Angenommen, Sie möchten selbst einen Kessel, Heizkörper und Rohre für das Heizsystem eines Privathauses abholen. Aufgabe Nr. 1 - Berechnung der Wärmebelastung für die Heizung, dh Ermittlung des Gesamtwärmeverbrauchs, der zum Heizen des Gebäudes auf eine angenehme Innentemperatur erforderlich ist. Wir schlagen vor, drei Berechnungsmethoden zu untersuchen, die sich in der Komplexität und Genauigkeit der Ergebnisse unterscheiden.
Methoden zur Bestimmung der Last
Zunächst erklären wir die Bedeutung des Begriffs. Die thermische Belastung ist die Gesamtwärmemenge, die das Heizsystem verbraucht, um die Räumlichkeiten in der kältesten Zeit auf die Standardtemperatur zu erwärmen. Der Wert wird in Energieeinheiten berechnet - Kilowatt, Kilokalorien (seltener - Kilojoule) und ist in den Formeln mit dem lateinischen Buchstaben Q angegeben.
Wenn man die Belastung beim Heizen eines Privathauses im Allgemeinen und die Bedürfnisse jedes Raums im Besonderen kennt, ist es nicht schwierig, einen Kessel, Heizungen und Batterien des Wassersystems für die Stromversorgung auszuwählen. So berechnen Sie diesen Parameter:
- Wenn die Deckenhöhe 3 m nicht erreicht, wird eine vergrößerte Berechnung entsprechend der Fläche der beheizten Räume durchgeführt.
- Bei einer Deckenhöhe von 3 m oder mehr wird der Wärmeverbrauch durch das Volumen der Räumlichkeiten berücksichtigt.
- Ermittlung des Wärmeverlustes durch Außenzäune und der Kosten für die Erwärmung der Lüftungsluft nach SNiP.
Hinweis. In den letzten Jahren haben Online-Rechner, die sich auf den Seiten verschiedener Internetquellen befinden, große Popularität erlangt. Mit ihrer Hilfe ist die Bestimmung der Menge an Wärmeenergie schnell und erfordert keine zusätzlichen Anweisungen. Minus - Die Zuverlässigkeit der Ergebnisse muss überprüft werden, da die Programme von Personen geschrieben wurden, die keine Wärmetechniker sind.
Die ersten beiden Berechnungsmethoden basieren auf der Anwendung spezifischer thermischer Eigenschaften in Bezug auf die beheizte Fläche oder das Volumen des Gebäudes. Der Algorithmus ist einfach, wird überall verwendet, liefert jedoch sehr ungefähre Ergebnisse und berücksichtigt nicht den Isolationsgrad der Hütte.
Laut SNiP ist es viel schwieriger, den Wärmeenergieverbrauch nach SNiP zu berechnen. Sie müssen viele Referenzdaten sammeln und an den Berechnungen arbeiten, aber die endgültigen Zahlen geben das tatsächliche Bild mit einer Genauigkeit von 95% wieder. Wir werden versuchen, die Methodik zu vereinfachen und die Berechnung der Heizlast dem Verständnis so zugänglich wie möglich zu machen.
Zum Beispiel ein Projekt eines einstöckigen Hauses von 100 m²
Um alle Methoden zur Bestimmung der Menge an Wärmeenergie klar zu erläutern, empfehlen wir als Beispiel ein einstöckiges Haus mit einer Gesamtfläche von 100 Quadraten (gemäß der externen Messung), wie in der Zeichnung gezeigt. Wir listen die technischen Eigenschaften des Gebäudes auf:
- Bauregion - ein Streifen gemäßigten Klimas (Minsk, Moskau);
- Die Dicke des Außenzauns beträgt 38 cm, das Material ist Silikatziegel;
- Außenwanddämmung - Polystyrol mit einer Dicke von 100 mm, Dichte - 25 kg / m³;
- Fußböden - Beton auf dem Boden, es gibt keinen Keller;
- überlappende Stahlbetonplatten, die von der Seite eines kalten Dachbodens mit 10 cm Polystyrol isoliert sind;
- Fenster - Standard Metall-Kunststoff auf 2 Gläsern, Größe - 1500 x 1570 mm (h);
- Die Vordertür ist aus Metall (100 x 200 cm) und 20 mm von innen mit extrudiertem Polystyrolschaum isoliert.
Das Haus hat innere Trennwände in einem halben Backstein (12 cm), der Heizraum befindet sich in einem separaten Gebäude. Die Flächen der Räume sind auf der Zeichnung angegeben, die Höhe der Decken wird je nach erklärter Berechnungsmethode - 2,8 oder 3 m - gemessen.
