Что такое удельная тепловая характеристика здания?

Понятие тепловой удельной характеристики

Тепловизионное обследование зданий

Прежде чем говорить о расчетах, необходимо определиться с основными терминами и понятиями. Под удельной характеристикой принято понимать значение наибольшего потока тепла, необходимого на обогрев здания или сооружения. При расчете удельных характеристик дельту температур (разницу между уличной и комнатной температурой) принято брать за 1 градус.

По сути, этот параметр определяет энергоэффективность здания. Средние показатели определяются нормативной документацией (строительными правилами, рекомендациями, СНиП и т.п.). Любое отклонение от нормы — независимо от того, в какую оно сторону — дает понятие об энергетической эффективности системы отопления. Расчет параметра ведется по действующим методикам и СНиП «Тепловая защита зданий».

Как рассчитывается удельная отопительная характеристика здания – теория и практика

В последние годы значительно повысился интерес населения к расчёту удельной тепловой характеристики зданий. Этот технический показатель указывается в энергетическом паспорте многоквартирного дома. Он необходим при осуществлении проектно-строительных работ. Потребителей же интересует другая сторона этих расчётов — расходы за теплоснабжение.

Какими бывают расчёты

Удельную отопительную характеристику определяют разными методами:

• исходя из расчётно-нормативных параметров (с помощью формул и таблиц);
• по фактическим данным;
• индивидуально разработанные методики саморегулирующихся организаций, где во внимание принимаются так же и год возведения здания, и проектные особенности.

Вычисляя фактические показатели, обращают внимание на тепловую потерю в трубопроводах, которые проходят по неотапливаемым площадям, потери на вентиляцию (кондиционирование).

При этом, при определении удельной отопительной характеристики здания, СНиП «Вентиляция отопление и кондиционирование станет настольной книгой. Тепловизионное обследование поможет наиболее правильно выяснить показатели энергоэффективности.

Методика расчета

Удельная отопительная характеристика может быть расчетно-нормативной и фактической. Расчетно-нормативные данные определяются с помощью формул и таблиц. Фактические данные тоже можно рассчитать, но точных результатов можно добиться только при условии тепловизионного обследования здания.

Расчетные показатели определяются по формуле:

В данной формуле за F0 принята площадь здания. Остальные характеристики — это площадь стен, окон, пола, покрытий. R — сопротивление передаче соответствующих конструкций. За n берется коэффициент, изменяющийся в зависимости от расположения конструкции относительно улицы. Данная формула не является единственной. Тепловая характеристика может определяться по методикам саморегулируемых организаций, местным строительным нормам и т. п.

Расчет фактической характеристики определяется по формуле:

В этой формуле основными являются фактические данные:

• расход топлива за год (Q)
• продолжительность отопительного периода (z)
• средняя температура воздуха внутри (tint) и снаружи (text) помещения
• объем рассчитываемого сооружения

Это уравнение отличается простотой, поэтому используется очень часто. Тем не менее оно имеет существенный недостаток, снижающий точность расчетов. Этот недостаток заключается в том, что в формуле не учитывается разница температур в помещениях внутри рассчитываемого здания.

Для получения более точных данных можно использовать расчеты с определением расходов тепла:

• По проектной документации.
• По показателям теплопотерь через строительные конструкции.
• По укрупненным показателям.

С этой целью может применяться формула Н. С. Ермолаева:

Ермолаев предложил для определения фактической удельной характеристики зданий и сооружений использовать данные о планировочных характеристиках здания (p — периметр, S — площадь, H — высота). Отношение площади остекленных окон к стеновым конструкциям передается коэффициентом g0. Теплопередача окон, стен, полов, потолков также применяется в виде коэффициента.

Саморегулирующими организациями используются собственные методики. В них учитываются не только планировочные и архитектурные данные здания, но и год его постройки, а также поправочные коэффициенты температур уличного воздуха во время отопительного сезона. Также при определении фактических показателей нужно учитывать потери тепла в трубопроводах, проходящих по неотапливаемым помещениям, а также расходы на вентиляцию и кондиционирование. Эти коэффициенты берутся из специальных таблиц в СНиП.

