Отопление дома с точки зрения физики, формула расчета теплопотерь

Способы экономии энергоресурсов, затрачиваемых на отопление в бытовом секторе (коттеджей, таунхаусов и квартир)

Сначала надо рассмотреть термины и понятия, которыми будем оперировать:

  • отопление помещения – это искусственный обогревпомещений с целью возмещения в них теплопотерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей условиям теплового комфорта и/или требованиям технологического процесса[1]. Под отоплением понимают также устройства и системы, выполняющие эту функцию. https://ru.wikipedia.org/wiki/Отопление
  • теплопотери – это количество тепла, которое передается окружающей среде через ограждающие конструкции при положительной разнице температур.

Формула расчета теплопотерь

Для расчета теплопотерь применяем следующие формулы согласно:

Q = S * (t1-t2) / R – это формула расчета теплопотерь.

  • Q – теплопотери, Вт;
  • S – площадь ограждающих конструкций дома, м2;
  • t1 – температура внутри помещения, К;
  • t2- температура на улице, К;
  • R – значение теплового сопротивления конструкции, м2•К/Вт

R = B / K – это формула расчета величины теплосопротивления ограждающих конструкций дома.

  • R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт;
  • К – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м*К);
  • В – толщина материала, м.

Приблизительные значения R для разных видов материалов:

- кирпич силикатный (толщина кладки 0.25 м) - R= 0,287(м2*К)/Вт;

- сосна (толщина бревна 0.15м) - R=0,833 (м2*К)/Вт;

- минеральная вата (плита, толщина 0.10 м) - R=2,778 (м2*К)/Вт.

Из формулы теплопотерь следует что:

- чем больше разница температур в помещении и на улице, тем больше теплопотери помещения;

- больше теплопотери - больше необходимо тепла на их восполнение;

- больше потребление тепла - больше потребление газа котлом.

Мы не можем влиять на температуру на улице, но можем на температуру внутри помещения. Как правило, мы можем на котле задавать приблизительную температуру подачи теплоносителя с помощью кнопок, ручек и т.п.

Температура на улице постоянно изменяется. Например, ночью -10°, утром 0°, днем +5°и так далее, притом не только в сутках, но и - днях, неделях, месяцах. К примеру, сегодня холодно, завтра - теплее и т.д.

Это означает что «теплопотеря дома» величина не постоянная, а, скорее, постоянно меняющаяся. Особенно с изменением климата в нашей стране с умеренно-континентального в сторону резкости. То есть, когда в апреле выпадает снег, а в мае может быть 0°ночью и +25° днем.

Как можно экономить энергоресурсы на отоплении?

На сегодняшний день есть три варианта экономии. Рассмотрим их.

  1. Утепление стен, замена окон. Дает в увеличение коэффициента «R» в формуле теплопотерь.
  2. Увеличение КПД (коэффициента полезного действия) котла в независимости от вида топлива. Осуществляется путем замены котла на более экономичный. Например, на котел конденсационного типа (если газ). Если котел на твердом топливе, он также заменяется на более эффективный - с лямбда зондом. Электрокотел также можно заменить на тепловой насос и так далее.
  3. Оптимизация потребления тепла. На этом пункте остановимся более подробно.

Оптимизация потребления тепла подразумевает то, что мы будем использовать тепло тогда, когда это необходимо и столько сколько его необходимо. Это означает, что мы будем поддерживать заданную температуру помещения, например, в +22° только в тот момент, когда мы находимся днем дома; +18°- ночью, когда спим и +7°… +15° - когда нас нет дома. Помним, что, уменьшая температуру внутри помещения, мы сокращаем потребление газа.

