Sådan beregnes effekten af en gaskedel til opvarmning: formler og eksempelberegning

Før design af varmesystemet og installation af varmeudstyr er det vigtigt at vælge en gaskedel, der kan generere den nødvendige mængde varme til rummet. Derfor er det vigtigt at vælge en enhed med en sådan effekt, at dens ydeevne er maksimal høj, og levetiden er lang.

Vi fortæller om, hvordan man beregner effekten af en gaskedel med høj præcision under hensyntagen til visse parametre. I den artikel, vi præsenterer, beskrives alle typer varmetab gennem åbninger og bygningskonstruktioner i detaljer, og formler til beregning af dem præsenteres. Et konkret eksempel introducerer funktionerne ved beregningsprocessen.

Typiske fejl ved valg af kedel

Korrekt beregning af effekten af en gaskedel gør det muligt ikke kun at spare på forbrugsmaterialer, men også at øge apparatets effektivitet. Udstyr, hvis varmeafgivelse overstiger de faktiske varmebehov, vil fungere ineffektivt, mens en enhed med utilstrækkelig effekt ikke vil kunne opvarme rummet ordentligt.

Der findes moderne automatiseret udstyr, der selv regulerer gasforsyningen, hvilket eliminerer unødvendige udgifter. Men hvis en sådan kedel udfører sit arbejde på grænsen af sin kapacitet, reduceres dens levetid.

Som følge heraf falder udstyrets effektivitet, delene slides hurtigere, og der dannes kondens. Derfor opstår behovet for at beregne den optimale effekt.

Der er en opfattelse af, at kedlens effekt udelukkende afhænger af rummets overfladeareal, og at beregningen 100 W pr. 1 m² er optimal for enhver bolig. Derfor vil man for at vælge en kedel til et hus på 100 m² have brug for udstyr, der producerer 100*10=10000 W eller 10 kW.

Sådanne beregninger er grundlæggende forkerte på grund af fremkomsten af nye efterbehandlingsmaterialer og forbedrede isoleringsmaterialer, som reducerer behovet for at anskaffe udstyr med høj effekt.

Effekten af et gasfyr vælges under hensyntagen til boligens individuelle karakteristika. Korrekt valgt udstyr vil fungere mest effektivt med minimalt brændstofforbrug.

Beregning af effekten af gasfyret til opvarmning kan udføres på to måder – manuelt eller ved hjælp af et specielt program Valtec, som er beregnet til professionelle, præcise beregninger.

Den nødvendige effekt af udstyret afhænger direkte af rummets varmetab. Når man kender varmetabsindikatoren, kan man beregne effekten af et gasfyr eller en anden varmeanordning.

Hvad er rummets varmetab?

Ethvert rum har bestemte varmetab. Varme slipper ud gennem vægge, vinduer, gulve, døre og lofter, derfor er gasfyrets opgave at kompensere for den udgående varme og sikre en bestemt temperatur i rummet. Til dette kræves en bestemt termisk effekt.

Erfaringsmæssigt er det fastslået, at den største mængde varme slipper ud gennem vægge (op til 70%). Gennem tag og vinduer kan op til 30% af varmeenergien slippe ud, gennem ventilationssystemet – op til 40%. De mindste varmetab er ved døre (op til 6%) og gulve (op til 15%).

Følgende faktorer påvirker husets varmetab.

• Husets placering. Hver by har sine egne klimatiske forhold. I varmetabsberegninger skal man tage højde for den kritiske negative temperatur, der er karakteristisk for regionen, samt gennemsnitstemperaturen og længden af fyringssæsonen (for præcise beregninger ved brug af programmet).
• Væggenes placering i forhold til verdenshjørnerne. Det er kendt, at nordsiden har vindrosen, så varmetabet fra en væg i dette område vil være størst. Om vinteren blæser der kraftig kold vind fra vest, nord og øst, så varmetabet fra disse vægge vil være højere.
• Arealet af det opvarmede rum. Mængden af varme, der går tabt, afhænger af rummets størrelse, vægareal, lofter, vinduer og døre.
• Bygningskonstruktionernes varmeteknik. Ethvert materiale har sin egen varmemodstandskoefficient og varmeoverførselskoefficient – evnen til at lede en bestemt mængde varme igennem sig. For at finde disse skal man bruge tabeldata samt anvende bestemte formler. Oplysninger om vægge, lofter, gulve og deres tykkelse kan findes i boligens tekniske plan.
• Vindues- og døråbninger. Størrelse, dørtype og termoruder. Jo større areal af vindues- og døråbninger, desto højere varmetab. Det er vigtigt at tage hensyn til de installerede døres og termoruders egenskaber ved beregningerne.
• Hensyntagen til ventilation. Ventilation findes altid i huset uafhængigt af kunstig udsugning. Gennem åbne vinduer sker der udluftning, luftbevægelse skabes ved lukning og åbning af yderdøre, menneskers gang fra rum til rum, hvilket bidrager til, at varm luft forlader rummet og cirkulerer.

