору”) можна взяти з таблиць, які додаються до будівельних матеріалів або виробів.
Від типу склопакета значно залежить показник тепловтрат будинку. Висока ціна якісних вікон буде виправдана за рахунок економії палива.
Приклад. Нехай зовнішня стіна кімнати має площу 12 м², з якої 2 м² займає вікно.
Показники опору теплопередачі наступні:
Газобетонні блоки D400: R = 3.5.
Склопакет двокамерний з аргоном “4М1 – 16Ar – 4М1 – 16Ar – 4I”: R = 0.75.
В цьому випадку при кімнатній температурі + 22 °С, а вуличної -30 °С тепловтрати зовнішньої стіни кімнати складуть:
Q тп (стіна) = 10 * (22 – (- 30)) / 3.5 = 149 Вт:
Q тп (вікно) = 2 * (22 – (- 30)) / 0.75 = 139 Вт:
Q тп = Q тп (стіна) + Q тп (вікно) = 288 Вт.
Такий розрахунок дає правильний результат за умови відсутності неконтрольованого повітрообміну (інфільтрації).
Вона може виникати в наступних випадках:
- Наявність дефектів конструкції, таких як нещільне прилягання віконних рам до стін або відшарування утеплювача. Їх необхідно усунути.
- Старіння будівлі, в результаті чого в кладці утворюються відколи, тріщини або порожнечі. В цьому випадку необхідно вводити поправочні коефіцієнти в показник опору теплопередачі матеріалів.
Таким же чином необхідно визначити тепловтрати через дах, якщо об’єкт розташований на останньому поверсі. Через підлогу вагомі втрати енергії відбувається тільки в разі наявності неопалюваного підвального приміщення, таке як гараж. В землю ж тепло практично не йде.
Для обчислення показника опору теплопередачі багатошарових матеріалів необхідно підсумовувати показники окремих шарів.
Розглянемо другу причину тепловтрат — вентиляцію будівлі. Витрата енергії на підігрів припливного повітря (Q в) можна розрахувати за формулою:
Q в = L * q * c * dT, де:
L – витрата повітря (м³ / год);
q – щільність повітря (кг / м³ );
c – питома теплоємність повітря, що поступає (кДж / кг * °С);
dT — різниця температури між кімнатним і вуличним повітрям (°С).
Питома теплоємність повітря в необхідному для нас температурному діапазоні [-50 .. +30 °С] дорівнює 1.01 кДж / кг * °С або в перекладі до іншої розмірності: 0.28 Вт * ч / кг * °С. Щільність повітря залежить від температури і тиску, але для розрахунків можна взяти значення в 1.3 кг / м³.
Приклад. Для кімнати 12 м² при тій же різниці температур, що і в попередньому прикладі тепловтрати через роботу вентиляції складуть:
Q в = (12 * 3) * 1.3 * 0.28 * (22 – (- 30)) = 681 Вт.
Проектувальники беруть витрату повітря відповідно до ДБН В.2.5-67_2013 (в нашому прикладі 3 м³/ч на 1 м² площі житлової кімнати), але це значення може бути значно змінено власником будівлі.
Разом сумарні тепловтрати модельної кімнати складають:
Q = Q тп + Q в = 969 Вт.
Для розрахунку тепловтрат за добу, тиждень або місяць необхідно знати середню температуру за ці періоди.
З наведених вище формул видно, що обчислення обсягу споживаного газу як на короткий період часу, так і на весь холодний сезон необхідно здійснювати з урахуванням клімату місцевості, де розташований опалювальний об’єкт. Тому використовувати типові рішення можна тільки для аналогічних природних умов.
При складній геометрії будинку і різноманітності застосовуваних при його будівництві і утепленні матеріалів можна для розрахунку необхідної кількості тепла скористатися послугами фахівців.
Способи мінімізації тепловтрат
Витрати на обігрів будинку складають значну частину витрат на його утримання. Тому розумно виконати деякі види робіт, спрямовані на зменшення тепловтрат шляхом утеплення стелі, стін будинку, теплоізоляції підлоги і суміжних конструкцій.
Застосування схем утеплення зовні і зсередини будинку дозволяє істотно зменшити цей показник. Особливо це стосується старих будівель з сильним зносом стін і перекриттів. Ті ж пінополістирольні плити дозволяють не тільки знизити або повністю виключити промерзання, а й зводять до мінімуму інфільтрацію повітря через що додатково захищається покриття.
Також істотної економії можна досягти, якщо не підключати до опалення літні площі будинку, такі як веранди або мансардний поверх. В цьому випадку відбудеться значне зменшення периметра будинку, що обігрівається.
