Izračun ogrevalnega sistema zasebne hiše: pravila in primeri izračuna

Ogrevanje zasebne hiše je nujen element udobnega bivališča. Strinjajte se, da je treba k ureditvi ogrevalnega sistema pristopiti pazljivo, saj bodo napake stale precej. Vendar se še nikoli niste ukvarjali s takšnimi izračuni in ne veste, kako jih pravilno izvesti?

Pomagali vam bomo – v našem članku bomo podrobno pregledali, kako se izvede izračun ogrevalnega sistema zasebne hiše za učinkovito nadomeščanje toplotnih izgub v zimskih mesecih.

Navedli bomo konkretne primere, dopolnili gradivo članka z nazornimi fotografijami in koristnimi video nasveti ter aktualnimi tabelami s kazalci in koeficienti, potrebnimi za izračune.

Toplotne izgube zasebne hiše

Stavba izgublja toploto zaradi razlike v temperaturi zraka v notranjosti in zunaj hiše. Toplotne izgube so tem večje, čim večja je površina ograjnih konstrukcij stavbe (oken, strehe, sten, temeljev).

Prav tako so izgube toplotne energije povezane z materiali ograjnih konstrukcij in njihovimi dimenzijami. Na primer, toplotne izgube tankih sten so večje kot pri debelih.

Učinkovit izračun ogrevanja za zasebno hišo mora upoštevati materiale, uporabljene pri gradnji ograjnih konstrukcij.

Na primer, pri enaki debelini steni iz lesa in opeke prevajata toploto z različno intenzivnostjo – toplotne izgube skozi lesene konstrukcije potekajo počasneje. Nekateri materiali prepuščajo toploto bolje (kovina, opeka, beton), drugi slabše (les, mineralna volna, ekspandirani polistiren).

Atmosfera znotraj bivalne stavbe je posredno povezana z zunanjim zrakom. Stene, okenske in vratne odprtine, streha in temelji pozimi prenašajo toploto iz hiše navzven, v zameno pošiljajo mraz. Na njih odpade 70–90 % celotnih toplotnih izgub hiše.

Stene, streha, okna in vrata – vse prepušča toploto pozimi ven. Termovizor nazorno prikaže toplotne izgube.

Stalno uhajanje toplotne energije med ogrevalno sezono poteka tudi skozi prezračevanje in kanalizacijo.

Pri izračunu toplotnih izgub stavbe IŽS (individualne stanovanjske gradnje) ti podatki običajno niso upoštevani. Toda vključitev toplotnih izgub skozi kanalizacijski in prezračevalni sistem v celoten toplotni izračun hiše je vseeno pravilna.

Bistveno zmanjšati toplotne izgube, ki potekajo skozi gradbene konstrukcije, vratne/okenske odprtine, lahko omogoči dobro urejen sistem toplotne izolacije.

Izračun avtonomnega ogrevalnega kroga zasebne hiše brez ocene toplotnih izgub njenih ograjnih konstrukcij ni mogoč. Natančneje, ne bo mogoče določiti moči ogrevalnega kotla, ki zadostuje za ogrevanje hiše v najhujših zmrzalih.

Analiza dejanske porabe toplotne energije skozi stene bo omogočila primerjavo stroškov kotlovne opreme in goriva z izdatki za toplotno izolacijo ograjnih konstrukcij.

Saj bolj kot je hiša energetsko učinkovita, tj. manj toplotne energije izgubi v zimskih mesecih, manjši so stroški za nakup goriva.

Za pravilen izračun ogrevalnega sistema bo potreben koeficient toplotne prevodnosti pogostih gradbenih materialov.

Tabela vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti različnih gradbenih materialov, najpogosteje uporabljenih pri gradnji

Izračun toplotnih izgub skozi stene

Na primeru pogojne dvonadstropne hiše izračunamo toplotne izgube skozi njene stenske konstrukcije.

Izhodiščni podatki:

• kvadratna »škatla« s fasadnimi stenami širine 12 m in višine 7 m;
• v stenah 16 odprtin, površina vsake 2,5 m²;
• material fasadnih sten – polna keramična opeka;
• debelina stene – 2 opeki.

