Среден разход на газ за отопление на къща от 150 м²: пример за изчисления и преглед на топлотехническите формули

Финансирането на отоплителния сезон представлява значителна част от бюджета, изразходвана за поддръжка на жилището. Познавайки цената и средния разход на газ за отопление на къща 150 м², можете доста точно да определите разходите за отопление на помещенията. Тези изчисления лесно могат да се извършат самостоятелно, без заплащане на услугите на топлотехници.

Всичко за нормативите на газопотреблението и начините за изчисляване на разхода на синьо гориво ще научите от представената от нас статия. Ще ви разкажем колко енергия ще е необходима за компенсиране на топлинните загуби на къщата през отоплителния сезон. Ще ви подскажем кои формули трябва да използвате в изчисленията.

Отопление на крайградски къщи

При изчисляване на разхода на газ, който е необходим за отопление на къщата, най-сложната задача ще бъде изчисляването на топлинните загуби, които отоплителната система трябва да компенсира напълно по време на работа.

Комплексът от топлинни загуби зависи от климата, конструктивните особености на сградата, използваните материали и параметрите на работа на вентилационната система.

Изчисляване на компенсираното количество топлина

Отоплителната система на всяка сграда трябва да компенсира нейните топлинни загуби Q (W) през студения период. Те се дължат на две причини:

1. топлообмен през периметъра на къщата;
2. загуба на топлина в резултат на постъпване на студен въздух чрез вентилационната система.

Формално топлинните загуби през стената и покрива Q_тп могат да се изчислят по следната формула:

Q_тп = S * dT / R,

където:

• S – площ на повърхността (м²);
• dT – разлика в температурата между въздуха в помещението и навън (°С);
• R – показател за съпротивление на топлопреминаване на материалите (м² * °С / W).

Последният показател (който също така наричат “коефициент на термично съпротивление”) може да се вземе от таблиците, приложени към строителните материали или изделия.

От типа на стъклопакета значително зависи показателят на топлинните загуби на къщата. Високата цена на топлоизолираните прозорци ще бъде оправдана чрез икономия на гориво.

Пример. Нека външната стена на стаята има площ 12 м², от която 2 м² е заето от прозорец.

Показателите за съпротивление на топлопреминаване са следните:

• Газобетонни блокове D400: R = 3.5.
• Стъклопакет двукамерен с аргон “4М1 – 16Ar – 4М1 – 16Ar – 4I”: R = 0.75.

В този случай при стайна температура “+22°С”, а външна – “–30°С” топлинните загуби на външната стена на стаята ще бъдат:

• Q_тп (стена) = 10 * (22 – (– 30)) / 3.5 = 149 Вт:
• Q_тп (прозорец) = 2 * (22 – (– 30)) / 0.75 = 139 Вт:
• Q_тп = Q_тп (стена) + Q_тп (прозорец) = 288 Вт.

Такова изчисление дава правилен резултат при условие на липса на неконтролиран въздухообмен (инфилтрация).

Тя може да възниква в следните случаи:

• Наличието на дефекти в конструкцията, като неплътно прилягане на прозоречните рамки към стените или отлепване на изолационния материал. Те трябва да бъдат отстранени.
• Стареене на сградата, в резултат на което в зидарията се образуват отломки, пукнатини или кухини. В този случай е необходимо да се въвеждат корекционни коефициенти в показателя за съпротивление на топлопреминаване на материалите.

По същия начин е необходимо да се определят топлинните загуби през покрива, ако обектът се намира на последния етаж. През пода загуба на енергия, която е значителна, се получава само при наличие на неотопляемо проветриво подземно помещение, като например гараж. Към земята пък топлината практически не изтича.

За изчисляване на показателя за съпротивление на топлопреминаване на многослойни материали е необходимо да се сумират показателите на отделните слоеве. Обикновено за изчисления се вземат само най-слабо топлопроводните материали.

Нека разгледаме втората причина за топлинните загуби – вентилацията на сградата. Разходът на енергия за подгряване на входящия въздух (Q_в) може да се изчисли по формулата:

Q_в = L * q * c * dT, където:

• L – разход на въздух (м³ / ч);
• q – плътност на въздуха (кг / м³);
• c – специфичен топлинен капацитет на входящия въздух (кДж / кг *°С);
• dT – разлика в температурата между стайния и външния въздух (°С).