Når man kender ovenstående parametre, kan man ikke kun beregne husets varmetab og bestemme kedlens effekt, men også identificere steder, der har brug for yderligere isolering.

Formler til beregning af varmetab

Disse formler kan bruges til at beregne varmetab ikke kun for et enfamiliehus, men også for en lejlighed. Før beregningerne påbegyndes, skal man tegne en plan over rummet, markere væggenes placering i forhold til verdenshjørnerne, angive vinduer og døråbninger samt beregne dimensionerne af hver væg, vindue og døråbning.

For at bestemme varmetabet er det nødvendigt at kende vægkonstruktionen samt tykkelsen af de anvendte materialer. I beregningerne tages der hensyn til murværk og isolering.

Ved beregning af varmetab anvendes to formler – den første bruges til at bestemme varmemodstanden af de omsluttende konstruktioner, den anden til varmetab.

Til bestemmelse af varmemodstand anvendes udtrykket:

R = B/K

Her:

• R – værdien af varmemodstanden for de omsluttende konstruktioner, målt i (m²*K)/W.
• K – materialets varmeledningsevne, som den omsluttende konstruktion er fremstillet af, målt i W/(m*K).
• B – materialets tykkelse, angivet i meter.

Varmeledningskoefficienten K er en tabelparameter, tykkelsen B hentes fra husets tekniske plan.

Varmeledningsevnekoefficienten er en tabelværdi, den afhænger af materialets tæthed og sammensætning, kan afvige fra tabelværdien, derfor er det vigtigt at sætte sig ind i den tekniske dokumentation for materialet (+)

Desuden anvendes grundformlen til beregning af varmetab:

Q = L × S × dT/R

I udtrykket:

• Q – varmetab, måles i W.
• S – areal af omsluttende konstruktioner (vægge, gulve, lofter).
• dT – forskel mellem ønsket indendørstemperatur og udendørs, måles og angives i °C.
• R – værdien af konstruktionens termiske modstand, m²•°C/W, som findes ved ovenstående formel.
• L – koefficient afhængig af væggenes orientering i forhold til himmelretningerne.

Med den nødvendige information ved hånden kan du manuelt beregne varmetabet for en given bygning.

Eksempel på beregning af varmetab

Som et eksempel beregner vi varmetabet for et hus med givne egenskaber.

Figuren viser en husplan, for hvilken vi vil beregne varmetab. Ved udarbejdelse af en individuel plan er det vigtigt at bestemme væggenes orientering i forhold til himmelretningerne korrekt, beregne konstruktionens højde, bredde og længde, samt markere placeringerne af vindues- og døråbninger, deres størrelser (+)

Ud fra planen er konstruktionens bredde 10 m, længde – 12 m, loftshøjde – 2,7 m, væggene er orienteret mod nord, syd, øst og vest. I den vestlige væg er der indbygget 3 vinduer, to af dem har dimensionerne 1,5x1,7 m, et – 0,6x0,3 m.

Ved beregning af taget tages der hensyn til isoleringslaget, efterbehandlings- og tagmaterialet. Damp- og vandtætningsfilm, der ikke påvirker termisk isolering, tages ikke i betragtning

I den sydlige væg er der indbygget døre med dimensionerne 1,3×2 m, der er også et lille vindue 0,5×0,3 m. På østsiden er der to vinduer 2,1×1,5 m og et 1,5×1,7 m.

Væggene består af tre lag:

• vægbeklædning med hård fiberplade (isoplade) udvendig og indvendig – 1,2 cm hver, koefficient – 0,05.
• glasuld, der ligger mellem væggene, dens tykkelse 10 cm og koefficient – 0,043.

Termisk modstand for hver væg beregnes separat, da konstruktionens placering i forhold til himmelretningerne, antallet og arealet af åbninger tages i betragtning. Resultaterne af beregningerne for væggene summeres.

Gulvet er flerlags, udført med samme teknologi over hele arealet, omfatter:

• høvlet fjer- og notbræt, dens tykkelse 3,2 cm, varmeledningsevnekoefficient – 0,15.
• lag af tørt udjævningsspånplade med tykkelse 10 cm og koefficient 0,15.
• isolering – mineraluld med tykkelse 5 cm, koefficient 0,039.

