Spotřeba plynu na vytápění domu 200 m²: stanovení nákladů při použití hlavního a láhvového paliva
Majitelé středních a velkých domů by měli plánovat náklady na údržbu bydlení. Proto často vzniká úkol vypočítat spotřebu plynu na vytápění domu o rozloze 200 m2 nebo větší. Originální architektura obvykle neumožňuje použít metodu analogií a najít hotové výpočty.
Nicméně není nutné platit peníze za řešení tohoto úkolu. Všechny výpočty lze provést samostatně. K tomu budou zapotřebí znalosti některých právních předpisů a porozumění fyzice a geometrii na úrovni střední školy.
Pomůžeme vám zorientovat se v této naléhavé otázce pro domácího ekonoma. Poradíme, podle jakých vzorců se provádějí výpočty, jaké charakteristiky je třeba znát pro získání výsledku. V námi předloženém článku jsou uvedeny příklady, na jejichž základě bude snazší provést vlastní výpočet.
Obsah článku:
Stanovení velikosti ztráty energie
Pro stanovení množství energie, kterou dům ztrácí, je nutné znát klimatické charakteristiky oblasti, tepelnou vodivost materiálů a normy větrání. A pro výpočet potřebného objemu plynu stačí znát jeho výhřevnost. Nejdůležitější v této práci je pozornost k detailům.
Vytápění budovy musí kompenzovat tepelné ztráty, ke kterým dochází ze dvou hlavních důvodů: úniky tepla po obvodu domu a přívod studeného vzduchu ventilačním systémem. Oba tyto procesy jsou popsány matematickými vzorci, podle kterých lze samostatně provést výpočty.
Tepelná vodivost a tepelný odpor materiálu
Každý materiál může vést teplo. Intenzita jeho přenosu je vyjádřena součinitelem tepelné vodivosti λ (W / (m × °C)). Čím je nižší, tím lépe je budova v zimě chráněna před promrzáním.

Avšak budovy mohou být postaveny nebo zatepleny materiálem různé tloušťky. Proto se při praktických výpočtech používá součinitel odporu při přenosu tepla:
R (m2 × °C / W)
Je spojen s tepelnou vodivostí následujícím vzorcem:
R = h / λ,
kde h – tloušťka materiálu (m).
Příklad. Určíme součinitel odporu prostupu tepla různých šířek pórobetonových tvárnic třídy D700 při λ = 0,16:
- šířka 300 mm: R = 0,3 / 0,16 = 1,88;
- šířka 400 mm: R = 0,4 / 0,16 = 2,50.
Pro izolační materiály a okenní bloky může být uveden jak součinitel tepelné vodivosti, tak součinitel odporu prostupu tepla.
Pokud se obvodový plášť skládá z několika materiálů, pak se při stanovení součinitele odporu prostupu tepla celého “souvrství” sečtou součinitele jeho jednotlivých vrstev.
Příklad. Stěna je postavena z pórobetonových tvárnic (λb = 0,16), tloušťky 300 mm. Z vnější strany je zateplena extrudovaným polystyrenem (λp = 0,03) tloušťky 50 mm a z vnitřní strany obložena palubkami (λv = 0,18), tloušťky 20 mm.

