Средний расход газа на отопление дома 150 м²: пример вычислений и обзор теплотехнических формул

Финансирование отопительного сезона составляет значимую часть бюджета, затрачиваемую на содержание жилья. Зная цену и средний расход газа на отопление дома 150 м², можно достаточно точно определить затраты на обогрев помещений. Эти расчеты легко выполнить самостоятельно без оплаты услуг теплотехников.

Все о нормативах газопотребления и способах расчета расхода голубого топлива вы узнаете из представленной нами статьи. Мы расскажем о том, сколько энергии потребуется для компенсации тепловых потерь дома в отопительный сезон. Подскажем, какими формулами следует пользоваться в вычислениях.

Обогрев загородных коттеджей

При расчете расхода газа, который необходим для обогрева дома, самой сложной задачей будет вычисление теплопотерь, которые обязана полностью компенсировать отопительная система во время работы.

Комплекс потерь тепла зависит от климата, конструктивных особенностей здания, используемых материалов и параметров работы вентиляционной системы.

Расчет компенсируемого количества тепла

Система отопления любого здания должна компенсировать его теплопотери Q (Вт) в холодный период времени. Они происходят по двум причинам:

1. теплообмен через периметр дома;
2. потеря тепла в результате поступления холодного воздуха через систему вентиляции.

Формально теплопотери через стену и крышу Q_тп можно рассчитать по следующей формуле:

Q_тп = S * dT / R,

где:

• S – площадь поверхности (м²);
• dT – разница температуры между комнатным и уличным воздухом (°С);
• R – показатель сопротивления теплопередаче материалов (м² * °С / Вт).

Последний показатель (который также называют «коэффициент термического сопротивления») можно взять из таблиц, прилагаемых к строительным материалам или изделиям.

От типа стеклопакета значительно зависит показатель теплопотерь дома. Высокая цена утепленных окон будет оправдана за счет экономии топлива

Пример. Пусть наружная стена комнаты имеет площадь 12 м², из которой 2 м² занимает окно.

Показатели сопротивления теплопередаче следующие:

• Газобетонные блоки D400: R = 3.5.
• Стеклопакет двухкамерный с аргоном «4М1 – 16Ar – 4М1 – 16Ar – 4I»: R = 0.75.

В этом случае при комнатной температуре «+22°С», а уличной – «–30°С» теплопотери наружной стены комнаты составят:

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

Такой расчет дает правильный результат при условии отсутствия неконтролируемого воздухообмена (инфильтрации).

Она может возникать в следующих случаях:

• Наличие дефектов конструкции, таких как неплотное прилегание оконных рам к стенам или отслоение утеплительного материала. Их необходимо устранить.
• Старение здания, в результате чего в кладке образуются сколы, трещины или пустоты. В этом случае необходимо вводить поправочные коэффициенты в показатель сопротивления теплопередачи материалов.

Таким же образом необходимо определить теплопотери через крышу, если объект расположен на последнем этаже. Через пол сколько-нибудь значимая потеря энергии происходит только в случае наличия неотапливаемого продуваемого подвального помещения, такое как гараж. В землю же тепло практически не уходит.

Для вычисления показателя сопротивления теплопередаче многослойных материалов необходимо суммировать показатели отдельных слоев. Обычно для расчетов берут только самые нетеплопроводные материалы

Рассмотрим вторую причину теплопотерь – вентиляцию здания. Расход энергии на подогрев приточного воздуха (Q_в) можно рассчитать по формуле:

Q_в = L * q * c * dT, где:

• L – расход воздуха (м³ / ч);
• q – плотность воздуха (кг / м³);
• c – удельная теплоемкость поступающего воздуха (кДж / кг *°С);
• dT – разница температуры между комнатным и уличным воздухом (°С).

Удельная теплоемкость воздуха в интересующем нас температурном диапазоне [–50.. +30 °С] равна 1.01 кДж / кг *°С или в переводе к нужной нам размерности: 0.28 Вт * ч / кг *°С. Плотность воздуха зависит от температуры и давления, но для расчетов можно взять значение в 1.3 кг / м³.

Пример. Для комнаты 12 м² при той же разнице температур, что и в предыдущем примере теплопотери по причине работы вентиляции составят:

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

Проектировщики берут расход воздуха согласно СНиП 41-01-2003 (в нашем примере 3 м³ / ч на 1 м² площади жилой комнаты), но это значение может быть значительно уменьшено владельцем здания.

Итого суммарные теплопотери модельной комнаты составляют:

Q = Q_тп + Q_в = 969 Вт.

Для расчета теплопотерь за сутки, неделю или месяц необходимо знать среднюю температуру за эти периоды.

Из приведенных выше формул видно, что вычисление объема потребляемого газа как на короткий период времени, так и на весь холодный сезон необходимо осуществлять с учетом климата местности, где расположен отапливаемый объект. Поэтому использовать хорошо зарекомендовавшие себя типовые решения можно только для аналогичных природных условий.

