Владельцы средних и больших коттеджей должны планировать затраты на содержание жилья. Поэтому часто возникает задача вычислить расход газа на отопление дома 200 м 2 или большей площади. Оригинальная архитектура обычно не позволяет воспользоваться методом аналогий и найти уже готовые расчеты.
Тем не менее, нет необходимости платить деньги за решение этой задачи. Все вычисления можно сделать самостоятельно. Для этого понадобятся знания некоторых нормативных актов, а также понимание физики и геометрии на школьном уровне.
Мы поможем разобраться в этом насущном для домашнего экономиста вопросе. Подскажем, по каким формулам производятся вычисления, какие характеристики нужно знать для получения результата. В представленной нами статье приведены примеры, на основании которых проще будет сделать собственный расчет.
Для того чтобы определить количество энергии, которую теряет дом, необходимо знать климатические особенности местности, теплопроводность материалов и нормы вентиляции. А чтобы рассчитать нужный объем газа достаточно знать его теплотворность. Самое главное в этой работе – внимательность к деталям.
Отопление здания должно компенсировать потери тепла, которые происходят по двум основным причинам: утечки тепла по периметру дома и приток холодного воздуха через систему вентиляции. Оба эти процесса описываются математическими формулами, по которым можно самостоятельно провести расчеты.
Теплопроводность и термическое сопротивление материала
Любой материал может проводить тепло. Интенсивность его передачи выражается посредством коэффициента теплопроводности λ (Вт / (м × °C)). Чем он ниже, тем лучше защищено зимой строение от промерзания.
От теплопроводности материала, из которого будет построен дом, зависят расходы на отопление. Особенно это важно для “холодных” регионов страны
Однако строения могут быть сложены или утеплены материалом различной толщины. Поэтому при практических расчетах используют коэффициент сопротивления теплопередаче:
R (м 2 × °С / Вт)
Он связан с теплопроводностью следующей формулой:
R = h / λ,
где h – толщина материала (м).
Пример. Определим коэффициент сопротивления теплопередаче разных по ширине газобетонных блоков марки D700 при λ = 0.16:
- ширина 300 мм: R = 0.3 / 0.16 = 1.88;
- ширина 400 мм: R = 0.4 / 0.16 = 2.50.
Для и оконных блоков может быть приведен как коэффициент теплопроводности, так и коэффициент сопротивления теплопередаче.
Если ограждающая конструкция состоит из нескольких материалов, то при определении коэффициента сопротивления теплопередаче всего “пирога” суммируют коэффициенты отдельных его слоев.
Пример. Стена построена из газобетонных блоков (λ b = 0.16), толщиной 300 мм. Снаружи она утеплена (λ p = 0.03) толщиной 50 мм, а изнутри обшита вагонкой (λ v = 0.18), толщиной 20 мм.
Существуют таблицы для различных регионов, в которых прописаны минимальные значения суммарного коэффициента теплопередачи для периметра дома. Они носят рекомендательный характер
R = 0.3 / 0.16 + 0.05 / 0.03 + 0.02 / 0.18 = 1.88 + 1.66 + 0.11 = 3.65.
Вкладом слоев, которые малозначимы по параметру “теплосбережение”, можно пренебречь.
Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции
Теплопотери Q (Вт) через однородную поверхность можно рассчитать следующим образом:
Q = S × dT / R,
- S – площадь рассматриваемой поверхности (м 2);
- dT – разница температуры между воздухом внутри и снаружи помещения (°С);
- R – коэффициент сопротивления теплопередаче поверхности (м 2 * °С / Вт).
Для определения суммарного показателя всех теплопотерь выполняют следующие действия:
- выделяют участки, которые однородны по коэффициенту сопротивления теплопередаче;
- высчитывают их площади;
- определяют показатели термического сопротивления;
- проводят расчет теплопотерь для каждого из участков;
- суммируют полученные значения.
Пример. Угловая комната 3 × 4 метра на верхнем этаже с холодным чердачным помещением. Чистовая высота потолка – 2.7 метра. Есть 2 окна, размерами 1 × 1.5 м.
Найдем теплопотери через периметр при температуре воздуха внутри “+25 °С “, а снаружи – “–15 °С”:
- Выделим однородные по коэффициенту сопротивления участки: потолок, стена, окна.
- Площадь потолка S п = 3 × 4 = 12 м 2 . Площадь окон S о = 2 × (1 × 1.5) = 3 м 2 . Площадь стен S с = (3 + 4) × 2.7 – S о = 29.4 м 2 .
- Коэффициент термического сопротивления потолка слагается из показателя перекрытия (доска толщиной 0.025 м), утеплителя (плиты минваты толщиной 0.10 м) и деревянного пола чердака (дерево и фанера с общей толщиной 0.05 м): R п = 0.025 / 0.18 + 0.1 / 0.037 + 0.05 / 0.18 = 3.12. Для окон значение берут из паспорта двухкамерного стеклопакета: R о = 0.50. Для стены, сложенной как в предыдущем примере: R с = 3.65.
- Q п = 12 × 40 / 3.12 = 154 Вт. Q о = 3 × 40 / 0.50 = 240 Вт. Q с = 29.4 × 40 / 3.65 = 322 Вт.
- Общие теплопотери модельной комнаты через ограждающие конструкции Q = Q п + Q о + Q с = 716 Вт.
Вычисление по приведенным формулам дает хорошее приближение при условии соответствия материала заявленным теплопроводным качествам и отсутствии ошибок, которые могут быть допущены при строительстве. Также проблемой может быть старение материалов и конструкции дома в целом.
Типовая геометрия стен и крыш
Линейные параметры (протяженность и высоту) конструкции при определении теплопотерь принято брать внутренние, а не внешние. То есть при расчете теплоотдачи через материал учитывают площадь соприкосновения теплого, а не холодного воздуха.
Обсчитывая внутренний периметр необходимо учесть и толщину межкомнатных перегородок. Легче всего это сделать по плану дома, который обычно нанесен на бумагу с масштабной сеткой
Таким образом, например, при габаритах дома 8 × 10 метров и толщине стены 0.3 метра, внутренний периметр P внут = (9.4 + 7.4) × 2 = 33.6 м, а внешний P внеш = (8 + 10) × 2 = 36 м.
