Как найти потери тепла

Как все мы знаем, в России бывает холодно. Не везде, но на большей части территории холодных дней в году больше, чем теплых. А в некоторых регионах и летом бывает отрицательная температура. Но одно дело это улица, а другое дело это свой дом или дача, где всем хочется быть в тепле. Это решают с помощью отопления, от старых печек до современных отопительных приборов. Но вопрос зачастую еще и в том, сколько денег приходится тратить на отопление. И особенно это актуально в том случае, если работает оно от электричества. Тут в холодные зимы счета могут достигать устрашающих значений.

Но на практике почти всегда можно сэкономить на отоплении просто за счет устранения теплопотерь. Чем дольше и эффективнее дом сохраняет тепло, тем меньше будут расходы на отопление. Да, не стоит думать, что это актуально только для старых развалюх, на самом деле, даже новые дома, построенные по современным технологиям могут терять тепло из-за ошибок при строительстве. И это не такая уж и редкая картина. Но про все это мы и подробно поговорим в нашей статье, где разберем все от «а» до «я».

Какие бывают теплопотери

Теплопотери можно разделить на две группы: естественные и утечки. К естественным можно отнести потери тепла через крышу, стены, пол, окна, двери, которые вы периодически открываете. Их нельзя устранить, они будут всегда. Другое дело, что естественные потери могут быть как большими, так и маленькими, все зависит от множества факторов: теплоизоляции, материала, из которого построен дом, его состояние. Про то, как сделать теплый дом, можно написать не одну статью, но этот вопрос мы в нашей статье рассматривать не будем.

А вот утечки тепла это уже совсем другое. Чаще всего это какие-то дефекты, которые не слишком очевидны, не видны, их сложно найти, но через них уходит много тепла. С ними, в отличие от естественных теплопотерь, бороться уже можно и их устранение зачастую способно существенно снизить расходы на отопление. А все дело в том ,что снижение естественных теплопотерь происходит на этапе строительства, проще говоря, если стены из материала, который не очень хорошо держит тепло, то исправить это будет сложно и дорого. Но если есть щель, то ее можно заделать, что куда быстрее и проще.

Сразу скажем, что многое зависит от состояния дома. Например, если у вас дачный домик, который строился еще во времена СССР и находится уже не в лучшем состоянии, то тут много что сделать не получится. Проще говоря, в данном случае, если вы захотите сделать его действительно теплым, как новые современные дома, расходы будут такие, что проще построить новую дачу. Конечно, это мы несколько утрируем, но от истины мы не так далеко. То есть, стоит понимать, когда действительно можно сделать дом теплее, а когда не стоит и пытаться. Ведь конечный смысл этого в том, чтобы снизить затраты на отопление путем сохранения тепла. Но если придется потратить к примеру 200 тысяч рублей, а экономия на отоплении в год составит всего десять тысяч, то очевидно, что особого смысла тратить эти деньги нет.

Как искать утечки тепла

Ниже мы еще поговорим о наиболее распространенных местах и причинах утечки тепла, а сейчас подробно рассмотрим способы поиска этих утечек. На самом деле, их не так уж и много, а различаются они по стоимости и эффективности. Кстати, об эффективности. Не думайте искать утечки летом, это не имеет особого смысла. Разве что в холодные дни. Должна быть существенная разница между температурой в доме и на улице, минимум градусов двадцать. Если разница будет незначительной, то места, где происходят утечки тепла, найти будет трудно или вовсе невозможно и не важно, какой способ вы используете.

Самым эффективным способом, который позволит найти абсолютно все места утечек является тепловизор. Тут можно вызвать специалиста, а можно купить его самому, есть недорогие модели, которые для определения мест теплопотерь подойдут очень хорошо. Его плюс в том, что он покажет даже такие места, которые другими способами найти очень сложно. Например, мостики холода и другие места, которые не столь очевидны. Это главные плюсы, минусы в том, что это в любом случае стоит денег. Либо кого-то вызывать, либо покупать этот прибор, ну или взять у друга/соседа, если у них есть.

Без тепловизора это тоже можно сделать, но не факт, что получится найти все. Делают это очень просто: смачивают руку водой (чтобы лучше чувствовать) и водят ей на расстоянии 10-15 сантиметров от поверхностей. Там, где будут утечки, вы почувствуете холод. Но заметим, что для этого разница между температурой в доме и температурой на улице должна быть не менее чем 20 градусов, а лучше еще выше. Например, +20 в доме и – 10 на улице. Чем больше разница, тем проще будет найти «слабые» места.

