Beräkning av värmesystem för privat hus: regler och exempel på beräkning

Uppvärmning av ett privat hus är en nödvändig del av ett bekvämt boende. Håll med om att man bör vara noggrann med installationen av värmesystemet, eftersom misstag kan bli dyra. Men du har aldrig gjort sådana beräkningar och vet inte hur man gör dem korrekt?

Vi hjälper dig – i vår artikel går vi igenom hur man beräknar värmesystemet för ett privat hus för att effektivt kompensera värmeförluster under vintermånaderna.

Vi ger konkreta exempel, kompletterat med tydliga foton och användbara videotips, samt aktuella tabeller med indikatorer och koefficienter som behövs för beräkningarna.

Värmeförluster i en villa

Byggnaden förlorar värme på grund av temperaturskillnaden inomhus och utomhus. Värmeförlusterna är desto högre ju större arean av byggnadens omslutande konstruktioner är (fönster, tak, väggar, grund).

Även värmeförluster är kopplade till materialen i omslutande konstruktioner och deras storlek. Till exempel är värmeförlusterna genom tunna väggar större än genom tjocka.

Effektiv beräkning av uppvärmning för ett privat hus tar hänsyn till de material som använts vid byggandet av de omslutande konstruktionerna.

Till exempel, vid lika tjocklek leder väggar av trä och tegel värme med olika intensitet – värmeförlusterna genom träkonstruktioner går långsammare. Vissa material släpper igenom värme bättre (metall, tegel, betong), andra sämre (trä, mineralull, cellplast).

Atmosfären inuti en bostad är indirekt kopplad till den yttre luftmiljön. Väggar, fönster- och dörröppningar, tak och grund överför värme från huset utåt under vintern och släpper in kyla i gengäld. De står för 70–90 % av de totala värmeförlusterna i en villa.

Väggar, tak, fönster och dörrar – allt släpper ut värme på vintern. En värmekamera visar tydligt värmeläckagen.

Kontinuerliga förluster av termisk energi under uppvärmningssäsongen sker även genom ventilation och avlopp.

Vid beräkning av värmeförluster för ett privat hus tas dessa data vanligtvis inte med. Men att inkludera värmeförluster via avlopp och ventilation i den totala värmekalkylen för huset är ändå rätt.

Ett väl utformat isoleringssystem kan avsevärt minska värmeläckage genom byggnadskonstruktioner, dörr- och fönsteröppningar.

Det är omöjligt att utföra en beräkning av en autonom värmekrets för ett fritidshus utan att bedöma värmeförlusterna i dess omslutande konstruktioner. Närmare bestämt kommer du inte att kunna bestämma värmepannans effekt som räcker för att värma villan under de strängaste frostperioderna.

En analys av den faktiska värmeförbrukningen genom väggarna gör det möjligt att jämföra kostnaderna för pannutrustning och bränsle med kostnaderna för isolering av de omslutande konstruktionerna.

Ju mer energieffektivt huset är, det vill säga ju mindre värmeenergi det förlorar under vintermånaderna, desto lägre blir kostnaderna för bränsleinköp.

För en korrekt beräkning av värmesystemet behövs värmeledningskoefficient för vanliga byggmaterial.

Tabell över värmeledningskoefficientvärden för olika byggmaterial som oftast används vid uppförande av byggnader.

Beräkning av värmeförluster genom väggar

Med ett exempel på en fiktiv tvåvåningsvilla beräknar vi värmeförlusterna genom dess väggkonstruktioner.

Grunddata:

• en kvadratisk "låda" med fasadväggar som är 12 m breda och 7 m höga;
• i väggarna finns 16 öppningar, var och en med en area på 2,5 m²;
• material för fasadväggarna – massivt keramiskt tegel;
• väggtjocklek – 2 tegelstenar.

Nu beräknar vi en grupp indikatorer som tillsammans utgör det totala värmeförlustvärdet genom väggarna.

