Калкулатор губитка топлоте - Димензионисање система грејања и поређење изолације

Калкулатор топлотних губитака

Калкулатор топлотних губитака процењује колико брзо топлота напушта просторију, у ватима. Користи величину просторије, квалитет њене изолације и температурну разлику између унутрашњости и спољашњости. Резултат приближно показује колика је снага грејања потребна да просторија остане топла.

Топлота увек прелази са топлијих подручја на хладнија. Зими топлота прелази из загрејане просторије кроз зидове, кров и под у хладнији спољашњи ваздух. Систем грејања мора да надокнади изгубљену топлоту како би просторија одржала сталну температуру. Познавање броја изгубљених вати помаже при избору грејалице или радијатора одговарајуће величине и при процени да ли се додатна изолација исплати.

Формула за губитак топлоте

Калкулатор користи стандардну формулу из физике зграда:

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

• Q је брзина губитка топлоте, изражена у ватима (W).
• U је U-вредност, односно коефицијент пролаза топлоте, изражен у ватима по квадратном метру и келвину (W/m²K). Мања U-вредност значи бољу изолацију.
• A је укупна површина кроз коју топлота излази, изражена у квадратним метрима (m²).
• ΔT је температурна разлика између унутрашњости и спољашњости, изражена у степенима Целзијуса или келвинима.

Формула множи три величине: колико лако топлота пролази кроз грађевински материјал, колика је површина кроз коју топлота пролази и колика је температурна разлика. Већа разлика или већа површина повећавају губитак топлоте. То важи и за већу U-вредност.

U-вредности које се користе у калкулатору

Калкулатор нуди четири унапред дефинисана нивоа изолације, од којих је сваки повезан са типичном U-вредношћу:

То су приближни просеци за целу просторију, а не за један материјал. Стварни зид, прозор и кров имају сваки своју U-вредност, а прозори обично пропуштају знатно више топлоте него изоловани зидови.

Површина

Калкулатор сабира површине свих шест површина правоугаоне просторије: четири зида, плафона и пода.

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

L, W и H су дужина, ширина и висина просторије у метрима. Овај метод третира сваку површину као да је окренута ка спољашњости. У стварној кући, зидови који се деле са загрејаном суседном просторијом губе мало или нимало топлоте, па процена за целу кућу направљена на овај начин обично буде нешто већа.

Температурна разлика

ΔT је једноставно разлика између унутрашње и спољашње температуре. За свакодневну проверу топлотног комфора често се користи најнижа температура за коју се очекује да ће се тог дана осетити. Инжењери који димензионишу трајни систем грејања уместо тога користе „пројектну температуру“ за одређену локацију, стандардну вредност за хладно време коју објављују организације као што је ASHRAE, а не најнижу температуру икада забележену на том месту.

Како се користи калкулатор топлотних губитака

1. Измерите просторију. Унесите унутрашњу дужину, ширину и висину у метрима.
2. Изаберите ниво изолације. На основу старости и конструкције зграде изаберите лошу, просечну, добру или одличну изолацију. Ако нисте сигурни, безбедније је изабрати лошији ниво, јер се тако избегава избор грејалице недовољне снаге.
3. Подесите температуре. Унесите унутрашњу температуру коју треба одржавати и спољашњу температуру за коју треба планирати систем.
4. Прочитајте резултат. Калкулатор приказује укупну површину, коришћену U-вредност, температурну разлику, укупни губитак топлоте у ватима и оцену изражености губитка.

Како функционише оцена изражености губитка

Оцена изражености не узима у обзир само сирову вредност у ватима, јер већа просторија природно губи више вати од мање, чак и када имају исту изолацију. Уместо тога, калкулатор дели губитак топлоте запремином просторије, чиме добија вредност у ватима по кубном метру (W/m³), и упоређује је са четири опсега:

Мала, лоше изолована просторија може добити оцену „велики“ губитак чак и са умереним укупним бројем вати, док велика, добро изолована сала може добити оцену „мали“ губитак упркос већој укупној вредности. Дељење запремином чини оцену упоредивом између просторија различитих величина.

Решени пример

Посматрајмо просторију дужине 5 m, ширине 4 m и висине 2,5 m, са просечном изолацијом (U = 1,0 W/m²K), загрејану на 21 °C док је напољу 0 °C.

