Calcolo della perdita di calore a casa: ci consideriamo correttamente!

La casa perde calore attraverso le strutture di contenimento (muri, finestre, tetto, fondamenta), ventilazione e drenaggio. Le principali perdite di calore passano attraverso le strutture di contenimento - 60–90% di tutte le perdite di calore.

Il calcolo della perdita di calore in casa è necessario, almeno, per scegliere la caldaia giusta. Puoi anche stimare quanti soldi verranno spesi per il riscaldamento nella casa pianificata. Ecco un esempio di calcolo per una caldaia a gas e una elettrica. È anche possibile, grazie ai calcoli, analizzare l'efficienza finanziaria dell'isolamento, ad es. per capire se il costo di installazione dell'isolamento ripagherà con il risparmio di carburante per tutta la durata dell'isolamento.

Dispersione di calore attraverso strutture che racchiudono

Darò un esempio di calcolo per i muri esterni di una casa a due piani.

È chiaro che durante il periodo di riscaldamento il tempo è diverso, ad es. la differenza di temperatura cambia continuamente. Pertanto, per calcolare la perdita di calore per l'intero periodo di riscaldamento, è necessario moltiplicare al punto 4 per la differenza di temperatura media per tutti i giorni del periodo di riscaldamento.
Ad esempio, per 7 mesi del periodo di riscaldamento, la differenza di temperatura media nella stanza e all'esterno è stata di 28 gradi, il che significa perdita di calore attraverso le pareti durante questi 7 mesi in kilowattora:

0,32 W / m2 × ° C × 240 m2 × 28 ° C × 7 mesi × 30 giorni × 24 h = 10838016 L × a = 10838 kW × h

Il numero è abbastanza "tangibile". Ad esempio, se il riscaldamento fosse elettrico, puoi calcolare quanti soldi verrebbero spesi per il riscaldamento moltiplicando il numero risultante per il costo di kWh. Puoi calcolare quanti soldi sono stati spesi per il riscaldamento con il gas calcolando il costo dei kWh di energia da una caldaia a gas. Per fare ciò, è necessario conoscere il costo del gas, il calore di combustione del gas e l'efficienza della caldaia.

A proposito, nell'ultimo calcolo, invece della differenza di temperatura media, il numero di mesi e giorni (ma non ore, lasciamo l'orologio), era possibile utilizzare il grado-giorno del periodo di riscaldamento - GSOP, alcuni le informazioni su GSOP sono qui. Puoi trovare il GSOP già calcolato per diverse città della Russia e moltiplicare la perdita di calore da un metro quadrato per l'area della parete, per questi GSOP e per 24 ore, avendo ricevuto la perdita di calore in kW * h.

Analogamente ai muri, è necessario calcolare i valori di dispersione termica per finestre, porta d'ingresso, tetto, fondamenta. Quindi somma tutto e ottieni il valore della perdita di calore attraverso tutte le strutture che lo racchiudono.Per le finestre, a proposito, non sarà necessario scoprire lo spessore e la conduttività termica, di solito c'è già una resistenza pronta al trasferimento di calore di un'unità di vetro calcolata dal produttore. Per il pavimento (nel caso di una fondazione in lastre), la differenza di temperatura non sarà troppo grande, il terreno sotto la casa non è freddo come l'aria esterna.

Metodi per valutare la perdita di calore a casa

I luoghi approssimativi delle perdite sono determinati prendendo una mappa termografica utilizzando attrezzature specializzate. È possibile effettuare un calcolo per un edificio esistente e una nuova casa. I professionisti utilizzano metodi di calcolo complessi che tengono conto delle caratteristiche del riscaldamento a convezione e di altri fattori. Di norma, è sufficiente utilizzare un calcolatore di perdita di calore semplificato su un sito online specializzato.

Metodi di calcolo tipici:

• da valori medi per una regione specifica;
• sommatoria delle dispersioni termiche degli elementi principali (muri, solai, coperture) con aggiunta dei dati sui blocchi di porte e finestre, ventilazione;
• calcolo dei parametri di ogni stanza.

Perdita di calore attraverso la ventilazione

Il volume approssimativo di aria disponibile in casa (non prendo in considerazione il volume delle pareti interne e dei mobili):

10 m х 10 m х 7 m = 700 m3

Densità dell'aria alla temperatura di + 20 ° C 1,2047 kg / m3. Capacità termica specifica dell'aria 1.005 kJ / (kg × ° C). Massa d'aria in casa:

700 m3 × 1,2047 kg / m3 = 843,29 kg

Diciamo che tutta l'aria della casa cambia 5 volte al giorno (questo è un numero approssimativo). Con una differenza media tra la temperatura interna ed esterna di 28 ° C per tutto il periodo di riscaldamento, l'energia termica verrà spesa mediamente al giorno per riscaldare l'aria fredda in ingresso:

5 × 28 ° C × 843,29 kg × 1,005 kJ / (kg × ° C) = 118.650,903 kJ

118.650,903 kJ = 32,96 kWh (1 kWh = 3600 kJ)

