Šilumos Nuostolių Skaičiuoklė - Šildymo Sistemų Dydžio Nustatymas ir Izoliacijos Palyginimas

Šilumos nuostolių skaičiuoklė

Šilumos nuostolių skaičiuoklė įvertina, kaip greitai šiluma pasišalina iš patalpos, vatais. Joje naudojamas patalpos dydis, izoliacijos kokybė ir temperatūrų skirtumas tarp patalpos vidaus ir lauko. Rezultatas apytiksliai parodo, kokios šildymo galios reikia, kad patalpa išliktų šilta.

Šiluma visada teka iš šiltų vietų į šaltas. Žiemą šiluma iš šildomos patalpos per sienas, stogą ir grindis sklinda į šaltesnį lauko orą. Šildymo sistema turi kompensuoti šiuos šilumos nuostolius, kad patalpoje būtų palaikoma pastovi temperatūra. Žinant, kiek vatų prarandama, lengviau pasirinkti tinkamo dydžio šildytuvą ar radiatorių ir įvertinti, ar papildoma izoliacija verta išlaidų.

Šilumos nuostolių formulė

Skaičiuoklėje naudojama standartinė statybinės fizikos formulė:

$Q = U \times A \times \Delta T$

• Q yra šilumos nuostolių galia vatais (W).
• U yra U vertė, arba šilumos perdavimo koeficientas, vatais kvadratiniam metrui kelvinui (W/m²K). Mažesnė U vertė reiškia geresnę izoliaciją.
• A yra bendras paviršiaus plotas, per kurį pasišalina šiluma, kvadratiniais metrais (m²).
• ΔT yra temperatūrų skirtumas tarp patalpos vidaus ir lauko, Celsijaus laipsniais arba kelvinais.

Formulėje dauginami trys dydžiai: kaip lengvai šiluma sklinda per statybinę medžiagą, koks yra paviršiaus plotas, per kurį gali sklisti šiluma, ir kokio dydžio yra temperatūrų skirtumas. Didesnis skirtumas arba didesnis paviršiaus plotas didina šilumos nuostolius. Tą patį daro ir didesnė U vertė.

Skaičiuoklėje naudojamos U vertės

Skaičiuoklėje pateikiami keturi fiksuoti izoliacijos lygiai, kurių kiekvienas susietas su tipine U verte:

Tai apytiksliai visos patalpos vidurkiai, o ne vienos medžiagos rodikliai. Tikra siena, langas ir stogas turi atskiras U vertes, o langai paprastai praleidžia gerokai daugiau šilumos nei izoliuotos sienos.

Paviršiaus plotas

Skaičiuoklėje sudedami visų šešių stačiakampės patalpos paviršių plotai: keturių sienų, lubų ir grindų.

$A = 2 \times (L \times W + L \times H + W \times H)$

L, W ir H yra patalpos ilgis, plotis ir aukštis metrais. Taikant šį metodą laikoma, kad kiekvienas paviršius yra nukreiptas į lauką. Tikrame name sienos, besiribojančios su šildoma gretima patalpa, praranda mažai arba visai nepraranda šilumos, todėl taip apskaičiuotas viso namo įvertis paprastai būna šiek tiek per didelis.

Temperatūrų skirtumas

ΔT yra tiesiog vidaus temperatūra minus lauko temperatūra. Kasdieniam komfortui įvertinti žmonės dažnai naudoja šalčiausią temperatūrą, kokios tikimasi tą dieną. Nuolatinio šildymo sistemą projektuojantys inžinieriai vietoj šalčiausios kada nors užregistruotos temperatūros naudoja vietovės „projektinę temperatūrą“ – standartinį šalto oro rodiklį, kurį skelbia tokios organizacijos kaip ASHRAE.