Nato bomo izračunali skupino kazalnikov, iz katerih je sestavljena skupna vrednost toplotnih izgub skozi stene.

Kazalnik toplotne upornosti

Da bi ugotovili kazalnik toplotne upornosti za fasado, je treba debelino stenskega materiala deliti z njegovim koeficientom toplotne prevodnosti.

Za vrsto konstrukcijskih materialov so podatki o koeficientu toplotne prevodnosti prikazani na zgornjih in spodnjih slikah.

Za natančne izračune bo potreben koeficient toplotne prevodnosti v tabeli navedenih toplotnoizolacijskih materialov, ki se uporabljajo v gradbeništvu.

Naša pogojna stena je zgrajena iz keramične polne opeke, katere koeficient toplotne prevodnosti je 0,56 W/m·^°C. Njena debelina, ob upoštevanju zidanja na cementno-peščeno malto, je 0,51 m. Če debelino stene delimo s koeficientom toplotne prevodnosti opeke, dobimo toplotno upornost stene:

0,51 : 0,56 = 0,91 W/m^2×°C

Rezultat deljenja zaokrožimo na dve decimalni mesti, natančnejši podatki o toplotni upornosti niso potrebni.

Površina zunanjih sten

Ker je za primer izbrana kvadratna stavba, se površina njenih sten določi z množenjem širine z višino ene stene, nato pa s številom zunanjih sten:

12 · 7 · 4 = 336 m²²

Torej, poznamo površino fasadnih sten. Kaj pa odprtine oken in vrat, ki skupaj zavzemajo 40 m² (2,5·16=40 m²) fasadne stene, ali jih je treba upoštevati?

Res, kako pravilno izračunati avtonomno ogrevanje v leseni hiši brez upoštevanja toplotne upornosti okenskih in vratnih konstrukcij.

Koeficient toplotne prevodnosti toplotnoizolacijskih materialov, ki se uporabljajo za izolacijo nosilnih sten

Če je treba izračunati toplotne izgube stavbe velike površine ali tople hiše (energetsko učinkovite) – da, upoštevanje koeficientov toplotne prehodnosti okenskih okvirjev in vhodnih vrat bo pri izračunu pravilno.

Vendar je za nizke stavbe individualne stanovanjske gradnje, zgrajene iz tradicionalnih materialov, dopustno zanemariti vratne in okenske odprtine. To pomeni, da njihove površine ne odštejemo od celotne površine fasadnih sten.

Skupne toplotne izgube sten

Ugotavljamo toplotne izgube stene na njen kvadratni meter pri eni stopinji temperaturne razlike med zrakom v notranjosti in zunaj hiše.

V ta namen enoto delimo s toplotno upornostjo stene, izračunano prej:

1 : 0,91 = 1,09 W/m²·^°C

Če poznamo toplotne izgube na kvadratni meter oboda zunanjih sten, lahko določimo toplotne izgube pri določenih zunanjih temperaturah.

Na primer, če je v prostorih hiše temperatura +20 ^oC, zunaj pa -17 ^oC, bo temperaturna razlika 20+17=37 ^oC. V takšnem primeru bodo skupne toplotne izgube sten našega modelnega doma:

0,91 · 336 · 37 = 11313 W,

Kjer je: 0,91 – toplotna upornost kvadratnega metra stene; 336 – površina fasadnih sten; 37 – temperaturna razlika med notranjo in zunanjo atmosfero.

Koeficient toplotne prevodnosti toplotnoizolacijskih materialov, ki se uporabljajo za izolacijo tal/sten, za izvedbo suhega estriha tal in za izravnavo sten

Preračunajmo dobljeno vrednost toplotnih izgub v kilovatne ure, saj so te bolj priročne za dojemanje in nadaljnje izračune moči ogrevalnega sistema.

Toplotne izgube sten v kilovatnih urah

Najprej ugotovimo, koliko toplotne energije bo v eni uri uhajalo skozi stene pri temperaturni razliki 37 ^oC.

Spomnimo, da se izračun izvaja za hišo s konstrukcijskimi značilnostmi, izbranimi zgolj za demonstracijske izračune:

11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,

Kjer je: 11313 – vrednost toplotnih izgub, pridobljena prej; 1 – ura; 1000 – število vatov v kilovatu.

