中規模および大規模のコテージの所有者は、住宅の維持費を計画する必要があります。したがって、家を加熱するためのガス消費量を計算するタスクがしばしば発生します200 m2 以上のエリア。通常、元のアーキテクチャでは、類推の方法を使用して既製の計算を見つけることはできません。
ただし、この問題を解決するためにお金を払う必要はありません。すべての計算は独立して行うことができます。これには、特定の規制の知識と、学校レベルでの物理学と幾何学の理解が必要です。
家庭経済学者にとってこの緊急の問題を理解するのに役立ちます。計算が行われる数式、結果を取得するために知っておく必要がある特性を示します。私たちが提示した記事は、独自の計算を行うことがより簡単になる基礎となる例を提供します。
エネルギー損失の価値を見出す
家が失うエネルギーの量を決定するには、その地域の気候的特徴、材料の熱伝導率、換気率を知る必要があります。そして、必要なガス量を計算するには、その発熱量を知るだけで十分です。この作品で最も重要なことは、細部への注意です。
建物を加熱すると、主に2つの理由で発生する熱損失を補う必要があります。家の周囲の熱漏れと、換気システムを介した冷気の流入です。これらのプロセスは両方とも、数式によって記述され、それに従って独立して計算を実行できます。
材料の熱伝導率と熱抵抗
どのような材料でも熱を伝導できます。透過の強さは熱伝導率の係数で表されます λ (W /(m×°C))。値が低いほど、構造は冬の凍結から保護されます。
暖房費は、家を建てる材料の熱伝導率に依存します。これは、国の「寒い」地域では特に重要です。
ただし、建物はさまざまな厚さの材料で折りたたんだり、断熱したりできます。したがって、実際の計算では、熱伝達抵抗係数が使用されます。
R(m2 ×°C / W)
次の式で熱伝導率と関連付けられます。
R = h /λ、
どこ h -材料の厚さ(m)。
例。 ブランドD700のさまざまな幅の気泡コンクリートブロックの熱伝達に対する抵抗係数を、 λ = 0.16:
- 幅300 mm: R = 0.3 / 0.16 = 1.88;
- 幅400 mm: R = 0.4 / 0.16 = 2.50.
断熱材と窓ブロックの場合、熱伝導係数と熱伝達抵抗係数の両方を指定できます。
包囲構造が複数の材料で構成されている場合、「パイ」全体の熱伝達に対する抵抗係数を決定するときに、その個々の層の係数が要約されます。
例。 壁は通気されたコンクリートブロックで構成されています(λb = 0.16)、厚さ300 mm。外では、それは突き出されたポリスチレン泡と絶縁されます(λp = 0.03)厚さ50 mm、裏地付きλv = 0.18)、厚さ20 mm。
家の周囲の総熱伝達係数の最小値が規定されているさまざまな地域の表があります。彼らは本質的に助言です。
これで、熱伝達に対する抵抗の合計係数を計算できます。
R = 0.3 / 0.16 + 0.05 / 0.03 + 0.02 / 0.18 = 1.88 + 1.66 + 0.11 = 3.65.
「熱節約」パラメータで重要でない層の寄与は無視できます。
建物のエンベロープによる熱損失の計算
熱損失 Q (W)均一な表面を介して次のように計算できます。
Q = S×dT / R、
どこ:
- S -考慮された表面の面積(m2);
- dT -部屋の内外の空気の温度差(°C);
- R -表面熱伝達抵抗係数(m2 *°C / W)。
すべての熱損失の合計指標を決定するには、次の操作を実行します。
- 熱伝達に対する抵抗係数が均一な領域を割り当てます。
- それらの面積を計算します。
- 熱抵抗の指標を決定する;
- 各サイトの熱損失を計算します。
- 得られた値を要約します。
例。 角部屋3×4メートルの最上階にある冷たい屋根裏部屋。最終的な天井の高さは2.7メートルです。 1×1.5 mの窓が2つあります。
「+25°C」の内側の気温と、「– 15°C」の外側の気温での、周囲を通る熱の損失がわかります。
- 抵抗係数が均一であるセクション(天井、壁、窓)を選択します。
- 天井面積 SP = 3×4 = 12 m2。ウィンドウエリア S約 = 2×(1×1.5)= 3 m2。壁面積 Sと = (3 + 4) × 2.7 – S約 = 29.4 m2.