Antag, at gulvet ikke har luger til kælder eller lignende åbninger, der forringer varmeteknikken. Derfor udføres beregningen for alle rummets arealer efter en enkelt formel.

Lofter er udført af:

• træplader på 4 cm med en koefficient på 0,15.
• mineraluld på 15 cm, dens koefficient – 0,039.
• damp- og fugtspærrelag.

Antag, at loftskonstruktionen heller ikke har adgang til loftet over et beboelses- eller bryggers.

Huset ligger i Brjansk oblast, i byen Brjansk, hvor den kritiske negative temperatur er -26 grader. Det er fastslået ved forsøg, at jordtemperaturen er +8 grader. Den ønskede temperatur i rummet er +22 grader.

Beregning af varmetab fra vægge

For at finde væggens samlede termiske modstand skal man først beregne den termiske modstand for hvert af dens lag.

Lag af glasuld har en tykkelse på 10 cm. Denne værdi skal omregnes til meter, det vil sige:

B = 10 × 0.01 = 0.1

Vi fik værdien B=0,1. Varmeledningsevnen for isoleringen er 0,043. Indsætter dataene i formlen for termisk modstand og får:

R_glas=0,1/0,043=2,32

Efter lignende eksempel beregner vi varmemodstanden for isoplade:

R_isopl=0,012/0,05=0,24

Væggens samlede termiske modstand vil være lig summen af hvert lags termiske modstand, idet der tages højde for, at vi har to lag træfiberplade.

R=R_glas+2×R_isopl=2,32+2×0,24=2,8

Når væggens samlede termiske modstand er bestemt, kan varmetabet findes. For hver væg beregnes det separat. Lad os beregne Q for nordvæggen.

Tillægskoefficienter gør det muligt at tage højde for særlige forhold ved varmetab fra vægge, der er placeret på forskellige verdenshjørner.

Ifølge planen har nordvæggen ingen vinduesåbninger, dens længde er 10 m, højde 2,7 m. Væggens areal S beregnes efter formlen:

S_nordvæg=10×2,7=27

Lad os beregne parameteren dT. Det er kendt, at den kritiske omgivelsestemperatur for Brjansk er -26 grader, og den ønskede rumtemperatur er +22 grader. Så

dT=22-(-26)=48

For nordsiden medregnes en tillægskoefficient L=1,1.

I tabellen er anført varmeledningskoefficienter for nogle materialer, der bruges til opførelse af vægge. Som vi ser, slipper mineraluld minimalt varme igennem, mens armeret beton slipper maksimalt igennem.

Efter at have udført foreløbige beregninger kan man bruge formlen til beregning af varmetab:

Q_nordvæg=27×48×1,1/2,8=509 (W)

Lad os beregne varmetabet for vestvæggen. Ifølge dataene er der indbygget 3 vinduer, to af dem har målene 1,5×1,7 m og et har 0,6×0,3 m. Lad os beregne arealet.

S_vestvæg1=12×2,7=32,4.

Fra det samlede areal af den vestlige væg skal vinduesarealet udelukkes, da deres varmetab vil være anderledes. For at gøre dette skal arealet beregnes.

S_okn1=1.5×1.7=2.55

S_okn2=0.6×0.4=0.24

Til beregning af varmetab vil vi bruge vægarealet uden hensyn til vinduesarealer, det vil sige:

S_zap.steny=32.4-2.55×2-0.24=25.6

For den vestlige side er tillægskoefficienten 1.05. De opnåede data indsættes i hovedformlen til beregning af varmetab.

Q_zap.steny=25.6×1.05×48/2.8=461.

Tilsvarende beregninger foretager vi for den østlige side. Her er der 3 vinduer, et har målene 1.5×1.7 m, de to andre – 2.1×1.5 m. Vi beregner deres areal.

S_okn3=1.5×1.7=2.55

S_okn4=2.1×1.5=3.15

Arealet af den østlige væg er:

S_vost.steny1=12×2.7=32.4

Fra det samlede vægareal trækker vi vinduesarealernes værdier:

S_vost.steny=32.4-2.55-2×3.15=23.55

Tillægskoefficienten for den østlige væg er 1.05. Ud fra dataene beregner vi varmetabet for den østlige væg.

Q_vost.steny=1.05×23.55×48/2.8=424

På den sydlige væg er der en dør med målene 1.3×2 m og et vindue 0.5×0.3 m. Vi beregner deres areal.