Стоит заметить, что в большинстве случаев основные места утечек очевидны. Это окна и двери. Существенные потери происходят через стены и пол, но это стоит отнести к естественным потерям (если не говорить про наличие явных дефектов). То есть, если у вас нет тепловизора, которым можно достаточно быстро проверить вообще все, начинайте именно с окон и дверей.

В принципе, это два основных способа. Про другие очевидные мы говорить даже не будем, это например те случаи, когда и так видно, где находятся слабые места, вроде появления изморози, ощутимые сквозняки и т.д. Ну и опять же, мы не говорим про очень старые дома, состояние которых таково, что там этих мест теплопотерь может быть очень много и для их поиска не нужно ничего, ведь все и так видно. А вот в новых домах или в тех, которые строили 4-5 лет назад, искать такие места может быть сложнее.

Места и причины утечек

Теперь стоит поговорить о самых распространенных местах и причинах утечек тепла. Их можно делить на разные группы, например, на те, которые появились из-за нарушений при строительстве или на те, которые появились после. Или по стоимости их устранения, где может быть серьезная утечка тепла, которую устранить дешево, а может быть совсем незначительная, устранить которую будет сложно и дорого. Также заметим, что каждый дом индивидуален, но есть общие места и причины, которые встречаются чаще всего. Именно про них мы и расскажем.

Проблемы с отопительными приборами

Это не утечка тепла, но начать стоит именно с этого. Отопительных приборов может быть попросту недостаточно и их мощности не хватает для того, чтобы нормально обогреть все помещения в доме. Они могут быть частично неисправны, например, часть секций могут не работать или у них могут быть другие проблемы. Это зависит от типа отопительных приборов, поэтому при малейших подозрениях стоит поискать информацию именно про ваш тип радиатора.

Также он может быть неправильно установлен, как говорят в народе «отапливает улицу». Например, если он стоит слишком близко к стене, которую нагревает, а уже это тепло просто уходит наружу. Начать с проверки отопительных приборов стоит еще и потому, что это проще и обычно дешевле. Да и встречаются такие проблемы достаточно часто.

Щели в окнах и дверях

Это достаточно распространенная причина теплопотерь в доме. Тут не стоит представлять огромные щели, которые сразу видно, нет, они могут быть небольшими и невидимыми, но тепло через них будет уходить все равно. Появляются они из-за ошибок при монтаже окон или дверей, из-за того, что древесина рассохлась (встречается в старых домах, где деревянные рамы), изношенных уплотнительных резинок и т.д. Поиск мест утечек стоит начинать именно с проверки окон и дверей.

Устранение проблемы может быть как сложным, так и простым, здесь каждый случай требует своего подхода. В особо запущенных случаях придется менять окна целиком. Опять же, если у вас старая дача, где у окон рассохшиеся деревянные рамы, которым 25 лет, то возиться с ними нет вообще никакого смысла. Придется ставить новые окна.

Плохая теплоизоляция

Теплоизоляция стен это тема для отдельной статьи, там есть масса нюансов и правил, которые нужно соблюдать при ее монтаже. Поэтому и причин, почему она плоха, может быть много, все их не перечислить. Но в результате будет так, что появятся участки стены, которые будут холоднее соседних и через них будет уходить тепло. Проще всего это определить с помощью тепловизора, на нем эти участки будут сразу видны. Если тепловизора нет, то можно и руками, холодные участки все равно будут ощущаться на ощупь, но, конечно, этот способ куда менее точный.

И здесь способов устранения довольно много, но в некоторых случаях они могут быть очень трудоемкими и сложными. Например, тогда, когда теплоизоляционный материал был плохо закреплен и «съехал» вниз. В этом случае придется лезть внутрь стены. Кстати, проверьте еще и крышу, например, часто встречается ситуация, когда стык между минватой и балкой плохо уплотнен, в результате чего тепло уходит. На крышу точно стоит обратить повышенное внимание, потому что через нее в любом случае уходит довольно много тепла, так как теплый воздух поднимается вверх. И если с теплоизоляцией крыши что-то не так, то потери будут серьезными и быстрыми.