Удельные тепловые характеристики зданий различного назначения

Примечание. Расходы теплоты на вентиляцию жилых зданий, бытовых и административных помещений включены в их удельные отопительные характеристики и отдельно не учитываются.

31. Расчетные значения температуры воздуха помещений tB

32. Расчетные значения температуры наружного воздуха tн и продолжительность отопительного сезона

Нормы расхода горячей воды и пара

34. Давление и теплосодержание пара

Средние данные о поступлениях явной теплоты от взрослых

Примечание. Женщины выделяют 85% теплоты, поступающей от мужчин.

36. Значения коэффициентов Кж

для определения норм выделения теплоты животными при разных температурах

Технические характеристики водогрейных котлов

Читайте также:  Как посчитать пропускную способность трубы для разных систем – примеры и правила

Технические характеристики паровых котлов

Значения коэффициентов теплопередачи открыто установленных отопительных приборов

Термины, применяемые в расчётах

Удельная отопительная характеристика здания — показатель максимального теплового потока, который нужен для обогрева конкретного здания. При этом перепад между температурой внутри здания и снаружи определяют в 1 градус.

Можно сказать, что эта характеристика наглядно показывает энергоэффективность здания.

Существует различная нормативная документация, где указываются средние значения. Степень отклонения от них и даёт представление о том, насколько эффективна удельная отопительная характеристика сооружения. Принципы расчёта берутся по СНиП «Тепловая защита зданий».

Точные расчеты тепловой нагрузки

Значение теплопроводности и сопротивление теплопередачи для строительных материалов

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R )? Это величина, обратная теплопроводности (λ ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d ). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

Расчет по стенам и окнам

Сопротивление теплопередачи стен жилых зданий

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

• Площадь стен – 280 м². В нее включены окна – 40 м² ;
• Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56 ). Толщина наружных стен – 0,36 м. Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи — R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт ;
• Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм. Для него λ=0,036. Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт ;
• Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
• Сопротивление теплопередачи окон — 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Определение класса энергоэффективности

Показатель удельной отопительной характеристики здания является основным маркером класса энергоэффективности любой постройки. Он определяется в обязательном порядке в жилых домах со множеством квартир.

Определение маркера осуществляется на основе следующих данных:

• Изменение фактических и расчетно-нормативных маркеров. Первые получают практическим методом, а также при помощи обследования тепловизии.
• Характеристика климата местности.
• Нормативные данные о расходах на отопление, вентиляцию.
• Тип постройки.
• Технические данные строительных материалов.

Каждый класс энергоэффективности обладает определенным значением расхода ресурса за год. Показатель содержится в паспорте дома.

Основные методы улучшения энергоэффективности

Способы улучшения энергоэффективности здания

Оптимизация показателей подразумевает снижение тарифа на отопление благодаря улучшению теплоизоляции.

К основным методам следует отнести:

• Повышение уровня теплосопротивления строящегося здания. Проводятся облицовочные работы стен, перекрытия отделываются теплоизоляционными материалами. Индикатор энергосбережения повышается до 40%.
• Устранение в строящемся здании мостиков холода. Сбережение энергии увеличивается на 3%.
• Остекление лоджий и балконов. Способ оптимизирует сохранение тепла на 10—12%.
• Монтаж инновационных моделей окон с профилями, содержащими несколько камер.
• Установка системы вентиляции.

Повысить степень теплоизоляции могут и жильцы. Среди основных методов следует отметить:

• монтаж радиаторов из алюминия;
• установку термостатов;
• монтаж тепловых счетчиков;
• установку экранов, которые отражают тепловые потоки;
• применение пластмассовых труб в отопительной системе;
• установку индивидуальной отопительной системы.
  
  Приточная вентиляция с подогревом

Повышением энергоэффективности можно добиться сокращения издержек на вентиляцию помещения. Рекомендуется использовать:

• оконное микропроветривание;
• систему с подогревом воздуха, который поступает извне;
• регуляцию подачи воздуха;
• защиту от сквозняков;
• вентиляционные системы с двигателями разных мощностей.