Quelli. durante la stagione del riscaldamento, con un ricambio d'aria quintuplo, l'abitazione per ventilazione perderà in media 32,96 kWh di energia termica al giorno. Per 7 mesi del periodo di riscaldamento, le perdite di energia saranno:

7 x 30 x 32,96 kWh = 6921,6 kWh

Fattori che influenzano la perdita di calore

I processi di tipo termico sono perfettamente correlati con quelli elettrici: la differenza di temperatura svolgerà il ruolo di tensione e il flusso di calore può essere considerato come una forza corrente e non è necessario inventare nemmeno un termine per la resistenza. Anche il concetto di minima resistenza, che nell'ingegneria termica appare come ponti freddi, è pienamente valido. Se consideriamo un materiale arbitrario in una sezione, è sufficiente impostare semplicemente il percorso del flusso di calore sia a livello macro che a livello micro. Nel ruolo del primo modello, prenderemo un muro di cemento, in cui, per necessità tecnologica, tramite fissaggi sono realizzati con barre di acciaio di sezione arbitraria.

L'acciaio è in grado di condurre il calore leggermente meglio del cemento e quindi si possono distinguere 3 flussi di calore principali:

• 
  Attraverso il cemento.

• Attraverso aste di acciaio.
• Dal resto delle aste al cemento.

L'ultimo modello di flusso di calore è il più interessante. Poiché la barra d'acciaio si riscalda più rapidamente, c'è una differenza di temperatura tra i materiali più vicini all'esterno delle pareti. Pertanto, l'acciaio non solo è in grado di "pompare" il calore verso l'esterno da solo, ma aumenta anche la conduttività termica del calcestruzzo adiacente. In un mezzo poroso, i processi termici procedono allo stesso modo. Quasi tutti i materiali da costruzione sono costituiti da una rete ramificata di materia solida e lo spazio tra loro è pieno d'aria. Pertanto, un materiale denso e solido fungerà da conduttore principale di calore, ma a causa della complessità della struttura, il percorso lungo il quale il calore si propaga sarà maggiore della sezione trasversale. Quindi, il secondo fattore che determina la resistenza termica è che ogni strato è eterogeneo e ha un involucro edilizio nel suo insieme.

Il terzo fattore che influenza la conduttività termica è ciò che chiamiamo l'accumulo di umidità all'interno dei pori.L'acqua ha una resistenza termica 25 volte inferiore a quella dell'aria, e se riempie i pori, e in generale, la conduttività termica del materiale diventerà ancora più alta che se non ci fossero affatto pori. Quando l'acqua si congela, la situazione peggiorerà ulteriormente: la conduttività termica può aumentare fino a 80 volte e la fonte di umidità è solitamente l'aria all'interno della stanza e le precipitazioni. Quindi, i tre modi principali per combattere questo fenomeno saranno l'impermeabilizzazione delle pareti esterne, l'uso della protezione dal vapore e il calcolo dell'accumulo di umidità, che deve essere fatto parallelamente alla previsione delle perdite di calore.

Schemi di regolamento differenziato

Il metodo più semplice per stabilire la quantità di perdita di calore in un edificio sarebbe una somma completa dei valori di flusso di calore attraverso le strutture di cui l'edificio sarà dotato. Questo metodo tiene pienamente conto della differenza nella struttura dei diversi materiali, nonché delle specifiche del flusso di calore attraverso di essi e anche nei nodi della giunzione di un singolo piano con un altro. Questo approccio al calcolo delle perdite di calore di una casa semplificherà notevolmente il compito, poiché diverse strutture del tipo di involucro possono differire in modo significativo nella progettazione dei sistemi di protezione termica. si scopre che con uno studio separato, sarà più facile determinare la quantità di perdite di calore,

perché ci sono diversi metodi di calcolo per questo:

1. Per le pareti, la quantità di dispersione di calore sarà uguale all'area totale, che viene moltiplicata per il rapporto tra la differenza di temperatura e la resistenza. In questo caso, si dovrebbe tener conto dell'orientamento della parete rispetto ai punti cardinali per tenere conto del riscaldamento durante il giorno, nonché dello sfondamento delle strutture tipo edificio.
2. Per la sovrapposizione, il metodo è lo stesso, ma si terrà conto della presenza dello spazio della soffitta e della modalità di utilizzo. Anche per la temperatura ambiente è possibile applicare un valore superiore di 4 gradi e anche l'umidità calcolata sarà del 5-10% superiore.
3. Le perdite di calore attraverso il pavimento sono considerate zonali e descrivono le cinghie lungo l'intero perimetro della struttura. Ciò è dovuto al fatto che la temperatura del terreno sotto il pavimento è molto più alta vicino al centro dell'edificio rispetto alla parte in cui si trova la fondazione.
4. Il flusso di calore attraverso i vetri è determinato dai dati del passaporto dei telai delle finestre e si dovrebbe anche prendere in considerazione il tipo di appoggio delle finestre al muro, nonché la profondità delle pendenze.

Successivamente, passiamo all'esempio di calcolo.

