Výpočet vykurovacieho systému súkromného domu: pravidlá a príklady výpočtu

Vykurovanie rodinného domu – nevyhnutný prvok komfortného bývania. Súhlasíte, že k vybaveniu vykurovacieho komplexu treba pristupovať pozorne, pretože chyby vyjdú draho. Ale Vy ste sa nikdy nezaoberali podobnými výpočtami a neviete, ako ich správne vykonať?

Pomôžeme Vám – v našom článku podrobne preskúmame, ako sa robí výpočet vykurovacieho systému rodinného domu na efektívne nahradenie tepelných strát v zimných mesiacoch.

Uvedieme konkrétne príklady, doplníme materiál článku názornými fotografiami a užitočnými videoradaami, ako aj aktuálnymi tabuľkami s ukazovateľmi a koeficientmi potrebnými na výpočty.

Tepelné straty rodinného domu

Budova stráca teplo kvôli rozdielu teplôt vzduchu vnútri a mimo domu. Tepelné straty sú tým vyššie, čím je významnejšia plocha obvodových konštrukcií budovy (okien, strechy, stien, základov).

Tiež straty tepelnej energie súvisia s materiálmi obvodových konštrukcií a ich rozmermi. Napríklad tepelné straty tenkých stien sú väčšie ako hrubých.

Efektívny výpočet kúrenia pre rodinný dom vždy berie do úvahy materiály použité pri stavbe obvodových konštrukcií.

Napríklad pri rovnakej hrúbke steny z dreva a tehly vedú teplo s rôznou intenzitou – tepelné straty cez drevené konštrukcie sú pomalšie. Niektoré materiály prepúšťajú teplo lepšie (kov, tehla, betón), iné horšie (drevo, minerálna vlna, polystyrén).

Atmosféra vnútri obytnej budovy je nepriamo spojená s vonkajším vzdušným prostredím. Steny, otvory okien a dverí, strecha a základ v zime odovzdávajú teplo z domu von a namiesto toho prinášajú chlad. Na ne pripadá 70-90 % z celkových tepelných strát chaty.

Steny, strecha, okná a dvere – všetky prepúšťajú teplo v zime von. Termokamera názorne ukáže úniky tepla.

Neustály únik tepelnej energie počas vykurovacej sezóny prebieha aj cez vetranie a kanalizáciu.

Pri výpočte tepelných strát rodinného domu tieto údaje zvyčajne nezohľadňujú. Ale zahrnutie strát tepla cez kanalizačný a ventilačný systém do celkového tepelného výpočtu domu je napriek tomu správne riešenie.

Výrazne znížiť úniky tepla, ktoré prechádzajú cez stavebné konštrukcie, dverové/okenné otvory, dokáže správne navrhnutý systém tepelnej izolácie

Vykonať výpočet autonómneho okruhu kúrenia vidieckeho domu bez posúdenia tepelných strát jeho obvodových konštrukcií je nemožné. Presnejšie, nepodarí sa určiť výkon vykurovacieho kotla dostatočný na vykúrenie chaty v najtuhších mrazoch.

Analýza skutočnej spotreby tepelnej energie cez steny umožní porovnať náklady na kotlové zariadenie a palivo s nákladmi na tepelnú izoláciu obvodových konštrukcií.

Veď čím je dom energeticky efektívnejší, t. j. čím menej tepelnej energie stráca počas zimných mesiacov, tým sú nižšie náklady na nákup paliva.

Pre správny výpočet systému kúrenia bude potrebný súčiniteľ tepelnej vodivosti bežných stavebných materiálov.

Tabuľka hodnôt súčiniteľa tepelnej vodivosti rôznych stavebných materiálov, najčastejšie používaných pri výstavbe

Výpočet tepelných strát cez steny

Na príklade fiktívneho dvojpodlažného domu vypočítame tepelné straty cez jeho stenové konštrukcie.

Východiskové údaje:

• štvorcová «krabica» s fasádnymi stenami so šírkou 12 m a výškou 7 m;
• v stenách 16 otvorov, plocha každého 2,5 m²;
• materiál fasádnych stien – plná pálená tehla;
• hrúbka steny – 2 tehly.

Ďalej vykonáme výpočet skupiny ukazovateľov, z ktorých sa skladá celková hodnota tepelných strát cez steny.

