Калькулятор тепловтрат будинку: можливості і обмеження використання

Переваги використання будівельних калькуляторів — їх простота і доступність, оскільки безкоштовно скористатися ними може кожний власник персонального комп`ютера. Внаслідок такої простоти калькулятори тепло­втрат грубо визначають тепловтрати будинку. Можливі неточності обчислень, зумовлені такими причинами [1]:

Всі тепловтрати будинку за рахунок теплопередачі чи конвекції обчислюються на основі стандартних рівнять теплових потоків типу:
(Теплові втрати) = (площа)•(Т_вн – Т_з) /R,
де Т_вн — внутрішня температура,
Т_з — зовнішня температура,
R — опір теплопередачі огород­жувальної конструкції.
Ці вирази лише наближено описують дійсні теплові потоки, оскільки при збільшенні товщини ізоляції тепловтрати зменшуються непропорційно.

Задання 1-кратного повітрообміну на годину за рахунок інфільтрації. До того ж, інфільтрація помітно зростає при наявності вітру.

Річні тепловтрати будинку отримуються на основі річних градусо-діб. При цьому не враховується вплив інших умов (сила вітру, вологість повітря тощо). Окрім того, кількість градусо-діб наступного опалювального сезону може дещо відрізнятись від нинішнього чи усередненого.

При використанні калькулятора не беруться до уваги теплові надходження через південні вікна будинку. Тому калькулятор передбачає суттєво більші втрати тепла, ніж є насправді.

Не враховується також ефект термічної маси будинку. Будівлі з великою термічною масою мають менші температурні коливання і зазвичай потребують менше тепла.

Звички мешканців можуть суттєво вплинути на споживання тепла.

Внутрішні теплові надходження враховані дуже наближено. Вони можуть бути суттєво більшими або меншими від розрахункових.

Може бути ще кілька джерел неточностей. Втім, ці інструменти є кращими, ніж можна сподіватись, і багато проектних рішень прийняті в результаті їх використання. Перевагами калькуляторів є доступність для будь-якої категорії користувачів, які можуть і не вдаватися у суть температурно-вологісних процесів в огороджувальних конструкціях будинку. Тим не менше, при відомих витратах газу і електроенергії параметри огороджувальних конструкцій можна корегувати в сторону отримання кращого наближення до реальних тепловтрат приміщення.
Нижче для розуміння основ роботи типового калькулятора розглянуті процедури задання вхідних даних і розрахунок тепловтрат. Вхідними даними калькуляторів є опори теплопередачі матеріалів, з яких складається огороджувальна конструкція. Серед цих конструкцій слід окремо виділити фундаментну плиту, температурні процеси в якій мають краєвий характер, коли найбільші тепловтрати будинку досягаються по краях цієї плити. Для цього навіть ввели поняття ефективного значення опору теплопередачі фундаментної плити відносно одиниці довжини її периметру [2].
Для спрощення розрахунків у табл. 1 містяться ефективні значення опорів фундаментних плит для деяких типів зовнішніх огороджувальних конструкцій стін. Оскільки ефективне значення Re відноситься до периметру, а не площі, то воно не може бути порівняне зі звичайними значеннями R. Найкращим способом є внесення ефективних значень у калькулятор для розрахунку тепловтрат усього будинку. Після того можна оцінити співвідношення тепловтрат плити та результатів теплотехнічного розрахунку огороджувальних конструкцій.

• Share

Калькулятор тепловтрат будинку [1]

Будівельний калькулятор служить для:

• Розрахунків максимальних тепловтрат найхолоднішої доби року.
• Підрахунку річних тепловтрат будинку.
• Визначення річної вартості палива.
• 10-річної вартості палива з врахуванням 10% збільшення ціни щороку.

Розглянемо роботу калькулятора на прикладі розрахунку тепловтрат частково утепленого цегляного будинку, фундаментна плита якого лежить на грунті.

