"Тепловые характеристики" дома

Строительство, эксплуатация, отделка частного дома. Обсуждение статьей, вопросы по материалам, технологиям, инструментам.
Ответить
stanislav.l
Сообщения: 90
Зарегистрирован: 17 май 2011, 13:25
Откуда: СПб
Контактная информация:

"Тепловые характеристики" дома

Сообщение stanislav.l » 02 мар 2012, 17:21

Пришла в голову мысля: "тепловые характеристики" дома полностью описываются всего лишь двумя цифрами:

1. энергозатраты (в Вт) на 1 градус температуры (точнее - разницы температур внутри-снаружи)
2. постоянная времени остывания.

Кто не в курсе, поясню термин. В природе есть много процессов, которые описываются экспонентой. Например - разряд конденсатора, к которому подключили резистор. Остывание дома, в котором выключили отопление, тоже будет идти приблизительно по экспоненте - т.е, каждый час разница между температурой внутри и снаружи будет уменьшаться на сколько-то процентов (а полное уравнивание температур теоретически произойдет в бесконечности)
Так вот, рисуем график падения температуры. Затем проводим прямую, касательную к этому графику в момент начала эксперимента. Эта прямая где-то пересечется с горизонтальной прямой "уличная температура" (которую, для простоты объяснения считаем постоянной). Разность по оси времени между этой точкой пересечения и моментом начала эксперимента и будет та самая постоянная времени остывания.
Физический смысл этой величины: за такое время дом остыл бы полностью, если бы скорость остывания оставалась постоянной.
(Для реального дома, конечно же, кривая остывания будет отличаться от экспоненты. Но я думаю, что мы можем считать ее экспонентой с высокой точностью. "На глаз" - вряд ли отличия дадут нам ошибку выше 10-20% )

Если первая цифра описывает интегральную теплопроводность стен, крыши, окон, и для вдвое большего дома она тоже будет примерно вдвое больше, то вторая цифра описывает отношение теплоемкости к теплопроводности, и должна быть в общем-то близка для большинства домов, и от размеров дома зависеть очень слабо. Грубо говоря, она показывает сколько раз в сутки надо топить печку :)
Оценка "на глаз" : если постоянная времени остывания меньше 24 часов, то проживание в доме будет сильно некомфортным. "Нормально" - хотя бы 2-3 суток.

Андрей, у Вас собрана большая база результатов измерений. Можете ли Вы посчитать эти цифры (+/- поллаптя) для своего дома и показать народу ? Просто очень любопытно.

midaw
Сообщения: 93
Зарегистрирован: 14 янв 2012, 14:38
Откуда: Москва
Контактная информация:

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение midaw » 02 мар 2012, 17:30

Интересно, а можно вывести формулу самого выгодно по размерам дома. И насколько выгодно иметь два этажа и так далее :)

Andrey_B
Администратор
Сообщения: 4068
Зарегистрирован: 18 мар 2011, 12:06

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение Andrey_B » 03 мар 2012, 20:43

stanislav.l, кандидатскую не защищал, поэтому скажу прямо - мало что понял. Вы на пальцах объясните что надо сложить и на что умножить.

Turkish945
Сообщения: 21
Зарегистрирован: 26 фев 2012, 18:13
Откуда: Москва, Зеленоград

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение Turkish945 » 05 мар 2012, 22:18

midaw писал(а):Интересно, а можно вывести формулу самого выгодно по размерам дома. И насколько выгодно иметь два этажа и так далее :)
Очевидно, что скорость остывания дома прямопропорциональна площади его соприкосновения с внешней средой (стены, пол, крыша) и обратнопропорциональна объему дома (чем больше объем, тем больше "тепла" он содержит)
Следовательно самая выгодная форма дома - шар, он имеет минимальное отношение площади поверхности к внутреннему объему. И, да, от его размеров скорость остывания не зависит.

