Калькулятор потери тепла - Размер отопительных систем и сравнение изоляции

Калькулятор теплопотерь

Калькулятор теплопотерь оценивает теплопотери помещения, выраженные в ваттах. Он использует размеры помещения, качество его теплоизоляции и разницу температур внутри и снаружи. Результат примерно показывает, какая тепловая мощность нужна помещению для поддержания тепла.

Тепло всегда перемещается от тёплых областей к холодным. Зимой тепло уходит из отапливаемого помещения через стены, крышу и пол в более холодный наружный воздух. Система отопления должна восполнять эти потери, чтобы поддерживать постоянную температуру. Знание количества теряемых ватт помогает выбрать обогреватель или радиатор подходящего размера и оценить, оправданы ли затраты на дополнительную теплоизоляцию.

Формула теплопотерь

Калькулятор использует стандартную формулу строительной физики:

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

• Q — мощность теплопотерь в ваттах (Вт).
• U — коэффициент теплопередачи, или U-значение, в ваттах на квадратный метр на кельвин (Вт/(м²·К)). Чем ниже значение U, тем лучше теплоизоляция.
• A — общая площадь поверхности, через которую уходит тепло, в квадратных метрах (м²).
• ΔT — разница температур внутри и снаружи, в градусах Цельсия или кельвинах.

Формула перемножает три величины: насколько легко тепло проходит через строительный материал, какова площадь поверхности, через которую проходит тепло, и насколько велика разница температур. Большая разница или большая площадь увеличивают теплопотери. То же происходит при более высоком значении U.

Значения U, используемые в калькуляторе

Калькулятор предлагает четыре фиксированных уровня теплоизоляции, каждому из которых соответствует типичное значение U:

Это приблизительные средние значения для всего помещения, а не для отдельного материала. У реальных стен, окон и крыши есть собственные значения U, причём окна обычно пропускают значительно больше тепла, чем утеплённые стены.

Площадь поверхности

Калькулятор складывает площади всех шести поверхностей прямоугольного помещения: четырёх стен, потолка и пола.

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

L, W и H — длина, ширина и высота помещения в метрах. Этот метод рассматривает каждую поверхность как обращённую наружу. В настоящем доме стены, общие с отапливаемым соседним помещением, теряют мало тепла или не теряют его вовсе, поэтому оценка для всего дома, выполненная таким способом, обычно немного завышена.

Разница температур

ΔT — это просто температура внутри помещения минус температура снаружи. Для обычной проверки комфортности часто используют самую низкую температуру, которую ожидают в этот день. Инженеры, рассчитывающие постоянную систему отопления, вместо самой низкой когда-либо зарегистрированной температуры используют «расчётную температуру» для данного местоположения — стандартное значение для холодной погоды, публикуемое такими организациями, как ASHRAE.

Как пользоваться калькулятором теплопотерь

1. Измерьте помещение. Введите внутренние длину, ширину и высоту в метрах.
2. Выберите уровень теплоизоляции. Выберите плохой, средний, хороший или отличный уровень с учётом возраста и конструкции здания. Если вы не уверены, безопаснее выбрать более низкий уровень, поскольку это позволяет избежать выбора слишком маломощного обогревателя.
3. Задайте температуры. Введите поддерживаемую температуру внутри и наружную температуру, на которую следует рассчитывать.
4. Прочитайте результат. Калькулятор показывает общую площадь поверхности, использованное значение U, разницу температур, общие теплопотери в ваттах и оценку степени теплопотерь.

Как работает оценка интенсивности теплопотерь

Оценка интенсивности не основывается только на абсолютном значении мощности в ваттах, поскольку большое помещение естественным образом теряет больше ватт, чем маленькое, даже при одинаковой теплоизоляции. Вместо этого калькулятор делит теплопотери на объём помещения, получая значение в ваттах на кубический метр (Вт на метр в кубе), и сравнивает его с четырьмя диапазонами:

Небольшое плохо изолированное помещение может получить оценку «тяжёлую» даже при умеренной общей мощности в ваттах, тогда как большой хорошо изолированный зал может получить оценку «низкая», несмотря на большее общее значение. Деление на объём делает оценку сопоставимой для помещений разного размера.

Пример расчёта

Рассмотрим помещение длиной 5 м, шириной 4 м и высотой 2,5 м со средней теплоизоляцией (U = 1,0 W/м на квадратный метр·К), отапливаемое до 21 °C при наружной температуре 0 °C.