Якщо строго слідувати нормам вентиляції приміщень, які прописані в ДБН В.2.5-67_2013, то тепловтрати від повітрообміну будуть вище, ніж від промерзання стін і даху будівлі. Ці правила обов’язкові для проектувальників і будь-яких юридичних, якщо приміщення використовують для виробництва або надання послуг. Однак мешканці будинку можуть на свій розсуд зменшити зазначені в документі значення і все ж таки ми не рекомендуємо цього робити, бо свіже повітря то є залог здоров’я та доброго самопочуття мешканців оселі.
Крім того, для підігріву холодного повітря що надходить з вулиці можна використовувати теплообмінники, а не прилади, які споживають електрику або газ. Так звичайний пластинчастий рекуператор може заощадити більше половини енергії, а більш складний пристрій з теплоносієм — близько 75%.
Обчислення необхідного обсягу газу
Тепло утворене через спалення газу повинне компенсувати втрати тепла. Для цього крім тепловтрат будинку необхідно знати обсяг виділеної при згорянні енергії, яка залежить від ККД котла і теплотворення суміші.
Правило вибору котла
Вибір нагрівача необхідно здійснювати з урахуванням тепловтрат будинку. Його повинно вистачити на період, коли досягається річний мінімум температур. У паспорті підлогового або настінного газового котла за це відповідає параметр «номінальна теплова потужність», який для побутових приладів вимірюють в кВт.
Так як будь-яка споруда має теплову інерцією, то для розрахунку необхідної потужності котла за мінімальну температуру зазвичай беруть показник найхолоднішою п’ятиденки. Для конкретної місцевості його можна дізнатися в організаціях, що займаються збором і обробкою метеоінформації, або з ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010.
Якщо потужність котла перевищує достатній для опалення приміщення показник, то це не призводить до збільшення споживання газу. У цьому випадку буде більш тривалим період простою обладнання.
Іноді є резон вибрати котел трохи меншої потужності. Такі пристрої можуть бути значно дешевше і при покупці і в експлуатації. Однак в цьому випадку необхідно мати запасне джерело тепла (наприклад, калорифер в комплекті з бензогенератором), який можна буде використовувати при сильних морозах.
Основним показником ефективності і економічності котла — коефіцієнт корисної дії. У сучасного побутового обладнання він знаходиться в діапазоні від 88 до 95%. ККД прописаний в паспорті пристрою і його використовують при розрахунку споживання газу.
Формула виділення тепла
Щоб правильно вирахувати витрату природного або скрапленого газу на опалення будинку площею близько 150 м² необхідно дізнатися ще один показник — теплотворність (питома теплота згоряння) палива, що подається. Відповідно до системи “СІ” його вимірюють в Дж / кг для зрідженого газу або в Дж / м³ для природного.
Існує два значення цього показника — нижча теплотворність ( Hl ) і вища ( Hh ). Вона залежить від вологості і температури палива. Вища теплотворність розкриває свою користь в конденсаційних котлах в яких використовується не тільки пряма теплота від згоряння палива щоб нагріти теплоносій, а і енергія остаточного охолодження продуктів згорання та енергія отримана від конденсації водяного пара, котрий є компонентом хімічної реакції згоряння. При розрахунку зазвичай беруть лише показник Hl — його і потрібно отримати від постачальника газу.
Якщо такої інформації немає, то при обчисленнях можна прийняти наступні значення:
- для природного газу Hl = 33.5 мДж / м³ ;
- для зрідженого газу Hl = 45.2 мДж / кг.
З урахуванням того, що 1 мДж = 278 Вт * год, одержуємо такі значення теплотворення:
- для природного газу H l = 9.3 кВт * год / м³ ;
- для зрідженого газу H l = 12.6 кВт * год / кг.
Обсяг споживаного за певний період часу газу V (м³ або кг) можна розрахувати за наступною формулою:
V = Q * E / (H l * K), де:
- Q — тепловтрати будівлі (кВт);
- E — тривалість періоду опалення (ч);
- Hl — мінімальна теплотворення газу (кВт * год / м³ );
- K — ККД котла.
Для скрапленого газу розмірність Hl дорівнює кВт * год / кг.
Приклад розрахунку споживання газу
Для прикладу візьмемо типовий збірний каркасний дерев’яний двоповерховий котедж.
Розмір котеджу — 10х8.5 м. Кут нахилу даху — 30°. Цей проект відрізняється теплою мансардою, щодо великою площею скління, відсутністю підвалу і частин будинку що виступають.
Крок 1. Обчислимо основні параметри будинку для розрахунку тепловтрат:
- Підлога. У разі відсутності підвального приміщення, яке активно вентилюється, втратами через підлогу і фундамент можна знехтувати.
