Průměrná spotřeba plynu na vytápění domu 150 m²: příklad výpočtů a přehled tepelnětechnických vzorců

Financování topné sezóny tvoří významnou část rozpočtu vynaloženého na údržbu bydlení. Při znalosti ceny a průměrné spotřeby plynu na vytápění domu 150 m² lze poměrně přesně určit náklady na vytápění místností. Tyto výpočty lze snadno provést samostatně bez platby za služby tepelných techniků.

Vše o normách spotřeby plynu a způsobech výpočtu spotřeby modrého paliva se dozvíte z námi představeného článku. Povíme vám, kolik energie bude potřeba ke kompenzaci tepelných ztrát domu během topné sezóny. Poradíme, jaké vzorce byste měli při výpočtech použít.

Vytápění venkovských domů

Při výpočtu spotřeby plynu potřebného k vytápění domu bude nejobtížnějším úkolem výpočet tepelných ztrát, které musí topný systém během provozu plně kompenzovat.

Komplex tepelných ztrát závisí na klimatu, konstrukčních vlastnostech budovy, použitých materiálech a parametrech ventilačního systému.

Výpočet kompenzovaného množství tepla

Topný systém každé budovy musí kompenzovat její tepelné ztráty Q (W) v chladném období. K nim dochází ze dvou důvodů:

1. tepelná výměna přes obvod domu;
2. ztráta tepla v důsledku přívodu studeného vzduchu ventilačním systémem.

Formálně lze tepelné ztráty stěnou a střechou Q_tp vypočítat podle následujícího vzorce:

Q_tp = S * dT / R,

kde:

• S – plocha povrchu (m²);
• dT – rozdíl teplot mezi vnitřním a venkovním vzduchem (°C);
• R – ukazatel tepelného odporu materiálů (m² * °C / W).

Poslední ukazatel (který se také nazývá “součinitel tepelného odporu”) lze převzít z tabulek přiložených ke stavebním materiálům nebo výrobkům.

Na typu izolačního dvojskla výrazně závisí ukazatel tepelných ztrát domu. Vysoká cena zateplených oken bude ospravedlněna úsporou paliva.

Příklad. Nechť vnější stěna místnosti má plochu 12 m², z toho 2 m² zaujímá okno.

Ukazatele tepelného odporu jsou následující:

• Pórobetonové tvárnice D400: R = 3.5.
• Dvoukomorové izolační sklo s argonem “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R = 0,75.

V tomto případě při pokojové teplotě “+22 °C” a venkovní teplotě “–30 °C” budou tepelné ztráty vnější stěny místnosti činit:

• Q_tp (stěna) = 10 * (22 – (– 30)) / 3,5 = 149 W:
• Q_tp (okno) = 2 * (22 – (– 30)) / 0,75 = 139 W:
• Q_tp = Q_tp (stěna) + Q_tp (okno) = 288 W.

Takový výpočet dává správný výsledek za předpokladu nepřítomnosti nekontrolované výměny vzduchu (infiltrace).

Může nastat v následujících případech:

• Přítomnost konstrukčních vad, jako je nedostatečné dosedání okenních rámů ke stěnám nebo odlupování izolačního materiálu. Ty je nutné odstranit.
• Stárnutí budovy, v důsledku čehož vznikají ve zdivu třísky, trhliny nebo dutiny. V tomto případě je nutné zavést korekční faktory do ukazatele odporu prostupu tepla materiálů.

Stejným způsobem je nutné určit tepelné ztráty střechou, je-li objekt umístěn v posledním patře. Podlahou dochází k významné ztrátě energie pouze v případě přítomnosti nevytápěného provětrávaného sklepního prostoru, jako je garáž. Do země teplo prakticky neodchází.

Pro výpočet ukazatele odporu prostupu tepla vícevrstvých materiálů je nutné sečíst ukazatele jednotlivých vrstev. Obvykle se pro výpočty berou jen ty nejméně tepelně vodivé materiály.

Podívejme se na druhou příčinu tepelných ztrát – větrání budovy. Spotřebu enegie na oheřvání přiváděného vzduchu (Q_v) lze vypočítat podle vzorce:

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

• L – průtok vzduchu (m³ / h);
• q – hustota vzduchu (kg / m³);
• c – měrná tepelná kapacita přiváděného vzduchu (kJ / kg *°C);
• dT – rozdíl teploty mezi pokojovým a venkovním vzduchem (°C).