Специфичният топлинен капацитет на въздуха в интересуващия ни температурен диапазон [–50.. +30 °С] е равен на 1.01 кДж / кг *°С или в превод към нужната ни размерност: 0.28 Вт * ч / кг *°С. Плътността на въздуха зависи от температурата и налягането, но за изчисления може да се вземе стойност от 1.3 кг / м³.

Пример. За стая от 12 м² при същата температурна разлика, както в предишния пример, топлинните загуби поради работа на вентилацията ще бъдат:

Q_в = (12 * 3) * 1.3 * 0.28 * (22 – (– 30)) = 681 Вт.

Проектантите вземат разхода на въздух съгласно СНиП 41-01-2003 (в нашия пример 3 м³ / ч на 1 м² площ на жилищната стая), но тази стойност може да бъде значително намалена от собственика на сградата.

Общо общите топлинни загуби на моделната стая са:

Q = Q_тп + Q_в = 969 Вт.

За изчисляване на топлинните загуби за ден, седмица или месец е необходимо да се знае средната температура за тези периоди.

От горните формули се вижда, че изчисляването на обема на потребления газ както за кратък период от време, така и за целия студен сезон трябва да се извършва, като се вземе предвид климатът на района, където се намира отопляваният обект. Поради това добре доказалите се типови решения могат да се използват само за подобни природни условия.

За определяне на сходни климатични параметри може да се използват картите на средните месечни температури през зимния период. Те лесно могат да се намерят в интернет.

При сложна геометрия на къщата и разнообразие от използваните при нейното строителство и изолация материали, за изчисляване на необходимото количество топлина може да се използват услугите на специалисти.

Начини за минимизиране на топлинните загуби

Разходите за отопление на къщата представляват значителна част от разходите за нейната поддръжка. Ето защо е разумно да се извършат някои видове работи, насочени към намаляване на топлинните загуби чрез изолация на тавана, стените на къщата, топлоизолация на пода и съседни конструкции.

Прилагането на схеми за изолация отвън и отвътре на къщата позволява значително да се намали този показател. Особено това се отнася за стари сгради със силно износени стени и подове. Същите полистиролни плоскости позволяват не само да се намали или напълно да се избегне замръзването, но и свеждат до минимум инфилтрацията на въздух през защитаваното покритие.

Също така може да се постигне значителна икономия, ако не се свързват към отоплението летните площи на къщата, като веранди или мансарден етаж. В този случай ще настъпи значително намаляване на периметъра на отопляемата част на къщата.

Използването на мансардния етаж само през лятото значително спестява разходите за отопление на къщата през зимата. В този случай обаче таванът на горния етаж трябва да бъде добре изолиран.

Ако стриктно се следват нормите за вентилация на помещенията, които са предписани в СНиП 41-01-2003, то топлинните загуби от въздухообмена ще бъдат по-високи, отколкото от замръзване на стените и покрива на сградата. Тези правила са задължителни за проектантите и всякакви юридически лица, ако помещението се използва за производство или предоставяне на услуги. Живущите в къщата обаче могат по свое усмотрение да намалят посочените в документа стойности.

Освен това за загряване на постъпващия отвън студен въздух могат да се използват топлообменници, а не уреди, които консумират електричество или газ. Така обикновен пластинчат рекуператор може да спести повече от половината енергия, а по-сложно устройство с топлоносител – около 75%.

Изчисляване на необходимия обем газ

Горимият газ трябва да компенсира топлинните загуби. За целта, освен топлинните загуби на дома, е необходимо да се знае обемът на отделяната при горене енергия, която зависи от коефициента на полезно действие (КПД) на котела и топлотворността на сместа.

Правило за избор на котел

Изборът на нагревател трябва да се извършва, като се вземат предвид топлинните загуби на дома. Той трябва да е достатъчен за периода, когато се достига годишният минимум на температурите. В паспорта на подовия или стенния газов котел за това отговаря параметърът “номинална топлинна мощност”, който за битови уреди се измерва в kW.