Для определения схожих климатических параметров  можно воспользоваться картами средних месячных температур в зимний период. Их легко можно найти в интернете

При сложной геометрии дома и разнообразии применяемых при его строительстве и утеплении материалов можно для расчета необходимого количества тепла воспользоваться услугами специалистов.

Способы минимизации теплопотерь

Затраты на обогрев дома составляют значительную часть расходов на его содержание. Поэтому разумно выполнить некоторые виды работ, направленные на уменьшение теплопотерь путем утепления потолка, стен дома, теплоизоляции пола и смежных конструкций.

Применение схем утепления снаружи и изнутри дома позволяет существенно уменьшить этот показатель. Особенно это касается старых строений с сильным износом стен и перекрытий. Те же пенополистирольные плиты позволяют не только снизить или полностью исключить промерзание, но и сводят к минимуму инфильтрацию воздуха через защищаемое покрытие.

Также существенной экономии можно достичь, если не подключать к отоплению летние площади дома, такие как веранды или мансардный этаж. В этом случае произойдет значительное уменьшение периметра обогреваемой части дома.

Использование мансардного этажа только в летнее время существенно экономит затраты на обогрев дома зимой. Однако в этом случае потолок верхнего этажа должен быть хорошо утеплен

Если строго следовать нормам вентиляции помещений, которые прописаны в СНиП 41-01-2003, то теплопотери от воздухообмена будут выше, чем от промерзания стен и крыши здания. Эти правила обязательны для проектировщиков и любых юридических лиц, если помещение используют для производства или предоставления услуг. Однако жильцы дома могут по своему усмотрению уменьшить указанные в документе значения.

Кроме того, для подогрева поступающего с улицы холодного воздуха можно использовать теплообменники, а не приборы, которые потребляют электричество или газ. Так обыкновенный пластинчатый рекуператор может сэкономить более половины энергии, а более сложное устройство с теплоносителем – около 75%.

Вычисление необходимого объема газа

Сгораемый газ должен компенсировать потери тепла. Для этого помимо теплопотерь дома необходимо знать объем выделяемой при сгорании энергии, которая зависит от КПД котла и теплотворности смеси.

Правило выбора котла

Выбор нагревателя необходимо осуществлять с учетом теплопотерь дома. Его должно хватить на период, когда достигается годовой минимум температур. В паспорте напольного или настенного газового котла за это отвечает параметр «номинальная тепловая мощность», который для бытовых приборов измеряют в кВт.

Так как любое сооружение обладает тепловой инерцией, то для расчета необходимой мощности котла за минимальную температуру обычно берут показатель самой холодной пятидневки. Для конкретной местности его можно узнать в организациях, занимающихся сбором и обработкой метеоинформации, либо из таблицы 1. СНиП 23-01-99 (столбец №4).

Фрагмент таблицы 1 из СНиП 23-01-99. С помощью нее можно получить необходимые данные по климату местности, где расположен отапливаемый объект

Если мощность котла превышает достаточный для отопления помещения показатель, то это не приводит к увеличению потребления газа. В этом случае период простоя оборудования будет более длительным.

Иногда есть резон выбрать котел немного меньшей мощности. Такие устройства могут быть значительно дешевле и при покупке и при эксплуатации. Однако в этом случае необходимо иметь запасной источник тепла (например, калорифер в комплекте с бензогенератором), который можно будет использовать при сильных морозах.

Основной показателем эффективности и экономичности котла – коэффициент полезного действия. У современного бытового оборудования он находится в диапазоне от 88 до 95%. КПД прописан в паспорте устройства и его используют при расчете потребления газа.

Формула выделения тепла

Чтобы правильно вычислить расход природного или сжиженного газа на отопление дома площадью около 150 м² необходимо узнать еще один показатель – теплотворность (удельная теплота сгорания) подаваемого топлива. Согласно системе «СИ» его измеряют в Дж / кг для сжиженного газа или в Дж / м³ для природного.

Газгольдеры (емкости для хранения сжиженного газа) характеризуются в литрах. Чтобы узнать, сколько войдет в него топлива в килограммах можно применить соотношение 0.54 кг / 1 л

Существует два значения этого показателя – низшая теплотворность (H_l) и высшая (H_h). Она зависит от влажности и температуры топлива. При расчете берут показатель H_l – его и нужно узнать у поставщика газа.

Если такой информации нет, то при вычислениях можно принять следующие значения:

• для природного газа H_l = 33.5 мДж / м³;
• для сжиженного газа H_l = 45.2 мДж / кг.

С учетом того, что 1 мДж = 278 Вт * ч, получаем следующие значения теплотворности:

• для природного газа H_l = 9.3 кВт * ч / м³;
• для сжиженного газа H_l = 12.6 кВт * ч / кг.

Объем потребляемого за определенный период времени газа V (м³ или кг) можно рассчитать по следующей формуле:

V = Q * E / (H_l * K), где:

• Q – теплопотери здания (кВт);
• E – длительность периода отопления (ч);
• H_l – минимальная теплотворность газа (кВт * ч / м³);
• K – КПД котла.

Для сжиженного газа размерность H_l равна кВт * ч / кг.