Nyní lze vypočítat celkový součinitel odporu prostupu tepla:
R = 0,3 / 0,16 + 0,05 / 0,03 + 0,02 / 0,18 = 1,88 + 1,66 + 0,11 = 3,65.
Přínos vrstev, které jsou z hlediska “teplej úspory” nevýznamné, lze zanedbat.
Výpočet tepelných ztrát obvodovými konstrukcemi
Tepelné ztráty Q (W) přes homogenní povrch lze vypočítat následujícím způsobem:
Q = S × dT / R,
kde:
- S – plocha uvažovaného povrchu (m2);
- dT – rozdíl teplot mezi vzduchem uvnitř a vně místnosti (°C);
- R – součinitel odporu prostupu tepla povrchu (m2·°C / W).
Pro stanovení celkového ukazatele všech tepelných ztrát se provádějí následující kroky:
- vytipují se úseky, které jsou homogenní z hlediska součinitele odporu prostupu tepla;
- vypočítají se jejich plochy;
- určí se hodnoty tepelného odporu;
- provede se výpočet tepelných ztrát pro každý z úseků;
- sečtou se získané hodnoty.
Příklad. Rohová místnost 3 × 4 metry v nejvyšším podlaží se studeným půdním prostorem. Čistá výška stropu – 2,7 metru. Jsou zde 2 okna o rozměrech 1 × 1,5 m.
Najdeme tepelné ztráty přes obvod při teplotě vzduchu uvnitř “+25 °C” a vně “–15 °C”:
- Vytipujeme úseky homogenní podle součinitele odporu: strop, stěna, okna.
- Plocha stropu Sp = 3 × 4 = 12 m2. Plocha oken So = 2 × (1 × 1,5) = 3 m2. Plocha stěn Ss = (3 + 4) × 2,7 – So = 29,4 m2.
- Součinitel tepelného odporu stropu se skládá z hodnoty stropní konstrukce (deska tloušťky 0,025 m), izolace (desky z minerální vlny tloušťky 0,10 m) a dřevěné podlahy půdy (dřevo a překližka o celkové tloušťce 0,05 m): Rp = 0,025 / 0,18 + 0,1 / 0,037 + 0,05 / 0,18 = 3,12. Pro okna se hodnota přebírá z technického listu dvojskla: Ro = 0,50. Pro stěnu postavenou jako v předchozím příkladu: Rs = 3,65.
- Qp = 12 × 40 / 3,12 = 154 W. Qo = 3 × 40 / 0,50 = 240 W. Qs = 29,4 × 40 / 3,65 = 322 W.
- Celkové tepelné ztráty modelové místnosti obvodovými konstrukcemi Q = Qp + Qo + Qs = 716 W.
Výpočet podle uvedených vzorců poskytuje dobrou přibližnost za předpokladu, že materiál odpovídá deklarovaným tepelně vodivostním vlastnostem a neobsahuje chyby, které by mohly vzniknout při stavbě. Problémem může být také stárnutí materiálů a konstrukce domu jako celku.
Typická geometrie stěn a střech
Lineární parametry (délku a výšku) konstrukce se při určování tepelných ztrát obvykle berou vnitřní, nikoli vnější. To znamená, že při výpočtu prostupu tepla materiálem se uvažuje plocha kontaktu teplého, nikoli studeného vzduchu.

Tak například při rozměrech domu 8 × 10 metrů a tloušťce stěny 0,3 metru je vnitřní obvod Pvnitř = (9,4 + 7,4) × 2 = 33,6 m, zatímco vnější Pvnější = (8 + 10) × 2 = 36 m.
Mezipodlažní strop má obvykle tloušťku 0,20 až 0,30 m. Výška dvou podlaží od podlahy prvního po strop druhého z vnější strany bude tedy rovna Hvnější = 2,7 + 0,2 + 2,7 = 5,6 m. Pokud sečteme pouze čistou výšku, dostaneme nižší hodnotu: Hvnitř = 2,7 + 2,7 = 5,4 m. Mezipodlažní strop na rozdíl od stěn neplní funkci izolace, proto je třeba pro výpočty brát Hvnější.
U dvoupodlažních domů o rozměrech kolem 200 m2 činí rozdíl mezi plochou stěn uvnitř a vně 6 až 9 %. Podobně se podle vnitřních rozměrů uvažují geometrické parametry střechy a stropů.
Výpočet plochy stěn u geometricky jednoduchých chat je elementární, protože fragmenty se skládají z obdélníkových částí a štítů půdních a podkrovních prostor.

Při výpočtu tepelných ztrát střechou ve většině případů stačí použít vzorce pro určení ploch trojúhelníku, obdélníku a lichoběžníku.

Plochu položené krytiny nelze použít při stanovení tepelných ztrát, protože zahrnuje i přesahy, které se ve vzorci nezohledňují. Kromě toho se materiál (např. lepenka nebo profilovaný pozinkovaný plech) často pokládá s malým přesahem.