Wir berechnen den Wärmeverbrauch durch Quadratur
Für eine ungefähre Schätzung der Heizlast wird normalerweise die einfachste thermische Berechnung verwendet: Die Fläche des Gebäudes wird gemäß der externen Messung genommen und mit 100 Watt multipliziert. Dementsprechend beträgt der Wärmeverbrauch einer Hütte von 100 m² 10.000 W oder 10 kW.Das Ergebnis ermöglicht die Auswahl eines Kessels mit einem Sicherheitsfaktor von 1,2-1,3. In diesem Fall beträgt die Leistung der Einheit 12,5 kW.
Wir empfehlen genauere Berechnungen unter Berücksichtigung der Position der Räume, der Anzahl der Fenster und der Entwicklungsregion. Bei Decken bis zu 3 m wird daher die folgende Formel empfohlen:
Die Berechnung wird für jeden Raum separat durchgeführt, dann werden die Ergebnisse summiert und mit dem regionalen Koeffizienten multipliziert. Erklärung der Notation der Formel:
- Q ist die gewünschte Last W;
- Spom - die Quadratur des Raumes, m²;
- q ist der Indikator für die spezifische thermische Charakteristik in Bezug auf die Raumfläche, W / m²;
- k - Koeffizient unter Berücksichtigung des Klimas im Wohngebiet.
Als Referenz. Befindet sich ein Privathaus in einer gemäßigten Zone, wird der Koeffizient k als gleich eins angenommen. In den südlichen Regionen ist k = 0,7, in den nördlichen Regionen werden Werte von 1,5–2 verwendet.
Eine ungefähre Berechnung des Gesamtquadraturindikators q = 100 W / m². Dieser Ansatz berücksichtigt nicht die Lage der Räume und die unterschiedliche Anzahl der Lichtöffnungen. Der Korridor in der Hütte verliert viel weniger Wärme als ein Eckschlafzimmer mit Fenstern des gleichen Bereichs. Wir schlagen vor, den Wert der spezifischen thermischen Charakteristik q wie folgt zu nehmen:
- für Räume mit einer Außenwand und einem Fenster (oder einer Tür) q = 100 W / m²;
- Eckzimmer mit einer Lichtöffnung - 120 W / m²;
- das gleiche mit zwei Fenstern - 130 W / m².
Die Auswahl des q-Werts ist im Grundriss deutlich dargestellt. In unserem Beispiel sieht die Berechnung folgendermaßen aus:
Q = (15,75 × 130 + 21 × 120 + 5 × 100 + 7 × 100 + 6 × 100 + 15,75 × 130 + 21 × 120) × 1 = 10935 W × 11 kW.
Wie Sie sehen, haben die verfeinerten Berechnungen zu einem anderen Ergebnis geführt - tatsächlich werden für die Beheizung eines bestimmten Hauses 100 m² mehr für 1 kW Wärmeenergie aufgewendet. Die Abbildung berücksichtigt den Wärmeverbrauch für die Erwärmung der Außenluft, die durch Öffnungen und Wände in das Haus eindringt (Infiltration).
Berechnung der Wärmebelastung nach Raumvolumen
Wenn der Abstand zwischen dem Boden und der Decke 3 m oder mehr erreicht, kann die vorherige Berechnungsoption nicht verwendet werden - das Ergebnis ist falsch. In solchen Fällen wird davon ausgegangen, dass die Heizlast bestimmten aggregierten Indikatoren für den Wärmeverbrauch pro 1 m³ des Raumvolumens entspricht.
Die Formel und der Berechnungsalgorithmus bleiben gleich, nur der Flächenparameter S ändert sich zum Volumen - V:
Dementsprechend wird ein weiterer Indikator für den spezifischen Verbrauch q genommen, der sich auf die Kubikkapazität jedes Raums bezieht:
- ein Raum innerhalb des Gebäudes oder mit einer Außenwand und einem Fenster - 35 W / m³;
- Eckzimmer mit einem Fenster - 40 W / m³;
- das gleiche mit zwei Lichtöffnungen - 45 W / m³.
Hinweis. Zunehmende und abnehmende regionale Koeffizienten k werden in der Formel unverändert angewendet.
Jetzt bestimmen wir zum Beispiel die Belastung der Heizung unseres Hauses mit einer Deckenhöhe von 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.
