Stel dat u zelf een ketel, radiatoren en leidingen voor de verwarming van een woonhuis wilt ophalen. Taak nummer 1 - om de warmtebelasting voor verwarming te berekenen, met andere woorden, om het totale warmteverbruik te bepalen dat nodig is om het gebouw te verwarmen tot een comfortabele binnentemperatuur. We stellen voor om 3 berekeningsmethoden te bestuderen - verschillend in complexiteit en nauwkeurigheid van de resultaten.
Methoden voor het bepalen van de belasting
Eerst leggen we de betekenis van de term uit. Thermische belasting is de totale hoeveelheid warmte die door het verwarmingssysteem wordt verbruikt om het pand in de koudste periode tot de standaardtemperatuur te verwarmen. De waarde wordt berekend in energie-eenheden - kilowatt, kilocalorieën (minder vaak - kilojoule) en wordt in de formules aangegeven met de Latijnse letter Q.
Als u de belasting van het verwarmen van een privéwoning in het algemeen en de behoefte van elke kamer in het bijzonder kent, is het niet moeilijk om een ketel, verwarmingselementen en batterijen van het watersysteem te kiezen qua vermogen. Hoe kan ik deze parameter berekenen:
- Als de plafondhoogte 3 m niet bereikt, wordt er een vergrote berekening gemaakt op basis van de oppervlakte van de verwarmde kamers.
- Bij een plafondhoogte van 3 m of meer wordt het warmteverbruik bepaald door het volume van het pand.
- Bepaling van warmteverlies door externe afrasteringen en de kosten voor het verwarmen van ventilatielucht volgens SNiP.
Notitie. In de afgelopen jaren zijn online rekenmachines op de pagina's van verschillende internetbronnen enorm populair geworden. Met hun hulp is de bepaling van de hoeveelheid thermische energie snel en vereist geen aanvullende instructies. Minus - de betrouwbaarheid van de resultaten moet worden gecontroleerd, omdat de programma's zijn geschreven door mensen die geen warmte-ingenieurs zijn.
De eerste twee berekeningsmethoden zijn gebaseerd op de toepassing van specifieke thermische kenmerken in relatie tot het verwarmde gebied of het volume van het gebouw. Het algoritme is eenvoudig, het wordt overal gebruikt, maar geeft zeer benaderende resultaten en houdt geen rekening met de mate van isolatie van het huisje.
Volgens SNiP is het veel moeilijker om het thermische energieverbruik volgens SNiP te berekenen. U zult veel referentiegegevens moeten verzamelen en aan de berekeningen moeten werken, maar de uiteindelijke cijfers zullen het werkelijke beeld met een nauwkeurigheid van 95% weergeven. We zullen proberen de methodologie te vereenvoudigen en de berekening van de verwarmingsbelasting zo begrijpelijk mogelijk toegankelijk te maken.
Bijvoorbeeld een project van een huis met één verdieping van 100 m²
Om alle methoden voor het bepalen van de hoeveelheid thermische energie duidelijk uit te leggen, raden we aan om als voorbeeld een huis met één verdieping te nemen met een totale oppervlakte van 100 vierkanten (volgens de externe meting), weergegeven in de tekening. We vermelden de technische kenmerken van het gebouw:
- bouwregio - een strook gematigd klimaat (Minsk, Moskou);
- de dikte van de externe afrastering is 38 cm, het materiaal is silicaatsteen;
- buitenmuurisolatie - polystyreen met een dikte van 100 mm, dichtheid - 25 kg / m³;
- vloeren - beton op de grond, er is geen kelder;
- overlappend - gewapend betonplaten geïsoleerd vanaf de zijkant van de koude zolder met 10 cm polystyreen;
- ramen - standaard metaal-kunststof op 2 glazen, afmeting - 1500 x 1570 mm (h);
- de voordeur is van metaal 100 x 200 cm, geïsoleerd met geëxtrudeerd polystyreenschuim 20 mm van binnenuit.
Het huisje heeft binnenwanden in een halve steen (12 cm), de stookruimte bevindt zich in een apart gebouw. De ruimtes van de kamers zijn aangegeven op de tekening, de hoogte van de plafonds wordt genomen afhankelijk van de berekende berekeningsmethode - 2,8 of 3 m.