Obdélníková geometrie oken také nezpůsobuje problémy při výpočtech. Pokud však mají izolační skla složitý tvar, jejich plochu není nutné vypočítávat, ale lze ji zjistit z pasportu výrobku.
Tepelné ztráty podlahou a základy
Výpočet tepelných ztrát do zeminy podlahou přízemí, stejně jako stěnami a podlahou suterénu, se provádí podle pravidel uvedených v Příloze “E” SP 50.13330.2012. Důvodem je, že rychlost šíření tepla v zemi je mnohem nižší než v atmosféře, a proto lze zeminy také podmíněně považovat za izolační materiál.
Ale protože mají tendenci promrzat, je podlahová plocha rozdělena na 4 zóny. Šířka prvních tří je 2 metry a ke čtvrté zóně patří zbývající část.

Pro každou zónu se stanoví součinitel odporu při prostupu tepla, který přidává zemina:
- zóna 1: R1 = 2,1;
- zóna 2: R2 = 4,3;
- zóna 3: R3 = 8,6;
- zóna 4: R4 = 14,2.
Pokud jsou podlahy zatepleny, pak se pro stanovení celkového součinitele tepelného odporu sečtou hodnoty izolace a zeminy.
Příklad. Mějme dům s vnějšími rozměry 10 × 8 m a tloušťkou stěn 0,3 metru, který má suterén o hloubce 2,7 metru. Jeho strop se nachází na úrovni terénu. Je třeba vypočítat tepelné ztráty do zeminy při vnitřní teplotě vzduchu “+25 °C” a venkovní teplotě “–15 °C”.
Nechť stěny jsou vyrobeny z FBS bloků, tloušťky 40 cm (λf = 1,69). Zevnitř jsou obloženy deskou, tloušťky 4 cm (λd = 0,18). Podlaha sklepa je zalita keramzitbetonem, tloušťky 12 cm (λk = 0,70). Poté součinitel tepelného odporu stěn suterénu: Rs = 0,4 / 1,69 + 0,04 / 0,18 = 0,46, a podlahy Rp = 0,12 / 0,70 = 0,17.
Vnitřní rozměry domu budou 9,4 × 7,4 metru.

Vypočteme plochy a součinitele odporu prostupu tepla podle zón:
- Zóna 1 je pouze na stěně. Má obvod 33,6 m a výšku 2 m. Proto S1 = 33,6 × 2 = 67,2. Rz1 = Rs + R1 = 0,46 + 2,1 = 2,56.
- Zóna 2 na stěně. Má obvod 33,6 m a výšku 0,7 m. Proto S2s = 33,6 × 0,7 = 23,52. Rz2s = Rs + R2 = 0,46 + 4,3 = 4,76.
- Zóna 2 na podlaze. S2p = 9,4 × 7,4 – 6,8 × 4,8 = 36,92. Rz2p = Rp + R2 = 0,17 + 4,3 = 4,47.
- Zóna 3 je pouze na podlaze. S3 = 6,8 × 4,8 – 2,8 × 0,8 = 30,4. Rz3 = Rp + R3 = 0,17 + 8,6 = 8,77.
- Zóna 4 je pouze na podlaze. S4 = 2,8 × 0,8 = 2,24. Rz4 = Rp + R4 = 0,17 + 14,2 = 14,37.
Tepelné ztráty suterénního podlaží Q = (S1 / Rz1 + S2s / Rz2s + S2p / Rz2p + S3 / Rz3 + S4 / Rz4) × dT = (26,25 + 4,94 + 8,26 + 3,47 + 0,16) × 40 = 1723 W.
Zohlednění nevytápěných místností
Často při výpočtu tepelných ztrát nastává situace, kdy je v domě nevytápěná, ale zateplená místnost. V tomto případě k přenosu energie dochází ve dvou fázích. Uvažujme tuto situaci na příkladu půdy.