1. Площадь поверхности: 2 × (5 × 4 + 5 × 2,5 + 4 × 2,5) = 2 × (20 + 12,5 + 10) = 2 × 42,5 = 85 m²
2. Разница температур: 21 − 0 = 21 °C
3. Теплопотери: 1,0 × 85 × 21 = 1 785 W
4. Объём помещения: 5 × 4 × 2,5 = 50 m³
5. Теплопотери на единицу объёма: 1 785 ÷ 50 = 35,7 W на кубический метр; это значение попадает в диапазон от 30 до 50, поэтому калькулятор оценивает теплопотери помещения как высокие.

То же помещение при тех же температурах показывает, насколько теплоизоляция изменяет результат:

При неизменных площади и разнице температур теплопотери прямо пропорциональны значению U, но значение U уменьшается не на одинаковую долю на каждом уровне. Переход от плохой к средней теплоизоляции вдвое снижает значение U (с 2,0 до 1,0), что ровно вдвое уменьшает теплопотери — с 3 570 W до 1 785 W. Однако переход от средней к отличной теплоизоляции снижает значение U до одной четверти (с 1,0 до 0,25), поэтому теплопотери также снижаются до четверти — с 1 785 W до 446 W, а не просто вдвое.

Ограничения

Эта формула даёт оценку установившегося режима, полезную для сравнений и приблизительного подбора мощности, но не учитывает несколько факторов реальных условий:

• Утечки воздуха. Сквозняки вокруг дверей, окон и щелей могут составлять значительную долю фактических теплопотерь здания. Формула их не учитывает.
• Тепловые мосты. Стойки, балки и другие элементы каркаса проводят тепло быстрее, чем окружающая их теплоизоляция.
• Окна и двери. Калькулятор применяет одно значение U ко всему помещению, но стекло обычно теряет тепло в несколько раз быстрее, чем утеплённая стена.
• Солнечные теплопоступления. Солнечный свет, проникающий через окна, может компенсировать часть теплопотерь днём.
• Общие внутренние стены. Стены между двумя отапливаемыми помещениями теряют мало тепла, но формула считает их обращёнными наружу.

Для сертифицированного проектирования системы отопления квалифицированный монтажник или специалист по оценке энергоэффективности должен учесть эти факторы на основе измерений на объекте.

Часто задаваемые вопросы

Что такое калькулятор теплопотерь?

Это инструмент, который оценивает, сколько ватт тепла помещение теряет наружу, исходя из его размеров, теплоизоляции и разницы температур внутри и снаружи. Результат примерно показывает, какая тепловая мощность нужна помещению.

Какую формулу он использует?

Q = U × A × ΔT, где Q — теплопотери в ваттах, U — коэффициент теплопередачи строительных материалов в ваттах на квадратный метр и кельвин, A — общая площадь поверхности в квадратных метрах, а ΔT — разница температур в градусах.

Как рассчитывается оценка интенсивности теплопотерь?

Калькулятор делит общие теплопотери на объём помещения, чтобы получить значение в ваттах на кубический метр, а затем классифицирует показатель как низкий (менее 15 W/m³), умеренный (от 15 до 30), высокий (от 30 до 50) или очень высокий (50 и более). Каждый диапазон начинается с нижнего значения и заканчивается непосредственно перед следующим. Это позволяет избежать несправедливого снижения оценки больших помещений из-за их размера.

Какое значение U выбрать?

Выберите уровень «плохой» (2,0) для старых зданий без теплоизоляции; «средний» (1,0) — для стандартных домов, построенных с 1980-х по 2000-е годы; «хороший» (0,5) — для современных хорошо изолированных домов; а «отличный» (0,25) — только для зданий, построенных по стандартам пассивного дома. Если вы не уверены, выбор более низкого уровня позволяет избежать выбора слишком маломощного обогревателя.

Учитывает ли калькулятор окна отдельно?

Нет. Он применяет одно значение U ко всему помещению. Окна обычно теряют значительно больше тепла на квадратный метр, чем утеплённые стены, поэтому помещение с большими окнами на практике теряет больше тепла, чем показывает этот калькулятор.

В чём разница между значениями U и R?

Они описывают одно и то же свойство с противоположных сторон. Значение U показывает, насколько быстро тепло проходит через материал (чем ниже, тем лучше), а значение R — насколько хорошо материал сопротивляется тепловому потоку (чем выше, тем лучше). Они связаны соотношением R = 1/U.

Источники

1. ASHRAE. Справочник ASHRAE — Основы. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха.
2. Чартерный институт инженеров по строительным услугам. Руководство CIBSE A: Проектирование среды. CIBSE.
3. Министерство энергетики США. «Теплоизоляция». energy.gov/energysaver/insulation.
4. Институт пассивного дома. «Требования к пассивному дому». passivehouse.com.