Średnie zużycie gazu na ogrzewanie domu o powierzchni 150 m²: przykład obliczeń i przegląd wzorów cieplnych

Finansowanie sezonu grzewczego stanowi znaczącą część budżetu przeznaczonego na utrzymanie mieszkania. Znając cenę i średnie zużycie gazu na ogrzewanie domu 150 m², można dość dokładnie określić koszty ogrzewania pomieszczeń. Obliczenia te można łatwo wykonać samodzielnie bez płacenia za usługi ciepłowników.

Wszystko o normach zużycia gazu i sposobach obliczania zużycia niebieskiego paliwa dowiedzą się Państwo z przedstawionego przez nas artykułu. Opowiemy o tym, ile energii będzie potrzebne do skompensowania strat ciepła w domu w sezonie grzewczym. Podpowiemy, jakimi wzorami należy się posługiwać w obliczeniach.

Ogrzewanie domów podmiejskich

Przy obliczaniu zużycia gazu niezbędnego do ogrzewania domu, najtrudniejszym zadaniem będzie obliczenie strat ciepła, które musi w pełni skompensować system grzewczy podczas pracy.

Zespół strat ciepła zależy od klimatu, cech konstrukcyjnych budynku, użytych materiałów i parametrów pracy systemu wentylacyjnego.

Obliczanie ilości ciepła do skompensowania

System grzewczy każdego budynku musi kompensować jego straty ciepła Q (W) w zimnym okresie. Występują one z dwóch powodów:

1. wymiana ciepła przez obwód budynku;
2. utrata ciepła w wyniku napływu zimnego powietrza przez system wentylacji.

Formalnie straty ciepła przez ścianę i dach Q_tp można obliczyć według następującego wzoru:

Q_tp = S * dT / R,

gdzie:

• S – powierzchnia (m²);
• dT – różnica temperatury między powietrzem wewnętrznym a zewnętrznym (°C);
• R – wskaźnik oporu cieplnego materiałów (m² * °C / W).

Ostatni wskaźnik (który nazywany jest również “współczynnikiem oporu cieplnego”) można pobrać z tabel dołączonych do materiałów budowlanych lub wyrobów.

Od typu pakietu szybowego znacząco zależy wskaźnik strat ciepła domu. Wysoka cena ocieplonych okien będzie uzasadniona oszczędnością paliwa.

Przykład. Niech zewnętrzna ściana pokoju ma powierzchnię 12 m², z czego 2 m² zajmuje okno.

Wskaźniki oporu cieplnego są następujące:

• Bloczki z betonu komórkowego D400: R = 3.5.
• Szyba zespolona dwukomorowa z argonem “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R = 0.75.

W tym przypadku przy temperaturze pokojowej “+22°C”, a zewnętrznej – “–30°C” straty ciepła ściany zewnętrznej pokoju wyniosą:

• Q_tp (ściana) = 10 * (22 – (– 30)) / 3.5 = 149 W:
• Q_tp (okno) = 2 * (22 – (– 30)) / 0.75 = 139 W:
• Q_tp = Q_tp (ściana) + Q_tp (okno) = 288 W.

Takie obliczenie daje prawidłowy wynik pod warunkiem braku niekontrolowanej wymiany powietrza (infiltracji).

Może wystąpić w następujących przypadkach:

• Występowanie wad konstrukcji, takich jak nieszczelne przyleganie ram okiennych do ścian lub odspojenie materiału izolacyjnego. Należy je usunąć.
• Starzenie się budynku, w wyniku czego w murze powstają odpryski, pęknięcia lub pustki. W takim przypadku należy wprowadzić współczynniki korekcyjne do wskaźnika oporu cieplnego materiałów.

W ten sam sposób należy określić straty ciepła przez dach, jeśli obiekt znajduje się na ostatnim piętrze. Przez podłogę jakakolwiek znacząca utrata energii występuje tylko w przypadku istnienia nieogrzewanego przewiewanego pomieszczenia piwnicznego, takiego jak garaż. Natomiast w ziemię ciepło praktycznie nie ucieka.

Do obliczenia wskaźnika oporu cieplnego materiałów wielowarstwowych należy zsumować wskaźniki poszczególnych warstw. Zazwyczaj do obliczeń bierze się tylko najbardziej nieprzewodzące ciepła materiały

Rozważmy drugą przyczynę strat ciepła – wentylację budynku. Zużycie energii na ogrzanie powietrza nawiewanego (Q_v) można obliczyć według wzoru:

Q_v = L * q * c * dT, gdzie:

• L – przepływ powietrza (m³ / h);
• q – gęstość powietrza (kg / m³);
• c – ciepło właściwe powietrza nawiewanego (kJ / kg *°C);
• dT – różnica temperatur między powietrzem w pomieszczeniu a zewnętrznym (°C).

