Proračun sustava grijanja privatne kuće: pravila i primjeri izračuna

Grijanje privatne kuće – neophodan je element udobnog stanovanja. Složite se da se uređenju kompleksa grijanja treba pristupiti pažljivo, jer greške mogu biti skupe. Ali nikada se niste bavili takvim izračunima i ne znate kako ih pravilno izvesti?

Pomoći ćemo vam – u našem članku detaljno ćemo razmotriti kako se izračunava sustav grijanja privatne kuće za učinkovitu nadoknadu gubitaka topline u zimskim mjesecima.

Navest ćemo konkretne primjere, dopunivši materijal članka preglednim fotografijama i korisnim video savjetima, kao i aktualnim tablicama s pokazateljima i koeficijentima potrebnim za izračune.

Toplinski gubici privatne kuće

Zgrada gubi toplinu zbog razlike temperatura zraka unutar i izvan kuće. Gubici topline su veći što je veća površina ogradnih konstrukcija zgrade (prozora, krovišta, zidova, temelja).

Također su gubici toplinske energije povezani s materijalima ogradnih konstrukcija i njihovim dimenzijama. Na primjer, gubici topline tankih zidova veći su nego debelih.

Učinkovit proračun grijanja za privatnu kuću obvezno uzima u obzir materijale korištene pri izgradnji ograđujućih konstrukcija.

Na primjer, pri jednakoj debljini zida od drva i cigle provode toplinu različitim intenzitetom – gubici topline kroz drvene konstrukcije odvijaju se sporije. Neki materijali propuštaju toplinu bolje (metal, cigla, beton), drugi lošije (drvo, mineralna vuna, polistiren).

Atmosfera unutar stambene zgrade neizravno je povezana s vanjskim zračnim okolišem. Zidovi, otvori prozora i vrata, krov i temelj zimi prenose toplinu iz kuće van, donoseći zauzvrat hladnoću. Na njih otpada 70-90% ukupnih gubitaka topline vikendice.

Zidovi, krov, prozori i vrata – sve propušta toplinu zimi van. Termovizijska kamera jasno će pokazati gubitke topline

Stalni gubitak toplinske energije tijekom sezone grijanja također se događa kroz ventilaciju i kanalizaciju.

Pri proračunu gubitaka topline zgrade individualne stambene gradnje ti se podaci obično ne uzimaju u obzir. No uključivanje u ukupni toplinski proračun kuće gubitaka topline kroz kanalizacijski i ventilacijski sustav – ipak je ispravno rješenje.

Znatno smanjiti gubitke topline koji prolaze kroz građevinske konstrukcije, prozorske/vratne otvore moći će pravilno postavljen sustav toplinske izolacije

Izvršiti proračun autonomnog kruga grijanja vikendice bez procjene gubitaka topline njezinih ograđujućih konstrukcija nemoguće je. Točnije, neće se moći odrediti snaga kotla za grijanje, dovoljna za zagrijavanje vikendice u najljućim mrazevima.

Analiza stvarne potrošnje toplinske energije kroz zidove omogućit će usporedbu troškova kotlovske opreme i goriva s troškovima toplinske izolacije ograđujućih konstrukcija.

Naime, što je kuća energetski učinkovitija, tj. što manje toplinske energije gubi tijekom zimskih mjeseci, to su manji troškovi nabave goriva.

Za ispravan proračun sustava grijanja bit će potreban koeficijent toplinske vodljivosti uobičajenih građevinskih materijala.

Tablica vrijednosti koeficijenta toplinske vodljivosti različitih građevinskih materijala, koji se najčešće koriste pri izgradnji

Izračun gubitaka topline kroz zidove

Na primjeru uvjetne dvokatne vikendice izračunat ćemo gubitke topline kroz njezine zidne konstrukcije.

Polazni podaci:

• kvadratna «kutija» s fasadnim zidovima širine 12 m i visine 7 m;
• u zidovima 16 otvora, površina svakoga 2,5 m²;
• materijal fasadnih zidova – puna keramička cigla;
• debljina zida – 2 cigle.

Zatim ćemo izračunati skup pokazatelja od kojih se sastoji ukupna vrijednost gubitka topline kroz zidove.