Межэтажное перекрытие обычно имеет толщину от 0.20 до 0.30 м. Поэтому высота двух этажей от пола первого до потолка второго извне будет равна H внеш = 2.7 + 0.2 + 2.7 = 5.6 м. Если же сложить только чистовую высоту, то получится меньшее значение: H внут = 2.7 + 2.7 = 5.4 м. Межэтажное перекрытие, в отличие от стен, не несет функции утепления, поэтому для расчетов нужно брать H внеш .
Для двухэтажных домов с размерами около 200 м 2 разница между площадью стен внутри и снаружи составляет от 6 до 9%. Аналогично по внутренним размерам учитывают геометрические параметры крыши и перекрытий.
Расчет площади стен для простых по геометрии коттеджей элементарен, так как фрагменты состоят из прямоугольных участков и фронтонов чердачных и мансардных помещений.
Фронтоны мансард и чердаков в большинстве случаев имеют форму треугольника или симметричного по вертикали пятиугольника. Рассчитать их площадь достаточно просто
При вычислении теплопотерь через крышу в большинстве случаев достаточно применить формулы для нахождения площадей треугольника, прямоугольника и трапеции.
Наиболее популярные формы крыш частных домов. Измеряя их параметры, нужно помнить, что в расчеты подставляют внутренние размеры (без карнизных свесов)
Площадь уложенной кровли нельзя брать при определении теплопотерь, так как она идет и на свесы, которые не учитывают в формуле. Кроме того, часто материал (например, толь или профилированный оцинкованный лист) размещают с небольшим перехлестом.
Прямоугольная геометрия окон также не вызывает проблем при расчетах. Если же стеклопакеты имеют сложную форму, то их площадь можно не вычислять, а узнать из паспорта изделия.
Теплопотери через пол и фундамент
Вычисление теплопотерь в грунт через пол нижнего этажа, как и через стены и пол подвала, считают по правилам, прописанным в Приложении “E” СП 50.13330.2012. Дело в том, что скорость распространения тепла в земле гораздо ниже, чем в атмосфере, поэтому грунты тоже можно условно отнести к утеплительному материалу.
Но так как им свойственно промерзание, то участок пола делят на 4 зоны. Ширина первых трех – 2 метра, а к четвертой относят оставшуюся часть.
Зоны теплопотерь пола и цокольного этажа повторяют форму периметра фундамента. Основные теплопотери будут идти через зону №1
Для каждой зоны определяют коэффициент сопротивления теплопередаче, который добавляет грунт:
- зона 1: R 1 = 2.1;
- зона 2: R 2 = 4.3;
- зона 3: R 3 = 8.6;
- зона 4: R 4 = 14.2.
Если , то для определения общего коэффициента термического сопротивления складывают показатели утеплителя и грунта.
Пример. Пусть у дома с внешними размерами 10 × 8 м и толщиной стен 0.3 метра есть цокольный этаж, глубиной 2.7 метра. Его потолок расположен на уровне земли. Нужно рассчитать теплопотери в грунт при внутренней температуре воздуха “+25 °С”, а наружной – “–15 °С”.
Пусть стены выполнены из ФБС-блоков, толщиной 40 см (λ ф = 1.69). Изнутри они обшиты доской, толщиной 4 см (λ д = 0.18). Пол подвала залит керамзитобетоном, толщиной 12 см (λ к = 0.70). Тогда коэффициент термического сопротивления стен цоколя: R с = 0.4 / 1.69 + 0.04 / 0.18 = 0.46, а пола R п = 0.12 / 0.70 = 0.17.
Внутренние размеры дома будут равны 9.4 × 7.4 метра.
Схема разделения подвала на зоны для решаемой задачи. Вычисление площадей при такой простой геометрии сводится к определению сторон прямоугольников и их умножения
Вычислим площади и коэффициенты сопротивления теплопередаче по зонам:
- Зона 1 идет только по стене. Имеет периметр, равный 33.6 м, а высоту – 2 м. Поэтому S 1 = 33.6 × 2 = 67.2. R з1 = R с + R 1 = 0.46 + 2.1 = 2.56.
- Зона 2 по стене. Имеет периметр, равный 33.6 м, а высоту – 0.7 м. Поэтому S 2 c = 33.6 × 0.7 = 23.52. R з2с = R с + R 2 = 0.46 + 4.3 = 4.76.
- Зона 2 по полу. S 2п = 9.4 × 7.4 – 6.8 × 4.8 = 36.92. R з2п = R п + R 2 = 0.17 + 4.3 = 4.47.
- Зона 3 идет только по полу. S 3 = 6.8 × 4.8 – 2.8 × 0.8 = 30.4. R з3 = R п + R 3 = 0.17 + 8.6 = 8.77.
- Зона 4 идет только по полу. S 4 = 2.8 × 0.8 = 2.24. R з4 = R п + R 4 = 0.17 + 14.2 = 14.37.
Теплопотери цокольного этажа Q = (S 1 / R з1 + S 2 c / R з2с + S 2п / R з2п + S 3 / R з3 + S 4 / R з4 ) × dT = (26.25 + 4.94 + 8.26 + 3.47 + 0.16) × 40 = 1723 Вт.
Учет неотапливаемых помещений
Часто при расчете теплопотерь возникает ситуация, когда в доме есть неотапливаемое, но утепленное помещение. В этом случае перенос энергии происходит за два этапа. Рассмотрим эту ситуацию на примере чердака.
В утепленном, но не обогреваемом чердачном помещении, в холодный период времени устанавливается температура выше, чем на улице. Это происходит по причине передачи тепла через межэтажное перекрытие
Основная проблема заключается в том, что площадь перекрытия между чердаком и верхним этажом отличается от площади крыши и фронтонов. В этом случае необходимо воспользоваться условием баланса теплопередачи Q 1 = Q 2 .
Его можно также записать следующим способом:
K 1 × (T 1 – T #) = K 2 × (T # – T 2),
- K 1 = S 1 / R 1 + … + S n / R n для перекрытия между теплой частью дома и холодным помещением;
- K 2 = S 1 / R 1 + … + S n / R n для перекрытия между холодным помещением и улицей.