Es fällt auf, dass sich die benötigte Wärmeleistung des Heizungssystems gegenüber der vorherigen Berechnung um 200 Watt erhöht hat. Wenn wir die Höhe der Räume von 2,7 bis 2,8 m nehmen und den Energieverbrauch durch die Kubikkapazität berechnen, sind die Zahlen ungefähr gleich. Das heißt, die Methode ist durchaus für die integrierte Berechnung des Wärmeverlusts in Räumen beliebiger Höhe anwendbar.
Berechnungsalgorithmus nach SNiP
Diese Methode ist die genaueste aller existierenden. Wenn Sie unsere Anweisungen verwenden und die Berechnung korrekt durchführen, können Sie sich des Ergebnisses zu 100% sicher sein und Heizgeräte ruhig auswählen. Das Verfahren sieht folgendermaßen aus:
- Messen Sie die Quadratur der Außenwände, -böden und -decken in jedem Raum separat. Bestimmen Sie den Bereich der Fenster und Vordertüren.
- Berechnen Sie den Wärmeverlust über alle Außenzäune.
- Finden Sie heraus, wie viel Wärmeenergie zur Erwärmung der Belüftungsluft (Infiltrationsluft) verbraucht wird.
- Fassen Sie die Ergebnisse zusammen und erhalten Sie einen echten Indikator für die Wärmebelastung.
Ein wichtiger Punkt. In einem zweistöckigen Cottage werden Innendecken nicht berücksichtigt, da sie nicht an die Umwelt grenzen.
Die Berechnung des Wärmeverlusts ist relativ einfach: Sie müssen herausfinden, wie viel Energie jeder Gebäudetyp verliert, da Fenster, Wände und Böden aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Subtrahieren Sie bei der Bestimmung der Quadratur der Außenwände die Fläche der verglasten Öffnungen - letztere ermöglichen einen größeren Wärmefluss und werden daher separat betrachtet.
Wenn Sie die Breite der Räume messen, fügen Sie die Hälfte der Dicke der inneren Trennwand hinzu und erfassen Sie die äußere Ecke, wie in der Abbildung gezeigt. Ziel ist es, die volle Quadratur des Außenzauns zu berücksichtigen und über die gesamte Oberfläche Wärme zu verlieren.
Wir bestimmen den Wärmeverlust von Wänden und Dächern
Die Formel zur Berechnung des Wärmeflusses, der durch eine Struktur des gleichen Typs (z. B. eine Wand) fließt, lautet wie folgt:
Entschlüsseln Sie die Notation:
- die Menge an Wärmeverlust durch einen Zaun, den wir als Qi, W bezeichnet haben;
- A - die Quadratur der Wand im selben Raum, m²;
- TV - angenehme Temperatur im Raum, normalerweise +22 ° С;
- tн - die Mindesttemperatur der Straßenluft, die an den 5 kältesten Wintertagen anhält (nehmen Sie den tatsächlichen Wert für Ihre Region);
- R ist der Widerstand der Dicke des äußeren Zauns gegen Wärmeübertragung, m² ° C / W.
Ein unsicherer Parameter bleibt in der obigen Liste - R. Sein Wert hängt vom Material der Wandstruktur und der Dicke des Zauns ab. Gehen Sie wie folgt vor, um den Wärmeübertragungswiderstand zu berechnen:
- Bestimmen Sie die Dicke des tragenden Teils der Außenwand und separat der Dämmschicht. Der Buchstabe in den Formeln - δ wird in Metern betrachtet.
- Ermitteln Sie die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Strukturmaterialien λ aus den Referenztabellen, und die Maßeinheit ist W / (mºС).
- Ersetzen Sie die gefundenen Werte in der Formel nacheinander:
- Definieren Sie R für jede Wandebene separat, fügen Sie die Ergebnisse hinzu und verwenden Sie sie in der ersten Formel.
Wiederholen Sie die Berechnungen separat für Fenster, Wände und Decken im selben Raum und fahren Sie dann mit dem nächsten Raum fort. Wärmeverluste durch Fußböden werden wie nachstehend beschrieben separat betrachtet.
Trinkgeld. Die korrekten Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten verschiedener Materialien sind in der normativen Dokumentation angegeben. Für Russland ist dies der Code of Rules SP 50.13330.2012 für die Ukraine - DBN V.2.6–31 ~ 2006. Beachtung! Verwenden Sie in den Berechnungen den in Spalte "B" angegebenen Wert von λ für die Betriebsbedingungen.
Berechnungsbeispiel für das Wohnzimmer unseres einstöckigen Hauses (Deckenhöhe 3 m):
- Die Fläche der Außenwände zusammen mit den Fenstern: (5,04 + 4,04) x 3 = 27,24 m². Das Quadrat der Fenster beträgt 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 m². Netto-Zaunfläche: 27,24 - 4,71 = 22,53 m².