И так, попробуем это проверить на формуле теплопотерь:

Q1 = S*(t1-t2)/R = 1*(295-263)/2=16

  • Q – теплопотери, Вт;
  • S – площадь ограждающих конструкций дома (не меняется), принимаем как = 1
  • t1 – температура внутри помещения, принимаем 22°= 295°К
  • t2- температура на улице принимаем расчетную – 10°= 263°К
  • R – значение теплового сопротивления конструкций, в среднем по объекту принимаем 2 м2•К/Вт

Теперь изменим параметр t1 - мы зимой уехали проведать бабушку на выходных, а дом все равно необходимо топить. При этом мы хотим экономить.

t1=10°=283°К

Q2 = S*(t1-t2)/ R =1*(283-263)/2=10

(Q2/Q1-1)*100% = 37.5%

Наши теплопотери уменьшились на 37.5%. Потребление газа в это период также уменьшилось на несколько больший процент, если учитывать КПД котла.

Что поможет оптимизировать потребление тепла, спросите Вы? Ведь постоянно не будешь крутить ручку регулировки к котлу?

Переходим к инструментам, которые могут помочь в этом нехитром деле…

Уже для многих не секрет, что установка термостата в помещение (для измерения температуры внутри помещения для регулировки включения и выключения котла) может сэкономить до 15% газа. Это происходит за счет того, что помещение не будет перегреваться. Например, солнышко посветило в дом - температура в комнатах поднялась и термостат выключил котел.

Так же следует учесть, что средняя температура в Украине за отопительный период 0…-6°, а средняя длительность - 176 суток. Расчетная температура для проектирования систем отопления в Киеве - -22°.

Опираясь на формулу теплопотерь видно, что в среднем за отопительный сезон котел должен работать на половину мощности, а то и на треть. (Котел обычно приобретается с запасом мощности). При этом большинство установленных газовых котлов за последние 5–10 лет в бытовом секторе - это котлы с модуляцией мощности до 50% или же вообще без модуляции.

И так, Вы ставите котел на минимум, а в помещении +20°, даже когда никого там нет. Особенно ощутимо это в небольших коттеджах где котел мощностью 24 кВт, а теплопотери при 0° составляют - 6-8 кВт. Кто-то скажет, что в котлах есть ограничитель мощности для помещений меньших по площади. И это правда. Но следует учитывать, что далеко не все инженера сервисов по установке настраивают этот параметр при запуске котла. И даже если параметр выставляется, заводом-производителем установлена минимальная мощность, ниже которой устанавливать не безопасно.

Самые впечатляющие результаты по экономии и комфорту программаторы показывают ранней весной и осенью, когда включать отопление еще рано, а подтапливать помещение уже пора.

Устройства, следующие в нашем списке, - это те же термостаты, но более усовершенствованные.  Они имеют часы и возможность задания нескольких температур. В народе подобное устройство получило название "котловой программатор". На нем можно выставить отрезки времени и задать температуру, которая должна соответствовать этим отрезкам. Температура выставляется на 7 дней, причем на каждый в отдельности. Например:

- 6:30-9:00 - +22°;

- 9:00-17:00 - +12°;

- 17:00-22:00 - +22°;

- 22:00-6:30 - +18°.

Следующий уровень устройств представляет собой тот же программатор, только с модулем подключения к интернету по Wi-Fi. То есть, Вы можете в любой момент открыть приложение на телефоне (планшете) и посмотреть, какая температура задана. А также задать новую. Можете узнать какая температура на данный момент в помещении, включен ли котел. По разнице между заданной и фактической температурам можно делать вывод о работе котла (работает или сломался).

Ситуацию нужно особенно держать под контролем, если на улице зимой -15°, а в помещении - +12°. И в случае внезапной поломки котла на решение ситуации останутся всего лишь сутки. В таком случае прекрасным выходом из любой непредвиденной ситуации станет возможность наблюдать процесс через интернет. Это существенно уменьшает риск. При том, что Вас нет дома, ключи от квартиры можно оставить родственникам и попутно вызывать сервисную службу.

С приобретением программатора с модулем подключения по Wi-Fi автоматически отпадает необходимость привлекать кого-либо из родственников или знакомых для постоянного посещения Вашего дома, с целью проверить что отопление в исправности. Отсутствуя дома, Вы всегда сможете удаленно контролировать процесс и видеть какая температура поддерживается в помещении.

Похожие новости

Добавить комментарий

Автору будет очень приятно узнать обратную связь о своей новости.

Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Комментариев 0