Из равенства теплопередачи находим температуру, которая установится в холодном помещении при известных значениях в доме и на улице. T # = (K 1 × T 1 + K 2 × T 2 ) / (K 1 + K 2 ). После этого подставим значение в формулу и найдем теплопотери.
Пример. Пусть внутренний размер дома 8 х 10 метров. Угол крыши – 30°. Температура воздуха в помещениях “+25 °С”, а снаружи – “–15 °С “.
Коэффициент термического сопротивления потолка рассчитываем как в примере, приведенном в разделе расчета теплопотерь через ограждающие конструкции: R п = 3.65. Площадь перекрытия равна 80 м 2 , поэтому K 1 = 80 / 3.65 = 21.92.
Площадь крыши S 1 = (10 × 8) / cos (30) = 92.38. Коэффициент термического сопротивления считаем, учитывая толщину дерева (обрешетка и отделка – 50 мм) и минваты (10 см): R 1 = 2.98.
Площадь окна для фронтона S 2 = 1.5. Для обыкновенного двухкамерного стеклопакета термосопротивление R 2 = 0.4. Площадь фронтона рассчитаем по формуле: S 3 = 8 2 × tg (30) / 4 – S 2 = 7.74. Коэффициент сопротивления теплопередаче такой же, как и у крыши: R 3 = 2.98.
Теплоотдача через окна составляет значительную часть всех потерь энергии. Поэтому в регионах с холодными зимами следует выбирать “теплые” стеклопакеты
Рассчитаем коэффициент для крыши (не забыв, что количество фронтонов – два):
K 2 = S 1 / R 1 + 2 × (S 2 / R 2 + S 3 / R 3 ) = 92.38 / 2.98 + 2 × (1.5 / 0.4 + 7.74 / 2.98) = 43.69.
Вычислим температуру воздуха в чердачном помещении:
T # = (21.92 × 25 + 43.69 × (–15)) / (21.92 + 43.69) = –1.64 °С.
Подставим полученное значение в любую из формул расчета теплопотерь (при условии баланса они равны) и получим искомый результат:
Q 1 = K 1 × (T 1 – T # ) = 21.92 × (25 – (–1.64)) = 584 Вт.
Охлаждение через вентиляцию
Систему вентиляции устанавливают для поддержания нормального микроклимата в доме. Это приводит к затоку холодного воздуха в помещение, что также необходимо учитывать при расчете теплопотерь.
Требования к объему вентиляции прописаны в нескольких нормативных документах. При проектировании внутридомовой системы коттеджа прежде всего нужно учитывать требования §7 СНиП 41-01-2003 и §4 СанПиН 2.1.2.2645-10.
Так как общепринятой единицей измерения теплопотерь служит ватт, то теплоемкость воздуха c (кДж / кг ×°С) необходимо привести к размерности “Вт × ч / кг × °С”. Для воздуха на уровне моря можно принять значение c = 0.28 Вт × ч / кг ×°С.
Так как объем вентиляции измеряется в кубометрах в час, то также необходимо знать плотность воздуха q (кг / м 3). При нормальном атмосферном давлении и средней влажности это значение можно принять q = 1.30 кг / м 3 .
Бытовая вентиляционная установка с рекуператором. Заявленный объем, который она пропускает, дается с небольшой погрешностью. Поэтому точно высчитывать плотность и теплоемкость воздуха на местности до сотых долей не имеет смысла
Расход энергии на компенсацию теплопотерь в результате вентиляции можно рассчитать по следующей формуле:
Q = L × q × c × dT = 0.364 × L × dT,
- L – расход воздуха (м 3 / ч);
- dT – разница температуры между комнатным и поступающим воздухом (°С).
Если холодный воздух поступает в дом напрямую, то:
dT = T 1 – T 2 ,
- T 1 – температура внутри помещения;
- T 2 – температура на улице.
Но для больших объектов в систему вентиляции обычно (теплообменник). Он позволяет значительно сэкономить энергоресурсы, так как частичный нагрев поступающего воздуха происходит за счет температуры выходящего потока.
Эффективность таких устройств измеряется в их КПД k (%). В этом случае предыдущая формула примет вид:
dT = (T 1 – T 2) × (1 – k / 100).
Расчет расхода газа
Зная , можно достаточно просто вычислить необходимый расход природного или сжиженного газа для отопления дома площадью 200 м 2 .
На количество выделяемой энергии, кроме объема топлива, влияет его теплота сгорания. Для газа этот показатель зависит от влажности и химического состава подаваемой смеси. Различают высшую (H h ) и низшую (H l ) теплотворность.
Низшая теплота сгорания у пропана меньше чем у бутана. Поэтому, чтобы точно определить теплотворность сжиженного газа нужно знать процентное соотношение этих компонентов в подаваемой к котлу смеси
Чтобы рассчитать объем топлива, которого гарантированно хватит для отопления, в формулу подставляют значение низшей теплотворности, которое можно узнать у поставщика газа. Стандартная единица измерения теплотворности – “мДж / м 3 ” или “мДж / кг”. Но так как единицы измерения и мощности котлов и теплопотерь оперируют с ваттами, а не джоулями, то необходимо выполнить преобразование, учитывая, что 1 мДж = 278 Вт × ч.
Если значение низшей теплотворности смеси неизвестно, то допустимо взять следующие осредненные цифры:
- для природного газа H l = 9.3 кВт × ч / м 3 ;
- для сжиженного газа H l = 12.6 кВт × ч / кг.
Еще один показатель, необходимый для расчетов – КПД котла K . Обычно его измеряют в процентах. Окончательная формула расхода газа за период времени E (ч) имеет следующий вид:
V = Q × E / (H l × K / 100).
Период, когда включают централизованное отопление в домах, определяют по среднесуточной температуре воздуха.
Если на протяжении последних пяти дней она не превышает “+ 8 °С”, то согласно Постановлению Правительства РФ № 307 от 13.05.2006, подача тепла в дом должна быть обеспечена. Для частных домов с автономным обогревом при расчете потребления топлива также оперируют этими цифрами.