Värmegenomgångsmotståndsindikatorn

För att ta reda på värmegenomgångsmotståndet för fasadväggen måste man dela tjockleken på väggmaterialet med dess värmeledningskoefficient.

För ett antal konstruktionsmaterial presenteras data om värmeledningskoefficienten i bilderna ovan och nedan.

För exakta beräkningar krävs värmeledningskoefficienten för de i tabellen angivna värmeisoleringsmaterialen som används i byggandet.

Vår fiktiva vägg är byggd av keramiskt massivt tegel, vars värmeledningskoefficient är 0,56 W/m·^oC. Dess tjocklek med hänsyn till murning på cementbruk är 0,51 m. Genom att dela väggens tjocklek med tegelns värmeledningskoefficient får vi väggens värmegenomgångsmotstånd:

0,51 : 0,56 = 0,91 W/m^2×oC

Avrundningsresultatet avrundas till två decimaler, det finns inget behov av mer exakta data om värmemotstånd.

Yttre väggars area

Eftersom ett kvadratiskt bygg valts som exempel, bestäms dess väggars area genom att multiplicera bredden med höjden på en vägg och sedan med antalet yttre väggar:

12 · 7 · 4 = 336 m²

Så, vi känner till fasadväggarnas area. Men vad med fönster- och dörröppningarna som tillsammans täcker 40 m² (2,5·16=40 m²) av fasadväggen, bör de beaktas?

Verkligen, hur ska man korrekt beräkna autonom uppvärmning i ett trähus utan att beakta fönster- och dörröppningarnas värmegenomgångsmotstånd.

Värmeledningskoefficient för värmeisoleringsmaterial som används för isolering av bärande väggar

Om man måste beräkna värmeförluster för en byggnad med stor area eller ett varmt hus (energieffektivt) – ja, att inkludera värmegenomgångskoefficienter för fönsterkarmar och ytterdörrar i beräkningen är riktigt.

Men för låga hus inom IZS (individuellt bostadsbyggande) som byggs av traditionella material, är det tillåtet att bortse från dörr- och fönsteröppningarna. D.v.s. inte dra av deras area från den totala arean av fasadväggarna.

Totala värmeförluster från väggar

Vi tar reda på värmeförlusterna från en kvadratmeter av väggen vid en temperaturskillnad på en grad mellan inomhus- och utomhusluften.

För detta delar vi ett med väggens tidigare beräknade värmegenomgångsmotstånd:

1 : 0,91 = 1,09 W/m²·^oC

Genom att känna till värmeförlusten per kvadratmeter av ytterväggarnas omkrets kan man bestämma värmeförlusterna vid specifika utomhustemperaturer.

Till exempel, om temperaturen inomhus i ett hus är +20 ^oC och utomhus -17 ^oC, blir temperaturskillnaden 20+17=37 ^oC. I en sådan situation kommer de totala värmeförlusterna genom väggarna i vårt exempelhus att vara:

0,91 · 336 · 37 = 11313 W,

Var: 0,91 – värmegenomgångsmotstånd per kvadratmeter vägg; 336 – fasadväggarnas area; 37 – temperaturskillnad mellan inomhus- och utomhusluft.

Värmeledningskoefficient för isolermaterial som används för isolering av golv/väggar, för torr golvavjämning och väggutjämning

Omvandla de erhållna värmeförlusterna till kilowattimmar, de är bekvämare för förståelse och efterföljande beräkningar av värmesystemets effekt.

Väggarnas värmeförluster i kilowattimmar

Först tar vi reda på hur mycket värmeenergi som går förlorad genom väggarna på en timme vid en temperaturskillnad på 37 ^oC.

Vi påminner om att beräkningen görs för ett hus med konstruktionsegenskaper som valts för demonstrationsberäkningar:

11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,

Var: 11313 – tidigare beräknade värmeförluster; 1 – timme; 1000 – antal watt per kilowatt.