Měrná tepelná kapacita vzduchu v námi uvažovaném teplotním rozahí [–50.. +30 °C] je ovna 1,01 kJ / kg *°C nebo po přepočtu na potřebný ozměr: 0,28 Wh / kg *°C. Hutota vzduchu závií na teplotě a tlaku, ale po výpočty lze vzít hodnotu 1,3 kg / m³.

Příklad. Po mítnost 12 m² př stejné teplotním ozdílu jako v předozím příkladě udou teplné tráty vůl provozu větrání činit:

Q_v = (12 * 3) * 1,3 * 0,28 * (22 – (– 30)) = 681 W.

Projektant beou půtok vzduchu odle SNiP 41-01-2003 (v našem příkladě 3 m³ / h na 1 m² plochy obytné místoti), ale tato hotaůžé být výnamně snížena vlátníkem budovy.

Celkem činí celkové tepelné ztráty modelové místoti:

Q = Q_tp + Q_v = 969 W.

Pro výpočet tepelných ztrát za den, týden nebo měsíc je nutné znát průměrnou teplotu za tato období.

Z výše uvedených vzorců je patrné, že výpočet objemu spotřebovaného plynu jak na krátké časové období, tak na celou chladnou sezónu je nutné provádět s ohledem na klima oblasti, kde se vytápěný objekt nachází. Proto používat osvědčená typická řešení lze pouze pro podobné přírodní podmínky.

Pro určení podobných klimatických parametrů lze použít mapy průměrných měsíčních teplot v zimním období. Lze je snadno najít na internetu.

Při složité geometrii domu a rozmanitosti materiálů použitých při jeho stavbě a zateplení lze pro výpočet potřebného množství tepla využít služeb odborníků.

Způsoby minimalizace tepelných ztrát

Náklady na vytápění domu tvoří značnou část výdajů na jeho údržbu. Proto je rozumné provést některé práce zaměřené na snížení tepelných ztrát pomocí zateplení stropu, stěn domu, tepelné izolace podlahy a přilehlých konstrukcí.

Použití schémat zateplení zvenčí a zevnitř domu umožňuje výrazně snížit tento ukazatel. Zejména se to týká starých staveb s výrazným opotřebením stěn a stropů. Stejné desky z pěnového polystyrenu umožňují nejen snížit nebo zcela vyloučit promrzání, ale také minimalizují infiltraci vzduchu přes chráněný povrch.

Významné úspory lze také dosáhnout, pokud k vytápění nepřipojíte letní plochy domu, jako jsou verandy nebo mansardové podlaží. V tomto případě dojde k výraznému zmenšení obvodu vytápěné části domu.

Používání mansardového podlaží pouze v letním období výrazně šetří náklady na vytápění domu v zimě. V tomto případě však musí být strop horního podlaží dobře zateplen.

Pokud se přísně dodržují normy větrání místností, které jsou stanoveny v SNiP 41-01-2003, pak tepelné ztráty z výměny vzduchu budou vyšší než z promrzání stěn a střechy budovy. Tato pravidla jsou závazná pro projektanty a všechny právnické osoby, pokud je místnost používána pro výrobu nebo poskytování služeb. Nicméně obyvatelé domu mohou dle svého uvážení snížit hodnoty uvedené v dokumentu.

Kromě toho lze pro ohřev přicházejícího studeného vzduchu z ulice použít výměníky tepla, nikoliv spotřebiče, které spotřebovávají elektřinu nebo plyn. Tak běžný deskový rekuperátor může ušetřit více než polovinu energie, a složitější zařízení s teplonosným médiem – asi 75%.

Výpočet potřebného objemu plynu

Hořlavý plyn musí kompenzovat tepelné ztráty. K tomu je kromě tepelných ztrát domu nutné znát množství energie uvolněné při spalování, které závisí na účinnosti kotle a výhřevnosti směsi.

Pravidlo výběru kotle

Výběr topného zařízení je nutné provádět s ohledem na tepelné ztráty domu. Mělo by být dostačující na období, kdy je dosaženo ročního minima teplot. V pasportu podlahového nebo nástěnného plynového kotle za to odpovídá parametr “jmenovitý tepelný výkon”, který se u domácích spotřebičů měří v kW.

Jelikož každá stavba má tepelnou setrvačnost, pro výpočet potřebného výkonu kotle se obvykle bere jako minimální teplota ukazatel nejchladnějšího pětidenního období. Pro konkrétní lokalitu jej lze zjistit u organizací zabývajících se sběrem a zpracováním meteorologických informací, nebo z tabulky 1. SNiP 23-01-99 (sloupec č. 4).