Ciepło właściwe powietrza w interesującym nas zakresie temperatur [–50.. +30 °C] wynosi 1.01 kJ / kg *°C lub w przeliczeniu na potrzebny nam wymiar: 0.28 W * h / kg *°C. Gęstość powietrza zależy od temperatury i ciśnienia, ale do obliczeń można przyjąć wartość 1.3 kg / m³.

Przykład. Dla pokoju 12 m² przy takiej samej różnicy temperatur jak w poprzednim przykładzie straty ciepła spowodowane działaniem wentylacji wyniosą:

Q_v = (12 * 3) * 1.3 * 0.28 * (22 – (– 30)) = 681 W.

Projektanci przyjmują przepływ powietrza zgodnie z SNiP 41-01-2003 (w naszym przykładzie 3 m³/h na 1 m² powierzchni pokoju mieszkalnego), ale wartość ta może być znacznie zmniejszona przez właściciela budynku.

Razem całkowite straty ciepła modelowego pokoju wynoszą:

Q = Q_tp + Q_w = 969 W.

Do obliczania strat ciepła na dobę, tydzień lub miesiąc należy znać średnią temperaturę w tych okresach.

Z powyższych wzorów wynika, że obliczenie objętości zużywanego gazu, zarówno na krótki okres, jak i na cały sezon chłodniczy, należy przeprowadzać z uwzględnieniem klimatu obszaru, na którym znajduje się ogrzewany obiekt. Dlatego sprawdzone typowe rozwiązania można stosować tylko w analogicznych warunkach przyrodniczych.

Aby określić podobne parametry klimatyczne, można skorzystać z map średnich miesięcznych temperatur w okresie zimowym. Łatwo można je znaleźć w Internecie

Przy złożonej geometrii domu i różnorodności materiałów użytych przy jego budowie i izolacji, do obliczenia wymaganej ilości ciepła można skorzystać z usług specjalistów.

Sposoby minimalizacji strat ciepła

Koszty ogrzewania domu stanowią znaczącą część wydatków na jego utrzymanie. Dlatego warto wykonać pewne prace mające na celu zmniejszenie strat ciepła poprzez izolację sufitu, ścian domu, izolację termiczną podłogi i sąsiednich konstrukcji.

Zastosowanie schematów izolacji zewnętrznej i wewnętrznej domu pozwala znacznie zmniejszyć ten wskaźnik. Dotyczy to szczególnie starych budynków z dużym zużyciem ścian i stropów. Te same płyty ze styropianu pozwalają nie tylko zmniejszyć lub całkowicie wyeliminować przemarzanie, ale także minimalizują infiltrację powietrza przez chronioną powłokę.

Również znaczące oszczędności można osiągnąć, jeśli nie podłącza się do ogrzewania letnich przestrzeni domu, takich jak werandy lub poddasze użytkowe. W takim przypadku nastąpi znaczne zmniejszenie obwodu ogrzewanej części domu.

Używanie poddasza użytkowego tylko w okresie letnim znacznie oszczędza koszty ogrzewania domu zimą. Jednak w takim przypadku sufit górnej kondygnacji musi być dobrze ocieplony

Jeśli ściśle przestrzegać norm wentylacji pomieszczeń określonych w SNiP 41-01-2003, to straty ciepła od wymiany powietrza będą wyższe niż od przemarzania ścian i dachu budynku. Zasady te są obowiązkowe dla projektantów i wszystkich osób prawnych, jeśli pomieszczenie jest używane do produkcji lub świadczenia usług. Jednak mieszkańcy domu mogą według własnego uznania zmniejszyć wartości podane w dokumencie.

Ponadto do podgrzewania napływającego z zewnątrz zimnego powietrza można używać wymienników ciepła, a nie urządzeń, które zużywają energię elektryczną lub gaz. Tak więc zwykły rekuperator płytowy może zaoszczędzić ponad połowę energii, a bardziej złożone urządzenie z czynnikiem chłodniczym – około 75%.

Obliczanie wymaganej objętości gazu

Spalany gaz musi kompensować straty ciepła. W tym celu, oprócz strat ciepła domu, należy znać ilość energii wydzielanej podczas spalania, która zależy od sprawności kotła i wartości opałowej mieszanki.

Zasada doboru kotła

Wybór kotła należy dokonywać z uwzględnieniem strat ciepła domu. Jego moc powinna wystarczyć na okres, gdy osiągane jest roczne minimum temperatur. W karcie katalogowej kotła podłogowego lub ściennego kotła gazowego odpowiada za to parametr “nominalna moc cieplna”, który dla urządzeń domowych mierzony jest w kW.