Точные данные о количестве суток с температурой не выше “+ 8 °С” для местности, где построен коттедж, можно узнать в местном отделении Гидрометцентра.
Если дом расположен близко к крупному населенному пункту, то проще воспользоваться табл. 1. СНиП 23-01-99 (столбец № 11). Умножив это значение на 24 (часа в сутки) мы получим параметр E из уравнения расчета расхода газа.
По климатическим данным из табл. 1 СНиП 23-01-99 проводят расчеты строительные организации для определения теплопотерь зданий
Если объем притока воздуха и температура внутри помещений будут постоянными (или с незначительными колебаниями), то теплопотери и через ограждающие конструкции и по причине вентиляции помещений будут прямо пропорциональны температуре наружного воздуха.
Поэтому за параметр T 2 в уравнениях расчета теплопотерь можно взять значение из столбца № 12 табл. 1. СНиП 23-01-99.
Пример для коттеджа на 200 м 2
Рассчитаем расход газа для коттеджа возле г. Ростов-на-Дону. Продолжительность периода отопления: E = 171 × 24 = 4104 ч. Средняя уличная температура T 2 = – 0.6 °С. Желательная температура в доме: T 1 = 24 °С.
Двухэтажный коттедж с неотапливаемым гаражом. Общая площадь – около 200 м2. Стены дополнительно не утеплены, что допустимо для климата Ростовской области
Шаг 1. Рассчитаем теплопотери через периметр без учета гаража.
Для этого выделим однородные участки:
- Окна. Всего есть 9 окон размером 1.6 × 1.8 м, одно окно размером 1.0 × 1.8 м и 2.5 круглых окна площадью 0.38 м 2 каждое. Общая площадь окон: S окна = 28.60 м 2 . По паспорту изделий R окна = 0.55. Тогда Q окна = 1279 Вт.
- Двери. Есть 2 утепленные двери размером 0.9 х 2.0 м. Их площадь: S двери = 3.6 м 2 . По паспорту изделия R двери = 1.45. Тогда Q двери = 61 Вт.
- Глухая стена. Участок “АБВГД”: 36.1 × 4.8 = 173.28 м 2 . Участок “ДА”: 8.7 × 1.5 = 13.05 м 2 . Участок “ДЕЖ”: 18.06 м 2 . Площадь фронтона крыши: 8.7 × 5.4 / 2 = 23.49. Итого, площадь глухой стены: S стена = 251.37 – S окна – S двери = 219.17 м 2 . Стены сложены из газобетона толщиной 40 см и пустотелого облицовочного кирпича. R стены = 2.50 + 0.63 = 3.13. Тогда Q стены = 1723 Вт.
Суммарные теплопотери через периметр:
Q перим = Q окна + Q двери + Q стены = 3063 Вт.
Шаг 2. Вычислим теплопотери через крышу.
Утеплителем служит сплошная обрешетка (35 мм), минвата (10 см) и вагонка (15 мм). R крыши = 2.98. Площадь крыши над основным корпусом: 2 × 10 × 5.55 = 111 м 2 , а над котельной: 2.7 × 4.47 = 12.07 м 2 . Итого S крыши = 123.07 м 2 . Тогда Q крыши = 1016 Вт.
Шаг 3. Рассчитаем теплопотери через пол.
Зоны для отапливаемого помещения и гаража нужно рассчитать отдельно. Площадь можно определить точно по математическим формулам, а можно и с применением векторных редакторов типа Corel Draw
Сопротивление теплопередаче оказывают доски чернового настила и фанера под ламинат (5 см в сумме), а также базальтовый утеплитель (5 см). R пола = 1.72. Тогда теплопотери через пол будут равны:
Q пол = (S 1 / (R пол + 2.1) + S 2 / (R пол + 4.3) + S 3 / (R пол + 2.1)) × dT = 546 Вт.
Шаг 4. Вычислим теплопотери через холодный гараж. Его пол не утеплен.
Из обогреваемого дома тепло проникает двумя путями:
- Через несущую стену. S 1 = 28.71, R 1 = 3.13.
- Через кирпичную перегородку с котельной. S 2 = 11.31, R 2 = 0.89.
Получим K 1 = S 1 / R 1 + S 2 / R 2 = 21.88.
Из гаража наружу тепло выходит следующим образом:
- Через окно. S 1 = 0.38, R 1 = 0.55.
- Через ворота. S 2 = 6.25, R 2 = 1.05.
- Через стену. S 3 = 19.68, R 3 = 3.13.
- Через крышу. S 4 = 23.89, R 4 = 2.98.
- Через пол. Зона 1. S 5 = 17.50, R 5 = 2.1.
- Через пол. Зона 2. S 6 = 9.10, R 6 = 4.3.
Получим K 2 = S 1 / R 1 + … + S 6 / R 6 = 31.40
Вычислим температуру в гараже при условии баланса передачи тепла: T # = 9.2 °С. Тогда теплопотери будут равны: Q гараж = 324 Вт.
Шаг 5. Рассчитаем потери тепла в результате вентиляции.
Пусть высчитанный объем вентиляции для такого коттеджа с проживанием в нем 6 человек равен 440 м 3 /час. В системе установлен рекуператор с КПД 50%. При таких условиях потери тепла: Q вент = 1970 Вт.
Шаг. 6. Определим суммарные теплопотери, сложив все локальные значения: Q = 6919 Вт.
Шаг 7. Вычислим объем газа, необходимый для обогрева модельного дома в зимний период при КПД котла 92%:
- Природный газ. V = 3319 м 3 .
- Сжиженный газ. V = 2450 кг.
После расчетов можно проанализировать финансовые затраты на обогрев и целесообразность вложений, направленных на уменьшение теплопотерь.
Выводы и полезное видео по теме
Теплопроводность и сопротивление теплопередаче материалов. Правила расчета для стен, крыши и пола:
Наиболее сложная часть расчетов по определению необходимого для отопления объема газа – нахождение теплопотерь обогреваемого объекта. Здесь в первую очередь нужно внимательно отнестись к геометрическим вычислениям.
Если же финансовые затраты на обогрев покажутся чрезмерными, то следует подумать над дополнительным утеплением дома. Тем более что расчеты теплопотерь хорошо показывают структуру промерзания.
