Як приходить і йде тепло

При будівництві будинку необхідно дотримуватись будівельних норм. Мінімально допустимі величини опору теплопередачі огороджувальних конструкцій наведені в ДБН В.2.6-31:2006 «Конструкції будинків та споруд. Теплова ізоляція будівель.»
Конструкція | Стіна | Дах | Пол | Вікна |
Опір теплопередачі, м²•°С/Вт | 2,8 | 4,95 | 3,45 | 0,6 |
Наведені вище значення опору теплопередачі означають, що через один квадратний метр конструкції та різниці температур в один градус Цельсія йде тепло, що дорівнює | ||||
Теплопровідність, Вт/м²•°С | 0,357 | 0,202 | 0,289 | 1,67 |
Якщо помножити теплопровідність кожної конструкції на її площу, то можна визначити втрати тепла через цю конструкцію.
Розглянемо будинок, площею 100 м², периметр (10 х 10) м з висотою стелі – 2,5 метра. Зазвичай площа вікон у таких будинках становить одну шосту частину площі будинку. Температура повітря у приміщенні – плюс 20°С, зовні – 0°С.Конструкція | Стіна | Дах | Пол | Вікна |
Теплопровідність, Вт/м²•°С | 0,357 | 0,202 | 0,289 | 1,67 |
Площа, м² | 83,3 | 100 | 100 | 1,67 |
Втрати тепла, Вт/год | 595 | 404 | 533 | 555 |
Втрати тепла, % | 28,5% | 19,3% | 25,5% | 26,6% |
В адміністративних або висотних будинках площа вікон по відношенню до площі підлоги будівлі сягає вже 40%. Тоді втрати тепла розподіляться так.
Конструкція | Стіна | Дах | Пол | Вікна |
Втрати тепла, Вт/год | 428 | 404 | 533 | 1 333 |
Втрати тепла, % | 15,9% | 15,0% | 19,8% | 49,4% |
Якщо будівля буде висотою в п'ять поверхів, то втрати тепла через дах і стелю не зміняться, а втрати через стіни та вікна збільшаться.
Таким чином, поверховість будівлі та площа скління визначають відсотковий розподіл втрат через конструкції будівлі. Якщо в одноповерховому приватному будинку, де площа вікон мінімальна, втрати тепла між конструкціями розподіляються майже рівномірно, то з підвищенням поверховості будівлі та збільшення площі скління втрати через вікна починають переважати над втратами через стіни, дах та підлогу.
У наведених вище даних не враховано витрати енергії, пов'язані з вентиляцією приміщення. Якщо, згідно з санітарними нормами, один раз на годину змінювати повітря в приміщенні, необхідно врахувати витрати енергії на нагрівання свіжого повітря. Для п'ятиповерхової будівлі, з урахуванням витрат енергії на вентиляцію, розподіл втрат енергії виглядатиме таким чином.
Конструкція | Стіна | Дах | Пол | Вікна | Вентиляція |
Втрати тепла, Вт/год | 2 142 | 404 | 533 | 6 667 | 8 980 |
Втрати тепла, % | 11,4% | 2,2% | 2,8% | 35,6% | 48,0% |
З наведених вище цифр можна зробити наступний висновок – основну увагу при скороченні втрат тепла в зимовий період необхідно приділити вікнам та вентиляції.
Для того, щоб втрати через вікна не перевищували втрати через стіни, достатньо збільшити опір теплопередачі вікна з 0,6 м²•°С/Вт до 1,2 м²•°С/Вт. Це стає можливим при встановленні на склопакет низькоемісійних тонувальних плівок.
Які витрати енергії необхідні для охолодження будівлі у літній період?
Потік тепла, що надходить через стіни, дах і підлогу при різниці температури всередині (25 ° С) і зовні (32 ° С) визначаються теплопровідністю відповідної конструкції. Вікно, на відміну від стін, підлоги та даху, є прозорим для сонячного випромінювання, тому прихід тепла через вікно збільшиться на величину цього випромінювання. Чисельна величина випромінювання, що проходить через вікно, визначається коефіцієнтом затінення. Наприклад, для прозорого скла 4 мм скла з G = 0,99, а частка сонячної енергії, що надходить у приміщення, дорівнює:Р = 0,87 х 0,99 = 0,861
Розрахунок тепла (Р), що надходить у приміщення за рахунок сонячного випромінювання, провадиться наступним чином: величину прямого потоку сонячного випромінювання (для літа приймають рівною 630 Вт/м²) множать на коефіцієнт затінення G:
Р = (630 х 0,87х G), (Вт/м²)
З урахуванням випромінювання розподіл, що надходить у приміщення тепла, буде виглядати наступним чином.
Конструкція | Стіна | Дах | Пол | Вікна | Вентиляція |
Прихід тепла, Вт/год | 750 | 141 | 187 | 82721 | 3143 |
Витрати на охолодження, % | 0,9% | 0,2% | 0,2% | 95% | 3,6% |
З останньої таблиці випливає, що основні витрати енергії для підтримки комфортної температури в приміщенні пов'язані з приходом тепла через вікна (95%).
Для одноповерхового будинку з мінімальною площею вікон розподіл витрат на охолодження виглядає інакше.
Конструкція | Стіна | Дах | Пол | Вікна | Вентиляція |
Прихід тепла, Вт/год | 208 | 141 | 186 | 6893 | 628 |
Витрати на охолодження, % | 2,6% | 1,8% | 2,3% | 85,5% | 7,8% |
Розрахунок надходжень сонячного тепла у приміщення зроблено з припущення, що це вікна добре освітлюються сонцем, а потужність сонячного випромінювання відповідає своєму максимуму. Такі припущення дозволяють розрахувати максимальну потужність системи кондиціювання.