Koeficient toplotne prevodnosti gradbenih materialov, ki se uporabljajo za izolacijo sten in stropov

Za izračun toplotnih izgub na dan pomnožimo dobljeno vrednost toplotnih izgub na uro s 24 urami:

11,313 · 24 = 271,512 kWh

Zaradi jasnosti ugotovimo izgube toplotne energije za celotno ogrevalno sezono:

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 kWh,

Kjer je: 7 – število mesecev v ogrevalni sezoni; 30 – število dni v mesecu; 271,512 – dnevne toplotne izgube sten.

Tako bodo izračunane toplotne izgube hiše z zgoraj izbranimi značilnostmi ograjnih konstrukcij znašale 57017,52 kWh za sedem mesecev ogrevalne sezone.

Upoštevanje vpliva prezračevanja zasebne hiše

Izračun prezračevalnih toplotnih izgub v ogrevalni sezoni bomo kot primer izvedli za modelno kvadratno hišo s steno širine 12 metrov in višine 7 metrov.

Brez upoštevanja pohištva in notranjih sten bo notranji volumen atmosfere v tej stavbi znašal:

12 · 12 · 7 = 1008 m³³

Pri temperaturi zraka +20 ^oC (normalno za ogrevalno sezono) je njegova gostota 1,2047 kg/m³, specifična toplotna kapaciteta pa 1,005 kJ/(kg·^oC).

Izračunajmo maso atmosfere v hiši:

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Kjer je: 1008 – volumen domače atmosfere; 1,2047 – gostota zraka pri t +20 ^oC.

Tabela z vrednostmi koeficientov toplotne prevodnosti materialov, ki bi jih lahko potrebovali pri natančnih izračunih

Predpostavimo petkratno menjavo zračnega volumna v prostorih hiše. Opozorimo, da je natančna potreba po dovodnem volumnu svežega zraka odvisna od števila stanovalcev v vili.

Pri povprečni temperaturni razliki med hišo in ulico v ogrevalni sezoni, ki znaša 27 ^°C (20 ^°C notranja, -7 ^°C zunanja atmosfera), bo za ogrevanje dovodnega hladnega zraka na dan potrebno toplotne energije:

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

Kjer: 5 – število menjav zraka v prostorih; 27 – razlika temperatur notranje in zunanje atmosfere; 1214,34 – gostota zraka pri t +20 ^°C; 1,005 – specifična toplotna kapaciteta zraka.

Pretvorimo kilodžoule v kilovatne ure, tako da vrednost delimo s številom kilodžulov v eni kilovatni uri (3600):

164755,58 : 3600 = 45,76 kWh

Po ugotovitvi stroškov toplotne energije za ogrevanje zraka v hiši ob petkratni njegovi zamenjavi skozi dovodno prezračevanje, lahko izračunamo »zračne« toplotne izgube za sedemmesečno ogrevalno sezono:

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 kWh,

Kjer: 7 – število »ogrevanih« mesecev; 30 – povprečno število dni v mesecu; 45,76 – dnevni stroški toplotne energije za ogrevanje dovodnega zraka.

Prezračevalni (infiltracijski) energetski stroški so neizogibni, saj je obnova zraka v prostorih vile življenjsko potrebna.

Potrebe po ogrevanju zamenjane zračne atmosfere v hiši je treba izračunati, sešteti s toplotnimi izgubami skozi ograjene konstrukcije in upoštevati pri izbiri ogrevalnega kotla. Obstaja še ena vrsta toplotnih energetskih stroškov, zadnja – kanalizacijske toplotne izgube.

Stroški energije za pripravo sanitarne tople vode

Če v toplih mesecih iz pipe v vilo priteka hladna voda, je v ogrevalni sezoni – ledena, s temperaturo največ +5 ^°C. Kopanje, pomivanje posode in pranje niso mogoči brez segrevanja vode.

Voda, ki se nabira v kotličku stranišča, prihaja skozi stene v stik z domačo atmosfero in odvzame nekoliko toplote. Kaj se zgodi z vodo, segreto s sežiganjem ne brezplačnega goriva in porabljeno za gospodinjske potrebe? Odvaja se v kanalizacijo.