Fragment tabulky 1 z SNiP 23-01-99. Pomocí ní lze získat potřebné údaje o klimatu lokality, kde se nachází vytápěný objekt.

Pokud výkon kotle překračuje hodnotu dostačující pro vytápění místnosti, nevede to ke zvýšení spotřeby plynu. V tomto případě bude doba odstávky zařízení delší.

Někdy je rozumné zvolit kotel o něco nižšího výkonu. Taková zařízení mohou být výrazně levnější jak při nákupu, tak při provozu. V tomto případě je však nutné mít záložní zdroj tepla (například kalorifer v kombinaci s benzínovým generátorem), který lze použít při silných mrazech.

Hlavním ukazatelem účinnosti a hospodárnosti kotle je součinitel užitečného účinku (účinnost). U moderních domácích zařízení se pohybuje v rozmezí 88 až 95 %. Účinnost je uvedena v pasportu zařízení a používá se při výpočtu spotřeby plynu.

Vzorec pro uvolňování tepla

Aby bylo možné správně vypočítat spotřebu zemního nebo zkapalněného plynu na vytápění domu o ploše cca 150 m², je nutné znát ještě jeden ukazatel – výhřevnost (měrné spalné teplo) dodávaného paliva. Podle systému “SI” se měří v J/kg pro zkapalněný plyn nebo v J/m³ pro zemní plyn.

Zásobníky na plyn (nádrže na skladování zkapalněného plynu) se udávají v litrech. Chcete-li zjistit, kolik paliva se do nich vejde v kilogramech, lze použít poměr 0,54 kg / 1 l.

Existují dvě hodnoty tohoto ukazatele – nižší výhřevnost (H_l) a vyšší výhřevnost (H_h). Závisí na vlhkosti a teplotě paliva. Při výpočtu se bere ukazatel H_l – ten je třeba zjistit u dodavatele plynu.

Pokud takové informace nejsou k dispozici, lze při výpočtech použít následující hodnoty:

• pro zemní plyn H_l = 33.5 MJ / m³;
• pro zkapalněný plyn H_l = 45.2 MJ / kg.

Vzhledem k tomu, že 1 MJ = 278 W * h, dostáváme následující hodnoty výhřevnosti:

• pro zemní plyn H_l = 9.3 kWh / m³;
• pro zkapalněný plyn H_l = 12.6 kWh / kg.

Objem plynu spotřebovaného za určité časové období V (m³ nebo kg) lze vypočítat podle následujícího vzorce:

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

• Q – tepelné ztráty budovy (kW);
• E – doba trvání topného období (h);
• H_l – minimální výhřevnost plynu (kWh / m³);
• K – účinnost kotle.

Pro zkapalněný plyn je rozměr H_l roven kWh / kg.

Příklad výpočtu spotřeby plynu

Jako příklad si vezměme typický montovaný rámový dřevěný dvoupatrový domek. Region – Altajský kraj, město Barnaul.

Rozměry domku – 10 x 8,5 m. Úhel sklonu sedlové střechy – 30°. Tento projekt se vyznačuje teplou podkrovní místností, relativně velkou plochou prosklení, absencí sklepa a vyčnívajících částí domu.

Krok 1. Vypočteme základní parametry domu pro výpočet tepelných ztrát:

• Podlaha. V případě absence větraného sklepního prostoru lze ztráty podlahou a základy zanedbat.
• Okna. Dvoukomorové izolační sklo “4M1 – 16Ar – 4M1 – 16Ar – 4I”: R_o = 0,75. Plocha prosklení S_o = 40 m².
• Stěny. Plocha podélné (boční) stěny je 10 * 3,5 = 35 m². Plocha příčné (průčelní) stěny je 8,5 * 3,5 + 8,5² * tg(30) / 4 = 40 m². Celková plocha obvodu budovy je tedy 150 m², a s ohledem na prosklení je hledaná hodnota S_s = 150 – 40 = 110 m².
• Stěny. Hlavními tepelně izolačními materiály jsou lepené lamelové dřevo tloušťky 200 mm (R_b = 1,27) a čedičová izolace tloušťky 150 mm (R_u = 3,95). Celkový součinitel odporu při prostupu tepla pro stěnu R_s = R_b + R_u = 5,22.
• Střecha. Zateplení zcela kopíruje tvar střechy. Plocha střechy bez přesahů S_k = 10 * 8,5 / cos (30) = 98 m².
• Střecha. Hlavními tepelně izolačními materiály jsou palubky tloušťky 12,5 mm (R_v = 0,07) a čedičová izolace tloušťky 200 mm (R_u = 5,27). Celkový součinitel odporu při prostupu tepla pro střechu R_k = R_v + R_u = 5,34.
• Větrání. Nechť je průtok vzduchu vypočítán ne podle plochy domu, ale s ohledem na požadavek zajistit hodnotu alespoň 30 m³ na osobu za hodinu. Vzhledem k tomu, že v domě trvale bydlí 4 osoby, je L = 30 * 4 = 120 m³ / h.