Оставляйте, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, задавайте вопросы по неясным и заинтересовавшим моментам, размещайте фото по теме статьи. Поделитесь собственным опытом в проведении расчетов для выяснения расходов на отопление. Не исключено, что ваши советы очень помогут посетителям сайта.
Отопление на сжиженном газе стоит дороже, чем подключение жилища к магистральному трубопроводу. Однако "голубое топливо" было и остается самым дешевым источником энергии для систем обогрева жилых и промышленных зданий. Причем целесообразность использования его сжиженной или природной версии можно определить только после просчета расхода газа на отопление дома. Этим мы и займемся.
Как рассчитать потребность в тепловой энергии
Упрощенная формула такого расчета выглядит очень просто – 1 кВт тепловой энергии уходит на отопление 10 м 2 площади строения. Более точная формула оперирует не площадями, а кубатурой дома, учитывая еще и высоту потолков в помещении. Но для жилищ стандартного типа с высотой потолка 2,5-2,7 метра справедлива приведенная выше упрощенная пропорция. Точный расчет потребности в тепловой энергии оперирует не только объемами отапливаемого пространства, но и теплостойкостью стен, проемов и перекрытий. Кроме того, в этом случае принимают во внимание среднегодовую температуру и прочие нюансы.
Однако для того, чтобы вычислить объемы топлива, нам будет достаточно и простой формулы: 1 киловатт = 10 квадратным метрам. В итоге на обогрев строения площадью 150 или 200 "квадратов" необходимо потратить 15 или 20 кВт, соответственно. И это только в час. Но котел не потребляет газ ежеминутно. Период работы/простоя тут делится в пропорции 50/50 процентов. Поэтому за сутки дом на 150 квадратных метров потратит 180 кВт (15х24/2), а жилище с площадью в две сотни квадратов – 240 кВт.
Холодный сезон в наших широтах длится с октября по апрель – 7 месяцев или 210 дней. Поэтому годовые траты тепловой энергии составят 37 800 и 50 400 кВт. На эти величины мы и будем ориентироваться в наших дальнейших расчетах.
Какое количество тепла отдает сжиженный или природный газ
Нам уже известно годовое потребление отопительной системы. Теперь мы должны просчитать теплотворную способность самого источника энергии – сжиженного и природного газа. Оперируя этими величинами, мы сможем выйти на количество вещества, сжигаемого в топке газового котла за год.
Теплотворная способность – это соотношение количества выделяемых при окислении топлива киловатт энергии к единице массы или объема. Поскольку в качестве источника энергии нас интересует магистральный (природный) или сжиженный газ, используемый для отопления дома, то, как мерило вещества, мы будем оперировать кубическими метрами или литрами. По табличным данным теплотворная способность природного газа равна 33,5 МДж/м 3 или 9,3 кВт/м 3 (для перевода используется коэффициент 1 кВт = 3,6 МДж). То есть при сгорании куба газа выделяется 9,3 кВт тепловой энергии.
Сжиженный газ – это смесь пропана, этилена и прочих горючих углеводов. И она более "калорийна", чем диетическое природное топливо. По табличным данным теплотворная способность килограмма такого вещества равна 45,20 МДж или 12,5 кВт. Но общепринятая "единица измерения" сжиженного топлива – это литры, а его плотность равна 0,524 кг/л. Поэтому мы можем сказать, что при сгорании литра сжиженной смеси выделяется 6,55 кВт тепловой энергии.
Расчет объема топлива для отопления дома
Итак, выше по тексту мы установили, что из кубометра или литра природного или сжиженного газа выделяется 9,3 или 6,55 кВт тепловой энергии соответственно. А это значит, что для генерации 37 800 и 50 400 кВт (затраты на холодный сезон для домов на 150 и 200 квадратов) нам понадобится:
- 4064 и 5419 кубических метров природного газа (37800/9,3 и так далее).
- 5771 и 7695 литров сжиженного топлива (37800/6,55 и так далее).
Для точности мы должны накинуть на эти величины 10 %, поскольку коэффициент полезного действия газового котла равен 90 процентам (десятая часть энергии сгорания газа тратится впустую). В итоге наблюдаем следующую картину:
- Предполагаемый расход газа на отопление дома площадью 150 м 2 – 4471 м 3 или 6348 литров.
- Примерный расход топлива на обогрев строения на двести квадратов – 5960 м 3 или 8464 литра.
Указанное потребление газа рассчитано на весь холодный сезон – семь месяцев, с начала октября по конец апреля. Поэтому в теплый год вы, скорее всего, потратите меньше газа, чем мы подсчитали. Однако даже эти результаты позволяют определить, что выгоднее – природное или сжиженное топливо.
Какой газ выбрать – что выгоднее?
Для подключения к магистральному газопроводу пользователю придется оплатить проект и монтажные работы. И эти траты нельзя назвать незначительными. Растущие аппетиты газовых служб делают газификацию жилищ очень затратным мероприятием. Однако все эти траты окупаются во время эксплуатации. На март 2017 года стоимость кубометра газа, в зависимости от региона РФ, составляет от 4,44 до 8,66 рубля. Средняя цена – 6,55 рубля. В итоге отопление природным газом дома на 150 или двести квадратов, с учетом расчетной нормы потребления за сезон, обойдется в 29 825 и 39 038 рублей.
Сжиженное топливо не требует врезки в магистраль, но для его хранения необходимо построить газгольдер – емкость, принимающую нужный объем топлива. Кроме того, эту тару придется периодически заполнять газом, который доставляется на участок с помощью специального транспорта, а эта услуга стоит недешево. А еще газгольдер придется чинить и обслуживать. Ведь от его состояния зависит безопасность всех жильцов дома, обогреваемого сжиженным газом.
На начало весны 2017 года литр сжиженного газа на заправках стоил от 11 до 20 рублей, в зависимости от региона РФ. Средняя стоимость этого топлива составила 15,5 рубля. Поэтому отопление сжиженным газом дома на 150 квадратов обойдется в 98 394 рубля. За жилье площадью двести квадратных метров придется отдать еще больше – 131 192 рубля. Как видите – сжиженное топливо обогнало по стоимости природный газ в 3,3 раза. Поэтому выводы относительно выгодно/невыгодно напрашиваются сами собой – природный (магистральный) газ при всей бюрократии и сложности процесса подключения будет намного выгоднее сжиженного топлива.