Ukazovateľ odporu prestupu tepla

Aby sme zistili ukazovateľ odporu prestupu tepla pre fasádnu stenu, je potrebné rozdeliť hrúbku stenového materiálu jeho súčiniteľom tepelnej vodivosti.

Pre rad konštrukčných materiálov sú údaje o súčiniteľovi tepelnej vodivosti uvedené na obrázkoch vyššie a nižšie.

Pre presné výpočty bude potrebný súčiniteľ tepelnej vodivosti tepelnoizolačných materiálov uvedených v tabuľke, ktoré sa používajú v stavebníctve.

Naša podmienená stena je postavená z keramickej plnej tehly, ktorej súčiniteľ tepelnej vodivosti je 0,56 W/m·^°C. Jej hrúbka s ohľadom na murovanie na cementovo-pieskovú maltu je 0,51 m. Vydelením hrúbky steny súčiniteľom tepelnej vodivosti tehly získame odpor prestupu tepla steny:

0,51 : 0,56 = 0,91 W/m^2×°C

Výsledok delenia zaokrúhľujeme na dve desatinné miesta, na presnejšie údaje o odpore prestupu tepla nie je potreba.

Plocha vonkajších stien

Keďže ako príklad je vybraná štvorcová budova, plocha jej stien sa určí vynásobením šírky výškou jednej steny, potom počtom vonkajších stien:

12 · 7 · 4 = 336 m²

Takže poznáme plochu fasádnych stien. Ale čo otvory okien a dverí, ktoré spolu zaberajú 40 m² (2,5·16=40 m²) fasádnej steny, treba ich zohľadniť?

Naozaj, ako správne vypočítať autonómne vykurovanie v drevenom dome bez zohľadnenia odporu prestupu tepla okenných a dverných konštrukcií.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti tepelnoizolačných materiálov, používaných na zateplenie nosných stien

Ak je potrebné vyčísliť tepelné straty budovy veľkej plochy alebo tepelného domu (energeticky efektívneho) – áno, zohľadnenie súčiniteľov prestupu tepla okenných rámov a vchodových dverí pri výpočte bude správne.

Avšak pri nízkopodlažných stavbách individuálnej bytovej výstavby, postavených z tradičných materiálov, je možné dverné a okenné otvory zanedbať. T.j. neodpočítavať ich plochu z celkovej plochy fasádnych stien.

Celkové tepelné straty stien

Zisťujeme straty tepla steny z jej jedného štvorcového metra pri rozdiele teploty vzduchu vo vnútri a vonku domu o jeden stupeň.

Preto delíme jednotku odporom prestupu tepla steny, vypočítaným predtým:

1 : 0,91 = 1,09 W/m²·^°C

So znalosťou tepelných strát zo štvorcového metra obvodu vonkajších stien je možné určiť straty tepla pri určitých vonkajších teplotách.

Napríklad, ak je v miestnostiach chaty teplota +20 ^°C a vonku -17 ^°C, teplotný rozdiel bude 20+17=37 ^°C. V takejto situácii budú celkové tepelné straty stien nášho modelového domu:

0,91 · 336 · 37 = 11313 W,

Kde: 0,91 – tepelný odpor štvorcového metra steny; 336 – plocha fasádnych stien; 37 – teplotný rozdiel medzi vnútornou a vonkajšou atmosférou.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti tepelnoizolačných materiálov používaných na zateplenie podláh/stien, na zhotovenie suchej podlahovej stierky a vyrovnávanie stien

Prepočítajme získanú hodnotu tepelných strát na kilowatthodiny, sú vhodnejšie na vnímanie a následné výpočty výkonu vykurovacieho systému.

Tepelné straty stien v kilowatthodinách

Najprv zistíme, koľko tepelnej energie odíde cez steny za jednu hodinu pri teplotnom rozdiele 37 ^°C.