Тъй като всяко съоръжение притежава топлинна инерция, за изчисляване на необходимата мощност на котела като минимална температура обикновено се взема показателят на най-студената петдневка. За конкретния район той може да се научи от организации, които се занимават със събиране и обработка на метеорологична информация, или от таблица 1 на СНиП 23-01-99 (колона №4).

Фрагмент от таблица 1 от СНиП 23-01-99. Чрез нея могат да се получат необходимите данни за климата на района, където се намира отопляваният обект.

Ако мощността на котела надвишава достатъчния за отоплението на помещението показател, това не води до увеличаване на потреблението на газ. В този случай периодът на престой на оборудването ще бъде по-дълъг.

Понякога има смисъл да се избере котел с малко по-малка мощност. Такива устройства могат да бъдат значително по-евтини както при покупка, така и при експлоатация. В този случай обаче е необходимо да има резервен източник на топлина (например калорифер в комплект с бензогенератор), който да може да се използва при силни студове.

Основният показател за ефективност и икономичност на котела е коефициентът на полезно действие. При съвременното битово оборудване той е в диапазона от 88 до 95%. КПД е записан в паспорта на устройството и се използва при изчисляване на потреблението на газ.

Формула за отделяне на топлина

За да се изчисли правилно разходът на природен или втечнен газ за отопление на къща с площ около 150 м², е необходимо да се научи още един показател – топлотворността (специфична топлина на изгаряне) на подаваното гориво. Според системата “SI” тя се измерва в J/kg за втечнен газ или в J/m³ за природен.

Газхолдерите (резервоари за съхранение на втечнен газ) се характеризират в литри. За да се разбере колко гориво в килограми ще влезе в тях, може да се използва съотношението 0.54 kg / 1 l.

Съществуват две стойности на този показател – долна топлотворност (H_l) и горна (H_h). Те зависят от влажността и температурата на горивото. При изчислението се взема показателят H_l – той трябва да се научи от доставчика на газ.

Ако няма такава информация, то при изчисленията могат да се приемат следните стойности:

• за природен газ H_l = 33.5 mJ / m³;
• за втечнен газ H_l = 45.2 mJ / kg.

Като се има предвид, че 1 mJ = 278 W * h, получаваме следните стойности на топлотворната способност:

• за природен газ H_l = 9.3 kW * h / m³;
• за втечнен газ H_l = 12.6 kW * h / kg.

Обемът на газа, консумиран за определен период от време V (m³ или kg), може да се изчисли по следната формула:

V = Q * E / (H_l * K), където:

• Q – топлинните загуби на сградата (kW);
• E – продължителността на отоплителния период (h);
• H_l – минималната топлотворна способност на газа (kW * h / m³);
• K – КПД на котела.

За втечнен газ размерността на H_l е kW * h / kg.

Пример за изчисление на потреблението на газ

За пример ще вземем типична сглобяема дървена двуетажна къща. Регион – Алтайски край, гр. Барнаул.

Размерът на къщата – 10 x 8.5 m. Ъгъл на наклон на двускатния покрив – 30°. Този проект се отличава с топъл мансарден етаж, относително голяма площ на остъкляване, липса на сутерен и изпъкнали части на къщата.

Стъпка 1. Нека изчислим основните параметри на къщата за изчисляване на топлинните загуби:

• Под. В случай на липса на проветриво мазе, загубите през пода и основата могат да бъдат пренебрегнати.
• Прозорци. Двокамерен стъклопакет “4М1 – 16Ar – 4М1 – 16Ar – 4I”: R_o = 0.75. Площ на остъкляване S_o = 40 m².
• Стени. Площта на надлъжната (странична) стена е 10 * 3.5 = 35 m². Площта на напречната (фасадна) стена е 8.5 * 3.5 + 8.5² * tg(30) / 4 = 40 m². По този начин общата площ на периметъра на сградата е 150 m², а като се вземе предвид остъкляването, търсената стойност S_s = 150 – 40 = 110 m².
• Стени. Основните топлоизолационни материали са слепен ламиниран дървен материал с дебелина 200 mm (R_b = 1.27) и базалтова изолация с дебелина 150 mm (R_u = 3.95). Общият показател за съпротивление на топлопреминаване за стената R_s = R_b + R_u = 5.22.
• Покрив. Изолацията напълно следва формата на покрива. Площта на покрива без надвеси S_k = 10 * 8.5 / cos (30) = 98 m².
• Покрив. Основните топлоизолационни материали са облицовка с дебелина 12.5 mm (R_v = 0.07) и базалтова изолация с дебелина 200 mm (R_u = 5.27). Общият показател за съпротивление на топлопреминаване за покрива R_k = R_v + R_u = 5.34.
• Вентилация. Нека консумацията на въздух да се изчисли не според площта на къщата, а като се вземат предвид изискванията за осигуряване на най-малко 30 m³ на човек на час. Тъй като във вилата постоянно живеят 4 души, то L = 30 * 4 = 120 m³ / h.