Hlavní problém spočívá v tom, že plocha stropu mezi podkrovím a nejvyšším podlažím se liší od plochy střechy a štítů. V tomto případě je třeba použít podmínku rovnováhy přenosu tepla Q1 = Q2.
Lze jej také zapsat následujícím způsobem:
K1 × (T1 – T#) = K2 × (T# – T2),
kde:
- K1 = S1 / R1 + … + Sn / Rn pro strop mezi teplou částí domu a chladnou místností;
- K2 = S1 / R1 + … + Sn / Rn pro strop mezi chladnou místností a venkovním prostředím.
Z rovnosti přenosu tepla zjistíme teplotu, která se ustálí v chladné místnosti při známých hodnotách v domě a venku. T# = (K1 × T1 + K2 × T2) / (K1 + K2). Poté dosadíme hodnotu do vzorce a zjistíme tepelné ztráty.
Příklad. Předpokládejme vnitřní rozměry domu 8 x 10 metrů. Úhel střechy – 30°. Teplota vzduchu v místnostech “+25 °C” a venku “–15 °C”.
Koeficient tepelného odporu stropu vypočítáme jako v příkladu uvedeném v oddílu výpočtu tepelných ztrát obvodovými konstrukcemi: Rp = 3,65. Plocha stropu je 80 m2, proto K1 = 80 / 3,65 = 21,92.
Plocha střechy S1 = (10 × 8) / cos(30) = 92,38. Koeficient tepelného odporu vypočítáme s ohledem na tloušťku dřeva (laťování a obložení – 50 mm) a minerální vaty (10 cm): R1 = 2,98.
Plocha okna pro štít S2 = 1,5. U běžného dvojskla je tepelný odpor R2 = 0,4. Plochu štítu vypočítáme podle vzorce: S3 = 82 × tg(30) / 4 – S2 = 7,74. Součinitel odporu prostupu tepla je stejný jako u střechy: R3 = 2,98.

Vypočítáme koeficient pro střechu (nezapomeňme, že počet štítů jsou dva):
K2 = S1 / R1 + 2 × (S2 / R2 + S3 / R3) = 92.38 / 2.98 + 2 × (1.5 / 0.4 + 7.74 / 2.98) = 43.69.
Vypočteme teplotu vzduchu v půdním prostoru:
T# = (21.92 × 25 + 43.69 × (–15)) / (21.92 + 43.69) = –1.64 °C.
Dosadíme získanou hodnotu do libovolného vzorce pro výpočet tepelných ztrát (za podmínky rovnováhy jsou stejné) a získáme hledaný výsledek:
Q1 = K1 × (T1 – T#) = 21.92 × (25 – (–1.64)) = 584 W.
Ochlazování větráním
Větrací systém se instaluje pro udržení normálního mikroklimatu v domě. To vede k přívodu studeného vzduchu do místnosti, což je také nutné zohlednit při výpočtu tepelných ztrát.
Požadavky na objem ventilace jsou uvedeny v několika normativních dokumentech. Při projektování vnitřního systému rodinného domu je třeba především zohlednit požadavky §7 SNiP 41-01-2003 a §4 SanPiN 2.1.2.2645-10.
Jelikož obecně přijímanou jednotkou měření tepelných ztrát je watt, je nutné tepelnou kapacitu vzduchu c (kJ / kg × °C) převést na rozměr “W × h / kg × °C”. Pro vzduch na úrovni mořské hladiny lze přijmout hodnotu c = 0.28 W × h / kg × °C.
Jelikož objem ventilace se měří v metrech krychlových za hodinu, je také nutné znát hustotu vzduchu q (kg / m3). Při normálním atmosférickém tlaku a střední vlhkosti lze tuto hodnotu přijmout q = 1.30 kg / m3.

Spotřebu energie na kompenzaci tepelných ztrát v důsledku ventilace lze vypočítat podle následujícího vzorce:
Q = L × q × c × dT = 0.364 × L × dT,
kde:
- L – průtok vzduchu (m3 / h);
- dT – rozdíl teplot mezi vnitřním a přiváděným vzduchem (°C).
Pokud studený vzduch vstupuje do domu přímo, pak:
dT = T1 – T2,
kde:
- T1 – teplota uvnitř místnosti;
- T2 – teplota venku.
Ale u velkých objektů se do ventilačního systému obvykle integruje rekuperátor (výměník tepla). Ten umožňuje výrazně ušetřit energetické zdroje, protože částečný ohřev přiváděného vzduchu probíhá díky teplotě odcházejícího proudu.
Účinnost takových zařízení se měří jejich účinností k (%). V tomto případě bude mít předchozí vzorec tvar:
dT = (T1 – T2) × (1 – k / 100).
Výpočet spotřeby plynu
Znáte-li celkové tepelné ztráty, můžete poměrně jednoduše vypočítat potřebnou spotřebu zemního nebo zkapalněného plynu pro vytápění domu o ploše 200 m2.
Na množství uvolněné energie kromě objemu paliva ovlivňuje jeho výhřevnost. U plynu tento ukazatel závisí na vlhkosti a chemickém složení dodávané směsi. Rozlišuje se vyšší (Hh) a nižší (Hl) výhřevnost.