Krok 2. Vypočteme potřebný výkon kotle. Pokud je zařízení již zakoupeno, lze tento krok přeskočit.

Pro naše výpočty potřebujeme znát pouze dva ukazatele plynového kotle: účinnost a jmenovitý výkon. Měly by být uvedeny v technickém listu zařízení.

Teplota nejchladnějšího pětidenního období je “–41 °C”. Za komfortní teplotu považujeme “+24 °C”. Průměrný teplotní rozdíl za toto období tedy činí dT = 65 °C.

Vypočteme tepelné ztráty:

• okny: Q_o = S_o * dT / R_o = 40 * 65 / 0.75 = 3467 W;
• stěnami: Q_s = S_s * dT / R_s = 110 * 65 / 5.22 = 1370 W;
• střechou: Q_k = S_k * dT / R_k = 98 * 65 / 5.34 = 1199 W;
• kvůli větrání: Q_v = L * q * c * dT = 120 * 1.3 * 0.28 * 65 = 2839 W.

Celkové tepelné ztráty celého domů v období chladného pětidenního období činí:

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

Pro tento modelový dům lze tedy zvolit plynový kotel s parametrem maximálního tepelného výkonu 10-12 kW. Pokud je plyn používán také k zajištění teplé vody, bude nutné zvolit výkonnější zařízení.

Krok 3. Vypočteme délku topné sezóny a průměrné tepelné ztráty.

Chladným obdobím roku, kdy je nutné topení, se rozumí sezóna s průměrnými denními teplotami pod 8-10 °C. Pro výpočty lze tedy vzít buď sloupce č. 11-12 nebo sloupce č. 13-14 tabulky 1 SNiP 23-01-99.

Tato volba zůstává na majitelích domu. Přitom nebude podstatný rozdíl v roční spotřebě paliva. V našem případě se zastavíme u období s teplotou pod “+10 °C”. Délka tohoto období činí 235 dní nebo E = 5640 hodin.

Při cent ráln ím vytápění dochá zí k zapínání a vexypínání dodávky teplonosnéh méd ia pod le stan ovený ch norem . Jedn ou z výhod soukrom ého dom u je sput št ěn í režim u vytáp ění o d le př án í ob yvatel .

Tepelné ztráty domu pro průměrnou teplotu během toh oto ob do bí se vypočítají stejně jako v korku 2, pouze parametr dT = 24 – (–6.7) = 30.7 °C. Po provedení výpočtů d ost aneme Q = 4192 W.

Krok 4. Vypočteme objem spotřebovaného plynu.

Nechť účinnost kotle K = 0.92. Potom objem spotřebovaného plynu (při průměrných hodnotách minimální výhřevnosti plynné směsi) za chladné období bude činit:

• pro zemní plyn: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (9300 * 0,92) = 2763 m³;
• pro zkapalněný plyn: V = Q * E / (H_l * K) = 4192 * 5640 / (12600 * 0,92) = 2040 kg.

Pokud znáte ceny plynu, můžete vypočítat i finanční náklady na vytápění.

Závěry a užitečné video k tématu

Snížení spotřeby plynu díky odstranění chyb souvisejících se zateplením domu. Reálný příklad:

Spotřeba plynu při známém tepelném výkonu:

Všechny výpočty tepelných ztrát můžete provést sami pouze tehdy, když znáte tepelně izolační vlastnosti materiálů, z nichž je dům postaven. Pokud je budova stará, musíte nejprve zkontrolovat, zda nepromrzá, a odstranit zjištěné problémy.

Poté můžete podle vzorců uvedených v článku provést výpočet spotřeby plynu s vysokou přesností.

Zanechte prosím komentáře v bloku pro zpětnou vazbu níže. Vkládejte fotografie k tématu článku, pokládejte dotazy k zajímavým momentům. Sdílejte užitečné informace, které by se mohly hodit návštěvníkům našeho webu.