Калькулятор тепловтрат - Розрахунок систем опалення та порівняння ізоляції

Калькулятор тепловтрат

Калькулятор тепловтрат оцінює, як швидко тепло виходить із приміщення, у ватах. Він використовує розмір приміщення, якість його теплоізоляції та різницю температур усередині й назовні. Результат приблизно показує, яка теплова потужність потрібна приміщенню, щоб залишатися теплим.

Тепло завжди переміщується від теплих ділянок до холодних. Узимку тепло переходить від опалюваного приміщення через стіни, дах і підлогу до холоднішого зовнішнього повітря. Опалювальна система має компенсувати ці тепловтрати, щоб підтримувати сталу температуру в приміщенні. Знання кількості втрачених ватів допомагає вибрати обігрівач або радіатор належного розміру й оцінити, чи виправдані витрати на додаткову теплоізоляцію.

Формула тепловтрат

Калькулятор використовує стандартну формулу будівельної фізики:

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

• Q — потужність тепловтрат у ватах (Вт).
• U — коефіцієнт теплопередачі, або теплопроникність, у ватах на квадратний метр і кельвін (вати на квадратний метр і кельвін). Нижче значення U означає кращу теплоізоляцію.
• A — загальна площа поверхні, через яку виходить тепло, у квадратних метрах.
• ΔT — різниця температур усередині й назовні, у градусах Цельсія або кельвінах.

Формула перемножує три величини: наскільки легко тепло проходить крізь будівельний матеріал, якою є площа поверхні для проходження тепла та наскільки великою є різниця температур. Більша різниця або більша площа збільшують тепловтрати. Те саме стосується вищого значення U.

Значення U, використані в калькуляторі

Калькулятор пропонує чотири фіксовані рівні теплоізоляції, кожен із типовим значенням U:

Це приблизні середні значення для всього приміщення, а не для окремого матеріалу. Реальні стіна, вікно й дах мають власні значення U, причому вікна зазвичай пропускають набагато більше тепла, ніж утеплені стіни.

Площа поверхні

Калькулятор підсумовує площу всіх шести поверхонь прямокутного приміщення: чотирьох стін, стелі та підлоги.

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

L, W і H — це довжина, ширина та висота приміщення в метрах. Цей метод розглядає кожну поверхню так, ніби вона виходить назовні. У реальному будинку стіни, спільні з опалюваним сусіднім приміщенням, втрачають мало тепла або не втрачають його зовсім, тому оцінка для всього будинку, виконана таким способом, зазвичай буде дещо завищеною.

Різниця температур

ΔT — це просто температура всередині мінус температура назовні. Для повсякденної оцінки комфорту часто використовують найнижчу температуру, яку очікують цього дня. Натомість інженери під час розрахунку постійної опалювальної системи використовують «розрахункову температуру» для певної місцевості — стандартний показник холодної погоди, опублікований такими організаціями, як ASHRAE, — а не найнижчу температуру, коли-небудь зафіксовану там.

Як користуватися калькулятором тепловтрат

1. Виміряйте приміщення. Введіть внутрішні довжину, ширину та висоту в метрах.
2. Виберіть рівень теплоізоляції. Виберіть низький, середній, добрий або відмінний рівень з огляду на вік і конструкцію будівлі. Якщо ви не впевнені, безпечніше вибрати гірший рівень, оскільки це запобігає вибору обігрівача недостатньої потужності.
3. Задайте температури. Введіть внутрішню температуру, яку потрібно підтримувати, і зовнішню температуру, на яку слід розраховувати.
4. Перегляньте результат. Калькулятор показує загальну площу поверхні, використане значення U, різницю температур, загальні тепловтрати у ватах і оцінку серйозності.

Як працює оцінка інтенсивності

Оцінка інтенсивності не враховує лише абсолютне значення потужності у ватах, оскільки велике приміщення природно втрачає більше ватів, ніж мале, навіть за однакової теплоізоляції. Натомість калькулятор ділить тепловтрати на об’єм приміщення, отримуючи значення у ватах на кубічний метр, і порівнює його з чотирма діапазонами:

Невелике приміщення з поганою теплоізоляцією може отримати оцінку «значна» навіть за помірних загальних тепловтрат, тоді як великий, добре утеплений зал може отримати оцінку «низька», попри більший загальний показник. Ділення на об’єм робить оцінку порівнюваною для приміщень різного розміру.

Приклад обчислення

Розглянемо приміщення завдовжки 5 м, завширшки 4 м і заввишки 2,5 м із середньою теплоізоляцією (U = 1,0 Вт на квадратний метр і кельвін), нагріте до 21 °C, коли надворі 0 °C.