We berekenen het warmteverbruik door kwadratuur
Voor een geschatte schatting van de verwarmingsbelasting wordt meestal de eenvoudigste thermische berekening gebruikt: het oppervlak van het gebouw wordt genomen volgens de externe meting en vermenigvuldigd met 100 watt. Het warmteverbruik van een cottage van 100 m² is dan 10.000 W of 10 kW.Het resultaat stelt u in staat om een ketel te kiezen met een veiligheidsfactor van 1,2-1,3, in dit geval wordt het apparaatvermogen gelijk gesteld aan 12,5 kW.
We raden aan om nauwkeurigere berekeningen uit te voeren, rekening houdend met de locatie van de kamers, het aantal ramen en het ontwikkelingsgebied. Dus, met plafonds tot 3 m, wordt aanbevolen om de volgende formule te gebruiken:
De berekening wordt voor elke kamer afzonderlijk uitgevoerd, waarna de resultaten worden opgeteld en vermenigvuldigd met de regionale coëfficiënt. Toelichting bij de notatie van de formule:
- Q is de gewenste belasting, W;
- Spom - het kwadratuur van de kamer, m²;
- q is de indicator van het specifieke thermische kenmerk gerelateerd aan de oppervlakte van de kamer, W / m²;
- k - coëfficiënt rekening houdend met het klimaat in het woongebied.
Als referentie. Als een privéwoning zich in een gematigde zone bevindt, wordt aangenomen dat de coëfficiënt k gelijk is aan één. In de zuidelijke regio's is k = 0,7; in de noordelijke regio's worden waarden van 1,5-2 gebruikt.
Een geschatte berekening van de totale kwadratuurindicator q = 100 W / m². Deze aanpak houdt geen rekening met de locatie van kamers en het verschillende aantal lichtopeningen. De gang in het huisje zal veel minder warmte verliezen dan een hoekslaapkamer met ramen van hetzelfde gebied. We stellen voor om de waarde van het specifieke thermische kenmerk q als volgt te nemen:
- voor kamers met één buitenmuur en raam (of deur) q = 100 W / m²;
- hoekkamers met één lichtopening - 120 W / m²;
- hetzelfde met twee ramen - 130 W / m².
Hoe u de q-waarde kiest, wordt duidelijk weergegeven op de plattegrond. Voor ons voorbeeld ziet de berekening er als volgt uit:
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.
Zoals u kunt zien, leverden de verfijnde berekeningen een ander resultaat op: in feite wordt voor het verwarmen van een bepaald huis 100 m² meer besteed aan 1 kW warmte. De figuur houdt rekening met het warmteverbruik voor het verwarmen van de buitenlucht die via openingen en muren de woning binnendringt (infiltratie).
Berekening van de warmtebelasting per volume van de kamers
Wanneer de afstand tussen de vloeren en het plafond 3 m of meer bereikt, kan de vorige berekeningsoptie niet worden gebruikt - het resultaat zal onjuist zijn. In dergelijke gevallen wordt de verwarmingsbelasting geacht te zijn volgens specifieke geaggregeerde indicatoren van warmteverbruik per 1 m³ van het volume van de kamer.
De formule en het rekenalgoritme blijven hetzelfde, alleen de gebiedsparameter S verandert in het volume - V:
Dienovereenkomstig wordt een andere indicator voor specifiek verbruik q genomen, verwijzend naar de kubieke capaciteit van elke kamer:
- een kamer in het gebouw of met één buitenmuur en een raam - 35 W / m³;
- hoekkamer met één raam - 40 W / m³;
- hetzelfde met twee lichtopeningen - 45 W / m³.
Notitie. Stijgende en dalende regionale coëfficiënten k worden zonder wijzigingen in de formule toegepast.
Nu bepalen we bijvoorbeeld de belasting van de verwarming van ons huisje, uitgaande van een plafondhoogte gelijk aan 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.