Dvoobtočni kotel z bojlerjem posrednega ogrevanja, ki se uporablja tako za ogrevanje toplotnega nosilca kot za dobavo tople vode v zanj zgrajen krog.

Poglejmo na primeru. Družina treh oseb, recimo, porabi 17 m³ vode mesečno. 1000 kg/m³ – gostota vode, in 4,183 kJ/kg·^°C – njena specifična toplotna kapaciteta.

Povprečna temperatura segrete vode za gospodinjske potrebe naj bo +40 ^°C. Zato je razlika povprečne temperature med hladno vodo, ki vstopa v hišo (+5 ^°C), in vodo, segreto v bojlerju (+30 ^°C), 25 ^°C.

Za izračun toplotnih izgub v kanalizaciji upoštevamo:

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 kJ,

Kjer: 17 – mesečna poraba vode; 1000 – gostota vode; 25 – temperaturna razlika med hladno in segreto vodo; 4,183 – specifična toplotna kapaciteta vode;

Za pretvorbo kilodžulov v bolj razumljive kilovatne ure:

1777775 : 3600 = 493,82 kWh

Tako v sedemmesečnem obdobju ogrevalne sezone v kanalizacijo odteče toplotna energija v obsegu:

493,82 · 7 = 3456,74 kWh

Poraba toplotne energije za ogrevanje vode za higienske potrebe je majhna v primerjavi s toplotnimi izgubami skozi stene in prezračevanje. Vendar so to tudi energetski stroški, ki obremenjujejo ogrevalni kotel ali bojler in povzročajo porabo goriva.

Izračun moči ogrevalnega kotla

Kotel v ogrevalnem sistemu je namenjen kompenzaciji toplotnih izgub stavbe. Prav tako pa v primeru dvokrožnega sistema ali če je kotel opremljen z bojlerjem za posredno ogrevanje, za ogrevanje vode za higienske potrebe.

Z izračunom dnevnih toplotnih izgub in porabe tople vode »v kanalizacijo« lahko natančno določimo potrebno moč kotla za hišo določene površine in značilnosti ograjnih konstrukcij.

Enokrožni kotel proizvaja samo ogrevanje toplotnega nosilca za ogrevalni sistem

Za določitev moči ogrevalnega kotla je treba izračunati stroške toplotne energije hiše skozi fasadne stene in za ogrevanje izmeničnega zračnega ozračja notranjih prostorov.

Potrebni so podatki o toplotnih izgubah v kilovatnih urah na dan – v primeru modelne hiše, izračunane kot primer, to je:

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

Kjer: 271,512 – dnevne toplotne izgube skozi zunanje stene; 45,76 – dnevne toplotne izgube za ogrevanje dovodnega zraka.

Zato bo potrebna ogrevalna moč kotla:

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

Vendar bo tak kotel pod stalno visoko obremenitvijo, kar zmanjšuje njegovo življenjsko dobo. In v posebej mrzlih dneh izračunana moč kotla ne bo zadostovala, saj se ob veliki temperaturni razliki med notranjim in zunanjim ozračjem toplotne izgube stavbe močno povečajo.

Zato se ne splača izbrati kotla po povprečnem izračunu stroškov toplotne energije – saj se ob močnih zmrzalih morda ne bo spopadel.

Racionalno bo povečati potrebno moč kotlovske opreme za 20 %:

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

Za izračun potrebne moči drugega kroga kotla, ki segreva vodo za pomivanje posode, kopanje itd., je treba mesečno porabo toplote izgub v kanalizaciji deliti s številom dni v mesecu in 24 urami:

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

Na podlagi izračunov je optimalna moč kotla za primer koče enaka 15,86 kW za ogrevalni krog in 0,68 kW za grelni krog.

Izbira radiatorjev ogrevanja

Tradicionalno je moč ogrevalnega radiatorja priporočljivo izbrati glede na površino ogrevanega prostora, in sicer s 15–20 % povečanjem potreb po moči za vsak slučaj.

Na primeru poglejmo, kako pravilna je metoda izbire radiatorja «10 m² površine – 1,2 kW».

Toplotna moč radiatorjev je odvisna od načina njihove priključitve, kar je treba upoštevati pri izračunih ogrevalnega sistema.