Пример расчета потребления газа

Для примера возьмем типовой сборный каркасный деревянный двухэтажный коттедж. Регион – Алтайский край, г. Барнаул.

Размер коттеджа – 10 х 8.5 м. Угол наклона двускатной крыши – 30°. Этот проект отличается теплой мансардой, относительно большой площадью остекления, отсутствием подвала и выступающих частей дома

Шаг 1. Вычислим основные параметры дома для расчета теплопотерь:

• Пол. В случае отсутствия продуваемого подвального помещения потерями через пол и фундамент можно пренебречь.
• Окна. Стеклопакет двухкамерный «4М1 – 16Ar – 4М1 – 16Ar – 4I»: R_o = 0.75. Площадь остекления S_o = 40 м².
• Стены. Площадь продольной (боковой) стены равна 10 * 3.5 = 35 м². Площадь поперечной (фасадной) стены равна 8.5 * 3.5 + 8.5² * tg(30) / 4 = 40 м². Таким образом, суммарная площадь периметра здания равна 150 м², а с учетом остекления искомое значение S_s = 150 – 40 = 110 м².
• Стены. Основными теплоизоляционными материалами служат клееный брус, толщиной 200 мм (R_b = 1.27) и базальтовый утеплитель, толщиной 150 мм (R_u = 3.95). Суммарный показатель сопротивления теплопередаче для стены R_s = R_b + R_u = 5.22.
• Крыша. Утепление полностью повторяет форму крыши. Площадь кровли без свесов S_k = 10 * 8.5 / cos (30) = 98 м².
• Крыша. Основными теплоизоляционными материалами служат вагонка, толщиной 12.5 мм (R_v = 0.07) и базальтовый утеплитель, толщиной 200 мм (R_u = 5.27). Суммарный показатель сопротивления теплопередаче для крыши R_k = R_v + R_u = 5.34.
• Вентиляция. Пусть расход воздуха будет рассчитан не по площади дома, а с учетом требований обеспечить значение не менее 30 м³ на человека в час. Так как в коттедже постоянно проживают 4 человека, то L = 30 * 4 = 120 м³ / ч.

Шаг. 2. Рассчитаем необходимую мощность котла. Если оборудование уже приобретено, то этот этап можно пропустить.

Для наших расчетов необходимо знать всего два показателя газового котла: КПД и номинальную мощность. Они должны быть прописаны в паспорте устройства

Температура наиболее холодной пятидневки равна «–41 °С». Комфортную температуру примем за «+24 °С». Таким образом, средняя разница температур за этот период составит dT = 65 °С.

Вычислим теплопотери:

• через окна: Q_o = S_o * dT / R_o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 Вт;
• через стены: Q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 Вт;
• через крышу: Q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 Вт;
• по причине вентиляции: Q_v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 Вт.

Суммарные теплопотери всего дома в период холодной пятидневки составят:

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

Таким образом, для этого модельного дома можно выбрать газовый котел с параметром максимальной тепловой мощности равным 10-12 кВт. Если газ используют также для обеспечения горячего водоснабжения, то придется брать более производительное устройство.

Шаг 3. Рассчитаем длительность периода отопления и усредненные теплопотери.

Под холодным временем года, когда необходимо отопление, понимают сезон со среднесуточными температурами ниже 8-10 °С. Поэтому для расчетов можно взять или столбцы № 11-12 или столбцы № 13-14 таблицы 1 СНиП 23-01-99.

Этот выбор остается за хозяевами коттеджа. При этом существенной разницы в годовом расходе топлива не будет. В нашем случае остановимся на периоде с температурой ниже «+10 °С». Длительность этого периода составляет 235 суток или E = 5640 часов.

При централизованном отоплении включение и выключение подачи теплоносителя происходит по установленным нормативам. Одно из преимуществ частного дома – запуск режима обогрева по желанию жильцов

Теплопотери дома для усредненной температуры за этот период рассчитывают также как и в шаге 2, только параметр dT = 24 – (– 6.7) = 30.7 °С. После проведения вычислений получим Q = 4192 Вт.

Шаг 4. Вычислим объем потребляемого газа.

Пусть КПД котла K = 0.92. Тогда объем потребляемого газа (при усредненных показателях минимальной теплотворности газовой смеси) за холодный период времени составит:

• для природного газа: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0.92) = 2763 м³;
• для сжиженного газа: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0.92) = 2040 кг.

Зная цены на газ, можно вычислить и финансовые затраты на отопление.

Выводы и полезное видео по теме

Уменьшение расхода газа за счет устранения ошибок, связанных с утеплением дома. Реальный пример:

Расход газа при известной тепловой мощности:

Все вычисления теплопотерь можно провести самостоятельно только тогда, когда известны теплосберегающие свойства материалов, из которых построен дом. Если здание старое, то в первую очередь необходимо проверить его на промерзание и устранить выявленные проблемы.

После этого по представленным в статье формулам можно выполнить расчет расхода газа с высокой точностью.

Оставляйте, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке для обратной связи. Размещайте фото по теме статьи, задавайте вопросы по заинтересовавшим моментам. Делитесь полезной информацией, которая может пригодиться посетителям нашего сайта.