Для улучшения энергоэффективности многоквартирного дома нужны большие затраты. Иногда проблема остается нерешенной. Сокращение потери тепла в частном доме отличается простотой. Она достигается различными способами. При комплексном подходе к проблеме добиваются положительного результата. Затраты на отопление зависят от особенностей системы.

Дома частного сектора изредка подключены к коммуникациям центрального назначения. По большей части они имеют индивидуальную котельную. Установка современной системы, которую отличает высокий уровень КПД, способствует сокращению расходов на тепло. Лучшим выбором становится газовый котел. Также показано оснащение котла дополнительным оборудованием. К примеру, монтаж терморегулятора может сэкономить расход топлива на 25%. Установка дополнительных датчиков способствует увеличению экономии потребления газа.

С помощью насоса теплоноситель движется быстрее

Функциональность большей части автономных систем основана на принудительной циркуляции теплоносителя. С этой целью в сеть монтируется насос. Оборудование должно отличаться надежностью и высоким качеством. Но такие модели используют большое количество энергии. В домах с принудительной циркуляцией 30% затрат уходит на эксплуатацию циркуляционного насоса. На рынке представлены марки агрегатов класса А, отличающиеся энергоэффективностью.

Сохранение тепла обеспечивает терморегулятор. Работа датчика отличается простотой. Температура воздуха считывается внутри обогреваемого помещения. В результате насос находится в режиме отключения и включения в зависимости от температуры в квартире или доме. Граница срабатывания и температурный режим задается пользователем. Жильцы применяют автономную систему отопления и получают хороший микроклимат, а также экономию потребления топлива. Основным приоритетом теплозащитных термостатов является отключение нагревателя и насоса циркуляции. Оборудование сохраняет работоспособность.

Для повышения эффективности энергии существуют и другие методы:

• утепление стен и полов посредством инновационных теплоизолирующих материалов;
• монтаж пластиковых окон;
• защита помещений от сквозняков.

Все способы дают возможность увеличить фактические показатели теплозащиты здания относительно расчетно-нормативных показателей. Увеличенный маркер отражает степень комфорта и экономии.

Решение проблем

Давайте рассмотрим ситуацию, когда вы правильно сделали расчет, но показатель эффективности предельно низкий или вы хотите его ещё более улучшить.

В таком случае вам стоит обратить внимание на:

• тепловую изоляцию строения . Сейчас много различных методов для утепления строений, это и сэндвич панели, и различные полипропиленовые щиты, устанавливаемые на каркасе, а также обычные смеси для отделки и штукатурки;

• механизмы регулировки подачи теплоносителя в зависимости от наружного воздуха . На рынке теплотехники таких механизмов огромное множество. Они состоят из наружного датчика (своеобразного термометра), который передает показания вычисляющему механизму (микрокомпьютеру), а тот уже в свою очередь выполняет регулировку арматуры;
• вполне возможно, что вам требуется заменить ваш источник теплоты и ввиду того что они морально устарели;
• возможно, вам поможет . Из-за того что система обогрева эксплуатируется с теплоносителем плохого качества, могут образовываться отложения в оборудовании и трубопроводах, которые приводят к плохой циркуляции теплоносителя.

Улучшение энергоэффективности частного дома

Теплый дом

Для повышения энергоэффективности многоквартирного дома задача реальная, но требует огромных затрат. В результате нередко она остается так и не решенной. Сократить теплопотери в частном доме значительно проще. Этой цели можно добиться разными методами. Подойдя к решению проблемы комплексно, нетрудно получить превосходные результаты.

В первую очередь затраты на отопление складываются из особенностей системы отопления. Частные дома крайне редко подключаются к центральным коммуникациям. В большинстве случаев они отапливаются индивидуальной котельной. Установка современного котельного оборудования, отличающегося экономичностью работы и высоким КПД, поможет сократить расходы на тепло, что не скажется на комфорте в доме. Лучший выбор – газовый котел.

Однако газ не всегда целесообразен для отопления. В первую очередь это касается местностей, где еще не прошла газификация. Для таких регионов можно подобрать другой котел исходя из соображений дешевизны топлива и доступности эксплуатационных расходов.