Het valt op dat het benodigde thermische vermogen van het verwarmingssysteem met 200 watt is gestegen ten opzichte van de vorige berekening. Als we de hoogte van de kamers 2,7-2,8 m nemen en het energieverbruik berekenen via de kubieke meter, dan zullen de cijfers ongeveer hetzelfde zijn. Dat wil zeggen, de methode is redelijk toepasbaar voor de geïntegreerde berekening van warmteverlies in kamers van elke hoogte.
Berekeningsalgoritme volgens SNiP
Deze methode is de meest nauwkeurige van alle bestaande. Als u onze instructies gebruikt en de berekening correct uitvoert, kunt u 100% zeker zijn van het resultaat en rustig verwarmingsapparatuur selecteren. De procedure ziet er zo uit:
- Meet de kwadratuur van de buitenmuren, vloeren en plafonds afzonderlijk in elke kamer. Bepaal het gebied van ramen en voordeuren.
- Bereken warmteverlies over alle buitenhekken.
- Ontdek het verbruik van thermische energie die wordt gebruikt om de ventilatielucht (infiltratie) te verwarmen.
- Vat de resultaten samen en krijg een echte indicatie van de warmtebelasting.
Een belangrijk punt. In een cottage met twee verdiepingen wordt geen rekening gehouden met interne plafonds, omdat ze niet aan het milieu grenzen.
De essentie van het berekenen van warmteverlies is relatief eenvoudig: je moet uitzoeken hoeveel energie elk type bouwconstructie verliest, omdat ramen, muren en vloeren zijn gemaakt van verschillende materialen. Trek bij het bepalen van de kwadratuur van de buitenmuren het gebied van de beglaasde openingen af - deze laten een grotere warmtestroom toe en worden daarom afzonderlijk beschouwd.
Voeg bij het meten van de breedte van de kamers de helft van de dikte van de binnenwand toe en leg de buitenste hoek vast, zoals weergegeven in het diagram. Het doel is om rekening te houden met de volledige kwadratuur van de buitenomheining, waardoor warmte over het hele oppervlak verloren gaat.
We bepalen het warmteverlies van muren en daken
De formule voor het berekenen van de warmteflux die door een structuur van hetzelfde type gaat (bijvoorbeeld een muur) is als volgt:
Ontcijfer de notatie:
- de hoeveelheid warmteverlies via een hek dat we Qi, W hebben genoemd;
- A - het kwadraat van de muur binnen dezelfde kamer, m²;
- tv - comfortabele temperatuur in de kamer, meestal +22 ° С;
- tн - de minimumtemperatuur van straatlucht die de 5 koudste winterdagen aanhoudt (neem de echte waarde voor uw gebied);
- R is de weerstand van de dikte van het buitenhek tegen warmteoverdracht, m² ° C / W.
Een onzekere parameter blijft in de bovenstaande lijst - R. De waarde hangt af van het materiaal van de muurstructuur en de dikte van het hek. Ga als volgt te werk om de weerstand tegen warmteoverdracht te berekenen:
- Bepaal de dikte van het ondersteunende deel van de buitenmuur en, afzonderlijk, de isolatielaag. De letter in de formules is δ en wordt beschouwd in meters.
- Leer uit de referentietabellen de warmtegeleidingscoëfficiënten van structurele materialen λ, meeteenheden - W / (mºС).
- Vervang de gevonden waarden in de formule één voor één:
- Definieer R voor elke muurlaag afzonderlijk, voeg de resultaten toe en gebruik vervolgens in de eerste formule.
Herhaal de berekeningen afzonderlijk voor ramen, muren en plafonds in dezelfde kamer en ga dan verder naar de volgende kamer. Warmteverliezen door de vloeren worden apart beschouwd, zoals hieronder beschreven.
Tip. De juiste warmtegeleidingscoëfficiënten van verschillende materialen zijn aangegeven in de normatieve documentatie. Voor Rusland is dit de Code of Rules SP 50.13330.2012, voor Oekraïne - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Aandacht! Gebruik in de berekeningen de waarde van λ voorgeschreven in kolom "B" voor bedrijfsomstandigheden.
