Затраты на отопление частного дома

Основной задачей этой статьи является сравнительный анализ затрат в рублях на отопление домов с различной конструкции. В расчете не ставилась задача вычислить абсолютную величину затрат на отопление домов каждой конструкции, интерес представляло соотношение между различными конструкциями домов и различными типами энергоносителей. Мы сравнили дома из пиленого и клеенного бруса, из традиционного и современного кирпича, из газобетона, каркасные дома, а так же дома построенные с использованием несъемных пенополистирольных опалубок и дома SIP (из несущих теплоизоляционных панелей).

Исходные данные, обобщения и упрощения

Исходные данные по «Строительной климатологии и геофизике» из СНиП 2.01.01.82

Продолжительность отопительного сезона (t_от) — среднестатистическое количество дней в году, когда среднесуточная температура опускается ниже +8⁰С для Московской области — 213 суток

Будем считать, что изучаемый дом имеет кубическую форму. Чердак и подполье дома холодные и вентилируемые. Ширина дома — 10,0м, длина дома — 10,0 м и два этажа с высотой 3,0 м и 2,5 м, толщина перекрытий 0,33 м. Район строительства дома — Московская область. Учитывая, что целью исследования является сравнительный анализ эксплуатационных характеристик домов с различной конструкцией стен, для простоты сравнения будем считать, что окна и двери, с общей площадью 24 м², выполнены из современных материалов и имеют низкую теплопроводность (R_окон = 0,45 м^{2 o}C/Вт). Теплоизоляционные свойства всех ограждающих конструкций принимаем равными расчетному значению теплоизоляционной характеристики стен здания. Площадь поверхности ограждающих конструкций дома:

S = S_{ц. перекрытия} + S_{ч. перекрытия} + S_стен — S_{окон и вх двери} = 100 + 100 + 4×6,5×10 — 24 = 436 м²

Определим стоимость кВт-часа тепла, полученного от разных энергоносителей с учетом КПД котла

Расчет стоимости затрат на отопление в течение отопительного сезона ведется по пяти видам топлива или энергоносителей: магистральный газ, сжиженный газ, пеллетное топливо (древесные отходы), дизельное топливо, электрическая энергия.

Стоимость ресурсов в расчете принимаем по состоянию на январь 2013 года.

Определим стоимость киловатт-часа тепловой энергии для каждого источника энергии с учетом КПД отопительных агрегатов. Принимаем для электрического котла КПД 100%, для газовых котлов 95%, для дровяных котлов и котлов на дизельном топливе 90 %. 1 кВт-час = 3,6 мДж (1 мДж = 0,278 кВт-час)

Природный газ

3,795 рублей за 1 м³ природного газа с плотностью (ρ = 0,77кг/ м³). Удельная теплота сгорания q_t = 33,5 мДж/ м³ (из справочника)

Удельная теплота сгорания в кВт-час 33,5×0,278 = 9,31 кВт-час/м³

Цена кВт-часа без учета КПД котла 3,795 (рублей/м³) / 9,31 (кВт-час/м³) = 0,41 рубля / кВт-час

Цена кВт-часа с учетом КПД котла 95 % = 0,43 рубля / кВт-час

Сжиженный газ

14,0 рублей за 1 литр сжиженного газа СУГ (ρ_{среднее} = 575 кг/ м³ ), Удельная теплота сгорания q_t = 45,2 мДж/кг или q_t = 26,0 мДж/литр.

Удельная теплота сгорания в кВт-час 26,0×0,278 = 7,23 кВт-час/литр

Цена кВт-часа без учета КПД котла 14,0 (рублей/литр) / 7,23 (кВт-час/литр) = 1,9 рубля / кВт-час

Цена кВт-часа с учетом КПД котла 95 % = 2,0 рубля / кВт-час

Пеллетное топливо

7,3 рубля за 1 кг пеллетного топлива («Яндекс» 01.02.2013), Удельная теплота сгорания q_t = 10,2 мДж/кг.

Удельная теплота сгорания в кВт-час 10,2×0,278 = 2,84 кВт-час/кг

Цена кВт-часа без учета КПД котла 7,3 (рублей/кг) / 2,84 (кВт-час/кг) = 2,6 рубля / кВт-час

Цена кВт-часа с учетом КПД котла 90 % = 2,89 рубля / кВт-час

Дизельное топливо

32,0 рубля за 1 литр дизельного топлива (ρ = 850 кг/ м³ ), Удельная теплота сгорания q_t = 42,7 мДж/кг или q_t = 36,3 мДж/литр.