S_okn5=0.5×0.3=0.15

S_dver=1.3×2=2.6

Arealet af den sydlige væg vil være:

S_juzh.steny1=10×2.7=27

Vi bestemmer vægarealet uden vinduer og døre.

S_juzh.steny=27-2.6-0.15=24.25

Vi beregner varmetabet for den sydlige væg med hensyn til koefficienten L=1.

Q_juzh.steny=1×24.25×48/2.80=416

Efter at have bestemt varmetabet for hver væg kan vi finde deres samlede varmetab med formlen:

Q_sten=Q_juzh.steny+Q_vost.steny+Q_zap.steny+Q_sev.steny

Ved at indsætte værdierne får vi:

Q_sten=509+461+424+416=1810 W

Samlet set udgjorde varmetabet fra væggene 1810 W i timen.

Beregning af varmetab fra vinduer

I alt er der 7 vinduer i huset, tre af dem har målene 1.5×1.7 m, to – 2.1×1.5 m, et – 0.6×0.3 m og endnu et – 0.5×0.3 m.

Vinduer med målene 1.5×1.7 m er en to-kammer PVC-profil med I-glas. Fra den tekniske dokumentation kan man se, at R=0.53. Vinduer med målene 2.1×1.5 m er to-kammer med argon og I-glas, har varmemodstand R=0.75, vinduer 0.6×0.3 m og 0.5×0.3 – R=0.53.

Vinduesarealet blev beregnet ovenfor.

S_okn1=1.5×1.7=2.55

S_okn2=0.6×0.4=0.24

S_okn3=2.1×1.5=3.15

S_okn4=0.5×0.3=0.15

Det er også vigtigt at tage hensyn til vinduernes orientering i forhold til verdenshjørnerne.

Normalt behøver man ikke at beregne varmemodstand for vinduer, da denne parameter er angivet i den tekniske dokumentation for produktet.

Vi beregner varmetabet for de vestlige vinduer under hensyntagen til koefficienten L=1.05. På den side er der 2 vinduer med målene 1.5×1.7 m og et med 0.6×0.3 m.

Q_okn1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_okn2=0.24×1.05×48/0.53=23

I alt udgør de samlede tab for de vestlige vinduer

Q_zap.okon=243×2+23=509

På sydsiden er der et vindue på 0,5×0,3, dets R=0,53. Vi beregner dets varmetab med en faktor på 1.

Q_syd.vinduer=0,15*48×1/0,53=14

På østsiden er der 2 vinduer med mål 2,1×1,5 og ét vindue på 1,5×1,7. Vi beregner varmetabet med en faktor L=1,05.

Q_okn1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_vindue3=3,15×1,05×48/075=212

Vi summerer varmetabet for østvinduerne.

Q_øst.vinduer=243+212×2=667.

Det samlede varmetab for vinduerne er:

Q_vinduer=Q_øst.vinduer+Q_syd.vinduer+Q_vest.vinduer=667+14+509=1190

I alt afgives 1190 W varmeenergi gennem vinduerne.

Bestemmelse af varmetab fra døre

Huset har én dør, der er indbygget i sydvæggen, og den har målene 1,3×2 m. Ifølge databladet er dørmaterialets varmeledningsevne 0,14, og dens tykkelse er 0,05 m. Med disse værdier kan dørens varmemodstand beregnes.

R_dør=0,05/0,14=0,36

Til beregningerne skal vi finde dens areal.

S_dør=1,3×2=2,6

Efter beregning af varmemodstand og areal kan varmetabet findes. Døren er placeret på sydsiden, så vi bruger en ekstra faktor på 1.

Q_dør=2,6×48×1/0,36=347.

I alt afgives 347 W varme gennem døren.

Beregning af gulvets termiske modstand

Ifølge den tekniske dokumentation er gulvet flerlags, udført ens over hele arealet, og det har målene 10×12 m. Vi beregner dets areal.

S_gulv=10×12=210.

Gulvet består af brædder, spånplade og isolering.

Fra tabellen kan man få varmeledningsevne for nogle materialer, der bruges til gulvbelægning. Denne parameter kan også angives i materialernes tekniske dokumentation og afvige fra tabelværdien

Varmemodstanden skal beregnes separat for hvert lag i gulvet.

R_brædder=0,032/0,15=0,21

R_spånplade=0,01/0,15= 0,07

R_isolering=0,05/0,039=1,28

Den samlede varmemodstand for gulvet er:

R_gulv=R_brædder+R_spånplade+R_isolering=0,21+0,07+1,28=1,56

Da jordtemperaturen om vinteren holder sig på +8 grader, bliver temperaturforskellen:

dT=22-8=14

Ved hjælp af de foreløbige beregninger kan vi finde husets varmetab gennem gulvet.