Так что строй шаровидный дом, на его строительство и материала меньше нужно. Кстати, если его вкопать в землю по экватор, то выйдет очень даже ничего :)

Andrey_B
Администратор
Сообщения: 4068
Зарегистрирован: 18 мар 2011, 12:06

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение Andrey_B » 05 мар 2012, 23:06

Turkish945 писал(а):Очевидно, что скорость остывания дома прямопропорциональна площади его соприкосновения с внешней средой (стены, пол, крыша) и обратнопропорциональна объему дома (чем больше объем, тем больше "тепла" он содержит)
А я бы сказал, что не всегда наиболее энергоэффективным домом можно считать тот, который медленнее всех остывает.
Например, пища в чугунке или глиняном горшочке остывает гораздо медленнее, чем в металлической или даже деревянной посуде. График остывания зависит и от материала стен.
Дерево, воздух и прочие эффективные утеплители хорошие теплоизоляторы, но они не накапливают в себе тепло. То есть я имел ввиду, что во всех эти расчетах очень легко сделать ошибку. Помимо теплопроводности есть еще... теплоемкость (не знаю, корректно ли применять это понятие).

stanislav.l
Сообщения: 90
Зарегистрирован: 17 май 2011, 13:25
Откуда: СПб
Контактная информация:

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение stanislav.l » 05 мар 2012, 23:51

Andrey_B писал(а):stanislav.l, кандидатскую не защищал, поэтому скажу прямо - мало что понял. Вы на пальцах объясните что надо сложить и на что умножить.
Какая, нафик, кандидатская ? Все на уровне средней школы :)

Для большей точности лучше выбрать "моменты" с максимальной разницей температур внутри-снаружи, т.е. самые холодные зимние месяцы. Найти на графиках продолжительные периоды когда наружная температура почти не меняется в течении, скажем, суток. (Если она меняется на 2-3 градуса при разности 40, то этим изменением можем пренебречь)

1. Мощность: в установившемся режиме (постоянная температура внутри) расход энергии (любой) за сколько-то часов делим на время, делим на разность температур. Получаем мощность, которую надо затрачивать на поддержание 1 градуса разности.

2. Находим в базе моменты аварийного (ну или "планового" - неважно) отключения отопления. Вычисляем скорость падения температуры при отключенном отоплении в градусах за час. Делим это на разность температур внутри-снаружи - получаем скорость падения разности в процентах/час. Если это, скажем, 2%/час, то постоянная времени остывания = 50часов.

Понятно, что цифры сильно зависят от ветра, влажности, еще чего-то... Но +/- поллаптя что-то оценить позволяют.
Andrey_B писал(а):А я бы сказал, что не всегда наиболее энергоэффективным домом можно считать тот, который медленнее всех остывает.
Безусловно!
"Эффективность" покажет первая цифра, деленная на полезную площадь.
Вторая цифра покажет скорей "комфортность".
Но если есть 2 примерно одинаковых дома (близкой площади, этажности, из одинаковых материалов), то более "эффективный" остывает медленней.

Andrey_B
Администратор
Сообщения: 4068
Зарегистрирован: 18 мар 2011, 12:06

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение Andrey_B » 06 мар 2012, 23:19

stanislav.l, вот взять январь 2012.
Средняя температура -16 градусов.
Средняя температура в доме +25
Потрачено газа 2070 м3
Отапливаемый объем примерно 970 м3

Только вот какая штука. Например на улице -20, а в доме +20. Разница 40 градусов. Потребляемый объем газа один. А если в доме держать +25 (разница 45, а не 40), то потребляемый объем газа вдвое больше. То есть чем больше разница, тем сильнее прирост потребления газа с каждым новым градусом разницы. То есть и здесь зависимость не линейная.
Насчет снижения температуры сказать ничего не могу. Во-первых, не сохраняю статистику по температуре в доме больше месяца (иначе в базе слишком много записей и выборки делаются медленно), а это нагрузка на сервер, а, во-вторых, зимой у нас практически не бывает аварийного отключения отопления. Это если только специально провести эксперимент.

Но вообще я с трудом представляю как эти все цифры можно использовать с практической точки зрения. Ведь кроме всего прочего, существует огромное количество иных факторов.
Кстати, еще раз хочу подчеркнуть, что потребление газа при сильном ветре (несмотря на минимальную разницу) иногда такое же как в морозы.