Pro výpočet objemu paliva, který bude zaručeně stačit na vytápění, se do vzorce dosadí hodnota nižší výhřevnosti, kterou lze zjistit u dodavatele plynu. Standardní jednotkou měření výhřevnosti je “mJ / m3” nebo “mJ / kg”. Ale protože jednotky měření a výkonu kotlů a tepelných ztrát pracují s watty, nikoli s jouly, je nutné provést přepočet s ohledem na to, že 1 mJ = 278 W × h.
Pokud není známa hodnota nižší výhřevnosti směsi, je možné použít následující průměrné údaje:
- pro zemní plyn Hl = 9,3 kW × h / m3;
- pro zkapalněný plyn Hl = 12,6 kW × h / kg.
Další údaj potřebný pro výpočty – účinnost kotle K. Obvykle se měří v procentech. Konečný vzorec pro spotřebu plynu za časové období E (h) má následující tvar:
V = Q × E / (Hl × K / 100).
Období, kdy se zapíná centrální vytápění v domech, se určuje podle průměrné denní teploty vzduchu.
Pokud během posledních pěti dnů nepřesáhne “+ 8 °C”, pak podle nařízení vlády Ruské federace č. 307 ze dne 13. 5. 2006 musí být dodávka tepla do domu zajištěna. U soukromých domů s autonomním vytápěním se při výpočtu spotřeby paliva také vychází z těchto údajů.
Přesné údaje o počtu dní s teplotou nepřesahující “+ 8 °C” pro oblast, kde je dům postaven, lze zjistit na místní pobočce Hydrometeorologického centra.
Pokud se dům nachází v blízkosti velkého sídla, je jednodušší použít tab. 1. SNiP 23-01-99 (sloupec č. 11). Vynásobením této hodnoty 24 (hodin denně) získáte parametr E z rovnice pro výpočet spotřeby plynu.

Pokud objem přiváděného vzduchu a teplota uvnitř místností budou konstantní (nebo s nepatrnými výkyvy), pak tepelné ztráty přes obvodové konstrukce i kvůli větrání místností budou přímo úměrné teplotě venkovního vzduchu.
Proto lze za parametr T2 v rovnicích pro výpočet tepelných ztrát vzít hodnotu ze sloupce č. 12 tabulky 1. SNiP 23-01-99.
Příklad pro chatu o 200 m²2
Vypočítáme spotřebu plynu pro chatu poblíž města Rostov na Donu. Délka topného období: E = 171 × 24 = 4104 h. Průměrná venkovní teplota T2 = – 0,6 °C. Požadovaná teplota v domě: T1 = 24 °C.

Krok 1. Vypočítáme tepelné ztráty přes obvod bez započtení garáže.
K tomu vyčleníme homogenní části:
- Okna. Celkem je 9 oken o rozměrech 1,6 × 1,8 m, jedno okno o rozměrech 1,0 × 1,8 m a 2,5 kruhových oken o ploše 0,38 m2 každé. Celková plocha oken: Sokna = 28,60 m2. Podle pasu výrobků Rokna = 0,55. Potom Qokna = 1279 W.
- Dveře. Jsou 2 zateplené dveře o rozměrech 0,9 x 2,0 m. Jejich plocha: Sdveře = 3,6 m2. Podle pasu výrobku Rdveře = 1,45. Potom Qdveře = 61 W.
- Plná zeď. Úsek “ABVGD”: 36,1 × 4,8 = 173,28 m2. Úsek “DA”: 8,7 × 1,5 = 13,05 m2. Úsek “DEŽ”: 18,06 m2. Plocha štítu střechy: 8,7 × 5,4 / 2 = 23,49. Celkem plocha plné zdi: Szeď = 251,37 – Sokna – Sdveře = 219,17 m2. Stěny jsou postaveny z pórobetonu tloušťky 40 cm a duté lícové cihly. Rzeď = 2,50 + 0,63 = 3,13. Potom Qzeď = 1723 W.
Celkové tepelné ztráty přes obvod:
Qobvod = Qokna + Qdveře + Qzeď = 3063 W.
Krok 2. Vypočítáme tepelné ztráty přes střechu.
Izolaci tvoří souvislý laťový bednění (35 mm), minerální vata (10 cm) a palubka (15 mm). Rstřecha = 2,98. Plocha střechy nad hlavní částí: 2 × 10 × 5,55 = 111 m2, a nad kotelnou: 2,7 × 4,47 = 12,07 m2. Celkem Sstřecha = 123,07 m2. Potom Qstřecha = 1016 W.
Krok 3. Vypočteme tepelné ztráty podlahou.