Rekenvoorbeeld voor de woonkamer van ons huis met één verdieping (plafondhoogte 3 m):
- De oppervlakte van de buitenmuren samen met de ramen: (5,04 + 4,04) x 3 = 27,24 m². Het vierkant van de ramen is 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 m². Netto afrasteringsgebied: 27,24 - 4,71 = 22,53 m².
- Het warmtegeleidingsvermogen λ voor het leggen van silicaatsteen is 0,87 W / (m º C), het schuim 25 kg / m ³ - 0,044 W / (m º C). De dikte is respectievelijk 0,38 en 0,1 m, we beschouwen de warmteoverdrachtsweerstand: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Buitentemperatuur - min 25 ° С, in de woonkamer - plus 22 ° С. Het verschil is 25 + 22 = 47 ° C.
- We bepalen het warmteverlies via de wanden van de woonkamer: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 watt.
Evenzo wordt gedacht aan warmtestroom door ramen en vloeren. De thermische weerstand van doorschijnende constructies wordt meestal aangegeven door de fabrikant, de kenmerken van vloeren van gewapend beton met een dikte van 22 cm zijn te vinden in de normatieve of referentieliteratuur:
- R geïsoleerde vloer = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 m² ° C / W, warmteverlies door het dak is 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Verliezen door raamopeningen: Q = 0,32 x 47 x71 = 70,8 W.
Het totale warmteverlies in de woonkamer (exclusief vloeren) wordt 391 + 402 + 70,8 = 863,8 watt. Voor de overige kamers worden soortgelijke berekeningen uitgevoerd, de resultaten worden samengevat.
Let op: de gang binnen het gebouw komt niet in aanraking met de buitenmantel en verliest alleen warmte via het dak en de vloeren. Met welke hekken moet rekening worden gehouden in de berekeningsmethodiek, zie de video.
Verdeling van de vloer in zones
Om het warmteverlies van de vloeren op de grond te achterhalen, is het gebouw in het plan opgedeeld in zones van 2 m breed, zoals weergegeven in het diagram. De eerste strip begint vanaf het buitenoppervlak van de bouwconstructie.
Het berekeningsalgoritme is als volgt:
- Maak een schets van het cottage-plan, verdeel het in stroken van 2 m breed. Het maximale aantal zones is 4.
- Bereken het vloeroppervlak dat afzonderlijk in elke zone valt, waarbij de binnenwanden worden verwaarloosd. Let op: het kwadratuur op de hoeken wordt tweemaal geteld (gearceerd in de tekening).
- Bepaal met behulp van de rekenformule (gemakshalve geven we die nog een keer) het warmteverlies in alle gebieden, vat de cijfers samen.
- De warmteoverdrachtsweerstand R voor zone I bedraagt 2,1 m² ° C / W, II - 4,3, III - 8,6, de rest van de vloer - 14,2 m² ° C / W.
Notitie. Als we het hebben over een verwarmde kelder, bevindt de eerste strip zich op het ondergrondse deel van de muur, beginnend vanaf het maaiveld.
Vloeren geïsoleerd met minerale wol of polystyreenschuim worden identiek berekend, alleen de vaste waarden van R worden aangevuld met de thermische weerstand van de isolatielaag, bepaald door de formule δ / λ.
Rekenvoorbeeld in de woonkamer van een landhuis:
- De kwadratuur van zone I is (5,04 + 4,04) x 2 = 18,16 m², perceel II - 3,04 x 2 = 6,08 m². De overige zones komen niet in de woonkamer.
- Het energieverbruik voor de 1e zone is 1 / 2,1 x 47 x 18,16 = 406,4 W, voor de tweede - 1 / 4,3 x 47 x 6,08 = 66,5 W.
- De hoeveelheid warmtestroom door de woonkamervloeren is 406,4 + 66,5 = 473 watt.
Nu is het eenvoudig om het totale warmteverlies in de kamer in kwestie neer te halen: 863,8 + 473 = 1336,8 W, afgerond - 1,34 kW.