Стъпка 2. Ще изчислим необходимата мощност на котела. Ако оборудването вече е закупено, този етап може да се пропусне.

За нашите изчисления е необходимо да знаем само два показателя на газовия котел: КПД и номинална мощност. Те трябва да бъдат записани в паспорта на устройството

Температурата на най-студената петдневка е “–41 °C”. Приемаме комфортна температура от “+24 °C”. Така средната температурна разлика за този период ще бъде dT = 65 °C.

Изчисляваме топлинните загуби:

• през прозорците: Q_o = S_o * dT / R_o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 W;
• през стените: Q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 W;
• през покрива: Q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 W;
• поради вентилация: Q_v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 W.

Общите топлинни загуби на цялата къща през периода на студената петдневка ще бъдат:

Q = Q_o + Q_s + Q_k + Q_v = 3467 + 1370 + 1199 + 2839 = 8875 W.

Така за тази моделна къща може да се избере газов котел с параметър максимална топлинна мощност, равна на 10-12 kW. Ако газът се използва и за осигуряване на топла вода, тогава ще трябва да се вземе по-производително устройство.

Стъпка 3. Ще изчислим продължителността на отоплителния период и средните топлинни загуби.

Под студеното време на годината, когато е необходимо отопление, се разбира сезон със среднодневни температури под 8-10 °C. Ето защо за изчисленията могат да се вземат или колони № 11-12, или колони № 13-14 от таблица 1 на SNiP 23-01-99.

Този избор остава на собствениците на вилата. При това няма да има съществена разлика в годишното потребление на гориво. В нашия случай ще се спрем на периода с температура под “+10 °C”. Продължителността на този период е 235 дни или E = 5640 часа.

При централизирано отопление включването и изключването на подаването на топлоносителя се извършва според установените нормативи. Едно от предимствата на частния дом е стартирането на режима на отопление по желание на обитателите

Топлинните загуби на къщата за средната температура за този период се изчисляват както в стъпка 2, като единствено параметърът dT = 24 – (– 6.7) = 30.7 °C. След извършване на изчисленията ще получим Q = 4192 W.

Стъпка 4. Ще изчислим обема на консумирания газ.

Нека КПД на котела K = 0.92. Тогава обемът на консумирания газ (при осреднени показатели на минималната топлина на изгаряне на газовата смес) за студения период от време ще бъде:

• за природен газ: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0.92) = 2763 м³;
• за втечнен газ: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0.92) = 2040 кг.

Като знаете цените на газа, можете да изчислите и финансовите разходи за отопление.

Изводи и полезно видео по темата

Намаляване на разхода на газ чрез отстраняване на грешките, свързани с изолацията на къщата. Реален пример:

Разход на газ при известна топлинна мощност:

Всички изчисления на топлинните загуби могат да се извършат самостоятелно само когато са известни топлоспестяващите свойства на материалите, от които е построена къщата. Ако сградата е стара, то на първо място е необходимо да се провери за замръзване и да се отстранят установените проблеми.

След това по представените в статията формули може да се изпълни изчисление на разхода на газ с висока точност.

Оставяйте, моля, коментари в намиращия се по-долу блок за обратна връзка. Публикувайте снимки по темата на статията, задавайте въпроси по интересните моменти. Споделяйте полезна информация, която може да бъде полезна на посетителите на нашия сайт.