- 天井の熱抵抗係数は、オーバーラップインデックス(ボードの厚さ0.025 m)、断熱材(ミネラルウールスラブ0.10 mの厚さ)、屋根裏部屋の木製の床(合計厚さ0.05 mの木材と合板)で構成されています。 RP = 0.025 / 0.18 + 0.1 / 0.037 + 0.05 / 0.18 = 3.12。窓の場合、値は2室の二重窓のパスポートから取得されます。 R約 = 0.50。前の例のように折りたたまれた壁の場合: Rと = 3.65.
- QP = 12×40 / 3.12 = 154ワット。 Q約 = 3×40 / 0.50 = 240ワット。 Qと = 29.4×40 / 3.65 = 322 W
- 建物のエンベロープによるモデルルームの一般的な熱損失 Q = QP + Q約 + Qと = 716ワット。
上記の式を使用した計算は、材料が宣言された熱伝導率と一致し、建設中に発生する可能性のあるエラーがないことを条件として、適切な近似を提供します。また、材料の老朽化や家全体の構造にも問題があるかもしれません。
典型的な壁と屋根の形状
熱損失を決定する際の構造の線形パラメーター(長さと高さ)は、通常、外部ではなく内部であると見なされます。つまり、材料を通過する熱伝達を計算するときに、冷たい空気ではなく暖かい接触面積が考慮されます。
内部の境界を考慮すると、内部の仕切りの厚さを考慮する必要があります。これを行う最も簡単な方法は、通常は大規模グリッドのある紙に適用される家の計画に従っていることです。
したがって、たとえば、家の寸法が8×10メートル、壁の厚さが0.3メートルの場合、内周は Pint =(9.4 + 7.4)×2 = 33.6 m、および外側 Pアウト =(8 + 10)×2 = 36 m。
床間のオーバーラップの厚さは通常0.20〜0.30 mであるため、最初の床から2番目の床の天井までの2つの床の高さは、外側から同じになります。 Hアウト = 2.7 + 0.2 + 2.7 = 5.6 m。仕上げの高さのみを合計すると、低い値になります。 Hint = 2.7 + 2.7 = 5.4 m。壁とは異なり、床と床の重なりは断熱材の機能を持たないため、計算には Hアウト.
約200 mの2階建て住宅の場合2 壁の内側と外側の面積の違いは6〜9%です。同様に、内部寸法に関しては、屋根と床の幾何学的パラメーターが考慮されます。
フラグメントは長方形のセクションと屋根裏部屋と屋根裏部屋のペディメントで構成されているため、ジオメトリの単純なコテージの壁面積の計算は初歩的です。
屋根裏部屋と屋根裏部屋の前面は、ほとんどの場合、上下対称の三角形または五角形の形をしています。それらの面積の計算は非常に簡単です
屋根の熱損失を計算する場合、ほとんどの場合、数式を適用して三角形、長方形、台形の領域を見つけるだけで十分です。
民家の屋根の最も人気のある形。それらのパラメータを測定するとき、内部の寸法が計算で置き換えられることを覚えておく必要があります(庇なし)
熱損失を決定する際に、敷設された屋根の面積は、式で考慮されていないオーバーハングにもなるため、使用できません。さらに、多くの場合、材料(たとえば、屋根やプロファイルの亜鉛メッキシート)はわずかに重なって配置されます。
屋根面積の計算が非常に難しいように見えることがあります。ただし、家の中では、上層階の断熱フェンシングの形状がはるかに単純になる場合があります
ウィンドウの長方形のジオメトリも、計算に問題を引き起こしません。二重窓の形状が複雑な場合、面積は計算できませんが、製品のパスポートから学習できます。
床と基礎による熱損失
下層階の床、および地下室の壁と床を通る地面への熱損失の計算は、付録「E」SP 50.13330.2012で規定されている規則に従って考慮されます。事実は、地球の熱伝播率が大気中よりもはるかに低いため、土壌は条件付きで断熱材に起因する可能性があります。
しかし、それらは凍結によって特徴付けられるため、床は4つのゾーンに分割されます。最初の3つの幅は2メートルで、残りは4番目の幅です。
床と地下室の熱損失ゾーンは、基礎の周囲の形状を繰り返します。主な熱損失はゾーン1を通過します
各ゾーンについて、土壌を追加する熱伝達に対する抵抗係数を決定します。
- ゾーン1: R1 = 2.1;
- ゾーン2: R2 = 4.3;
- ゾーン3: R3 = 8.6;
- ゾーン4: R4 = 14.2.