Ventilatie luchtverwarming
De overgrote meerderheid van privéwoningen en appartementen heeft natuurlijke ventilatie. Straatlucht dringt door de nokassen van ramen en deuren, evenals luchttoevoeropeningen. De binnenkomende koude massa wordt verwarmd door het verwarmingssysteem, waardoor extra energie wordt uitgegeven. Hoe het bedrag van deze verliezen te achterhalen:
- Aangezien de berekening van infiltratie te gecompliceerd is, laten regelgevingsdocumenten de toewijzing van 3 m³ lucht per uur voor elke vierkante meter huisvesting toe. De totale toevoerluchttoevoer L wordt als eenvoudig beschouwd: het kwadratuur van de kamer wordt vermenigvuldigd met 3.
- L is het volume en de massa m van de luchtstroom is nodig. Zoek uit door te vermenigvuldigen met de dichtheid van het gas dat uit de tabel is gehaald.
- De luchtmassa m wordt vervangen door de formule van de cursus natuurkunde van de school, waarmee de hoeveelheid verbruikte energie kan worden bepaald.
We berekenen de benodigde hoeveelheid warmte op basis van het voorbeeld van een lang lijdende woonkamer met een oppervlakte van 15,75 m². Het instroomvolume L = 15,75 x 3 = 47,25 m³ / h, massa - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / h. Uitgaande van de warmtecapaciteit van lucht (aangegeven door de letter C) gelijk aan 0,28 W / (kg ºС), vinden we het energieverbruik: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Zoals je kunt zien, is het cijfer behoorlijk indrukwekkend, daarom moet er rekening worden gehouden met het verwarmen van de luchtmassa's.
De uiteindelijke berekening van het warmteverlies van het gebouw plus het warmteverbruik voor ventilatie wordt bepaald door alle eerder verkregen resultaten op te tellen. Met name de belasting van de verwarming van de woonkamer zal resulteren in het cijfer 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. Evenzo worden alle kamers van het huisje berekend, aan het einde van de energiekosten tellen ze op tot één cijfer.
Eindafrekening
Als je hersenen nog niet zijn gaan koken vanwege de overvloed aan formules 😊, dan is het zeker interessant om het resultaat door het hele verhaalhuis te zien. In de vorige voorbeelden hebben we het hoofdwerk gedaan, het blijft alleen om door andere kamers te gaan en het warmteverlies van de hele buitenschil van het gebouw te achterhalen. Gevonden ruwe gegevens:
- thermische weerstand van muren - 2,71, ramen - 0,32, vloeren - 2,38 m² ° С / W;
- plafondhoogte - 3 m;
- R voor de voordeur geïsoleerd met geëxtrudeerd polystyreenschuim is 0,65 m² ° C / W;
- interne temperatuur - 22, extern - min 25 ° С.
Om de berekeningen te vereenvoudigen, stellen we voor om een tabel in Exel te maken, waarna we de tussen- en eindresultaten erin zullen plaatsen.
Aan het einde van de berekeningen en het invullen van de tabel werden de volgende waarden van het thermische energieverbruik voor het pand verkregen:
- woonkamer - 2,22 kW;
- keuken - 2,536 kW;
- gang - 745 W;
- gang - 586 W;
- badkamer - 676 W;
- slaapkamer - 2,22 kW;
- kinderen - 2.536 kW.
De totale belasting van het verwarmingssysteem van een woonhuis van 100 m² was 11.518 W, afgerond - 11,6 kW.Het is opmerkelijk dat het resultaat letterlijk 5% afwijkt van de benaderde berekeningsmethoden.
Hoe de resultaten van berekeningen te gebruiken
De huiseigenaar kent de warmtevraag van het gebouw en kan:
- selecteer duidelijk de kracht van warmtekrachtapparatuur voor het verwarmen van het huisje;
- kies het gewenste aantal secties van radiatoren;
- bepaal de vereiste dikte van de isolatie en voer thermische isolatie van het gebouw uit;
- ontdek het debiet van de koelvloeistof op een deel van het systeem en voer indien nodig een hydraulische berekening van pijpleidingen uit;
- Ontdek het gemiddelde dagelijkse en maandelijkse warmteverbruik.
Vooral de laatste alinea is van belang. We hebben de waarde van de warmtebelasting in 1 uur gevonden, maar deze kan voor een langere periode worden herberekend en het geschatte brandstofverbruik berekenen - gas, brandhout of pellets.