Pokazatelj otpora prijenosu topline

Da biste saznali pokazatelj otpora prijenosu topline za fasadni zid, potrebno je podijeliti debljinu zidnog materijala s njegovim koeficijentom toplinske vodljivosti.

Za niz konstrukcijskih materijala podaci o koeficijentu toplinske vodljivosti prikazani su na slikama gore i dolje.

Za točne proračune bit će potreban koeficijent toplinske vodljivosti toplinsko-izolacijskih materijala navedenih u tablici koji se koriste u građevinarstvu.

Naš uvjetni zid izgrađen je od keramičke pune opeke, čiji je koeficijent toplinske vodljivosti 0,56 W/m·^°C. Njegova debljina, uključujući zidanje na CPM – 0,51 m. Dijeljenjem debljine zida s koeficijentom toplinske vodljivosti opeke, dobivamo otpor prijenosu topline zida:

0,51 : 0,56 = 0,91 W/m^2×°C

Rezultat dijeljenja zaokružujemo na dvije decimale; nema potrebe za preciznijim podacima o otporu prijenosu topline.

Površina vanjskih zidova

Budući da je kao primjer odabrana četvrtasta zgrada, površina njezinih zidova određuje se množenjem širine s visinom jednog zida, zatim s brojem vanjskih zidova:

12 · 7 · 4 = 336 m²

Dakle, poznata nam je površina fasadnih zidova. Ali što je s otvorima za prozore i vrata koji zajedno zauzimaju 40 m2 (2,5·16=40 m²) fasadnog zida, trebamo li ih uzeti u obzir?

Doista, kako ispravno izračunati autonomno grijanje u drvenoj kući bez uzimanja u obzir otpora prijenosu topline prozorskih i vratnih konstrukcija.

Koeficijent toplinske vodljivosti toplinsko-izolacijskih materijala koji se koriste za izolaciju nosivih zidova

Ako je potrebno izračunati gubitke topline zgrade velike površine ili tople kuće (energetski učinkovite) – da, uzimanje u obzir koeficijenata prijenosa topline prozorskih okvira i ulaznih vrata pri proračunu bit će ispravno.

Međutim, za niskokatne građevine IZHS (individualno stambeno graditeljstvo), podignute od tradicionalnih materijala, dopušteno je zanemariti vrata i prozorske otvore. To jest, ne oduzimati njihovu površinu od ukupne površine fasadnih zidova.

Ukupni gubitci topline zidova

Utvrđujemo gubitak topline zida s njegovog četvornog metra pri razlici temperature zraka unutar i izvan kuće od jednog stupnja.

Za to dijelimo jedinicu s otporom prijenosa topline zida koji je prethodno izračunat:

1 : 0,91 = 1,09 W/m²·^oC

Poznavajući gubitke topline s četvornog metra perimetra vanjskih zidova, moguće je odrediti gubitke topline pri određenim vanjskim temperaturama.

Na primjer, ako je u prostorijama vikendice temperatura +20 ^oC, a vani -17 ^oC, temperaturna razlika iznosit će 20+17=37 ^oC. U takvoj situaciji ukupni toplinski gubici zidova našeg uvjetnog doma bit će:

0,91 · 336 · 37 = 11313 W,

Gdje: 0,91 – otpor prijenosa topline kvadratnog metra zida; 336 – površina pročelnih zidova; 37 – razlika temperature sobne i vanjske atmosfere.

Koeficijent toplinske vodljivosti toplinskoizolacijskih materijala koji se primjenjuju za izolaciju poda/zidova, za izradu suhog estriha poda i izravnavanje zidova

Preračunajmo dobivenu vrijednost toplinskih gubitaka u kilovat-sate, prikladniji su za percepciju i naknadne izračune snage sustava grijanja.

Toplinski gubici zidova u kilovat-satima

Najprije saznajmo koliko će toplinske energije otići kroz zidove u jednom satu pri temperaturnoj razlici od 37 ^oC.

Podsjećamo da se proračun provodi za kuću s konstrukcijskim karakteristikama, uvjetno odabranim za demonstracijsko-prikazne izračune:

11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,

Gdje: 11313 – vrijednost toplinskih gubitaka dobivena ranije; 1 – sat; 1000 – broj vata u kilovatu.