Izhodiščni podatki: kotna soba v prvem nadstropju dvonadstropne hiše IŽS; zunanja stena iz dvoredne opeke; širina sobe 3 m, dolžina 4 m, višina stropa 3 m.

Po poenostavljeni shemi izbire je predlagano izračunati površino prostora, izračunamo:

3 (širina) · 4 (dolžina) = 12 m²²

Torej je potrebna moč ogrevalnega radiatorja z 20% dodatkom 14,4 kW. Zdaj pa izračunajmo parametre moči ogrevalnega radiatorja na podlagi toplotnih izgub prostora.

Dejansko površina sobe vpliva na izgube toplotne energije manj kot površina njenih sten, ki z eno stranjo gledajo ven iz stavbe (fasadne).

Zato bomo izračunali površino 'uličnih' sten v sobi:

3 (širina) · 3 (višina) + 4 (dolžina) · 3 (višina) = 21 m²²

Če poznamo površino sten, ki oddajajo toploto 'na ulico', izračunajmo toplotne izgube pri temperaturni razliki med prostorom in zunanjostjo 30^° (v hiši +18 ^°C, zunaj -12 ^°C), in sicer takoj v kilovatnih urah:

0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 kW,

Kjer: 0,91 – toplotna upornost m² notranjih sten, ki gledajo 'na ulico'; 21 – površina 'uličnih' sten; 30 – temperaturna razlika znotraj in zunaj hiše; 1000 – število vatov v kilovatu.

V skladu z gradbenimi standardi so grelne naprave nameščene na mestih največjih toplotnih izgub. Na primer, radiatorji so nameščeni pod okenskimi odprtinami, toplotne puške – nad vhodom v hišo. V kotnih sobah so radiatorji nameščeni na slepe stene, ki so izpostavljene največjemu vplivu vetrov.

Izkazalo se je, da je za kompenzacijo toplotnih izgub skozi fasadne stene te konstrukcije pri temperaturni razliki 30^° v hiši in zunaj dovolj ogrevanja z močjo 0,57 kWh. Povečajmo potrebno moč za 20, celo za 30 % – dobimo 0,74 kWh.

Tako so lahko dejanske potrebe po ogrevalni moči precej nižje od komercialne sheme "1,2 kW na kvadratni meter površine prostora".

Pravilen izračun potrebnih moči ogrevalnih radiatorjev bo omogočil zmanjšanje količine ogrevalnega medija v ogrevalnem sistemu, kar bo zmanjšalo obremenitev kotla in stroške goriva.

Zaključki in koristen video na to temo

Kam odhaja toplota iz hiše – odgovore ponuja nazoren videoposnetek:

V videoposnetku je obravnavan postopek izračuna toplotnih izgub hiše skozi ograjene konstrukcije. Če poznate toplotne izgube, boste lahko natančno izračunali moči ogrevalnega sistema:

Podroben videoposnetek o načelih izbire močnostnih značilnosti ogrevalnega kotla si oglejte spodaj:

Proizvodnja toplote se vsako leto draži – rastejo cene goriva. In toplote vedno primanjkuje. Do energetskih stroškov hiše ni mogoče biti ravnodušen – to je popolnoma neekonomično.

Po eni strani vsaka nova ogrevalna sezona lastnika hiše stane vedno več. Po drugi strani pa izolacija sten, temeljev in strehe podeželske hiše stane precej denarja. Vendar pa, manj toplote kot odide iz stavbe, ceneje jo bo ogrevati.

Ohranjanje toplote v prostorih hiše je glavna naloga ogrevalnega sistema v zimskih mesecih. Izbira moči ogrevalnega kotla je odvisna od stanja hiše in kakovosti izolacije njenih ograjenih konstrukcij. Načelo "kilovat na 10 kvadratnih metrov površine" deluje v hiši s povprečnim stanjem fasad, strehe in temeljev.

Ali ste sami izračunali ogrevalni sistem za svojo hišo? Ali ste opazili neskladnost izračunov, navedenih v članku? Delite svoje praktične izkušnje ali obseg teoretičnega znanja, tako da pustite komentar v bloku pod tem člankom.