Будинок має в основі квадрат 10 × 10 м2. Висота трьох поверхів становить 10 м. Підвалу і погребу немає. Фундамент будинку неутеплений, і дренажна система відсутня. Підлога першого поверху і стеля третього поверхів утеплені. Вікна дерев`яні подвійні, орієнтовані на схід, південь і захід. Під вікнами зроблені ніші для радіаторів, які на вимогу проектантів заложили цеглою. Будинок буде опалюватися природним газом. Кількість градусо-діб у Львові становить 3200. На вимогу проектантів під підлогою першого поверху покладена ізоляція, опір теплопередачі якої становить 3,4 м2•К/Вт. Будинок стоїть у видолинку, так що інфільтрація не повинна перевищувати однократного повітрообміну за годину. Загальна площа стін складає 360 м2, а вікон — 30 м2. Share Share Share Результатами розрахунків є: Годинні тепловтрати будинку згідно заданої мінімальної зовнішньої температури –20°С становлять 31,03 кВт•год. Це є критерієм для вибору джерела тепла будинку. При цьому слід також враховувати і внутрішні теплові надходження, що становить 0,4 кВт•год. Річні тепловтрати складають 57369,4 кВт•год. Це груба оцінка тепловтрат впродовж року, основана на кількості заданих градусо-діб. Вона може бути трохи завищеною. Кошти енергоносія, які визначаються річними тепловтратами, типом палива, ефективністю котла (80%). Вони становлять 661 доларів США. 10-річні кошти — це вартість палива впродовж десяти років, при умові, що кошти палива будуть зростати на 10% на рік (10526 доларів США).

Аналіз початкових тепловтрат:

• Інфільтрація повітря через зовнішні конструкції: 44%.
• Тепловтрати стін: 28%.
• Тепловтрати вікон: 13%.
• Тепловтрати фундаментної плити: 8%.
• Тепловтрати підлоги: 3%.
• Тепловтрати стелі: 3%.
• Внутрішні теплові надходження: 1%.

Можна вважати, що фактично маємо лише один вихідний параметр — річні тепловтрати. Інші вихідні параметри лише пропорційні до нього.
У табл. 2 подані результати прогнозування річних тепловтрат від зміни параметрів огороджувальних конструкцій і кратності повітрообміну усього будинку. Зовнішня середньодобова температура становить –20°С.

• Share

Висновки

Отже, з допомогою калькулятора можна підбирати параметри огороджувальних конструкцій і кратність повітрообміну, щоб зменшити річні тепловтрати і видатки на енергоносії. При тепловтратах 33 050 кВт.год річні видатки на опалення зменшуються на 661 – 381 = 280 доларів США, що складає 42%.
Але слід пам`ятати, що кратність повітрообміну не може бути меншою 0,33 і навіть підтримання її на рівні 0,5 потребує значних зусиль і коштів. Це саме стосується і товщин ізоляції. Тому при розрахунках слід встановити певні обмеження на термін окупності інвестиційного проекту. Бажано, щоб він не перевищував 5 років.
І нарешті останнє. Точність розрахунків калькулятора можна підвищити, якщо замість лінійної апроксимації теплових потоків використати квадратичну чи параболічну. Такі дані для апроксимації є у виробників ізоляції або їх можна визначити експериментально. Взагалі задачу зменшення тепловтрат будинку і відповідно фінансових витрат на опалення можна поставити як оптимізаційну при наявності обмежень на товщини матеріалів, тобто їх ціну. Тоді річні тепловтрати можна розглядати як цільову функцію f(X) кількох параметрів:
Min f(Х),
де X = Х1, Х2, Х3, … Хn — параметри конструкцій при заданих обмеженнях. Останні можуть бути формалізовані таким чином, щоб час окупності робіт і матеріалів не перевищував 5 років.

Література

1. www.builditsolar.com.
2. ASHRAE fundamental, 2005.

Юрій Дудикевич