- Die Wärmeleitfähigkeit λ für Mauerwerk aus Silikatziegeln beträgt 0,87 W / (m º C), Schaum 25 kg / m³ - 0,044 W / (m º C). Die Dicke beträgt 0,38 bzw. 0,1 m, wir betrachten den Wärmeübertragungswiderstand: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Außentemperatur - minus 25 ° C, im Wohnzimmer - plus 22 ° C. Die Differenz beträgt 25 + 22 = 47 ° C.
- Wir bestimmen den Wärmeverlust durch die Wände des Wohnzimmers: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 Watt.
Ebenso wird der Wärmefluss durch Fenster und Böden berücksichtigt. Der Wärmewiderstand von durchscheinenden Strukturen wird üblicherweise vom Hersteller angegeben, die Eigenschaften von Stahlbetonböden mit einer Dicke von 22 cm finden sich in der normativen oder Referenzliteratur:
- R des isolierten Bodens = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 m² ° C / W, der Wärmeverlust durch das Dach beträgt 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Verluste durch Fensteröffnungen: Q = 0,32 x 47 x 71 = 70,8 W.
Der Gesamtwärmeverlust im Wohnzimmer (ohne Fußböden) beträgt 391 + 402 + 70,8 = 863,8 Watt. Ähnliche Berechnungen werden für die übrigen Räume durchgeführt, die Ergebnisse zusammengefasst.
Bitte beachten Sie: Der Korridor im Inneren des Gebäudes kommt nicht mit der Außenhülle in Kontakt und verliert nur durch Dach und Boden Wärme. Welche Zäune bei der Berechnungsmethode berücksichtigt werden sollten, siehe Video.
Aufteilung des Bodens in Zonen
Um herauszufinden, wie viel Wärme durch Fußböden auf dem Boden verloren geht, ist das Gebäude im Plan in 2 m breite Zonen unterteilt, wie in der Abbildung dargestellt. Der erste Streifen beginnt an der Außenfläche der Gebäudestruktur.
Der Berechnungsalgorithmus lautet wie folgt:
- Skizzieren Sie den Häuschenplan und teilen Sie ihn in 2 m breite Streifen. Die maximale Anzahl von Zonen beträgt 4.
- Berechnen Sie die Fläche des Bodens, die in jeder Zone separat fällt, und vernachlässigen Sie dabei die inneren Trennwände. Bitte beachten Sie: Die Quadratur an den Ecken wird zweimal gezählt (in der Zeichnung schattiert).
- Bestimmen Sie anhand der Berechnungsformel (der Einfachheit halber geben wir sie noch einmal) den Wärmeverlust in allen Bereichen und fassen Sie die Zahlen zusammen.
- Der Wärmeübertragungswiderstand R für Zone I wird mit 2,1 m² ° C / W, II - 4,3, III - 8,6, der Rest des Bodens mit 14,2 m² ° C / W angenommen.
Hinweis. Wenn es sich um einen beheizten Keller handelt, befindet sich der erste Streifen im unterirdischen Teil der Mauer, beginnend vom Boden aus.
Mit Mineralwolle oder Polystyrolschaum isolierte Fußböden werden identisch berechnet, nur der durch die Formel δ / λ bestimmte Wärmewiderstand der Dämmschicht wird zu festen R-Werten addiert.
Berechnungsbeispiel im Wohnzimmer eines Landhauses:
- Die Quadratur der Zone I beträgt (5,04 + 4,04) x 2 = 18,16 m², Parzelle II - 3,04 x 2 = 6,08 m². Die restlichen Zonen betreten das Wohnzimmer nicht.
- Der Energieverbrauch für die 1. Zone beträgt 1 / 2,1 x 47 x 18,16 = 406,4 W, für die zweite Zone 1 / 4,3 x 47 x 6,08 = 66,5 W.
- Der Wärmestrom durch die Wohnzimmerböden beträgt 406,4 + 66,5 = 473 Watt.
Jetzt ist es einfach, den gesamten Wärmeverlust in dem betreffenden Raum niederzuschlagen: 863,8 + 473 = 1336,8 W, gerundet - 1,34 kW.
Lüftungsluftheizung
Die überwiegende Mehrheit der Privathäuser und Wohnungen verfügt über eine natürliche Belüftung. Straßenluft dringt durch die Narthexe von Fenstern und Türen sowie durch Zuluftöffnungen. Die ankommende kalte Masse wird durch das Heizsystem erwärmt und verbraucht zusätzliche Energie. So ermitteln Sie die Höhe dieser Verluste:
- Da die Berechnung der Infiltration zu kompliziert ist, ermöglichen behördliche Dokumente die Zuweisung von 3 m³ Luft pro Stunde für jeden Quadratmeter Wohnraum. Die gesamte Zuluftversorgung L wird als einfach angesehen: Die Raumquadratur wird mit 3 multipliziert.