1. Площа поверхні: 2 × (5 × 4 + 5 × 2,5 + 4 × 2,5) = 2 × (20 + 12,5 + 10) = 2 × 42,5 = 85 м²
2. Різниця температур: 21 − 0 = 21 °C
3. Тепловтрати: 1,0 × 85 × 21 = 1 785 Вт
4. Об’єм приміщення: 5 × 4 × 2,5 = 50 м³
5. Тепловтрати на одиницю об’єму: 1 785 ÷ 50 = 35,7 Вт на кубічний метр, що відповідає діапазону від 30 до 50, тому калькулятор оцінює рівень тепловтрат у цьому приміщенні як високий.

Те саме приміщення за тих самих температур показує, наскільки теплоізоляція змінює результат:

За сталої площі та різниці температур тепловтрати прямо пропорційні значенню U, але саме значення U зменшується не на однакову частку на кожному етапі. Перехід від низької до середньої теплоізоляції вдвічі зменшує значення U (від 2,0 до 1,0), тому тепловтрати також точно зменшуються вдвічі — від 3 570 Вт до 1 785 Вт. Перехід від середньої до відмінної теплоізоляції зменшує значення U до чверті (від 1,0 до 0,25), тому тепловтрати також зменшуються до чверті — від 1 785 Вт до 446 Вт, а не лише вдвічі.

Обмеження

Ця формула дає оцінку усталеного режиму, корисну для порівнянь і приблизного підбору потужності, але не враховує кілька реальних чинників:

• Інфільтрація повітря. Протяги навколо дверей, вікон і щілин можуть становити значну частину фактичних тепловтрат будівлі. Формула їх не враховує.
• Теплові містки. Стійки, балки та інші елементи каркаса проводять тепло швидше, ніж навколишня теплоізоляція.
• Вікна й двері. Калькулятор застосовує одне значення U до всього приміщення, але скло зазвичай втрачає тепло в кілька разів швидше, ніж утеплена стіна.
• Сонячні надходження. Сонячне світло, що проходить через вікна, може частково компенсувати тепловтрати протягом дня.
• Спільні внутрішні стіни. Стіни між двома опалюваними приміщеннями втрачають мало тепла, але формула враховує їх так, ніби вони виходять назовні.

Для сертифікованого проєктування опалювальної системи кваліфікований монтажник або енергоаудитор має врахувати ці чинники за допомогою вимірювань на місці.

Поширені запитання

Що таке калькулятор тепловтрат?

Це інструмент, який оцінює, скільки ватів тепла приміщення втрачає назовні, з огляду на його розмір, теплоізоляцію та різницю температур усередині й назовні. Результат приблизно показує, яка теплова потужність потрібна приміщенню.

Яку формулу він використовує?

Q = U × A × ΔT, де Q — тепловтрати у ватах, U — коефіцієнт теплопередачі будівельних матеріалів у ватах на квадратний метр і кельвін, A — загальна площа поверхні у квадратних метрах, а ΔT — різниця температур у градусах.

Як обчислюється оцінка інтенсивності?

Калькулятор ділить загальні тепловтрати на об’єм приміщення, щоб отримати значення у ватах на кубічний метр, а потім оцінює його як низьке (менше ніж 15 Вт на кубічний метр), помірне (від 15 до 30), високе (від 30 до 50) або дуже високе (50 або більше). Кожен діапазон починається з нижнього числа й закінчується безпосередньо перед наступним. Це запобігає несправедливому завищенню оцінки для великих приміщень через їхній розмір.

Яке значення U вибрати?

Виберіть «низьке» (2,0) для старих будівель без теплоізоляції; «середнє» (1,0) для стандартних будинків, зведених із 1980-х до 2000-х років; «добре» (0,5) для сучасних, добре утеплених будинків; а «відмінне» (0,25) — лише для будівель пасивного стандарту. Якщо ви не впевнені, вибір гіршого рівня запобігає вибору обігрівача недостатньої потужності.

Чи враховує калькулятор вікна окремо?

Ні. Він застосовує одне значення U до всього приміщення. Вікна зазвичай втрачають на квадратний метр набагато більше тепла, ніж утеплені стіни, тому приміщення з великими вікнами на практиці втрачатиме більше тепла, ніж показує цей калькулятор.

У чому різниця між значеннями U та R?

Вони описують ту саму властивість із протилежних боків. Значення U показує, наскільки швидко тепло проходить крізь матеріал (менше — краще), а значення R — наскільки добре матеріал чинить опір тепловому потоку (більше — краще). Вони пов’язані співвідношенням R = 1/U.

Джерела

1. ASHRAE. Довідник ASHRAE — Основи. Американське товариство інженерів з опалення, холодильного обладнання та кондиціювання повітря.
2. Чартерний інститут інженерів будівельних систем. Посібник CIBSE A: Проєктування мікроклімату. CIBSE.
3. Міністерство енергетики США. «Теплоізоляція». energy.gov/energysaver/insulation.
4. Інститут пасивного будинку. «Вимоги до пасивних будинків». passivehouse.com.