Как уменьшить потребление топлива владельцу частного дома
Озвученные выше суммы способны огорошить впечатлительного квартиросъемщика или рядового горожанина. Ну, а что поделаешь – "свой дом" был недешевым удовольствием во все времена. Однако, в отличие от проживающего в квартире горожанина, владелец частного жилья может изменить расходы на отопление в свою пользу.
Для этого ему понадобится сделать следующее:
- Утеплить фасад, фундамент, кровлю, чердачное и цокольное перекрытие – даже тонкий слой термоизолирующего материала способен отыграть у счета за оплату газа, как минимум, парту тысяч, а то и целую десяточку.
- Поменять старые окна на современные стеклопакеты, поставить в дверной проем теплостойкое полотно – это еще 5-10 тысяч в минус. Причем за двери и окна стоит взяться в первую очередь, поскольку они генерируют как минимум 40 процентов тепловых потерь.
- Поставить в подвале или котельной тепловой аккумулятор, поменять схему разводки на двухконтурный или коллекторный вариант, обеспечивающий возможность точечной терморегуляции радиаторов, приобрести котел с высоким КПД. Сейчас в продаже есть отменные 95-процентные аппараты. В этом случае экономия может составлять до 10-15 процентов от общей суммы счета.
Словом, необходимо, во-первых, повысить теплостойкость дома, во-вторых, использовать более энергоэффективное оборудование. Причем никто не заставляет вас внести эти изменения за один сезон. Вы можете начать с окон, потом усовершенствовать котел и подобраться к стенам и перекрытиям. В итоге вы сможете сэкономить до четверти озвученных расходов.
Никакой серьёзный предприниматель не начнет нового дела, не вникнув в тщательно подготовленный бизнес-план. Такой подход должен применяться и хозяевами загородных домов, когда они принимают решения по строительству, прокладке коммуникаций, по внедрению той или иной системы жизнеобеспечения в своих владениях. Одной из важнейших проблем подобного плана становится необходимость создания эффективной и по возможности – минимально затратной в эксплуатации системы автономного отопления здания.
Газовое отопление — безусловно, самое привлекательное. Но если дом не подключён к газопроводной сети, и в обозримой перспективе в этой сфере не намечается никаких «подвижек», то его владельцам предстоит принять важное решение в пользу какого-то иного источника энергии. Вариант – использование привозного сжиженного газа , для которого придется организовать вместительное подземное хранилище - газгольдер.
Но выгодно ли отапливать дом сжиженным газом из газгольдера? В какие суммы выльется обогрев жилья в течение одного сезона? Разобраться с этим поможет наша публикация. А точнее даже – не разобраться, а подсчитать расходы на перспективу с помощью онлайн-калькулятора.
Как определить расход сжиженного газа?
Если вдуматься – никакой особой сложности здесь нет. Теплотворная способность (калорийность) сниженного газа (СПГ) наиболее распространенного типа (пропан-бутановая смесь G30) известна. Она составляет 42,5 МДж/кг. То есть при сжигании килограмма СПГ выделяется 42,5 мегаджоуля тепла.
Нам на бытовом уровне, наверное, привычнее измерять энергию в других единицах, в ваттах и киловаттах. А жидкую субстанцию удобнее воспринимать в объемном выражении, например, в литрах. Пересчитать, зная плотность СПГ и взаимосвязь основополагающих физических величин, несложно - энергетический потенциал сжиженного газа G30 составляет примерно 6,58 кВт/дм³, иными словами – на литр.
А как узнать потребность конкретного дома в тепловой энергии, так, чтобы зимой в нем поддерживалась комфортная для всех проживающих температура? Тоже нет ничего невозможного!
Необходимое количество тепла несложно рассчитать!
Самый простой подход — брать по 100 ватт на каждый «квадрат» площади. Но это очень уж обобщающее соотношение, которое может дать немалые погрешности как в одну, так и в другую сторону. Лучше воспользоваться другим алгоритмом, еще и подкрепленным удобным онлайн-калькулятором. Это вы найдете в публикации нашего портала .
При расчете потребления газа учитывается еще КПД котла и некоторые иные нюансы.
Весь расчет воплощён в размещённом ниже калькуляторе. Если есть неясности – помогут пояснения к программе.
Во время проектирования газовой отопительной системы учитываются все факторы, влияющие на расход газа: размер жилья, количество этажей, утепление основных конструкций, мощность и то, сколько в данном доме проживает человек. Обогрев частного дома газом выгоден с экономической точки зрения по нескольким причинам.
Выгоды использования
Во-первых, ему присуща высокая эффективность процесса сгорания из-за малого содержания серы. Это же позволяет экономить ресурсы на чистку котла. В-вторых, легко снизить тепловые потери и расходование газа при помощи хорошей теплоизоляции. В-третьих, газ является и экологичным материалом, так как при его сгорании в атмосферу поступает совсем малое количество вредных веществ.
При применении газа как топлива для отопления, стенки котла не страдают коррозией, что увеличивает срок эксплуатации оборудования. Удобно использование сжиженного газа: у него лучше качество и он доставляется баллонами в места, где нет магистралей, облегчая быт тысячам людей.
Сложность и особенности издержек
Расход газа на отопление дома прямо пропорционально зависит от жилой площади помещения. Рассчитать расход в КВт/часов можно путем умножения мощности котла на количество ч/сутки и дн/месяца.
Однако для повседневной жизни такой режим практически не используется. Реальным показателем для расчета расхода на газ является значение среднемесячного показателя КВт/часов. Для этого максимальная величина потребления на отопление дома в месяц делится пополам. Если это жилой дом, то расчет производится, исходя из длины отопительного сезона.
Алгоритм
Данные для расчета мощности котла отталкиваются от соотношения 1 кВт/ч на помещение в 10 м². Таким образом, для отопления дома площадью 100 м² потребуется разделить ее на 10: т.е. необходимая мощность составит 10 кВт/ч.