Мостики холода

Выше мы уже упоминали их и говорили, что искать их достаточно сложно. Просто потому, что в качестве мостика холода может выступать даже анкер в стене. Конечно, в этом случае потери тепла будут совсем незначительные, но мостики холода бывают разные, да и их может быть много. Сюда стоит добавить углы, сопряжения конструкций, различные перемычки. Зачастую в местах, где есть мостик холода, не только уходит тепло, но и образуется конденсат, а в будущем может появиться и грибок. И если вы такое заметили, то проблему стоит устранить как можно быстрее.

От типа мостика холода зависит и способ решения этой проблемы, здесь, как и в других случаях. Может быть быстро и дешево, а может быть дорого и долго. Опять же, все случаи в рамках одной статьи рассмотреть нельзя. Но лучше всего прочитать про это заранее и обратить внимание на эти моменты еще при строительстве. На самом деле, проблема мостиков холода может быть весьма критичной.

Другие места

Выше мы написали про самые распространенные места, через которые происходят наиболее значительные утечки тепла. Но есть и множество других вариантов, писать про которые отдельно особого смысла нет, но упомянуть точно стоит:

• Теплые полы слишком близко к стене, в результате чего охлаждение теплоносителя происходит быстрее. Глобально это скажется не слишком сильно, но затраты на отопление будут выше, поэтому этот момент желательно учитывать при монтаже теплого пола.

• Кладочные швы между кирпичами или между другими блоками строительных материалов. Они выступают в качестве мостиков холода, при этом это не отдельные небольшие мостики холода, а все стены. Решается это на тапе строительства, дополнительной теплоизоляцией, в двух словах тут не объяснить. Но опять же, этот тот случай, когда нужно думать еще на этапе строительства, а не задним числом.

• Утечки тепла через фундамент. Там также могут быть проблемы, особенно в том случае, если есть не отапливаемый подвал. Естественные потери тепла через фундамент будут в любом случае, это нормально, но во многих случаях не стоит пренебрегать утеплением фундамента.

• Проблемы с вентиляцией, которая нагоняет холодный воздух с улицы. Это может быть существенной проблемой.

• Элементы, которые нарушают целостность стен или дверей. Например, дверца для собаки или кота, люк на чердак и т.д. Все это может стать причинами дополнительных теплопотерь.

В любом из вышеупомянутых случаев можно что-то сделать, хотя стоит еще раз заметить, что в большинстве случаев лучше об этом думать еще на этапе строительства. Разумеется, дом должен соответствовать климатическому поясу и вашим ожиданиям. Очевидно, что если вы строите в северном регионе так, как дома строят в самых южных, то теплым он не будет. Или если вы построили недорогой летний домик на даче и решили жить в нем зимой, то в этом случае вам придется тратить очень много на отопление, просто потому, что такой дом изначально и не предназначен для эффективного сохранения тепла. Но за счет этого он и стоит дешевле при строительстве.

При устранении утечек тепла стоит сконцентрироваться на самых критичных, на тех местах, где тепла уходит больше всего. Здесь нужно понимать, что любой дом все рано теряет тепло, вспомните, что мы говорили про естественные потери. Они будут в любом случае. Более того, существуют примеры расчетов (их легко найти самостоятельно), которые позволяют примерно рассчитать теплопотери для любого дома. Конечно, эти значения будут весьма примерными, но на них можно ориентироваться. Ведь это зависит от таких факторов, как скорость ветра, предсказать которые нельзя. Зато это позволит прикинуть хотя бы примерно, сколько будет нужно тратить на отопление и имеет ли смысл вложиться в дополнительную теплоизоляцию.

Конечно, важно и то, как именно решен вопрос отопления, ведь есть как экономичные методы, так и не очень. Об этом мы писали в статье про «Отопление частного дома», где рассматривали различные виды обогревателей с их плюсами и минусами, рекомендуем прочитать. Условно говоря, если на дом площадью сто квадратных метров используют два обогревателя, которые предназначены для 50 квадратных метров, а у вас еще и потолки выше стандартных… Здесь будет очевидно, что тут уже важны не только теплопотери, но и то, что эти два обогревателя в принципе не смогут поддерживать нормальную температуру. И вопрос «Почему так холодно?» будет иметь вполне однозначный ответ.

Простой расчет теплопотерь зданий.

Ниже приведен довольно простой расчет теплопотерь зданий, который, тем не менее, поможет достаточно точно определить мощность, требуемую для отопления Вашего склада, торгового центра или другого аналогичного здания.  Это даст возможность еще на стадии проектирования предварительно оценить стоимость отопительного оборудования и последующие затраты на отопление, и при необходимости скорректировать проект.