床が断熱されている場合、熱抵抗の合計係数を決定するには、断熱材と土壌の指標を合計します。
例。 外形寸法が10×8 mで壁の厚さが0.3メートルの家に、地下に深さ2.7メートルがあるとします。天井は地上にあります。内部気温が「+25°C」、外部温度が「–15°C」での土壌への熱損失を計算する必要があります。
壁を厚さ40 cmのFBSブロックで作ってみましょう(λf = 1.69)。内側には、厚さ4 cmのボードが並んでいます(λd = 0.18)。地下階には、厚さ12 cmの膨張粘土コンクリート(λに = 0.70)。次に、地下壁の熱抵抗係数: Rと = 0.4 / 1.69 + 0.04 / 0.18 = 0.46、そして床 RP = 0.12 / 0.70 = 0.17.
家の内部寸法は9.4×7.4メートルになります。
タスクのために地下室をゾーンに分割するスキーム。このような単純な形状の面積の計算は、長方形の辺とその乗算を決定することになります。
ゾーンごとの熱伝達に対する抵抗の面積と係数を計算します。
- ゾーン1は壁に沿ってのみ走ります。周囲長は33.6 m、高さは2 mです。 S1 = 33.6 × 2 = 67.2. Rs1 = Rと + R1 = 0.46 + 2.1 = 2.56.
- 壁のゾーン2。周囲長は33.6 m、高さは0.7 mです。 S2c = 33.6 × 0.7 = 23.52. Rz2s = Rと + R2 = 0.46 + 4.3 = 4.76.
- フロアのゾーン2。 S2p = 9.4 × 7.4 – 6.8 × 4.8 = 36.92. Rz2p = RP + R2 = 0.17 + 4.3 = 4.47.
- ゾーン3は床のみです。 S3 = 6.8 × 4.8 – 2.8 × 0.8 = 30.4. Rh3 = RP + R3 = 0.17 + 8.6 = 8.77.
- ゾーン4は床のみです。 S4 = 2.8 × 0.8 = 2.24. Rs4 = RP + R4 = 0.17 + 14.2 = 14.37.
地下室の熱損失Q =(S1 / Rs1 + S2c / Rz2s + S2p / Rz2p + S3 / Rh3 + S4 / Rs4) × dT =(26.25 + 4.94 + 8.26 + 3.47 + 0.16)×40 = 1723 W
非加熱施設の説明
多くの場合、熱損失を計算するときに、家が暖房されていないが断熱された部屋があるときに状況が発生します。この場合、エネルギー伝達は2段階で発生します。屋根裏部屋でこの状況を考えてみましょう。
暖かいですが暖房のない屋根裏部屋では、寒い時期には気温は路上より高く設定されます。これは、床からの熱伝達によるものです。
主な問題は、屋根裏部屋と上層階の間の重なり合う面積が、屋根と切妻の面積と異なることです。この場合、伝熱バランスの条件を利用する必要があります Q1 = Q2.