Koeficijent toplinske vodljivosti građevinskih materijala koji se primjenjuju za izolaciju zidova i stropova

Za izračun gubitaka topline po danu dobivenu vrijednost toplinskih gubitaka po satu množimo s 24 sata:

11,313 · 24 = 271,512 kWh

Radi preglednosti saznajmo gubitke toplinske energije za cijelu sezonu grijanja:

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 kWh,

Gdje: 7 – broj mjeseci u sezoni grijanja; 30 – broj dana u mjesecu; 271,512 – dnevni toplinski gubici zidova.

Dakle, proračunati toplinski gubici kuće s gore odabranim karakteristikama ograđenih konstrukcija iznosit će 57017,52 kWh za sedam mjeseci sezone grijanja.

Uzimanje u obzir utjecaja ventilacije privatne kuće

Proračun ventilacijskih gubitaka topline u sezoni grijanja kao primjer provest ćemo za uvjetnu vikendicu kvadratnog oblika, sa zidom širine 12 metara i visine 7 metara.

Bez uzimanja u obzir namještaja i unutarnjih zidova unutarnji volumen atmosfere u ovoj zgradi iznosit će:

12 · 12 · 7 = 1008 m³

Pri temperaturi zraka +20 ^oC (norma u sezoni grijanja) njegova gustoća iznosi 1,2047 kg/m³, a specifični toplinski kapacitet 1,005 kJ/(kg·^oC).

Izračunajmo masu atmosfere u kući:

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Gdje: 1008 – volumen kućne atmosfere; 1,2047 – gustoća zraka pri t +20 ^oC.

Tablica s vrijednostima koeficijenta toplinske provodljivosti materijala koji mogu biti potrebni pri preciznim izračunima

Pretpostavimo petostruku izmjenu količine zraka u prostorijama kuće. Napominjemo da točna potreba za dovodnom količinom svježeg zraka ovisi o broju stanara kuće.

Pri prosječnoj temperaturnoj razlici između kuće i ulice tijekom sezone grijanja od 27 ^°C (20 ^°C unutarnja, -7 ^°C vanjska atmosfera) dnevno će biti potrebna toplinska energija za zagrijavanje dovodnog hladnog zraka:

5 · 27 · 1214,34 · 1,005 = 164755,58 kJ,

Gdje: 5 – broj izmjena zraka u prostorijama; 27 – razlika temperatura unutarnje i vanjske atmosfere; 1214,34 – gustoća zraka pri t +20 ^°C; 1,005 – specifični toplinski kapacitet zraka.

Pretvorit ćemo kilodžul u kilovat-sate dijeljenjem vrijednosti s brojem kilodžula u jednom kilovat-satu (3600):

164755,58 : 3600 = 45,76 kWh

Nakon što smo utvrdili troškove toplinske energije za zagrijavanje zraka u kući uz peterostruku izmjenu kroz dovodnu ventilaciju, možemo izračunati „zračne“ gubitke topline tijekom sedmomjesečne sezone grijanja:

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 kWh,

Gdje: 7 – broj „grijanih“ mjeseci; 30 – prosječan broj dana u mjesecu; 45,76 – dnevni troškovi toplinske energije za zagrijavanje dovodnog zraka.

Ventilacijski (infiltracijski) energetski troškovi su neizbježni, jer je obnova zraka u prostorijama kuće od vitalne važnosti.

Potrebe za zagrijavanjem izmjenjive zračne atmosfere u kući treba izračunati, zbrojiti s gubicima topline kroz ograđujuće konstrukcije i uzeti u obzir pri odabiru kotla za grijanje. Postoji još jedna vrsta toplinskih energetskih troškova, posljednja – kanalizacijski gubici topline.

Troškovi energije za pripremu tople vode

Ako u toplim mjesecima iz slavine u kuću dolazi hladna voda, u sezoni grijanja ona je ledena, s temperaturom ne višom od +5 ^°C. Kupanje, pranje posuđa i pranje rublja nemogući su bez zagrijavanja vode.

Voda koja se skuplja u vodokotlić WC-a u kontaktu je kroz stijenke s kućnom atmosferom, oduzimajući malo topline. Što se događa s vodom zagrijanom izgaranjem plaćenog goriva i potrošenom za kućne potrebe? Ispušta se u kanalizaciju.