Esempio di calcolo della perdita di calore

Prima di dimostrare un esempio di calcolo, è necessario rispondere a un'altra domanda: come calcolare correttamente la resistenza integrale di un tipo termico di strutture complesse con un numero elevato di strati? È possibile farlo manualmente, fortunatamente nelle costruzioni moderne non vengono utilizzati molti tipi di basi portanti e sistemi di isolamento. Ma è molto difficile prendere in considerazione la presenza di finiture decorative, intonaci per facciate e interni, nonché l'influenza di tutti i processi di transizione e altri fattori, ed è meglio usare calcoli automatizzati. Una delle migliori risorse di rete per tali compiti sarà smаrtsalс.ru, che elaborerà inoltre un diagramma di spostamento del punto di rugiada a seconda delle condizioni climatiche.

Ad esempio, prendiamo una struttura arbitraria. Sarà una casa a un piano di forma rettangolare regolare con una dimensione di 8 * 10 metri e un'altezza del soffitto di 3 metri. La casa ha un pavimento non isolato su un primer con tavole su tronchi con intercapedini d'aria e l'altezza del pavimento è di 0,15 metri superiore al segno di pianificazione del terreno sul sito. I materiali murari saranno un monolite di scoria dello spessore di 0,42 metri con un intonaco interno calce-cemento di spessore fino a 3 cm e un intonaco di scoria-cemento esterno "pelliccia" di spessore fino a 5 cm. La superficie vetrata totale è di 9,5 metri quadrati e un pacchetto di vetro a due camere in un profilo a risparmio termico con una resistenza termica media di 0,32 m2 * C / W. Il sormonto è realizzato su travi di legno - dal basso verrà intonacato lungo scandole, riempito di scorie e coperto con un massetto di argilla sulla parte superiore, sopra il soffitto c'è una soffitta fredda.Il compito di calcolare le perdite di calore sarà la formazione di un sistema di schermatura termica delle superfici delle pareti.

Pareti

Applicando i dati del terreno, nonché dello spessore e dei materiali degli strati che sono stati utilizzati per i muri, sul servizio di cui sopra, è necessario compilare gli appositi campi. In base ai risultati del calcolo, la resistenza al trasferimento di calore risulta essere di 1,11 m2 * C / W e il flusso di calore attraverso le pareti è di 18 W per tutti i metri quadrati. Con una superficie totale delle pareti (escluse le vetrate) di 102 metri quadrati, la perdita di calore totale attraverso le pareti è di 1,92 kWh. In questo caso, le perdite di calore attraverso le finestre saranno di 1 kW.

Tetto e solaio

La formula per calcolare la perdita di calore di una casa attraverso il piano attico può essere eseguita in un calcolatore online, scegliendo il tipo richiesto di strutture di recinzione. Di conseguenza, la resistenza alla sovrapposizione del trasferimento di calore è di 0,6 m2 * C / W e la perdita di calore è di 31 W per metro quadrato, ovvero 2,6 kW dall'intera area della struttura della recinzione. Il risultato sarà la perdita di calore totale calcolata come 7 kW * h. Con una bassa qualità delle strutture di tipo costruttivo, l'indicatore è ovviamente molto inferiore a quello attuale.

In effetti, il calcolo è idealizzato e non tiene conto di coefficienti speciali, ad esempio la velocità di ventilazione, che è una componente dello scambio termico di tipo a convezione, nonché le perdite attraverso le porte d'ingresso e la ventilazione. Infatti, a causa dell'installazione di finestre di bassa qualità, della mancanza di protezione alla spalla del tetto al Mauerlat e della terribile impermeabilizzazione delle pareti dalla fondazione, le perdite di calore reali possono essere 2-3 volte superiori a quelle calcolate quelli. Eppure, anche gli studi di ingegneria del calore di base aiuteranno a determinare se le strutture della casa saranno conformi agli standard sanitari.

https://youtu.be/XwMK8n_723Q

Perdita di calore attraverso la fogna

Durante la stagione di riscaldamento l'acqua che entra in casa è piuttosto fredda, ad esempio ha una temperatura media di + 7 ° C. Il riscaldamento dell'acqua è necessario quando i residenti lavano i piatti e fanno il bagno. Inoltre, l'acqua proveniente dall'aria ambiente nella cassetta del WC è parzialmente riscaldata. Tutto il calore ricevuto dall'acqua viene scaricato nello scarico.

Diciamo che una famiglia in una casa consuma 15 m3 di acqua al mese. La capacità termica specifica dell'acqua è di 4,183 kJ / (kg × ° C). La densità dell'acqua è di 1000 kg / m3. Diciamo che mediamente l'acqua che entra in casa viene riscaldata a + 30 ° C, ad es. differenza di temperatura 23 ° C.

Di conseguenza, ogni mese la perdita di calore attraverso la fogna sarà:

1000 kg / m3 × 15 m3 × 23 ° C × 4,183 kJ / (kg × ° C) = 1443135 kJ

1443135 kJ = 400,87 kWh

Per 7 mesi del periodo di riscaldamento, i residenti si riversano nella fogna:

7 × 400,87 kWh = 2806,09 kWh