Odpor proti přenosu tepla poskytují desky hrubé podlahy a překližka pod laminát (celkem 5 cm) a také čedičová izolace (5 cm). Rpodlahy = 1,72. Pak budou tepelné ztráty podlahou rovny:
Qpodlahy = (S1 / (Rpodlahy + 2,1) + S2 / (Rpodlahy + 4,3) + S3 / (Rpodlahy + 2,1)) × dT = 546 W.
Krok 4. Vypočteme tepelné ztráty studenou garáží. Její podlaha není izolována.
Z vytápěného domu proniká teplo dvěma cestami:
- Přes nosnou stěnu. S1 = 28,71, R1 = 3,13.
- Přes cihlovou příčku s kotelnou. S2 = 11,31, R2 = 0,89.
Dostaneme K1 = S1 / R1 + S2 / R2 = 21,88.
Z garáže ven teplo vychází následujícím způsobem:
- Přes okno. S1 = 0,38, R1 = 0,55.
- Přes vrata. S2 = 6,25, R2 = 1,05.
- Přes stěnu. S3 = 19,68, R3 = 3,13.
- Přes střechu. S4 = 23,89, R4 = 2,98.
- Přes podlahu. Zóna 1. S5 = 17,50, R5 = 2,1.
- Přes podlahu. Zóna 2. S6 = 9,10, R6 = 4,3.
Dostaneme K2 = S1 / R1 + … + S6 / R6 = 31,40
Vypočteme teplotu v garáži za podmínky rovnováhy přenosu tepla: T# = 9,2 °C. Pak budou tepelné ztráty rovny: Qgaráž = 324 W.
Krok 5. Vypočteme tepelné ztráty v důsledku větrání.
Nechť vypočtený objem větrání pro takový rodinný dům s bydlením 6 osob je 440 m3/hod. V systému je instalován rekuperátor s účinností 50 %. Za těchto podmínek jsou tepelné ztráty: Qvent = 1970 W.
Krok 6. Stanovíme celkové tepelné ztráty sečtením všech lokálních hodnot: Q = 6919 W.
Krok 7. Vypočteme objem plynu potřebného k vytápění modelového domu v zimním období při účinnosti kotle 92 %:
- Zemní plyn. V = 3319 m3.
- Zkapalněný plyn. V = 2450 kg.
Po výpočtech lze analyzovat finanční náklady na vytápění a účelnost investic zaměřených na snížení tepelných ztrát.
Závěry a užitečné video k tématu
Tepelná vodivost a odpor proti prostupu tepla materiálů. Pravidla výpočtu pro stěny, střechu a podlahu:
Nejobtížnější částí výpočtů pro stanovení potřebného objemu plynu pro vytápění je stanovení tepelných ztrát vytápěného objektu. Zde je třeba nejprve pečlivě přistupovat ke geometrickým výpočtům.
Pokud se finanční náklady na vytápění zdají příliš vysoké, měli byste zvážit dodatečné zateplení domu. Tím spíše, že výpočty tepelných ztrát dobře ukazují strukturu promrzání.
Zanechejte prosím komentáře v níže uvedeném bloku, pokládejte dotazy k nejasným a zajímavým bodům, umísťujte fotografie k tématu článku. Podělte se o vlastní zkušenosti s prováděním výpočtů pro zjištění nákladů na vytápění. Není vyloučeno, že vaše rady velmi pomohou návštěvníkům webu.