Удельная теплота сгорания в кВт-час 36,3×0,278 = 10,1 кВт-час/литр

Цена кВт-часа без учета КПД котла 32,0 (рубля/литр) / 10,1 (кВт-час/литр) = 3,2 рубля / кВт-час

Цена кВт-часа с учетом КПД котла 90 % = 3,56 рубля / кВт-час

Электрическая энергия (Московская область)

2,88 рубля/кВт-час с 07:00 до 23:00 (дневной тариф) и 0,97 рубля с 23:00 до 07:00 (ночной тариф) таким образом, среднесуточная стоимость электроэнергии составляет: 2,24 рубля/кВт-час

Цена кВт-часа с учетом КПД котла 100 % = 2,24 рубля / кВт-час

Затраты энергии, необходимой для поддержания температуры внутри +22 ^oC здания в течение всего среднестатистического отопительного сезона будем считать в два этапа

• Тепловое сопротивление стены определяется по формуле:

R= δ/λ, где δ — толщина материала, м

λ- коэффициент теплопроводности материала, Вт/м ^oC

• Затраты энергии, необходимой для поддержания температуры внутри +22 ^oC здания в течение всего среднестатистического отопительного сезона.

Q= 24 часа × τ_от (t_в — t_от ) × S/R (Вт-час)

После включения в формулу известных составляющих получаем:

Q= 1/R × (24×213 (22 + 3,6) × 436)/ 1000 (кВт-час) , или Q = 57 058/R (кВт-час)

t_в — расчетная температура внутри помещения, +22 ^oC

t_от — средняя температура наружного воздуха в течение всего отопительного периода -3,6 ^oC

(Среднестатистическое количество дней в году, когда среднесуточная температура опускается ниже +8⁰С)

R₁ — тепловое сопротивление ограждающей конструкции Вт/м^{2 o}C,

Потери тепла через все окна и входную дверь:

Q _{окон и вх.д.} = 24 часа × τ_от (t_в — t_от ) × S_{окон и вх.д.} /R_окон = (24×213 (22 + 3,6) × 24)/ 0,45 = 6 434 000 Вт/час

Q _{окон и вх.д.} = 6 434 кВт-час

Рассмотрим наиболее распространенные конструкции, применяемые при строительстве загородных домов в Подмосковье по состоянию на 2013 год

Дома из бруса 150×150 мм с острожкой бруса внутри и снаружи

Размер бруса обычно указывается на момент пиления сырой древесины, поэтому после высыхания и стожки внутренней и наружной поверхности стен толщина стены составляет, как правило, 140мм. Теплопроводность древесины хвойных пород поперек волокон по СНиП II-3-79 для условий эксплуатации в МО составляет λ _{древесины} = 0,18 Вт/м ^oC

R₁ = R_брус = δ/λ= 0,14/0,18*= 0,78 м ^oC/Вт

Q₁ = 57 058/ 0,78 = 73 155 кВт-час

Дома из склеенного бруса 200×140 мм

Теплопроводность древесины хвойных пород поперек волокон по СНиП II-3-79 для условий эксплуатации в МО составляет λ _{древесины} = 0,18 Вт/м ^oC

R ₂ = R_брус = δ/λ= 0,2/0,18*= 1,11 м^{2 o}C/Вт

Q₂ = 57 058/ 1,11 = 51 404 кВт-час

Вариант дома со стенами из полнотелого кирпича c общей толщиной стены 640 мм

R₃ = R_штук. + R_{кирпича.}+ R_{облиц.кирп}, где

R₃ — тепловое сопротивление кирпичной стены с облицовкой кирпичом,

R_шт. — тепловое сопротивление штукатурки,

R_{кирпича} — тепловое сопротивление кирпичной кладки,

R_{облиц.кирпича} — тепловое сопротивление облицовочной кирпичной кладки.

δ_шт. = 0,035 м, λ _шт. = 0,93 Вт/м ^oC

δ_{кирпича} = 0,51 м, λ_{кирпича} = 0,81 Вт/м ^oC

δ_{облиц.кирп.} = 0,13 м, λ_{облиц.кирп.} = 0,53 Вт/м ^oC

R₃= 0,035/0,93 + 0,51/0,81 + 0,12/0,53 = 0,04 + 0,64 + 0,22 = 0,90 м^{2 o}C/Вт

Q₃ = 57 058 / 0,9 = 63 398 кВт-час

Дома из газобетонных блоков D500 со штукатурным покрытием внутри (20мм) и снаружи (20мм) с общей толщиной стены 395 мм

R₄ = R_шт. + R_блока+ R_шт., где

R₄ — тепловое сопротивление стены из газобетонных блоков,

R_шт. — тепловое сопротивление штукатурки с толщиной 20 мм,

R_блоков — тепловое сопротивление кладки из газобетонных блоков для условий эксплуатации Московской области.

δ_шт. = 0,02м, λ _шт. = 0,93 Вт/м ^oC

δ_блоков = 0,375 м, λ_блоков = 0,15 Вт/м ^oC

δ_шт. = 0,02 м, λ_шт. = 0,93 Вт/м ^oC

Получаем:

R₄ = 0,02/0,93 + 0,375/0,15 + 0,02/0,93 = 0,02 + 2,5 + 0,02 = 2,54 м^{2 o}C/Вт

Q₄ = 57 058 / 2,54 = 22 464 кВт-час

Дома бетонные с применением несъёмной пенополистирольной опалубки с наружным (20мм) и внутренним (20мм) штукатурным покрытием. Общая толщина стены 290 мм

R₄ = R_шт. + R_ппс1 + R_бетон + R_ппс2 + R_шт., где

R₄- тепловое сопротивление стены с применением несъемной опалубки,

R_шт. — тепловое сопротивление штукатурки,

R_{ппс 1}, R_ппс2 — тепловое сопротивление стенки опалубки (внутренней и наружной),

R_бетон— тепловое сопротивление несущей бетонной стены.