Сколько уходит газа на другой размер дома, считается по такому же принципу, т.е. площадь делится на 10. Например, для площади в 200 м2 расчет будет выглядеть следующим образом: 200 м2/10, т.е. 20 кВт/час уйдет на отопление данного помещения.
Корректировка на дни
Месячный расход газа рассчитывается путем умножения дневной нормы потребности дома в 100 м2 на количество дней в месяце: 10 Квт/ч * 24 часа * 30 дней (итого – 7200 кВт). Так как обычно система работает в среднем режиме, то максимальный расход делится пополам, и получается 3600 кВт.
Корректировка на сезон
Если длительность отопительного сезона составляет 7 месяцев, то расчет затрат газа получается умножением 3600 кВт на 7. Т.е. обогрев частного дома, площадью в 100 м², обойдется в 25200 кВт. Обогрев дома в 200 м2 потребует соответственно 50400 кВт.
Если отопительный сезон короче или длиннее 7 месяцев, то расход газа рассчитывается соответственно умножением на нужный пользователю период.
Зная тариф за 1 кВт/час, очень просто рассчитать денежный эквивалент потребления. Стоимость 1 кВт/час может колебаться в зависимости от региона.
Нюансы и дополнительные факторы
Существуют специальные программы расчета расхода топлива, которые существенно облегчат работу. Для многоквартирных домов, которые подключены к магистральному газоснабжению, устанавливаются нормы его расхода.
Несмотря на имеющиеся методики, для более точного результата все же рекомендуется обращаться к специалистам. Ведь расчет потребности для газового котла учитывает использование топлива только для обогрева дома.
Но нужно помнить еще и о наличии газовой плиты, системы для нагревания воды, которые увеличат ваши затраты. Для показателя расхода имеет значение и численность проживающих в доме или квартире людей. Все эти факторы будут учтены специалистами.
Кроме того, мастера помогут минимизировать расход газа за счет применения специальных технологий.
Особенности автономии
Если вблизи жилого или дачного дома нет газовой магистрали, то отличным решением становится автономная система отопления, которая работает на смеси пропана и бутана.
Стоимость приобретения и монтажа автономного отопительного оборудования, которое использует в качестве топлива смесь пропана и бутана ниже затрат на подключение к центральной газовой магистрали.
Плюсы
Такая система позволяет снизить риск аварийного отключения магистралей, угрозы внезапного падения давления. Автономное отопление имеет резервуары, которые поддерживают возможность потребления газа для отопления еще какое-то время.
В случае отключения электроэнергии или подачи топлива, система безопасности, которой оборудованы все котлы, блокирует электромагнитный клапан. После восстановления газоснабжения нужно запустить ее заново.
Приемы для экономии
Снижение расхода газа на отопление можно добиться следующими способами:
- установка автоматической системы регулирования;
- установка датчиков газа, что также поможет вовремя выявить утечку;
- утепление дома: обшивка стен, крыши;
- соблюдение режима температуры в помещение с баллонами не ниже 25°С;
- закуп баллонов у проверенного поставщика, так как плохое качество топлива также снижает эффективность.
Эти меры позволяют снизить расход газа до 40%, что дает возможность использовать 1 баллон в течение 3-4 дней.
Усредненный расход газа в частном доме или квартире обычно рассчитывается с целью определить величину затрат на отопление, горячее водоснабжение (ГВС) и приготовление пищи. Это делается еще на этапе проектирования здания или же перед выбором энергоносителя и котельного агрегата для сравнения с другими видами топлива.
Есть упрощенная методика, как рассчитать максимальный и средний расход газа на отопление и ГВС, она и будет рассмотрена в данном материале. Хотя выполнить такой расчет с большой точностью не удастся, но порядок цифр грядущей оплаты вы узнать сможете.
Расчет расхода газа на отопление
Перед тем как рассчитать потребление природного газа на отопление дома или квартиры, надо узнать один важный параметр – тепловые потери жилого здания. Хорошо, когда он правильно высчитан специалистами на стадии проектирования, это значительно повысит точность ваших расчетов. Но на практике такие данные часто отсутствуют, ведь мало кто из домовладельцев уделяет должное внимание проектированию.
Совет. Если у вас есть такая возможность, то стоит заказать расчет тепловых потерь в частной проектной организации. Это поможет не только выяснить средний расход газа на отопление частного дома, но и понять, нужно ли делать его утепление.
Величиной тепловых потерь здания определяется мощность системы отопления и самого котла либо газового конвектора. Поэтому при подборе газового котла для коттеджа или при устройстве автономного отопления квартиры приходится пользоваться следующими усредненными способами определения теплопотерь и мощности оборудования:
- По общей квадратуре здания. Суть способа в том, что на обогрев каждого квадратного метра требуется 100 Вт теплоты при высоте потолков до 3 м. При этом для южных районов принимают удельное значение 80 Вт/м², а в северных норма расхода может достигать 200 Вт/м².
- По суммарному объему отапливаемых помещений. Здесь на отопление 1 м³ выделяют от 30 до 40 Вт в зависимости от региона проживания.
Примечание. Представленные удельные расходы тепла корректны при разности температур между улицей и внутри помещений около 40 °С.
Выходит, что на обогрев жилья площадью 100 м² нужно порядка 10-12 кВт тепла в час во время сильных холодов и при расположении дома в средней полосе. Соответственно, для коттеджа 150 м² потребуется около 15 кВт тепловой энергии, для 200 м² – 20 кВт и так далее. Теперь можно и посчитать, какой максимальный расход газа покажет в самые холодные дни, для чего используется формула:
V = Q / (q х КПД / 100), где:
- V – объемный расход природного газа в час, м³;
- Q – величина теплопотерь и мощности отопительной системы, кВт;
- q – низшая удельная калорийность природного газа, в среднем составляет 9.2 кВт/м³;
- КПД – коэффициент полезного действия газового котла или конвектора.
Примечание. КПД теплогенераторов на природном газе колеблется в пределах 84-96% в зависимости от конструкции. Самые простые энергонезависимые агрегаты имеют КПД 86-88%, конвекторы 84-86%, высокотехнологичные конденсационные котлы – до 96%.