次のように記述することもできます。
K1 ×(T1 -T#)= K2 ×(T# -T2),
どこ:
- K1 = S1 / R1 + … + Sん / Rん 家の暖かい部分と冷たい部屋の間で重なるため;
- K2 = S1 / R1 + … + Sん / Rん 冷たい部屋と通りの間で重なるため。
熱伝達の平等から、家と路上で既知の値を持つ低温室で確立される温度がわかります。 T# = (K1 × T1 + K2 × T2) / (K1 + K2)その後、式の値を代入して熱損失を求めます。
例。 家の内部のサイズが8 x 10メートルであるとします。屋根の角度は30°です。部屋の気温は「+25°С」、外は「–15°С」です。
天井の熱抵抗係数は、建物のエンベロープによる熱損失を計算するためのセクションで示した例のように計算されます。 RP = 3.65。オーバーラップエリアは80mです2、 そう K1 = 80 / 3.65 = 21.92.
屋上エリア S1 = (10 × 8) / cos(30)= 92.38。木の厚さ(木枠と仕上げ-50 mm)とミネラルウール(10 cm)を考慮して、熱抵抗係数を考慮します。 R1 = 2.98.
ペディメントのウィンドウ領域 S2 = 1.5。通常の2室二重窓の熱抵抗 R2 = 0.4。ペディメントの面積は次の式で計算されます: S3 = 82 × TG(30) / 4 – S2 = 7.74。熱伝達に対する抵抗係数は屋根の係数と同じです。 R3 = 2.98.
窓からの熱伝達は、すべてのエネルギー損失の重要な部分です。したがって、寒い冬の地域では、「暖かい」二重窓を選択する必要があります
屋根の係数を計算します(ペディメントの数が2であることを忘れないでください):
K2 = S1 / R1 + 2 × (S2 / R2 + S3 / R3) = 92.38 / 2.98 + 2 × (1.5 / 0.4 + 7.74 / 2.98) = 43.69.
屋根裏部屋の気温を計算します:
T# =(21.92×25 + 43.69×(–15))/(21.92 + 43.69)= –1.64°С.
熱損失を計算するための式のいずれかに取得した値を代入し(それらがバランスしている場合、それらは等しい)、目的の結果が得られます。
Q1 = K1 × (T1 – T#)= 21.92×(25-(–1.64))= 584W。
換気冷却
換気システムは、家の中の通常の微気候を維持するために設置されています。これは、部屋への冷気の流入につながります。これは、熱損失を計算するときにも考慮する必要があります。
換気量の要件は、いくつかの規制文書に詳述されています。社内コテージシステムを設計するときは、まず、§7SNiP 41-01-2003および§4SanPiN 2.1.2.2645-10の要件を考慮する必要があります。
ワットは熱損失を測定するための一般的に受け入れられている単位であるため、空気の熱容量 c (kJ / kg×°C)は、寸法「W×h / kg×°C」に換算する必要があります。海抜の空気の場合、値を取得できます c = 0.28 W×h / kg×°C
換気量は毎時立方メートルで測定されるため、空気密度を知ることも必要です q (キロ/メートル3)通常の大気圧と平均湿度の下で、この値はq = 1.30 kg / m3.
レキュペレーター付き家庭用換気ユニット。宣言されたボリュームは欠落していますが、小さなエラーが発生しています。したがって、地上の空気の密度と熱容量を100分の1まで正確に計算しても意味がありません。
換気による熱損失を補償するためのエネルギー消費は、次の式を使用して計算できます。
Q = L×q×c×dT = 0.364×L×dT、
どこ:
- L -空気消費量(m3 / h);
- dT -部屋と入ってくる空気の温度差(°С)。
冷たい空気が家に直接入る場合:
dT = T1 -T2,
どこ:
- T1 -室内温度;
- T2 -外気温。
ただし、大きな物体の場合、通常、レキュペレーター(熱交換器)が換気システムに組み込まれています。流入ストリームの温度が原因で流入空気の部分的な加熱が発生するため、エネルギーを大幅に節約できます。
そのようなデバイスの有効性は、その効率で測定されます k (%)。この場合、前の式は次の形式になります。
dT =(T1 -T2)×(1-k / 100)。
ガス流量計算
総熱損失がわかると、200 mの面積の家を暖房するために必要な天然ガスまたは液化ガスの流量を簡単に計算できます2.