Не стоит экономить на дополнительном оборудовании, опциях для котла. Например, установка только одного терморегулятора способна обеспечить экономию топлива около 25%. Смонтировав ряд дополнительных датчиков и приборов можно добиться еще более существенного снижения расходов. Даже выбирая дорогостоящее, современное, «интеллектуальное» дополнительное оборудование, можно быть уверенным, что оно окупится в течение первого отопительного сезона. Сложив эксплуатационные затраты в течение нескольких лет, можно наглядно увидеть выгоды дополнительного «умного» оборудования.

Большинство автономных систем отопления строится с принудительной циркуляцией теплоносителя. С этой целью в сеть встраивается насосное оборудование. Без сомнения, такое оборудование должно быть надежным, качественным, но подобные модели могут быть весьма и весьма «прожорливыми». Как показала практика, в домах, где отопление имеет принудительную циркуляцию, 30% затрат на электроэнергию приходится именно на обслуживание циркуляционного насоса. При этом в продаже можно найти насосы, имеющие класс А энергоэффективности. Не будем вдаваться в подробности, за счет чего достигается экономичность такого оборудования, достаточно только сказать, что установка такой модели окупится уже в течение первых трех-четырех отопительных сезонов.

Электрический радиатор

Мы уже упоминали об эффективности использования терморегуляторов, но эти приборы заслуживают отдельного разговора. Принцип работы термодатчика очень прост. Он считывает температуру воздуха внутри обогреваемого помещения и включает/отключает насос при понижении/повышении показателей. Порог срабатывания и желаемый температурный режим устанавливается пользователем. В результате жильцы получают полностью автономную систему отопления, комфортный микроклимат, существенную экономию топлива за счет более продолжительных периодов отключения котла. Важное преимущество использования термостатов – отключение не только нагревателя, но и циркуляционного насоса. А это сохраняет работоспособность оборудования и дорогостоящие ресурсы.

Существуют и другие способы повышения энергоэффективности здания:

• Дополнительное утепление стен, полов с помощью современных теплоизоляционных материалов.
• Установка пластиковых окон с энергосберегающими стеклопакетами.
• Защита дома от сквозняков и т. д.

Все эти методы позволяют увеличить фактические теплохарактеристики здания относительно расчетно-нормативных. Такое увеличение – это не просто цифры, а составляющие комфорта дома и экономичности его эксплуатации.

Заключение

Расчетно-нормативная и фактическая удельная тепловая характеристика – важные параметры, используемые специалистами-теплотехниками. Не стоит думать, что эти цифры не имеют никакого практического значения для жильцов частных и многоквартирных домов. Дельта между расчетными и фактическими параметрами – основной показатель энергоэффективности дома, а значит, и экономичности обслуживания инженерных коммуникаций.

Для теплотехнической оценки конструктивно-планировочных решений и для ориентировочного расчета теплопотерь зданий пользуются показателем – удельная тепловая характеристика здания q.

Величина q, Вт/(м 3 *К) [ккал/(ч*м 3 *°С)], определяет средние теплопотери 1 м 3 здания, отнесенные к расчетной разности температур, равной 1°:

q=Q зд /(V(t п -t н)).

где Q зд – расчетные теплопотери всеми помещениями здания;

V – объем отапливаемой части здания до внешнему обмеру;

t п -t н – расчетная разность температур для основных помещений здания.

Величину q определяют в виде произведения:

где q 0 – удельная тепловая характеристика, соответствующая разности температур Δt 0 =18-(-30)=48°;

β t – температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической расчетной разности температур от Δt 0 .

Удельная тепловая характеристика q 0 может быть определена по формуле:

q0=(1/(R 0 *V))*.

Эту формулу можно преобразовать в более простое выражение, пользуясь приведенными в СНиП данными и приняв, например, за основу характеристики для жилых зданий:

q 0 =((1+2d)*Fс+F п)/V.

где R 0 – сопротивление теплопередаче наружной стены;

η ок – коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь через окна по сравнению с наружными стенами;

d – доля площади наружных стен, занятая окнами;

ηпт, ηпл -коэффициенты, учитывающие уменьшение теплопотерь через потолок и пол по сравнению с наружными стенами;

F c – площадь наружных стен;

F п – площадь здания в плане;

V – объем здания.