Pripomíname, že výpočet sa vykonáva pre dom s konštrukčnými charakteristikami vybranými na demonštračné a názorné výpočty:

11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,

Kde: 11313 – hodnota tepelných strát získaná skôr; 1 – hodina; 1000 – počet wattov v kilowatte.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti stavebných materiálov používaných na zateplenie stien a stropov

Na výpočet tepelných strát za deň vynásobíme získanú hodnotu tepelných strát za hodinu 24 hodinami:

11,313 · 24 = 271,512 kWh

Pre názornosť zistíme straty tepelnej energie za celú vykurovaciu sezónu:

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 kWh,

Kde: 7 – počet mesiacov vo vykurovacej sezóne; 30 – počet dní v mesiaci; 271,512 – denné tepelné straty stien.

Takže vypočítané tepelné straty domu s vyššie zvolenými charakteristikami obvodových konštrukcií budú 57017,52 kWh za sedem mesiacov vykurovacej sezóny.

Zohľadnenie vplyvu vetrania rodinného domu

Výpočet vetracích tepelných strát počas vykurovacej sezóny ako príklad vykonáme pre modelovú chatu štvorcového tvaru so stenou šírky 12 metrov a výšky 7 metrov.

Bez zohľadnenia nábytku a vnútorných stien bude vnútorný objem atmosféry v tejto budove:

12 · 12 · 7 = 1008 m³

Pri teplote vzduchu +20 ^°C (norma počas vykurovacej sezóny) je jeho hustota 1,2047 kg/m³ a merná tepelná kapacita 1,005 kJ/(kg·^°C).

Vypočítame hmotnosť atmosféry v dome:

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Kde: 1008 – objem domácej atmosféry; 1,2047 – hustota vzduchu pri t +20 ^°C.

Tabuľka s hodnotou súčiniteľa tepelnej vodivosti materiálov, ktoré môžu byť potrebné pri presných výpočtoch

Predpokladajme päťnásobnú výmenu objemu vzduchu v miestnostiach domu. Upozorňujeme, že presná potreba prívodného objemu čerstvého vzduchu závisí od počtu obyvateľov chaty.

Pri priemernej teplotnej diferencie medzi domom a ulicou počas vykurovacej sezóny, ktorá je 27 ^°C (20 ^°C domáca, -7 ^°C vonkajšia atmosféra) za deň na ohrev prívodného studeného vzduchu bude potrebná tepelná energia:

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

Kde: 5 – počet výmen vzduchu v miestnostiach; 27 – rozdiel teplôt izbovej a vonkajšej atmosféry; 1214,34 – hustota vzduchu pri t +20 °C; 1,005 – merná tepelná kapacita vzduchu.

Prepočítame kilojouly na kilowatthodiny vydelením hodnoty počtom kilojoulov v jednej kilowatthodine (3600):

164755,58 : 3600 = 45,76 kWh

Po zistení nákladov tepelnej energie na ohrev vzduchu v dome pri jeho päťnásobnej výmene cez prívodné vetranie, možno vypočítať „vzdušné“ tepelné straty za sedemmesačnú vykurovaciu sezónu:

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 kWh,

Kde: 7 – počet „vykurovaných“ mesiacov; 30 – priemerný počet dní v mesiaci; 45,76 – denné náklady tepelnej energie na ohrev prívodného vzduchu.

Ventilačné (infiltračné) energetické náklady sú nevyhnutné, pretože obnova vzduchu v miestnostiach chaty je životne dôležitá.

Potreby ohrevu vymieňanej vzdušnej atmosféry v dome je potrebné vypočítať, sčítať s tepelnými stratami cez obvodové konštrukcie a zohľadniť pri výbere vykurovacieho kotla. Existuje ešte jeden druh tepelných energetických nákladov, posledný – kanalizačné tepelné straty.

Náklady energie na prípravu TÚV

Ak v teplých mesiacoch z kohútika do chaty prúdi studená voda, počas vykurovacej sezóny je ľadová, s teplotou najviac +5 °C. Kúpanie, umývanie riadu a pranie nie sú možné bez ohrevu vody.

Voda naberaná do nádržky toalety prichádza cez steny do kontaktu s domácou atmosférou, čím odoberá trochu tepla. Čo sa stane s vodou ohriatou spaľovaním nie bezplatného paliva a spotrebovanou na domáce potreby? Vypúšťa sa do kanalizácie.