Kaip naudoti šilumos nuostolių skaičiuoklę

1. Išmatuokite patalpą. Įveskite vidaus ilgį, plotį ir aukštį metrais.
2. Pasirinkite izoliacijos lygį. Pagal pastato amžių ir konstrukciją pasirinkite prastą, vidutinę, gerą arba puikią izoliaciją. Jei abejojate, saugiau pasirinkti prastesnį lygį, nes taip išvengiama per mažos šildytuvo galios.
3. Nustatykite temperatūras. Įveskite palaikomą vidaus temperatūrą ir lauko temperatūrą, kuriai planuojama.
4. Perskaitykite rezultatą. Skaičiuoklė rodo bendrą paviršiaus plotą, naudotą U vertę, temperatūrų skirtumą, bendrus šilumos nuostolius vatais ir intensyvumo įvertį.

Kaip veikia intensyvumo vertinimas

Intensyvumo įvertis nevertina vien tik absoliutaus vatų skaičiaus, nes didelė patalpa, esant tokiai pačiai izoliacijai, natūraliai praranda daugiau vatų nei maža. Vietoj to skaičiuoklė padalija šilumos nuostolius iš patalpos tūrio, gaudama vertę vatais kubiniam metrui (W/m³), ir palygina ją su keturiais intervalais:

Maža, prastai izoliuota patalpa gali būti įvertinta kaip „didelio“ intensyvumo net ir tada, kai bendras vatų skaičius yra nedidelis, o didelė, gerai izoliuota salė gali būti įvertinta kaip „mažo“ intensyvumo, nors bendras rodiklis didesnis. Dalijant iš tūrio, įvertį galima palyginti skirtingo dydžio patalpose.

Skaičiavimo pavyzdys

Tarkime, patalpa yra 5 m ilgio, 4 m pločio ir 2,5 m aukščio, jos izoliacija vidutinė (U = 1,0 W/m²K), joje palaikoma 21 °C temperatūra, o lauke yra 0 °C.

1. Paviršiaus plotas: 2 × (5 × 4 + 5 × 2,5 + 4 × 2,5) = 2 × (20 + 12,5 + 10) = 2 × 42,5 = 85 m²
2. Temperatūrų skirtumas: 21 − 0 = 21 °C
3. Šilumos nuostoliai: 1,0 × 85 × 21 = 1 785 W
4. Patalpos tūris: 5 × 4 × 2,5 = 50 m³
5. Šilumos nuostoliai tūrio vienetui: 1 785 ÷ 50 = 35,7 W/m³, tai patenka į intervalą nuo 30 iki 50, todėl skaičiuoklė šios patalpos intensyvumą įvertina kaip didelį.

Ta pati patalpa, esant toms pačioms temperatūroms, parodo, kaip izoliacija keičia rezultatą:

Kai plotas ir temperatūrų skirtumas nekinta, šilumos nuostoliai tiesiogiai proporcingi U vertei, tačiau kiekviename etape U vertė sumažėja ne ta pačia dalimi. Pereinant nuo prastos prie vidutinės izoliacijos, U vertė sumažėja perpus (nuo 2,0 iki 1,0), todėl šilumos nuostoliai taip pat tiksliai sumažėja perpus – nuo 3 570 W iki 1 785 W. Tačiau pereinant nuo vidutinės prie puikios izoliacijos, U vertė sumažėja iki ketvirtadalio (nuo 1,0 iki 0,25), todėl šilumos nuostoliai taip pat sumažėja iki ketvirtadalio – nuo 1 785 W iki 446 W, o ne tik perpus.