- L ist das Volumen und die Masse m des Luftstroms wird benötigt. Finden Sie es heraus, indem Sie mit der Dichte des aus der Tabelle entnommenen Gases multiplizieren.
- Die Luftmasse m wird in der Formel des Schulphysikkurses eingesetzt, wodurch die verbrauchte Energiemenge bestimmt werden kann.
Die benötigte Wärmemenge berechnen wir am Beispiel eines leidenden Wohnzimmers mit einer Fläche von 15,75 m². Das Zuflussvolumen L = 15,75 × 3 = 47,25 m³ / h, Masse - 47,25 × 1,422 = 67,2 kg / h. Unter der Annahme einer Wärmekapazität von Luft (angezeigt durch den Buchstaben C) von 0,28 W / (kg ºС) ergibt sich der Energieverbrauch: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Wie Sie sehen, ist die Zahl ziemlich beeindruckend, weshalb die Erwärmung der Luftmassen berücksichtigt werden muss.
Die endgültige Berechnung des Wärmeverlusts des Gebäudes zuzüglich des Wärmeverbrauchs für die Lüftung wird durch Summieren aller zuvor erhaltenen Ergebnisse ermittelt. Insbesondere die Belastung der Heizung des Wohnzimmers ergibt die Zahl 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. Ebenso werden alle Räume der Hütte berechnet, am Ende summieren sich die Energiekosten auf eine Ziffer.
Endabrechnung
Wenn Ihr Gehirn aufgrund der Fülle an Formeln begun noch nicht zu kochen begonnen hat, ist es sicherlich interessant, das Ergebnis im gesamten einstöckigen Haus zu sehen. In den vorherigen Beispielen haben wir die Hauptarbeit geleistet. Es bleibt nur, durch andere Räume zu gehen und den Wärmeverlust der gesamten Außenhülle des Gebäudes herauszufinden. Gefundene Rohdaten:
- Wärmewiderstand von Wänden - 2,71, Fenster - 0,32, Böden - 2,38 m² ° С / W;
- Deckenhöhe - 3 m;
- R für die mit extrudiertem Polystyrolschaum isolierte Vordertür beträgt 0,65 m² ° C / W;
- Innentemperatur - 22, Außentemperatur - minus 25 ° С.
Um die Berechnungen zu vereinfachen, schlagen wir vor, eine Tabelle in Exel zu erstellen und dort die Zwischen- und Endergebnisse einzutragen.
Am Ende der Berechnungen und beim Ausfüllen der Tabelle wurden die folgenden Werte des Wärmeenergieverbrauchs für die Räumlichkeiten erhalten:
- Wohnzimmer - 2,22 kW;
- Küche - 2,536 kW;
- Flur - 745 W;
- Korridor - 586 W;
- Badezimmer - 676 W;
- Schlafzimmer - 2,22 kW;
- Kinder - 2,536 kW.
Die Gesamtlast des Heizungssystems eines Privathauses von 100 m² betrug 11.518 W, gerundet - 11,6 kW.Es ist bemerkenswert, dass sich das Ergebnis buchstäblich um 5% von den ungefähren Berechnungsmethoden unterscheidet.
Verwendung der Berechnungsergebnisse
Wenn der Hausbesitzer den Wärmebedarf des Gebäudes kennt, kann er:
- Wählen Sie die Leistung der Wärmekraftanlagen zum Heizen des Hauses klar aus.
- Wählen Sie die gewünschte Anzahl von Heizkörperabschnitten.
- Bestimmen Sie die erforderliche Dicke der Dämmung und führen Sie eine Wärmedämmung des Gebäudes durch.
- Ermitteln Sie die Durchflussmenge des Kühlmittels an einem beliebigen Teil des Systems und führen Sie gegebenenfalls eine hydraulische Berechnung der Rohrleitungen durch.
- Finden Sie den durchschnittlichen täglichen und monatlichen Wärmeverbrauch heraus.
Der letzte Absatz ist von besonderem Interesse. Wir haben den Wert der Wärmelast in 1 Stunde ermittelt, sie kann jedoch über einen längeren Zeitraum neu berechnet und der geschätzte Kraftstoffverbrauch berechnet werden - Gas, Brennholz oder Pellets.