- Вікна. Склопакет двокамерний “4М1 – 16Ar – 4М1 – 16Ar – 4I”: R o = 0.75. Площа скління S o = 40 м².
- Стіни. Площу поздовжньої (бічної) стіни дорівнює 10 * 3.5 = 35 м². Площа поперечного (фасадної) стіни дорівнює 8.5 * 3.5 + 8.5 2 * tg (30) / 4 = 40 м². Таким чином, сумарна площа периметра будівлі дорівнює 150 м², а з урахуванням скління шукане значення S s = 150 – 40 = 110 м².
- Стіни. Основними теплоізоляційними матеріалами служать клеєний брус, товщиною 200 мм ( R b = 1.27) і базальтовий утеплювач, товщиною 150 мм ( R u = 3.95). Сумарний показник опору теплопередачі для стіни R s = R b + R u = 5.22.
- Дах. Утеплення повністю повторює форму даху. Площа покрівлі без звісів S k = 10 * 8.5 / cos (30) = 98 м².
- Дах. Основними теплоізоляційними матеріалами служать вагонка, товщиною 12.5 мм ( R v = 0.07) і базальтовий утеплювач, товщиною 200 мм ( R u = 5.27). Сумарний показник опору теплопередачі для даху R k = R v + R u = 5.34.
- Вентиляція. Нехай витрата повітря буде розрахований не по площі будинку, а з урахуванням вимог забезпечити значення не менше 30 м³ на людину в годину. Так як в котеджі постійно проживають 4 людини, то L = 30 * 4 = 120 м³ / год.
Крок 2. Розрахуємо необхідну потужність котла. Якщо обладнання вже придбано, то цей етап можна пропустити.
Для наших розрахунків необхідно знати всього два показники газового котла: ККД і номінальну потужність. Вони повинні бути прописані в паспорті пристрою.
Температура найбільш холодної п’ятиденки дорівнює -41 °С. Комфортну температуру приймемо за +24 °С. Таким чином, середня різниця температур за цей період складе dT = 65 °С.
Обчислимо тепловтрати:
- через вікна: Q o = S o * dT / R o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 Вт;
- через стіни: Q s = S s * dT / R s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 Вт;
- через дах: Q k = S k * dT / R k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 Вт;
- через вентиляції: Q v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 Вт.
Сумарні тепловтрати всього будинку в період холодної п’ятиденки складуть:
Q = Q o + Q s + Q k + Q v = 3467 + 1370 + 1199 + 2839 = 8875 Вт.
Таким чином, для цього модельного будинку можна вибрати газовий котел з параметром максимальної теплової потужності рівним 10-12 кВт. Якщо газ використовують також для забезпечення гарячого водопостачання, то доведеться брати більш продуктивний пристрій.
Крок 3. Розрахуємо тривалість періоду опалення і усереднені тепловтрати.
Під холодною порою року, коли необхідно опалення, розуміють сезон з середньодобовими температурами нижче 8-10 °С. Тому для розрахунків можна взяти ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010.
Цей вибір залишається за господарями котеджу. При цьому істотної різниці в річному витраті палива не буде. У нашому випадку зупинимося на періоді з температурою нижче +10 °С. Тривалість цього періоду становить 235 діб або E = 5640 годин.
Тепловтрати будинку для усередненої температури за цей період розраховують також як і в кроці 2, тільки параметр dT = 24 – (- 6.7) = 30.7 °С. Після проведення обчислень отримаємо Q = 4192 Вт.
Крок 4. Обчислимо обсяг споживаного газу.
Нехай ККД котла K = 0.92. Тоді обсяг споживаного газу (при усереднені показники мінімальної теплотворення газової суміші) за холодний період часу складе:
- для природного газу: V = Q * E / ( H l * K ) = 4192 * 5640 / (9300 * 0.92) = 2763 м³ ;
- для зрідженого газу: V = Q * E / ( H l * K ) = 4192 * 5640 / (12600 * 0.92) = 2040 кг.
Знаючи ціни на газ, можна обчислити і фінансові витрати на опалення.
Висновки і корисне відео по темі
Зменшення витрат газу за рахунок усунення помилок, пов’язаних з утепленням будинку. Реальний приклад:
Швидкість споживання газу для відомої теплової потужності:
Всі обчислення тепловтрат можна провести самостійно тільки тоді, коли відомі теплозберігаючі властивості матеріалів, з яких побудований будинок. Якщо будівля стара, то в першу чергу необхідно перевірити його на промерзання і усунути виявлені проблеми.
Після цього по представленим в статті формулами можна виконати розрахунок витрати газу з високою точністю.