Apribojimai

Ši formulė pateikia pusiausvyros būsenos įvertį, tinkamą palyginimams ir apytiksliam galios parinkimui, tačiau neatsižvelgia į kelis realiomis sąlygomis svarbius veiksnius:

• Oro skverbtis. Skersvėjai pro duris, langus ir plyšius gali sudaryti didelę faktinių pastato šilumos nuostolių dalį. Formulėje į tai neatsižvelgiama.
• Šiluminiai tilteliai. Sijos, statramsčiai ir kiti karkaso elementai praleidžia šilumą greičiau nei juos supanti izoliacija.
• Langai ir durys. Skaičiuoklėje visai patalpai taikoma viena U vertė, tačiau stiklas paprastai praranda šilumą kelis kartus greičiau nei izoliuota siena.
• Saulės spinduliuotės šilumos pritekis. Pro langus patenkanti saulės šviesa dieną gali kompensuoti dalį šilumos nuostolių.
• Bendros vidinės sienos. Tarp dviejų šildomų patalpų esančios sienos praranda mažai šilumos, tačiau formulėje skaičiuojama taip, lyg jos būtų nukreiptos į lauką.

Sertifikuotam šildymo sistemos projektui kvalifikuotas montuotojas arba energijos vertintojas, atlikdamas matavimus vietoje, turėtų įvertinti šiuos veiksnius.

Dažnai užduodami klausimai

Kas yra šilumos nuostolių skaičiuoklė?

Tai įrankis, pagal patalpos dydį, izoliaciją ir temperatūrų skirtumą tarp vidaus ir lauko įvertinantis, kiek vatų šilumos patalpa praranda į aplinką. Rezultatas apytiksliai parodo, kokios šildymo galios reikia patalpai.

Kokią formulę ji naudoja?

Q = U × A × ΔT, kur Q yra šilumos nuostoliai vatais, U yra statybinių medžiagų U vertė W/m²K, A yra bendras paviršiaus plotas kvadratiniais metrais, o ΔT yra temperatūrų skirtumas laipsniais.

Kaip apskaičiuojamas intensyvumo įvertis?

Skaičiuoklė bendrus šilumos nuostolius padalija iš patalpos tūrio, kad gautų vatus kubiniam metrui, tada priskiria įvertį: mažas (mažiau nei 15 W/m³), vidutinis (nuo 15 iki 30), didelis (nuo 30 iki 50) arba labai didelis (nuo 50). Kiekvienas intervalas prasideda nuo apatinės ribos ir baigiasi prieš pat kitą ribą. Taip išvengiama neteisingo didelių patalpų nubaudimo vien dėl jų dydžio.

Kokią U vertę pasirinkti?

Senesniems neizoliuotiems pastatams pasirinkite „prastą“ (2,0), standartiniams namams, pastatytiems nuo 1980-ųjų iki 2000-ųjų, – „vidutinę“ (1,0), šiuolaikiniams gerai izoliuotiems namams – „gerą“ (0,5), o „puikią“ (0,25) tik pasyviojo namo standartus atitinkantiems pastatams. Jei abejojate, pasirinkę prastesnį lygį išvengsite per mažos šildytuvo galios.

Ar skaičiuoklė atskirai įvertina langus?

Ne. Visai patalpai taikoma viena U vertė. Langai paprastai vienam kvadratiniam metrui praranda gerokai daugiau šilumos nei izoliuotos sienos, todėl patalpa su dideliais langais praktiškai praras daugiau šilumos, nei rodo ši skaičiuoklė.

Kuo skiriasi U vertė ir R vertė?

Jos apibūdina tą pačią savybę, tik iš priešingų pusių. U vertė parodo, kaip greitai šiluma sklinda per medžiagą (mažesnė vertė yra geresnė), o R vertė parodo, kaip gerai medžiaga priešinasi šilumos srautui (didesnė vertė yra geresnė). Jas sieja lygtis R = 1/U.

Šaltiniai

1. ASHRAE. ASHRAE Handbook—Fundamentals. Amerikos šildymo, šaldymo ir oro kondicionavimo inžinierių draugija.
2. Chartered Institution of Building Services Engineers. CIBSE Guide A: Environmental Design. CIBSE.
3. JAV Energetikos departamentas. „Izoliacija.“ energy.gov/energysaver/insulation.
4. Pasyviojo namo institutas. „Pasyviojo namo reikalavimai.“ passivehouse.com.