BSB
Сообщения: 45
Зарегистрирован: 22 фев 2012, 13:11
Откуда: Челябинск
Контактная информация:

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение BSB » 08 мар 2012, 14:09

таким образом,
Идеальный дом - черная полусфера с большими окнами, на солнечной стороне которого закреплены солнечные батареи :)

haiku
Сообщения: 6
Зарегистрирован: 07 мар 2012, 14:13

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение haiku » 09 мар 2012, 14:14

BSB писал(а):таким образом,
Идеальный дом - черная полусфера с большими окнами, на солнечной стороне которого закреплены солнечные батареи :)
Шутки-шутками, а геокупольная архитектура вполне возможна /лично мой загородный домик будет геокупольным - "однозначно" :) (с)

Ибо по законам геометрии у полусферы минимальная площадь ограждающих поверхностей, в сравнении с параллелепипедами (стены, кровля) - соответственно

типерача о главном! основная характеристика !ЛЮБОГО дома - сопротивление теплопередаче ограждающих поверхностей R -сколько Вт теплопотери, на м2 при разнице температур в 1градус /это у нас, стран СНГ
Европейцы считают обратную величину - сколько ватт сберегут - U-параметр
Для окон - учитывают особо тщательно ибо они в пране теплопроводности, на порядок хуже стен.
По существующим не очень бережливым нормам R~3 U~0,3

Правильным размещением дома, можно ощутимо снизить затраты на отопление
! без всяких - теплонасосов, рекуператоров и прочего
(ориентация окон - на юг максимум остекления, на север - минимум)



Еще ОЧЕНЬ ВАЖНО помнить, что наибольшие теплопотери в доме - ВЕНТИЛЯЦИЯ.
От тут автоматизация управления интенсивностью проветривания - клондайк

Andrey_B
Администратор
Сообщения: 4068
Зарегистрирован: 18 мар 2011, 12:06

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение Andrey_B » 09 мар 2012, 14:36

haiku писал(а): Правильным размещением дома, можно ощутимо снизить затраты на отопление
! без всяких - теплонасосов, рекуператоров и прочего
(ориентация окон - на юг максимум остекления, на север - минимум)
Вот тут я бы не был так категоричен.
В нашем умеренно-континентальном климате самые сильные ветра зимой южные. Наблюдаются преимущественно в феврале.
Например, у меня при совершенно одинаковом количестве тепла на м2, генерируемым системой отопления, в такие периоды в комнатах, которые смотрят на юг на 1 градус прохладнее.
Площадь остекления при этом на северной стороне даже больше процентов на 20-30. В тихие морозные дни температура одинаковая, так как солнце ходит низко.
Зато летом в комнатах на южной стороне на 2-3 градуса теплее, точнее жарче. И я счастлив, что моя спальня на северной части дома. ;)

Насчет того, что через окна теряется много тепла согласен. У меня стеклопакеты с низкоэмиссионным покрытием. Якобы они с точки зрения теплопотерь лучше. К сожалению нет возможности это как-то проверить. Пришлось довериться мнению авторитетных для меня экспертов.
Ну и кроме, собственно, самих окон, большое значение имеет их правильная регулировка. Иногда элементарно поддувает. Хотя при отсутствии работающей приточной вентиляции, это и не всегда плохо.

haiku
Сообщения: 6
Зарегистрирован: 07 мар 2012, 14:13

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение haiku » 12 мар 2012, 00:29

Andrey_B писал(а): В нашем умеренно-континентальном климате самые сильные ветра зимой южные. Наблюдаются преимущественно в феврале.
Например, у меня при совершенно одинаковом количестве тепла на м2, генерируемым системой отопления, в такие периоды в комнатах, которые смотрят на юг на 1 градус прохладнее.
Площадь остекления при этом на северной стороне даже больше процентов на 20-30. В тихие морозные дни температура одинаковая, так как солнце ходит низко.
Зато летом в комнатах на южной стороне на 2-3 градуса теплее, точнее жарче. И я счастлив, что моя спальня на северной части дома. ;)

Иногда элементарно поддувает. Хотя при отсутствии работающей приточной вентиляции, это и не всегда плохо.
Обычная вентиляция - это всегда наибольшие теплопотери/теплопритоки

Для остекления, еще важно угол падения солнечных лучей, в горизонтальной плоскости (может у вас большая часть солнечных лучей тупо отражается), площадь обдува (теплосъема) с южного фасада может больше