燃料の量に加えて、放出されるエネルギーの量は、その発熱量の影響を受けます。ガスの場合、このインジケータは、供給される混合物の湿度と化学組成に依存します。最高を区別する(Hh)以下(Hl)発熱量。
プロパンの低い発熱量はブタンのそれよりも少ないです。したがって、液化ガスの発熱量を正確に測定するには、ボイラーに供給される混合物中のこれらの成分の割合を知る必要があります
加熱に十分であることが保証されている燃料の量を計算するために、ガス供給者から入手できる低い発熱量の値が式に代入されます。発熱量の標準単位は「mJ / m3「または」mJ / kg」。ただし、ボイラーの測定単位と電力、および熱損失はジュールではなくワットで動作するため、1 mJ = 278 W×hとすると、変換を実行する必要があります。
混合物の低発熱量の値が不明な場合は、次の平均値をとることができます。
- 天然ガス用 Hl = 9.3 kW×h / m3;
- 液化ガス用 Hl = 12.6 kW×h / kg。
計算に必要なもう1つの指標はボイラー効率です K。通常はパーセントで測定されます。一定期間のガス流量の最終式 E (h)の形式は次のとおりです。
V = Q×E /(Hl ×K / 100)。
住宅の集中暖房がオンになる期間は、1日の平均気温によって決まります。
過去5日間で「+ 8°C」を超えていない場合は、2006年5月13日付けのロシア連邦政令第307号によると、住宅への熱供給が必要です。自律暖房を備えた民家の場合、これらの数値は燃料消費量の計算にも使用されます。
コテージが建設された地域の「+ 8°C」を超えない温度の日数に関する正確なデータは、水文気象センターのローカルブランチにあります。
家が大きな集落の近くにある場合は、テーブルを使用する方が簡単です。 1. SNiP 23-01-99(列番号11)。この値に24(1日あたりの時間)を掛けると、パラメーターが取得されます。 E ガスの流れを計算するための方程式から。
表の気候データによると。 1 SNiP 23-01-99計算は、建物の熱損失を決定するために建設組織によって実行されます
空気の流入量と部屋の内部の温度が一定である(またはわずかな変動がある)場合、建物のエンベロープと部屋の換気による熱損失は、屋外の温度に正比例します。
したがって、パラメータごと T2 熱損失の計算式では、表の列12の値を使用できます。 SNiP 23-01-99。
200 mのコテージの例2
ロストフ・ナ・ドン市の近くのコテージのガス消費量を計算します。加熱期間: E = 171×24 = 4104時間。平均街路温度 T2 =-0.6°C家の中の望ましい温度: T1 = 24°C
暖房なしのガレージ付きの2階建てのコテージ。総面積は約200平方メートルです。壁は追加で断熱されていないため、ロストフ地域の気候に適しています
ステップ1。 ガレージを除いて、周囲の熱損失を計算します。
これを行うには、同種のセクションを選択します。
- 窓。 合計で、1.6 x 1.8 mのサイズの9つの窓、1.0 x 1.8 mのサイズの窓、および0.38 mのサイズの2.5の丸い窓があります。2 各自。総窓面積: S窓 = 28.60 m2。製品のパスポートによると R窓 = 0.55。その後 Q窓 = 1279ワット
- ドア 0.9 x 2.0 mの2つの断熱ドアがあります。 Sドア = 3.6 m2。製品パスポートによると Rドア = 1.45。その後 Qドア = 61ワット。
- 空白の壁。 セクション「ABVGD」:36.1×4.8 = 173.28 m2。 「はい」のプロット:8.7×1.5 = 13.05 m2。プロット「DEJ」:18.06 m2。屋根の切妻の面積:8.7×5.4 / 2 = 23.49。空白の壁の総面積: S壁 = 251.37 – S窓 – Sドア = 219.17 m2。壁は40cm厚の気泡コンクリートと中空のレンガでできています。 R壁 = 2.50 + 0.63 = 3.13。その後 Q壁 = 1723W。