Dvokružni kotao s bojlerom neizravnog grijanja, koji se koristi kako za zagrijavanje toplinskog medija, tako i za opskrbu toplom vodom u izgrađeni krug za nju

Razmotrimo na primjeru. Obitelj od tri osobe, pretpostavimo, troši 17 m³ vode mjesečno. 1000 kg/m³ – gustoća vode, a 4,183 kJ/kg·^°C – njen specifični toplinski kapacitet.

Prosječna temperatura zagrijane vode namijenjene kućanskim potrebama neka bude +40 ^°C. Sukladno tome, razlika srednje temperature između hladne vode koja ulazi u kuću (+5 ^°C) i vode zagrijane u bojleru (+30 ^°C) iznosi 25 ^°C.

Za izračun toplinskih gubitaka kroz kanalizaciju računamo:

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 kJ,

Gdje: 17 – mjesečni volumen potrošnje vode; 1000 – gustoća vode; 25 – razlika temperatura hladne i zagrijane vode; 4,183 – specifični toplinski kapacitet vode;

Za pretvorbu kilodžula u razumljivije kilovat-sate:

1777775 : 3600 = 493,82 kWh

Dakle, tijekom sedmomjesečnog razdoblja sezone grijanja, u kanalizaciju odlazi toplinska energija u količini:

493,82 · 7 = 3456,74 kWh

Potrošnja toplinske energije za zagrijavanje vode za higijenske potrebe nije velika u usporedbi s gubicima topline kroz zidove i ventilaciju. No i to su energetski troškovi koji opterećuju kotao za grijanje ili bojler i uzrokuju potrošnju goriva.

Izračun snage kotla za grijanje

Kotao u sastavu sustava grijanja namijenjen je kompenzaciji toplinskih gubitaka zgrade. Također, u slučaju dvokružnog sustava ili kada je kotao opremljen bojlerom neizravnog grijanja, za zagrijavanje vode za higijenske potrebe.

Izračunavši dnevne gubitke topline i potrošnju tople vode «za kanalizaciju», može se točno odrediti potrebna snaga kotla za kuću određene površine i karakteristika ograđujućih konstrukcija.

Jednokružni kotao proizvodi samo zagrijavanje toplinskog nosača za sustav grijanja

Za određivanje snage kotla za grijanje potrebno je izračunati potrošnju toplinske energije kuće kroz fasadne zidove i za zagrijavanje izmjenjivog zračnog ozračja unutarnjih prostora.

Potrebni su podaci o gubicima topline u kilovat-satima dnevno – u slučaju uvjetne kuće izračunate kao primjer, to je:

271,512 + 45,76 = 317,272 kWh,

Gdje: 271,512 – dnevni gubici topline kroz vanjske zidove; 45,76 – dnevni gubici topline za zagrijavanje dovodnog zraka.

Sukladno tome, potrebna snaga grijanja kotla bit će:

317,272 : 24 (sata) = 13,22 kW

Međutim, takav će kotao biti pod stalno visokim opterećenjem, što smanjuje njegov vijek trajanja. I u posebno hladnim danima izračunata snaga kotla neće biti dovoljna, jer pri velikoj razlici temperatura između sobne i vanjske atmosfere naglo rastu toplinski gubici zgrade.

Stoga odabir kotla prema prosječnom izračunu potrošnje toplinske energije nije preporučljiv – on se s jakim mrazom možda neće moći nositi.

Racionalno je povećati potrebnu snagu kotlovske opreme za 20%:

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

Za izračun potrebne snage drugog kruga kotla koji grije vodu za pranje posuđa, kupanje i sl., potrebno je podijeliti mjesečnu potrošnju topline „kanalizacijskih” gubitaka topline s brojem dana u mjesecu i 24 sata:

493,82 : 30 : 24 = 0,68 kW

Prema rezultatima izračuna, optimalna snaga kotla za primjer vikendice iznosi 15,86 kW za krug grijanja i 0,68 kW za krug zagrijavanja.

Odabir radijatora grijanja

Tradicionalno se snaga radijatora grijanja preporučuje birati prema površini grijane prostorije, i to s 15-20% povećanjem potreba za snagom radi sigurnosti.