Зависимость удельной тепловой характерношки q 0 от изменения конструктивно-планировочного решения здания, объема здания V и относительного к R 0 тр сопротивления теплопередаче наружных стен β, высота здания h, степени остекления наружных стен d, коэффициента теплопередачи окон k он и ширины здания b.

Температурный коэффициент β t равен:

βt=0,54+22/(t п -t н).

Формула соответствует значениям коэффициента β t , которые обычно приводятся в справочной литературе.

Характеристикой q удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конструктивно-планировочных решений здания.

Если в формулу подставить значение Q зд, то ее можно привести к виду:

q=(∑k*F*(t п -t н))/(V(t п -t н))≈(∑k*F)/V.

Величина тепловой характеристики, зависит от объема здания и, кроме того, от назначения, этажности и формы здания, площади и теплозащиты наружных ограждений, степени остекления здания и района строительства. Влияние отдельных факторов на величину q очевидно из рассмотрения формулы. На рисунке показана зависимость qо от различных характеристик здания. Реперной точке на чертеже, через которую проходят все кривые, соответствуют значения: q о =О,415 (0,356) для здания V=20*103 м 3 , шириной b=11 м, d=0,25 R o =0,86(1,0), k ок =3,48 (3,0); длиной l=30 м. Каждая кривая соответствует изменению одной из характеристик (дополнительные шкалы по оси абсцисс) при прочих равных условиях. Вторая шкала на оси ординат показывает эту зависимость в процентах. Из графика видно, что заметное влияние на qo оказывает степень остекленности d и ширина здания Ь.

График отражает влияние теплозащиты наружных ограждений на общие теплопотери здания. По зависимости qo от β {R o =β*R о.тр) можно сделать вывод, что при увеличении теплоизоляции стен тепловая характеристика уменьшается незначительно, тогда как при ее снижении qo начинает быстро возрастать. При дополнительной теплозащите оконных проемов (шкала k ок) заметно уменьшается qo, что подтверждает целесообразность увеличения сопротивления теплопередаче окон.

Величины q для зданий различных назначений и объемов приводятся в справочных пособиях. Для гражданских зданий эти значения изменяются в следующих пределах:

Потребность в тепле на отопление здания может заметно отличаться от величины теплопотерь, поэтому можно вместо q пользоваться удельной тепловой характеристикой отопления здания qот, при вычислении которой по верхней формуле числитель подставляют не теплопотери, а установочную тепловую мощность системы отопления Q от.уст.

Q от.уст =1,150*Q от.

где Q от – определяется по формуле:

Q от =ΔQ=Q orp +Q вент +Q тexн.

где Q orp – потери тепла через наружные ограждения;

Q вент – расход тепла на нагревание воздуха, поступающего в помещение;

Q тexн – технологические и бытовые тепловыделения.

Значения qот могут быть использованы для расчета потребности в тепле на отопление здания по укрупненным измерителям по следующей формуле:

Q= q от *V*(tп-t н).

Расчет тепловых нагрузок на системы отопления по укрупненным измерителям используют для ориентировочных подсчетов при определении потребности в тепле района, города, при проектировании центрального теплоснабжения и пр.

Источники:

• https://gidotopleniya.ru/montazh-otopleniya/raschet/udelnaja-otopitelnaja-harakteristika-zdanija-raschetnaja-i-fakticheskaja-7658
• https://dvor-decor.ru/otoplenie-i-teplosnabzhenie/udelnaya-otopitelnaya-harakteristik
• https://VentIndustrial.ru/montazh-remont/udelnaya-otopitelnaya-harakteristika-zdaniya-formula.html
• https://odstroy.ru/udelnaa-teplovaa-harakteristika-zdania-ponatie-metodiki-osnova/
• https://StrojDvor.ru/otoplenie/chto-neobxodimo-dlya-podscheta-udelnoj-teplovoj-xarakteristiki-zdaniya/
• https://agent39.ru/specific-heat-characteristic-of-the-building-formula-the-thermal-characteristics-of-the-building-and-the-calculation-of-the-heat-demand-for-heating-by-enlarged-meters/