Пример расчета
В качестве примера предлагается взять квартиру площадью 80 м² в средней полосе Российской Федерации. Для ее обогрева в самый холодный период потребуется 80 м² х 100 Вт = 8000 Вт или 8 кВт. Предполагается установить современный конденсационный котел на природном газе с КПД 96%. Тогда расчет расхода газа на отопление выглядит таким образом:
V = 8 / (9.2 х 96 / 100) = 8 / 9,768 = 0.91 м³/ч
Нетрудно посчитать, сколько горючего потребуется в сутки: 0.91 х 24 = 21.84 м³. Но для определения расходов на потребление природного газа нужно знать более реальные цифры, к примеру, его средний расход в квартире за весь отопительный сезон. Поскольку в течение этого сезона происходят значительные колебания температуры, то предполагается, что среднее количество топлива будет вдвое меньше максимального.
Тогда среднесуточное потребление газа на обогрев квартиры составит 21.84 м³ / 2 = 10.92 м³. Остается только умножить это число на продолжительность отопительного сезона, в Москве он длится 214 суток: 10.92 х 214 = 2336.9 м³. Сделав помесячную разбивку, несложно определить стоимость автономного отопления квартиры.
Для вычисления среднего расхода газа в квартире можно пойти и другим путем. Сначала выяснить расход газа на получение 1 кВт тепловой энергии, а затем помножить это значение на 8 кВт. Расчетная формула для вычисления объема топлива на 1 кВт тепла такая:
v = 1 / (q x КПД / 100), где v – это и есть искомый объем в м³/ч.
Соответственно, 1 / (9.2 х 0.96) = 0.113 м³/ч, а на всю квартиру это будет 0.113 х 8 = 0.905 м³/ч с небольшой погрешностью. Дальше вычисления ведутся так же, как это описано выше.
Примечание. В расчет не принято количество газа, расходуемое газовой плитой и на ГВС, о чем пойдет речь далее.
Потребление газа на ГВС
Когда вода для хозяйственных нужд подогревается с помощью газовых теплогенераторов – или котла с бойлером косвенного нагрева, то для выяснения расхода горючего надо понять, сколько же требуется воды. Для этого можно поднять данные, прописанные в документации и определяющие норму на 1 человека.
Другой вариант – обратиться к практическому опыту, а он гласит следующее: для семьи из 4 человек при нормальных условиях достаточно нагреть 1 раз в сутки 80 л воды от 10 до 75 °С. Отсюда рассчитывается потребное на нагрев воды количество тепла по школьной формуле:
Q = cm Δt, где:
- с – теплоемкость воды, составляет 4.187 кДж/кг °С;
- m – массовый расход воды, кг;
- Δt – разница между начальной и конечной температурой, в примере равна 65 °С.
Для вычисления предлагается не переводить объемное потребление воды в массовое, считать что эти величины одинаковы. Тогда количество теплоты будет:
4.187 х 80 х 65 = 21772,4 кДж или 6 кВт.
Остается подставить это значение в первую формулу, где будет учитываться КПД газовой колонки или теплогенератора (здесь - 96%):
V = 6 / (9.2 х 96 / 100) = 6 / 8.832 = 0.68 м³ природного газа 1 раз в сутки уйдет на подогрев воды. Для полной картины сюда же можно прибавить расход газовой плитой на приготовление пищи из расчета нормы 9 м³ горючего на 1 проживающего человека в месяц.
Как определить расход сжиженного газа
Обогрев жилища, организованный с использованием сжиженного горючего (пропана или бутана) имеет свои особенности. Чаще всего домовладельцы устанавливают специальные емкости – газгольдеры, заправляющиеся на весь отопительный сезон. Обогрев с помощью баллонов встречается куда реже. Но никаких особых сложностей расчет расхода сжиженного газа на отопление дома не представляет.
Берется та же формула, только в нее подставляется удельная теплота сжигания СУГ (пропан-бутана), равная 46 МДж /кг или 12.8 кВт/кг. Обратите внимание: расчетная калорийность топлива относится к единице массы (килограмм), а на заправке цена считается за объем (литры). Результаты можно пересчитать после, сначала надо узнать потребление сжиженного газа обычным котлом (КПД – 88%), обогревающим дом площадью 80 м² из предыдущего примера:
V = 8 / (12.8 х 88 / 100) = 8 / 11.264 = 0.71 кг/ч.
Зная, что 1 л сжиженного газа имеет массу 540 г (справочная величина), нетрудно подсчитать расход пропана в литрах: 0.71 / 0.54 = 1.3 л. В сутки это 1.3 х 24 = 31.2 л газа, за месяц – 31.2 х 30 = 936 л. Теперь, учитывая изменения погодных условий, для определения среднего потребления сжиженного газа полученную цифру надо уменьшить вдвое: 936 / 2 = 468 л в месяц. Расход газа на отопление за год получится (31.2 л / 2) х 214 суток = 3338.4 л (для Москвы).
Как уменьшить расход газа на обогрев и другие нужды
В этом разделе речь пойдет о банальных вещах, о которых слышали многие. Но от банальности их важность не становится меньше. Ведь это прямой путь снизить количество используемых энергоносителей, в том числе большой расход газа, идущего на отопление частного дома.
Существенно уменьшить потребление позволят следующие мероприятия:
- Провести качественное утепление здания, желательно с наружной стороны.
- По возможности автоматизировать систему отопления, чтобы комнаты дома хорошо прогревались во время пребывания в них людей, а при их отсутствии поддерживалась дежурная температура 10-15 °С.
- Задействовать таймер для бойлера косвенного нагрева, чтобы вода в нем подготавливалась к определенному времени суток.
- Устраивать обогрев дома водяными теплыми полами.
- Приобретать наиболее экономичные газовые котлы – конденсационные.
Все эти мероприятия принесут еще больше пользы и позволят уменьшить расход газа, если экономить будете и вы сами. Возможно, поставить автоматику удастся только частично или не удастся вовсе, тогда вам придется управлять системой самостоятельно. Кстати, современные контроллеры для котлов имеют встроенные функции дистанционного управления через интернет или сотовый телефон.