Na primjeru ćemo razmotriti koliko je ispravna metoda odabira radijatora „10 m2 površine – 1,2 kW”.

Toplinska snaga radijatora ovisi o načinu njihovog priključivanja, što je potrebno uzeti u obzir pri provođenju proračuna sustava grijanja.

Polazni podaci: kutna soba na prvom nivou dvokatne kuće IŽS; vanjski zid od dvorednog zida keramičke opeke; širina sobe 3 m, dužina 4 m, visina stropa 3 m.

Prema pojednostavljenoj shemi odabira predlaže se izračunavanje površine prostorije, računamo:

3 (širina) · 4 (dužina) = 12 m²

Dakle, potrebna snaga radijatora grijanja s 20% dodatkom iznosi 14,4 kW. A sada izračunajmo parametre snage radijatora grijanja na temelju toplinskih gubitaka sobe.

Zapravo, površina sobe utječe na gubitke toplinske energije manje nego površina njezinih zidova koji izlaze jednom stranom prema van zgrade (fasadnih).

Stoga ćemo računati upravo površinu „vanjskih” zidova koji se nalaze u sobi:

3 (širina) · 3 (visina) + 4 (dužina) · 3 (visina) = 21 m²

Znajući površinu zidova koji prenose toplinu „na ulicu”, izračunajmo gubitke topline pri razlici temperature u sobi i vani od 30^o (u kući +18 ^oC, vani -12 ^oC), i to odmah u kilovat-satima:

0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 kW,

Gdje: 0,91 – otpor prijenosa topline m2 sobnih zidova koji izlaze „na ulicu”; 21 – površina „vanjskih” zidova; 30 – razlika temperature unutar i izvan kuće; 1000 – broj vata u kilovatu.

Prema građevinskim standardima, uređaji za grijanje postavljaju se na mjesta maksimalnih gubitaka topline. Na primjer, radijatori se ugrađuju ispod prozorskih otvora, toplinski topovi – iznad ulaza u kuću. U kutnim sobama radijatori se ugrađuju na slijepe zidove izložene maksimalnom utjecaju vjetrova.

Proizlazi da je za kompenzaciju gubitaka topline kroz fasadne zidove ove konstrukcije, pri 30^o razlici temperature u kući i vani, dovoljno grijanje snage 0,57 kWh. Povećajmo potrebnu snagu za 20, pa čak i 30% – dobivamo 0,74 kWh.

Dakle, stvarne potrebe za snagom grijanja mogu biti znatno niže od trgovačke sheme "1,2 kW po četvornom metru prostorije".

Štoviše, točan izračun potrebne snage radijatora grijanja omogućit će smanjenje volumena toplinskog medija u sustavu grijanja, što će smanjiti opterećenje kotla i troškove goriva.

Zaključci i koristan video na temu

Kamo odlazi toplina iz kuće – odgovore pruža zoran videozapis:

U videozapisu je razmotren postupak izračuna toplinskih gubitaka kuće kroz ovojnicu zgrade. Poznavajući gubitke topline, moći će se točno izračunati snaga sustava grijanja:

Detaljan video o načelima odabira značajki snage kotla za grijanje pogledajte u nastavku:

Proizvodnja topline iz godine u godinu poskupljuje – rastu cijene goriva. A topline stalno nedostaje. Ne može se ravnodušno odnositi prema energetskim troškovima kuće – to je potpuno neisplativo.

S jedne strane, svaka nova sezona grijanja vlasnika kuće stoji sve više i više. S druge strane, izolacija zidova, temelja i krova izvan grada stoji dobar novac. Međutim, što manje topline napusti zgradu, to će je biti jeftinije grijati.

Očuvanje topline u prostorijama kuće – glavni je zadatak sustava grijanja u zimskim mjesecima. Odabir snage kotla za grijanje ovisi o stanju kuće i kvaliteti izolacije njezine ovojnice. Princip "kilovat na 10 četvornih metara površine" funkcionira u kući prosječnog stanja fasada, krova i temelja.

Jeste li samostalno izračunali sustav grijanja za svoj dom? Ili ste primijetili neslaganje izračuna navedenih u članku? Podijelite svoje praktično iskustvo ili količinu teoretskog znanja ostavivši komentar u bloku ispod ovog članka.