Dvojkruhový kotol s bojlerom nepriameho ohrevu, používaný ako na ohrev teplonosného média, tak aj na dodávku teplej vody do vytvoreného okruhu pre ňu

Pozrime sa na príklade. Rodina z troch osôb, predpokladajme, spotrebuje 17 m³ vody mesačne. 1000 kg/m³ – hustota vody a 4,183 kJ/kg·°C – jej merná tepelná kapacita.

Priemerná teplota ohrevu vody určenej na domáce potreby nech je +40 ^°C. Zodpovedajúco, rozdiel priemernej teploty medzi studenou vodou vstupujúcou do domu (+5 ^°C) a ohriatou v bojleri (+30 ^°C) je 25 ^°C.

Pre výpočet kanalizačných tepelných strát počítame:

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 kJ,

Kde: 17 – mesačný objem spotreby vody; 1000 – hustota vody; 25 – rozdiel teplôt studenej a ohriatej vody; 4,183 – merná tepelná kapacita vody;

Pre prepočet kilojoulov na zrozumiteľnejšie kilowatthodiny:

1777775 : 3600 = 493,82 kWh

Takto počas sedemmesačného obdobia vykurovacej sezóny odchádza do kanalizácie tepelná energia v objeme:

493,82 · 7 = 3456,74 kWh

Spotreba tepelnej energie na ohrev vody pre hygienické potreby je malá v porovnaní s tepelnými stratami cez steny a vetranie. Ale sú to tiež energetické náklady, ktoré zaťažujú vykurovací kotol alebo bojler a spôsobujú spotrebu paliva.

Výpočet výkonu vykurovacieho kotla

Kotol v rámci vykurovacieho systému je určený na kompenzáciu tepelných strát budovy. A tiež v prípade dvojokruhového systému alebo pri vybavení kotla bojlerom nepriameho ohrevu na ohrev vody pre hygienické potreby.

Po vypočítaní denných tepelných strát a spotreby teplej vody „na kanalizáciu“ je možné presne určiť potrebný výkon kotla pre chatu určitej plochy a charakteristík obvodových konštrukcií.

Jednookruhový kotol produkuje iba ohrev teplonosného média pre vykurovací systém

Na určenie výkonu vykurovacieho kotla je potrebné vypočítať náklady na tepelnú energiu domu cez fasádne steny a na ohrev vymieňanej vzdušnej atmosféry vnútorných priestorov.

Vyžadujú sa údaje o tepelných stratách v kilowatthodinách za deň – v prípade modelového domu vypočítaného ako príklad je to:

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

Kde: 271,512 – denné tepelné straty vonkajšími stenami; 45,76 – denné tepelné straty na ohrev privádzaného vzduchu.

Zodpovedajúco, potrebný vykurovací výkon kotla bude:

317,272 : 24 (hodín) = 13,22 kW

Avšak takýto kotol bude pod neustále vysokým zaťažením, čo znižuje jeho životnosť. A v obzvlášť mrazivých dňoch nebude vypočítaný výkon kotla postačovať, pretože pri vysokom teplotnom rozdiele medzi izbovou a vonkajšou atmosférou prudko vzrastú tepelné straty budovy.

Preto vyberať kotol podľa priemerného výpočtu nákladov na tepelnú energiu sa neoplatí – so silnými mrazmi si možno neporadí.

Racionálne bude zvýšiť požadovaný výkon kotlového zariadenia o 20%:

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

Pre výpočet požadovaného výkonu druhého okruhu kotla, ktorý ohrieva vodu na umývanie riadu, kúpanie a pod., je potrebné vydeliť mesačnú spotrebu tepla „kanalizačných“ tepelných strát počtom dní v mesiaci a 24 hodinami:

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

Podľa výsledkov výpočtov je optimálny výkon kotla pre príkladový dom rovný 15,86 kW pre vykurovací okruh a 0,68 kW pre ohrevný okruh.

Výber vykurovacích radiátorov

Tradične výkon vykurovacieho radiátora sa odporúča vyberať podľa plochy vykurovanej miestnosti, a to s 15-20% navýšením výkonových potrieb pre istotu.

Na príklade sa pozrieme, nakoľko je korektná metodika výberu radiátora „10 m2 plochy – 1,2 kW“.

Tepelný výkon radiátorov závisí od spôsobu ich pripojenia, čo je potrebné zohľadniť pri vykonávaní výpočtov vykurovacieho systému.