δ_шт. = 0,02м, λ _шт. = 0,93 Вт/м ^oC

δ_{ппс 1} = 0,05 м, λ_ппс = 0,036 Вт/м ^oC

δ_{ппс 1} = 0,05 м, λ_ппс = 0,036 Вт/м ^oC

δ_бетон = 0,15 м, λ_бетон = 1,86 Вт/м ^oC

R₅= 0,02/0,93 + 0,05/0,036 + 0,15/1,86 + 0,05/0,036 + 0,02/0,93 = 0,02 + 1,39 + 0,08 + 1,39 + 0,02 = 2,9 м^{2 o}C/Вт

Q₅ = 57 058 / 2,9 = 19 675 кВт-час

Дом из самонесущих теплоизоляционных панелей (SIP) с вентилируемым фасадом из ПХВ сайдинга с внутренней отделкой ориентированной стружечной плитой. Общая толщина стены без или при наличии вентилируемого фасада 120/170 мм

R₆ = R_OSB + R_ппс + R_OSB

R_ппс — тепловое сопротивление пенополистирола,

R_OSB — тепловое сопротивление OSB,

δ_OSB = 0,012 м, λ_OSB = 0,13 Вт/м ^oC

δ_ппс = 0,1 м, λ_ппс = 0,036 Вт/м^{2 o}C

R₆= 0,012/0,13 + 0,1/0,036 + 0,012/0,13 = 0,09 + 2,78 + 0,09 = 2,96 м^{2 o}C/Вт

Q₆ = 57 058 / 2,96 = 19 276 кВт-час

Дома из керамических блоков 14,3NF («ТЕПЛАЯ КЕРАМИКА») со штукатурным (20мм) покрытием внутри и кладкой из облицовочного кирпича снаружи

Общая толщина стены 640 мм

R₇ = R_{штукатуки} + R_блоков + R_зазора + R_{кирпича}, где

R₇ — тепловое сопротивление стены из блоков 14,3NF,

R_шт. — тепловое сопротивление штукатурки,

R_блоков — тепловое сопротивление кладки из блоков,

R_зазора — тепловое сопротивление воздушного зазора (0,1 Вт/м^{2 o}C),

R_{облиц.кирпича} — тепловое сопротивление облицовочной кирпичной кладки,

δ_шт. = 0,015 м, λ_шт. = 0,93 Вт/м ^oC

δ_блоков = 0,51 м, λ_блоков = 0,15 Вт/м ^oC

δ_{облиц.кирп.} = 0,13 м, λ_{облиц.кирп.} = 0,53 Вт/м ^oC

R₇ = 0,02/0,93 + 0,51/0,15 + 0,12/0,53 = 0,02 + 3,19 + 0,23 = 3,65 м^{2 o}C/Вт

Q₇ = 57 058 / 3,65 = 15 849 кВт-час

Каркасный дом с двойным деревянным каркасом, облицованный кирпичом 120 мм снаружи и отделанный внутри гипсовыми листами

Общая толщина стены 415 мм

R₈ = R_гкл+ R_зазора+ R_ут1 + R_ут2+ R_оsb + R_зазора+ R_{кирпича}

R₈ — тепловое сопротивление каркасного дома с облицовкой кирпичом 120 мм,

R_гкл — тепловое сопротивление гипсокартонного листа,

R_зазора — тепловое сопротивление воздушного зазора (0,1 Вт/м^{2 o}C),

R_ут1 — тепловое сопротивление утеплителя, R_ут2 — тепловое сопротивление утеплителя,

R_оsb — тепловое сопротивление ориентированной стружечной плиты,

R_{кирпича} — тепловое сопротивление облицовочной кирпичной кладки каркасного дома.

δ_гкл = 0,012 м, λ_гкл = 0,15 Вт/м ^oC

δ_ут1 = 0,35 м, λ_ут = 0,037 Вт/м ^oC

δ_ут2 = 0,35 м, λ_ут = 0,037 Вт/м ^oC

δ_оsb = 0,012 м, λ_оsb = 0,13 Вт/м ^oC

δ_{кирпича} = 0,12 м, λ_{кирпича} = 0,53 Вт/м ^oC

R_эк = 0,012/0,15 + 0,35/0,037+ 0,14/0,037 + 0,01/0,13 +0,1+ 0,12/0,53 = 5,23 м^{2 o}C/Вт

Q₈ = 57 058/ 5,23 = 10 910 кВт-час

Результаты сведены в сравнительную таблицу.