1. Површина: 2 × (5 × 4 + 5 × 2,5 + 4 × 2,5) = 2 × (20 + 12,5 + 10) = 2 × 42,5 = 85 m²
2. Разлика у температури: 21 − 0 = 21 °C
3. Губитак топлоте: 1,0 × 85 × 21 = 1.785 W
4. Запремина просторије: 5 × 4 × 2,5 = 50 m³
5. Губитак топлоте по запремини: 1.785 ÷ 50 = 35,7 W/m³, што спада у опсег од 30 до 50, па калкулатор ову просторију оцењује као велик губитак.

Иста просторија, са истим температурама, показује колико изолација мења резултат:

Губитак топлоте се сразмерно мења са U-вредношћу када површина и температурна разлика остају непромењене, али се U-вредност не смањује за исти проценат при сваком преласку на виши ниво. Прелазак са лоше на просечну изолацију преполовљује U-вредност (2,0 на 1,0), што тачно преполовљује губитак топлоте, са 3.570 W на 1.785 W. Прелазак са просечне на одличну изолацију, међутим, смањује U-вредност на четвртину (1,0 на 0,25), па се и губитак топлоте смањује на четвртину, са 1.785 W на 446 W, а не само за половину.

Ограничења

Ова формула даје процену стационарног стања, корисну за поређења и грубо димензионисање, али изоставља неколико стварних утицаја:

• Продор ваздуха. Струјање ваздуха око врата, прозора и кроз отворе може чинити велики део стварног губитка топлоте у згради. Формула то не укључује.
• Топлотни мостови. Стубови, греде и други елементи конструкције проводе топлоту брже од изолације око њих.
• Прозори и врата. Калкулатор примењује једну U-вредност на целу просторију, али стакло обично губи топлоту неколико пута брже од изолованог зида.
• Соларни добици. Сунчева светлост која пролази кроз прозоре може током дана надокнадити део губитка топлоте.
• Унутрашњи зидови који се деле са другим просторијама. Зидови између две загрејане просторије губе мало топлоте, али их формула рачуна као да су окренути ка спољашњости.

За израду сертификованог пројекта система грејања, квалификовани инсталатер или енергетски проценитељ треба да узме у обзир ове факторе мерењима на лицу места.

Најчешће постављана питања

Шта је калкулатор топлотних губитака?

То је алат који процењује колико вати топлоте просторија губи према спољашњости, на основу њене величине, изолације и температурне разлике између унутрашњости и спољашњости. Резултат приближно показује колика је снага грејања потребна просторији.

Коју формулу користи?

Q = U × A × ΔT, при чему је Q губитак топлоте у ватима, U је U-вредност грађевинских материјала у W/m²K, A је укупна површина у квадратним метрима, а ΔT је температурна разлика у степенима.

Како се израчунава оцена изражености губитка?

Калкулатор дели укупни губитак топлоте запремином просторије да би добио број вати по кубном метру, а затим га оцењује као мали (испод 15 W/m³), умерен (од 15 до 30), висок (од 30 до 50) или веома висок (50 или више). Сваки опсег почиње од своје доње вредности и завршава се непосредно испод следеће. Тако се избегава неправедно кажњавање великих просторија због њихове величине.

Коју U-вредност треба изабрати?

Изаберите ниво „лош“ (2,0) за старије, неизоловане зграде; „просечан“ (1,0) за стандардне куће изграђене од 1980-их до 2000-их; „добар“ (0,5) за савремене, добро изоловане куће; и „одличан“ (0,25) само за зграде изграђене према стандардима пасивних кућа. Ако нисте сигурни, избор лошијег нивоа спречава избор грејалице недовољне снаге.

Да ли калкулатор посебно узима у обзир прозоре?

Не. Он примењује једну U-вредност на целу просторију. Прозори обично губе знатно више топлоте по квадратном метру него изоловани зидови, па ће просторија са великим прозорима у пракси губити више топлоте него што овај калкулатор показује.

Која је разлика између U-вредности и R-вредности?

Они описују исто својство из супротних смерова. U-вредност мери колико брзо топлота пролази кроз материјал (мања је боља), док R-вредност мери колико се материјал опире протоку топлоте (већа је боља). Повезане су формулом R = 1/U.

Литература

1. ASHRAE. ASHRAE Handbook—Fundamentals. Америчко друштво инжењера за грејање, хлађење и климатизацију.
2. Институт овлашћених инжењера грађевинских услуга. Водич CIBSE A: Пројектовање животне средине. CIBSE.
3. Министарство енергетике САД. „Изолација“. energy.gov/energysaver/insulation.
4. Passive House Institute. „Захтеви за пасивне куће.“ passivehouse.com.