Värmeledningskoefficient för byggmaterial som används för isolering av väggar och bjälklag

För att beräkna värmeförlusterna per dygn multiplicerar vi värdet per timme med 24 timmar:

11,313 · 24 = 271,512 kWh

För tydlighetens skull beräknar vi värmeförlusterna under hela eldningssäsongen:

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 kWh,

Var: 7 – antal månader under eldningssäsongen; 30 – antal dagar i månaden; 271,512 – dygnets värmeförluster genom väggarna.

Så de beräknade värmeförlusterna för huset med ovan valda egenskaper för klimatskalet uppgår till 57017,52 kWh under sju månader av eldningssäsongen.

Hänsyn till ventilationens påverkan i privat hus

Beräkning av ventilationsvärmeförluster under eldningssäsongen utförs som exempel för ett fiktivt kvadratiskt hus med väggar 12 meter breda och 7 meter höga.

Utan hänsyn till möbler och innerväggar blir den inre luftvolymen i byggnaden:

12 · 12 · 7 = 1008 m³³

Vid lufttemperatur +20 ^oC (norm under eldningssäsongen) är dess densitet 1,2047 kg/m³ och specifik värmekapacitet 1,005 kJ/(kg·^oC).

Beräkna luftmassan i huset:

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Var: 1008 – husets luftvolym; 1,2047 – luftens densitet vid t +20 ^oC.

Tabell med värden på värmeledningskoefficienter för material som kan behövas vid noggranna beräkningar

Antag ett femfaldigt luftbyte i husets rum. Observera att det exakta behovet av tilluftsvolym frisk luft beror på antalet boende i villan.

Vid en genomsnittlig temperaturskillnad mellan huset och utomhus under eldningssäsongen på 27 ^°C (20 ^°C inomhus, -7 ^°C utomhusluft) kommer det per dygn att krävas termisk energi för uppvärmning av den tillförda kalla luften:

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

Där: 5 – antal luftbyten i rummen; 27 – temperaturskillnad mellan rumsluft och utomhusluft; 1214,34 – luftens densitet vid t +20 ^°C; 1,005 – luftens specifika värmekapacitet.

Omvandla kilojoule till kilowattimmar genom att dividera värdet med antalet kilojoule i en kilowattimme (3600):

164755,58 : 3600 = 45,76 kWh

När man har fastställt förbrukningen av termisk energi för uppvärmning av luften i huset vid ett femfaldigt byte genom tilluftsventilation, kan man beräkna «luftvärmeförlusterna» under en sju månader lång eldningssäsong:

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 kWh,

Där: 7 – antal «uppvärmda» månader; 30 – genomsnittligt antal dagar i månaden; 45,76 – daglig förbrukning av termisk energi för uppvärmning av tilluften.

Ventilations- (infiltrations-) energiförluster är oundvikliga eftersom luftförnyelse i villans rum är livsnödvändigt.

Behovet av uppvärmning av den utbytbara luftatmosfären i huset måste beräknas, summeras med värmeförluster genom omslutande konstruktioner och beaktas vid val av värmepanna. Det finns ytterligare en typ av termisk energiförbrukning, den sista – avloppsvärmeförluster.

Energiförbrukning för beredning av varmvatten

Om det under de varma månaderna kommer kallt vatten ur kranen i villan, så är det under eldningssäsongen iskallt, med en temperatur på högst +5 ^°C. Bad, disk och tvätt är omöjliga utan uppvärmning av vattnet.

Vattnet som fylls i toalettstolens cistern kommer i kontakt med rumsluften genom väggarna och tar lite värme. Vad händer med vattnet som värmts upp genom förbränning av icke gratis bränsle och använts för hushållsbehov? Det hälls i avloppet.

En tvåkrets panna med indirekt värmeväxlare, använd både för uppvärmning av värmeöverföringsmediet och för leverans av varmvatten till en separat krets för detta ändamål

Låt oss betrakta ett exempel. En familj på tre personer, antag, förbrukar 17 m³ vatten per månad. 1000 kg/m³ – vattnets densitet, och 4,183 kJ/kg·^°C – dess specifika värmekapacitet.