Ну и касаемо: "- совершенно одинаковом количестве тепла на м2, генерируемым системой отопления" - тоже сомнения
Кстати сколько вт/м2 - пресловутые 100Вт/м2

Собираюсь вложится в германский стандарт, на порядок меньше 10-15Вт/м2

Автоматизация тут очень кстати будет
Уменьшение кратности проветривания, когда дома никого нет итп

Andrey_B
Администратор
Сообщения: 4068
Зарегистрирован: 18 мар 2011, 12:06

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение Andrey_B » 12 мар 2012, 11:09

haiku писал(а):Для остекления, еще важно угол падения солнечных лучей, в горизонтальной плоскости (может у вас большая часть солнечных лучей тупо отражается), площадь обдува (теплосъема) с южного фасада может большех
Это как-то слишком сложно.
Если мы говорим о традиционном доме, имеющим форму куба, в средней полосе России, то угол падения лучей в окна, обращенные на южную сторону, в конкретный астрономический день всегда будет примерно одинаков и изменить его не представляется возможным.
haiku писал(а): Ну и касаемо: "- совершенно одинаковом количестве тепла на м2, генерируемым системой отопления" - тоже сомнения
Кстати сколько вт/м2 - пресловутые 100Вт/м2
Очень просто. Есть площадь комнаты. Есть количество секций радиатора. Есть отношение количества секций радиаторов к площади. Температура теплоносителя одинаковая. Отношение количества секций на единицу площади в разных комнатах идентичное. Отсюда легко сделать вывод, что количество тепла, поступающее в комнате на м2, одинаковое.
Что касается 100Вт/м2, то это цифра ни о чем не говорит. Это просто некоторый эмпирический ориентир для расчета приборов отопления. Точно посчитать крайне тяжело.
Кстати, продавцы указывают в документации на радиатор мощность секции, скажем, 205Вт. Но если зайти на итальянский сайт, то окажется, что это значение 165Вт. А все потому что наши Ватты почему-то рассчитываются на основе другого значения дельта t. Если в Европе рациональным считается низкотемпературное отопление, то у нас нормальная температура теплоносителя 95-105 градусов.
haiku писал(а):Собираюсь вложится в германский стандарт, на порядок меньше 10-15Вт/м2
Смотрите с германским стандартом не замерзните. ;)
Можно считать и 50Вт... Я попытался рассчитать с помощью специальных программ теплопотери дома. Я сделал 15% запас - получилось что-то вроде 103Вт на м2. Радиаторы рассчитывал исходя из мощности секции 155Вт. Теперь температура теплоносителя в системе у меня даже в морозы и +25 в доме составляет максимум 60 градусов, что полностью укладывается в расчетные параметры. Я бы мог повесить, к примеру не 10 секций, а 6 или 7, но тогда система автоматически увеличила бы температуру теплоносителя (вплоть до максимальной). А низкотемпературное отопление всегда более комфортно для человека и всей системы.
Я бы сказал так, что лучше рассчитать мощность с запасом (как котел, так и отопительные приборы). Это не значит, что система будет потреблять больше газа. Она будет потреблять столько же, но температура теплоносителя будет ниже, трубы будут служить дольше, в доме будет комфортнее, и всегда остается резерв на случай -50.

THK
Модератор
Сообщения: 579
Зарегистрирован: 18 мар 2011, 19:00
Откуда: Серпухов, МО

Re: "Тепловые характеристики" дома

Сообщение THK » 12 мар 2012, 14:16

Andrey_B писал(а):Если в Европе рациональным считается низкотемпературное отопление, то у нас нормальная температура теплоносителя 95-105 градусов.
...
А низкотемпературное отопление всегда более комфортно для человека и всей системы.
Дело не только в комфорте, низкотемпературное отопление экономичнее, выше КПД котла.
В Европе это учитывают (рассчитывают "стоимость владения"), а у нас считают только смету при строительстве...
Andrey_B писал(а):Я бы сказал так, что лучше рассчитать мощность с запасом (как котел, так и отопительные приборы).
Котел, пожалуй, единственный прибор, который не стоит брать с запасом (ИМХО), а вот отопительные приборы (батареи) стоит.

Ответить