Ponieważ każda budowla posiada bezwładność cieplną, do obliczenia wymaganej mocy kotła za minimalną temperaturę zazwyczaj przyjmuje się wskaźnik najzimniejszego pięciodniowego okresu. Dla konkretnej lokalizacji można go uzyskać w organizacjach zajmujących się gromadzeniem i przetwarzaniem informacji meteorologicznych lub z tabeli 1. SNiP 23-01-99 (kolumna nr 4).

Fragment tabeli 1 z SNiP 23-01-99. Za jego pomocą można uzyskać niezbędne dane dotyczące klimatu obszaru, na którym znajduje się ogrzewany obiekt.

Jeśli moc kotła przekracza wskaźnik wystarczający do ogrzewania pomieszczenia, nie prowadzi to do zwiększenia zużycia gazu. W takim przypadku okres przestoju urządzenia będzie dłuższy.

Czasami jest sens wybrać kocioł o nieco mniejszej mocy. Takie urządzenia mogą być znacznie tańsze zarówno przy zakupie, jak i eksploatacji. Jednak w tym przypadku konieczne jest posiadanie zapasowego źródła ciepła (np. nagrzewnicy w zestawie z generatorem benzynowym), które można będzie użyć podczas silnych mrozów.

Podstawowym wskaźnikiem efektywności i ekonomiczności kotła jest współczynnik sprawności (sprawność). W nowoczesnych urządzeniach domowych mieści się on w zakresie od 88 do 95%. Sprawność jest podana w karcie katalogowej urządzenia i jest używana do obliczania zużycia gazu.

Wzór na wydzielanie ciepła

Aby poprawnie obliczyć zużycie gazu ziemnego lub płynnego (LPG) do ogrzewania domu o powierzchni około 150 m², należy poznać jeszcze jeden wskaźnik – wartość opałową (ciepło spalania właściwe) dostarczanego paliwa. Zgodnie z układem “SI” mierzy się ją w J/kg dla gazu płynnego lub w J/m³ dla gazu ziemnego.

Zbiorniki na gaz (zbiorniki do przechowywania gazu płynnego) są charakteryzowane w litrach. Aby dowiedzieć się, ile paliwa wejdzie w kilogramach, można zastosować przelicznik 0,54 kg / 1 l.

Istnieją dwie wartości tego wskaźnika – dolna wartość opałowa (H_l) i górna (H_h). Zależą one od wilgotności i temperatury paliwa. Do obliczeń przyjmuje się wskaźnik H_l – to właśnie tę wartość należy uzyskać od dostawcy gazu.

Jeżeli takich informacji brak, to w obliczeniach można przyjąć następujące wartości:

• dla gazu ziemnego H_l = 33.5 MJ / m³;
• dla gazu skroplonego H_l = 45.2 MJ / kg.

Biorąc pod uwagę, że 1 MJ = 278 W * h, otrzymujemy następujące wartości kaloryczności:

• dla gazu ziemnego H_l = 9.3 kW * h / m³;
• dla gazu skroplonego H_l = 12.6 kW * h / kg.

Objętość gazu zużytego w określonym czasie V (m³ lub kg) można obliczyć według następującego wzoru:

V = Q * E / (H_l * K), gdzie:

• Q – straty ciepła budynku (kW);
• E – czas trwania okresu grzewczego (h);
• H_l – minimalna kaloryczność gazu (kW * h / m³);
• K – sprawność kotła.

Dla gazu skroplonego wymiar H_l wynosi kW * h / kg.

Przykład obliczenia zużycia gazu

Dla przykładu weźmy typowy prefabrykowany szkieletowy drewniany dwupiętrowy domek. Region – Kraj Ałtajski, m. Barnauł.

Wymiary domku – 10 x 8.5 m. Kąt nachylenia dachu dwuspadowego – 30°. Projekt ten charakteryzuje się ciepłym poddaszem, stosunkowo dużą powierzchnią przeszkleń, brakiem piwnicy i wystających części domu.

Krok 1. Obliczymy podstawowe parametry domu do obliczenia strat ciepła:

• Podłoga. W przypadku braku wentylowanego pomieszczenia piwnicznego, straty przez podłogę i fundament można pominąć.
• Okna. Szyba zespolona dwukomorowa “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R_o = 0.75. Powierzchnia przeszklenia S_o = 40 m².
• Ściany. Powierzchnia ściany podłużnej (bocznej) wynosi 10 * 3.5 = 35 m². Powierzchnia ściany poprzecznej (frontowej) wynosi 8.5 * 3.5 + 8.5² * tg(30) / 4 = 40 m². Zatem łączna powierzchnia obwodu budynku wynosi 150 m², a biorąc pod uwagę przeszklenia, poszukiwana wartość S_s = 150 – 40 = 110 m².
• Ściany. Głównymi materiałami termoizolacyjnymi są klejone drewno klejone warstwowo o grubości 200 mm (R_b = 1.27) oraz wełna bazaltowa o grubości 150 mm (R_u = 3.95). Łączny wskaźnik oporu cieplnego dla ściany R_s = R_b + R_u = 5.22.
• Dach. Ocieplenie całkowicie odwzorowuje kształt dachu. Powierzchnia pokrycia dachowego bez okapów S_k = 10 * 8.5 / cos (30) = 98 m².
• Dach. Głównymi materiałami termoizolacyjnymi są boazeria o grubości 12.5 mm (R_v = 0.07) oraz wełna bazaltowa o grubości 200 mm (R_u = 5.27). Łączny wskaźnik oporu cieplnego dla dachu R_k = R_v + R_u = 5.34.
• Wentylacja. Niech przepływ powietrza będzie obliczony nie na podstawie powierzchni domu, ale z uwzględnieniem wymogów zapewnienia wartości co najmniej 30 m³ na osobę na godzinę. Ponieważ w domku mieszkalnym stale mieszkają 4 osoby, to L = 30 * 4 = 120 m³ / h.

Krok 2. Obliczymy wymaganą moc kotła. Jeśli sprzęt został już zakupiony, ten etap można pominąć.

Do naszych obliczeń potrzebujemy znać tylko dwa parametry kotła gazowego: sprawność i moc nominalną. Powinny być one wpisane w paszporcie urządzenia.

Temperatura najzimniejszego pięciodniowego okresu wynosi “–41 °C”. Temperaturę komfortową przyjmujemy jako “+24 °C”. Zatem średnia różnica temperatur w tym okresie wynosi dT = 65 °C.

Obliczymy straty ciepła:

• przez okna: Q_o = S_o * dT / R_o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 W;
• przez ściany: Q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 W;
• przez dach: Q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 W;
• z powodu wentylacji: Q_v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 W.

Łączne straty ciepła całego domu w okresie zimnego pięciodniowego okresu wyniosą:

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

Zatem dla tego modelowego domu można wybrać kocioł gazowy o maksymalnej mocy cieplnej równej 10-12 kW. Jeśli gaz jest również używany do przygotowania ciepłej wody użytkowej, trzeba będzie wziąć urządzenie o większej wydajności.

Krok 3. Obliczymy czas trwania okresu grzewczego i uśrednione straty ciepła.

Pod porą zimną roku, kiedy potrzebne jest ogrzewanie, rozumie się sezon ze średnimi dobowymi temperaturami poniżej 8-10 °C. Dlatego do obliczeń można wziąć albo kolumny nr 11-12, albo kolumny nr 13-14 tabeli 1 SNiP 23-01-99.

Ten wybór należy do właścicieli domku. Nie będzie przy tym znaczącej różnicy w rocznym zużyciu paliwa. W naszym przypadku zatrzymamy się na okresie z temperaturą poniżej “+10 °C”. Długość tego okresu wynosi 235 dni lub E = 5640 godzin.

Przy scentralizowanym ogrzewaniu włączanie i wyłączanie dopływu czynnika grzewczego odbywa się zgodnie z ustalonymi normami. Jedną z zalet domu jednorodzinnego jest uruchomienie trybu ogrzewania według życzenia mieszkańców.

Straty ciepła domu dla średniej temperatury w tym okresie oblicza się również jak w kroku 2, tylko parametr dT = 24 – (–6.7) = 30.7 °C. Po przeprowadzeniu obliczeń otrzymamy Q = 4192 W.

Krok 4. Obliczymy ilość zużywanego gazu.

Niech sprawność kotła K = 0.92. Wtedy objętość zużywanego gazu (przy uśrednionych wskaźnikach minimalnej wartości opałowej mieszanki gazowej) w okresie zimowym wyniesie:

• dla gazu ziemnego: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0.92) = 2763 m³;
• dla gazu płynnego: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0.92) = 2040 kg.

Znając ceny gazu, można obliczyć również koszty finansowe ogrzewania.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Zmniejszenie zużycia gazu poprzez eliminację błędów związanych z ociepleniem domu. Przykład rzeczywisty:

Zużycie gazu przy znanej mocy cieplnej:

Wszystkie obliczenia strat ciepła można przeprowadzić samodzielnie tylko wtedy, gdy znane są właściwości termoizolacyjne materiałów, z których zbudowany jest dom. Jeśli budynek jest stary, to przede wszystkim należy sprawdzić go pod kątem przemarzania i usunąć wykryte problemy.

Następnie, korzystając z przedstawionych w artykule wzorów, można wykonać obliczenia zużycia gazu z dużą dokładnością.

Proszę pozostawiać komentarze w bloku poniżej przeznaczonym do informacji zwrotnej. Proszę umieszczać zdjęcia związane z tematem artykułu, zadawać pytania dotyczące interesujących Państwa kwestii. Proszę dzielić się przydatnymi informacjami, które mogą być pomocne odwiedzającym naszą witrynę.