Ved beregning af varmetab gennem gulvet tages der højde for materialer, der påvirker varmeisoleringen (+)

Ved beregning af varmetab gennem gulvet tager vi hensyn til faktor L=1.

Q_gulv=210×14×1/1,56=1885

Det samlede varmetab for gulvet er 1885 W.

Beregning af varmetab gennem loftet

Ved beregning af varmetab fra loftet tages der hensyn til et lag mineraluld og træplader. Damp- og fugtspærre deltager ikke i isoleringsprocessen, så vi ser bort fra dem. Til beregningerne skal vi finde den termiske modstand af træpladerne og mineraluldslaget. Vi bruger deres varmeledningsevnekoefficienter og tykkelse.

R_træplader=0.04/0.15=0.27

R_mineraluld=0.05/0.039=1.28

Den samlede termiske modstand er summen af R_træplader og R_mineraluld.

R_tag=0.27+1.28=1.55

Loftets areal er det samme som gulvets.

S _loft = 120

Derefter beregnes varmetabet fra loftet under hensyntagen til koefficienten L=1.

Q_loft=120×1×48/1.55=3717

I alt går der 3717 W tab gennem loftet.

I tabellen er populære isoleringsmaterialer til lofter og deres varmeledningsevnekoefficienter angivet. Polyurethanskum er det mest effektive isoleringsmateriale, mens halm har den højeste varmetabskoefficient.

For at bestemme husets samlede varmetab skal man lægge varmetabet fra vægge, vinduer, dør, loft og gulv sammen.

Q_samlet=1810+1190+347+1885+3717=8949 W

For at opvarme huset med de angivne parametre kræves en gaskedel, der kan levere 8949 W eller omkring 10 kW.

Bestemmelse af varmetab under hensyntagen til infiltration

Infiltration – en naturlig varmeudvekslingsproces med det ydre miljø, som finder sted, når folk bevæger sig rundt i huset, når man åbner hoveddøre og vinduer.

Til beregning af varmetab til ventilation kan man bruge formlen:

Q_inf=0.33×K×V×dT

I udtrykket:

• K – den beregnede luftskiftehastighed, for beboelsesrum bruges koefficienten 0.3, for opvarmede rum – 0.8, for køkken og badeværelse – 1.
• V – rummets volumen, beregnes under hensyntagen til højde, længde og bredde.
• dT – temperaturforskellen mellem omgivelserne og boligens indre.

En lignende formel kan bruges, hvis der er installeret ventilation i rummet.

Hvis der er mekanisk ventilation i huset, skal man bruge samme formel som for infiltration, blot indsætte emhættens parametre i stedet for K og beregne dT under hensyntagen til indblæsningsluftens temperatur.

Rumhøjden – 2.7 m, bredden – 10 m, længden – 12 m. Med disse data kan man finde rummets volumen.

V=2.7 × 10 × 12=324

Temperaturforskellen vil være

dT=48

Som koefficient K tager vi værdien 0.3. Så

Q_inf=0.33×0.3×324×48=1540

Til den samlede beregnede værdi Q skal man tilføje Q_inf. Resultatet bliver

Q_samlet=1540+8949=10489.

I alt udgør husets varmetab med infiltration 10489 W eller 10.49 kW.

Beregning af kedeleffekt

Ved beregning af kedlens effekt skal der anvendes en sikkerhedsfaktor på 1,2. Det vil sige, effekten vil være:

W = Q × k

Her:

• Q – bygningens varmetab.
• k – sikkerhedsfaktoren.

I vores eksempel indsætter vi Q=9237 W og beregner den nødvendige kedeleffekt.

W=10489×1,2=12587 W.

Med sikkerhedsfaktoren er den nødvendige kedeleffekt til opvarmning af et hus på 120 m² ca. 13 kW.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Videoinstruktion: hvordan man beregner varmetab i et hus og kedeleffekt ved hjælp af programmet Valtec.

En korrekt beregning af varmetab og effekt for en gaskedel ved hjælp af formler eller softwaremetoder gør det muligt med høj præcision at bestemme de nødvendige udstyrsparametre, hvilket gør det muligt at undgå unødvendige udgifter til brændstof.

Skriv gerne kommentarer i blokformularen nedenfor. Fortæl om, hvordan du beregnede varmetab før køb af varmeudstyr til din egen dacha eller landsted. Stil spørgsmål, del information og fotos om emnet.