Куда уходит тепло? Тепло уходит через стены, пол, кровлю и окна. Кроме того тепло теряется при вентиляции помещений. Для вычисление теплопотерь через ограждающие конструкции используют формулу:

Q = S * T / R,

где

Q — теплопотери, Вт

S — площадь конструкции, м2

T — разница температур между внутренним и наружным воздухом, °C

R — значение теплового сопротивления конструкции, м2•°C/Вт

Схема расчета такая — рассчитываем теплопотери отдельных элементов, суммируем и добавляем потери тепла при вентиляции.  Все.

Предположим мы хотим рассчитать потери тепла для объекта, изображенного на рисунке. Высота здания 5…6 м, ширина – 20 м, длинна – 40м, и тридцать окон размеров 1,5 х 1,4 метра. Температура в помещении 20 °С, внешняя температура -20 °С.

Считаем площади ограждающих конструкций:

пол: 20 м * 40 м = 800 м2

кровля: 20,2 м * 40 м = 808 м2

окна: 1,5 м * 1,4 м * 30 шт = 63 м2

стены: (20 м + 40 м + 20 м + 40м) * 5 м = 600 м2 + 20 м2 (учет скатной кровли) = 620 м2 – 63 м2 (окна) = 557 м2

Теперь посмотрим тепловое сопротивление используемых материалов.

Значение теплового сопротивления можно взять из таблицы тепловых сопротивлений или  вычислить исходя из значения коэффициента теплопроводности по формуле:

R = d / ?

где

R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт

? – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2*К)

d – толщина материала, м

Значение коэффициентов теплопроводности для разных материалов можно посмотреть здесь.

пол: бетонная стяжка 10 см и минеральная вата плотностью 150 кг/м3. толщиной 10 см.

R (бетон) = 0.1 / 1,75  = 0,057 (м2*К)/Вт

R (минвата) = 0.1 / 0,037  = 2,7 (м2*К)/Вт

R (пола) = R (бетон) + R (минвата) = 0,057 + 2,7 = 2,76 (м2*К)/Вт

кровля: кровельные сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см

R (кровля) = 0.15 / 0,037  = 4,05 (м2*К)/Вт

окна:  значение теплового сопротивления окон зависит от вида используемого стеклопакета
R (окна) = 0,40 (м2*К)/Вт для однокамерного стекловакета 4–16–4  при ?T = 40 °С

стены: стеновые сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см
R (стены) = 0.15 / 0,037  = 4,05 (м2*К)/Вт

Посчитаем тепловые потери:

Q (пол) = 800 м2 * 20 °С / 2,76 (м2*К)/Вт = 5797 Вт = 5,8 кВт

Q (кровля) = 808 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 7980 Вт = 8,0 кВт

Q (окна) = 63 м2 * 40 °С / 0,40 (м2*К)/Вт = 6300 Вт = 6,3 кВт

Q (стены) = 557 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 5500 Вт = 5,5 кВт

Получаем, что суммарные теплопотери через ограждающие конструкции составят:

Q (общая) = 5,8 + 8,0 + 6,3 + 5,5 = 25,6 кВт / ч

Теперь о потерях на вентиляцию.

Для нагрева 1 м3 воздуха с температуры — 20 °С до + 20 °С потребуется 15,5 Вт.

Q(1 м3 воздуха) = 1,4 * 1,0 * 40 / 3,6 = 15,5 Вт,   здесь 1,4 – плотность воздуха (кг/м3), 1,0 – удельная теплоёмкость воздуха (кДж/(кг К)), 3,6 – коэффициент перевода в ватты.

Осталось определиться с количеством необходимого воздуха. Считается, что при  нормальном дыхании человеку нужно 7 м3 воздуха в час. Если Вы используете здание как склад и на нем работают 40 человек, то вам нужно нагревать 7 м3 * 40 чел = 280 м3 воздуха в час, на это потребуется 280 м3 * 15,5 Вт = 4340 Вт = 4,3 кВт. А если у Вас будет супермаркет и в среднем на территории находится 400 человек, то нагрев воздуха потребует 43 кВт.

Итоговый результат:

Для отопления предложенного здания необходима система отопления порядка 30 кВт/ч,  и система вентиляции производительностью 3000 м3 /ч с нагревателем мощность 45 кВт/ч.