周囲全体の総熱損失:
Qペリム = Q窓 + Qドア + Q壁 = 3063ワット
ステップ2 屋根の熱損失を計算します。
断熱材は、連続クレート(35 mm)、ミネラルウール(10 cm)、裏地(15 mm)です。 R屋根 = 2.98。本体上部の屋根面積:2×10×5.55 = 111m2ボイラー室の上:2.7×4.47 = 12.07 m2。合計 S屋根 = 123.07 m2。その後 Q屋根 = 1016ワット。
ステップ3 床からの熱損失を計算します。
暖房室とガレージの面積は別々に計算する必要があります。面積は数式で正確に決定できますが、Corel Drawなどのベクトルエディタを使用して決定することもできます。
熱伝達に対する抵抗は、荒い床材とラミネートの下の合板のボード(合計5 cm)、および玄武岩断熱材(5 cm)によって提供されます。 R性別 = 1.72。次に、床を通る熱損失は次のようになります。
Q床 = (S1 / (R床 + 2.1) + S2 / (R床 + 4.3) + S3 / (R床 + 2.1)) × dT = 546ワット。
ステップ4 冷たいガレージでの熱損失を計算します。床は断熱されていません。
加熱された家から、熱は2つの方法で浸透します
- 耐力壁を通して。 S1 = 28.71, R1 = 3.13.
- ボイラー室のあるレンガの壁を通り抜けます。 S2 = 11.31, R2 = 0.89.
我々が得る K1 = S1 / R1 + S2 / R2 = 21.88.
ガレージから、熱は次のように消えます:
- 窓越しに。 S1 = 0.38, R1 = 0.55.
- ゲートを通って。 S2 = 6.25, R2 = 1.05.
- 壁を通して。 S3 = 19.68, R3 = 3.13.
- 屋根を通って。 S4 = 23.89, R4 = 2.98.
- 床全体。ゾーン1。 S5 = 17.50, R5 = 2.1.
- 床全体。ゾーン2。 S6 = 9.10, R6 = 4.3.
我々が得る K2 = S1 / R1 + … + S6 / R6 = 31.40
ガレージ内の温度は、熱伝達のバランスに従って計算されます。 T# = 9.2°C。次に、熱損失は次のようになります。 Qガレージ = 324ワット。
手順5 換気による熱損失を計算します。
このようなコテージに6人が滞在する場合の計算された換気量を440 mとします。3/時間。システムには効率50%のレキュペレーターが設置されています。これらの条件下では、熱損失: Q排出する = 1970W。
ステップ。 6。 すべてのローカル値を追加することにより、総熱損失を決定します。 Q = 6919ワット
手順7 ボイラー効率92%で冬にモデルハウスを加熱するために必要なガスの量を計算します。
- 天然ガス。 V = 3319 m3.
- 液化ガス。 V = 2450 kg。
計算後、暖房の財務コストと熱損失の削減を目的とした投資の実現可能性を分析できます。
材料の熱伝導率と熱伝達抵抗。壁、屋根、床の計算規則:
加熱に必要なガスの体積を決定する計算の最も難しい部分は、加熱されたオブジェクトの熱損失を見つけることです。ここでは、まず最初に、幾何計算を注意深く検討する必要があります。
暖房の経済的コストが過剰に思われる場合は、家の断熱材の追加について検討する必要があります。さらに、熱損失の計算は、凍結構造をよく示しています。
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