Låt medeltemperaturen för uppvärmt vatten avsett för hushållsbehov vara +40 ^°C. Följaktligen blir skillnaden i medeltemperatur mellan kallvattnet som kommer in i huset (+5 ^°C) och det uppvärmda i pannan (+30 ^°C) 25 ^°C.

För beräkning av värmeförluster i avloppet räknar vi:

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 kJ,

Där: 17 – månatlig vattenförbrukningsvolym; 1000 – vattnets densitet; 25 – temperaturskillnad mellan kallt och uppvärmt vatten; 4,183 – vattnets specifika värmekapacitet;

För omräkning av kilojoule till mer begripliga kilowattimmar:

1777775 : 3600 = 493,82 kWh

Således, under en sju månader lång uppvärmningssäsong, går det åt termisk energi i avloppet i mängden:

493,82 · 7 = 3456,74 kWh

Förbrukningen av termisk energi för uppvärmning av vatten för hygienbehov är liten jämfört med värmeförluster genom väggar och ventilation. Men detta är också energikostnader som belastar värmepannan eller varmvattenberedaren och orsakar bränsleförbrukning.

Beräkning av värmepannans effekt

Pannan i värmesystemet är avsedd att kompensera byggnadens värmeförluster. Och även, i fallet med ett tvåkrets-system eller när pannan är utrustad med en indirekt värmd varmvattenberedare, för uppvärmning av vatten för hygienbehov.

Efter att ha beräknat dygnsvärmeförluster och varmvattenförbrukning 'till avloppet', kan man exakt bestämma den nödvändiga pannans effekt för ett hus med en viss yta och egenskaper hos omslutande konstruktioner.

En enkrets-panna producerar endast uppvärmning av värmeöverföringsvätskan för värmesystemet

För att bestämma värmepannans effekt är det nödvändigt att beräkna husets termiska energiförluster genom ytterväggarna och för uppvärmning av den utbytbara luftatmosfären i de inre utrymmena.

Data om värmeförluster i kilowattimmar per dygn krävs – i fallet med ett exempelhus som beräknats som exempel är detta:

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

Där: 271,512 – dygnsvärmeförluster genom ytterväggar; 45,76 – dygnsvärmeförluster för uppvärmning av tilluft.

Följaktligen blir den nödvändiga värmeeffekten för pannan:

317,272 : 24 (timmar) = 13,22 kW

Men en sådan panna kommer att vara under konstant hög belastning, vilket minskar dess livslängd. Och under särskilt kalla dagar kommer den beräknade pannans effekt inte att räcka, eftersom värmeförlusterna i byggnaden kommer att öka kraftigt vid hög temperaturskillnad mellan inomhus- och utomhusatmosfär.

Därför är det inte värt att välja panna baserat på en genomsnittlig beräkning av termisk energiförbrukning – den kanske inte klarar av svår frost.

Det är rationellt att öka den erforderliga effekten för pannutrustningen med 20%:

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

För att beräkna den erforderliga effekten för pannans andra krets, som värmer vatten för disk, bad etc., måste man dividera den månatliga värmeförbrukningen från avloppsvärmeförlusterna med antalet dagar i månaden och med 24 timmar:

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

Enligt beräkningarna är den optimala panneffekten för exempelvillan 15,86 kW för värmekretsen och 0,68 kW för varmvattenkretsen.

Val av värmeelement

Traditionellt rekommenderas att välja effekten på en värmeradiator baserat på det uppvärmda rummets yta, med en 15-20% överdimensionering för säkerhets skull.

Låt oss med ett exempel undersöka hur korrekt metoden att välja radiator enligt «10 m² yta – 1,2 kW» är.

Radiatorens termiska effekt beror på anslutningsmetoden, vilket måste beaktas vid beräkning av värmesystemet.