Východiskové údaje: rohová miestnosť na prvom podlaží dvojposchodového rodinného domu; vonkajšia stena z dvojradového muriva keramickej tehly; šírka miestnosti 3 m, dĺžka 4 m, výška stropu 3 m.

Podľa zjednodušenej schémy výberu sa navrhuje vypočítať plochu miestnosti, počítame:

3 (šírka) · 4 (dĺžka) = 12 m²

T.j. potrebný výkon vykurovacieho radiátora s 20% prirážkou vychádza 14,4 kW. A teraz vypočítajme výkonové parametre vykurovacieho radiátora na základe tepelných strát miestnosti.

V skutočnosti plocha miestnosti ovplyvňuje straty tepelnej energie menej ako plocha jej stien, ktoré jednou stranou vychádzajú von z budovy (fasádnych).

Preto budeme počítať práve plochu „vonkajších“ stien, ktoré sú v miestnosti:

3 (šírka) · 3 (výška) + 4 (dĺžka) · 3 (výška) = 21 m²

Keď poznáme plochu stien, ktoré odovzdávajú teplo „von“, vypočítame tepelné straty pri rozdiele izbovej a vonkajšej teploty 30^° (v dome +18 ^°C, vonku -12 ^°C), a to rovno v kilowatthodinách:

0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 kW,

Kde: 0,91 – odpor tepelného prenosu m² izbových stien, ktoré vychádzajú „von“; 21 – plocha „vonkajších“ stien; 30 – rozdiel teplôt vnútri a vonku domu; 1000 – počet wattov v kilowatte.

Podľa stavebných noriem sa vykurovacie zariadenia umiestňujú na miesta s maximálnymi tepelnými stratami. Napríklad radiátory sa inštalujú pod okennými otvormi, teplovzdušné ventilátory (tepelné pištole) – nad vchodom do domu. V rohových miestnostiach sa batérie inštalujú na slepé steny, ktoré sú vystavené maximálnemu vplyvu vetrov.

Z toho vyplýva, že na kompenzáciu strát tepla cez fasádne steny tejto konštrukcie, pri rozdiele teplôt 30^° v dome a vonku, stačí vykurovanie s výkonom 0,57 kWh. Zvýšime potrebný výkon o 20, dokonca o 30% – dostaneme 0,74 kWh.

Takže skutočné potreby vykurovacieho výkonu môžu byť výrazne nižšie, ako obchodná schéma «1,2 kW na meter štvorcový plochy miestnosti».

Navyše správny výpočet potrebného výkonu vykurovacích radiátorov umožní znížiť objem teplonosného média vo vykurovacom systéme, čo zníži zaťaženie kotla a náklady na palivo.

Závery a užitočné video k téme

Kam uniká teplo z domu – odpovede poskytuje názorné video:

Vo videu je zobrazený postup výpočtu tepelných strát domu cez obvodové konštrukcie. Keď poznáte tepelné straty, budete môcť presne vypočítať výkon vykurovacieho systému:

Podrobné video o princípoch výberu výkonových charakteristík vykurovacieho kotla si pozrite nižšie:

Výroba tepla každoročne zdražuje – rastú ceny palív. A tepla je stále nedostatok. Byť ľahostajný k energetickej náročnosti domu nie je možné – je to úplne nevýhodné.

Na jednej strane každá nová vykurovacia sezóna stojí majiteľa domu čoraz viac. Na druhej strane zateplenie stien, základov a strechy vidieckeho domu stojí poriadne peniaze. Avšak čím menej tepla unikne z budovy, tým lacnejšie bude jej vykurovanie.

Udržiavanie tepla v miestnostiach domu je hlavnou úlohou vykurovacieho systému počas zimných mesiacov. Výkon vykurovacieho kotla závisí od stavu domu a od kvality zateplenia jeho obvodových konštrukcií. Princíp „kilowatt na 10 štvorcov plochy“ funguje v dome s priemerným stavom fasád, strechy a základov.

Počítali ste si sami systém vykurovania pre svoj dom? Alebo ste si všimli nezrovnalosť výpočtov uvedených v článku? Podeľte sa o svoje praktické skúsenosti alebo o rozsah teoretických vedomostí tým, že zanecháte komentár v bloku pod týmto článkom.