Utgångsdata: hörnrum på första våningen i ett tvåvåningshus (enfamiljshus); yttervägg av tvåradigt murverk av keramiskt tegel; rummets bredd 3 m, längd 4 m, takhöjd 3 m.

Enligt den förenklade urvalsmetoden föreslås att man beräknar rummets area, vi räknar:

3 (bredd) · 4 (längd) = 12 m²

Dvs. den nödvändiga effekten på värmeradiatorn med 20% påslag blir 14,4 kW. Och låt oss nu beräkna effektparametrarna för värmeradiatorn baserat på rummets värmeförluster.

I själva verket påverkar rummets yta värmeförlusterna mindre än arean på dess väggar som vetter mot utsidan av byggnaden (fasadväggar).

Därför ska vi beräkna arean på de «utvändiga» väggarna i rummet:

3 (bredd) · 3 (höjd) + 4 (längd) · 3 (höjd) = 21 m²

Genom att känna till arean på väggarna som överför värme «till utsidan», beräknar vi värmeförlusterna vid en temperaturskillnad mellan inomhus och utomhus på 30^° (inomhus +18 ^°C, utomhus -12 ^°C), och direkt i kilowattimmar:

0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 kW,

Där: 0,91 – värmeöverföringsmotståndet för m² av innerväggar som vetter «mot utsidan»; 21 – arean på de «utvändiga» väggarna; 30 – temperaturskillnaden inne och ute; 1000 – antalet watt i en kilowatt.

Enligt byggnormer placeras värmeapparater på platser med maximala värmeförluster. Till exempel installeras radiatorer under fönsteröppningar, värmekanoner – ovanför entrén. I hörnrum installeras radiatorer på blindväggar som är mest utsatta för vind.

Det visar sig att för att kompensera värmeförlusterna genom fasadväggarna av denna konstruktion, vid en temperaturskillnad på 30^° inne och ute, räcker en värmeeffekt på 0,57 kWh. Vi ökar den nödvändiga effekten med 20, till och med 30% – vi får 0,74 kWh.

Därmed kan de faktiska effektbehoven för uppvärmning vara betydligt lägre än handelsschemat ”1,2 kW per kvadratmeter golvyta”.

Dessutom kommer en korrekt beräkning av nödvändig effekt för värmeelementen att minska volymen värmebärare i värmesystemet, vilket minskar belastningen på pannan och bränslekostnaderna.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Vart tar värmen vägen i huset? – svaren ges i en instruktiv video:

I videon behandlas proceduren för att beräkna värmeförluster i huset genom byggnadsskalet. Genom att känna till värmeförlusterna kan man exakt beräkna värmesystemets effekt:

Se en detaljerad video om principerna för att välja effektegenskaper för värmepannan nedan:

Värmeproduktionen blir dyrare varje år – bränslepriserna stiger. Och värmen räcker ständigt inte till. Att vara likgiltig inför energikostnaderna för ett hus är inte möjligt – det är helt olönsamt.

Å ena sidan blir varje ny eldningssäsong dyrare och dyrare för husägaren. Å andra sidan kostar isolering av väggar, grund och tak på ett hus en hel del pengar. Men ju mindre värme som försvinner från byggnaden, desto billigare blir det att värma upp den.

Att bevara värmen i husets rum är värmesystemets huvuduppgift under vintermånaderna. Valet av värmepannans effekt beror på husets skick och kvaliteten på isoleringen av dess byggnadsskal. Principen ”kilowatt per 10 kvadratmeter yta” fungerar för ett hus med genomsnittligt skick på fasader, tak och grund.

Har du själv beräknat värmesystemet för ditt hus? Eller har du upptäckt en avvikelse i beräkningarna som presenteras i artikeln? Dela med dig av din praktiska erfarenhet eller dina teoretiska kunskaper genom att lämna en kommentar i blocket under denna artikel.