Jak policzyć straty ciepła uciekającego z mieszkania przez ściany, okna, drzwi, podłogę, strop, dach?

Ile ciepła ucieka z mieszkania przez ściany, podłogę, strop i dach?
Co roku, gdy zbliża się zima, każdy prędzej czy później zadaje sobie to pytanie. Przyczyna, która zmusza nas do zastanowienia się nad tym jest prosta: rachunki! Tak, tak … wiem! To brzydkie słowo na „r”. Rachunki.

Zanim zaczniemy zastanawiać się, gdzie dałoby się jeszcze oszczędzić, musimy zdać sobie sprawę z tego, ile ciepła ucieka z naszego mieszkania. Pytanie jest proste, ale (jak to w życiu bywa) odpowiedź niekoniecznie. Sugeruję jednak nie poddawać się. Znajdziemy jakieś rozwiązanie.

Rozległa materia, którą trzeba uprościć!

Analiza przepisów, norm i opracowań budowlanych uświadomiła mi szybko stopień skomplikowania materii. Im dłużej w tym siedziałem, tym większego przekonania nabierałem, by poszukać niezbędnych uproszczeń. Przepisywanie norm i cytowanie opracowań naukowych na potrzeby bloga nikomu by nie pomogło i niczego nie wyjaśniło. Niepotrzebne nam przecież obliczenia z dokładnością do szóstego miejsca po przecinku. Poza tym w praktyce okazało się, że przyjęte uproszczenia działają bardzo dobrze, dają wiarygodne wyniki i są zdecydowanie bardziej konkretne, niż jakikolwiek inny materiał, na jaki do tej pory się natknąłem.

Zamieszczone tu informacje pozwolą Ci poczuć i zrozumieć problem, oraz samodzielnie policzyć co konkretnie dla Ciebie z niego wynika. Jeżeli uznasz, że potrzebujesz zgłębić materię jeszcze bardziej, by obliczenia były bardziej precyzyjne, to po tej lekturze będzie Ci zdecydowanie łatwiej.
Niezależnie od przyjętych później uproszczeń niezbędne jest odpowiednie …

Wprowadzenie

Wyobraź sobie, że Twoje mieszkanie to wielkie, sześciokątne pudełko. W środku jesteś Ty, a na zewnątrz przyroda. Jest zima.

W mieszkaniu jest ciepło, na zewnątrz zimno. Ciepło ucieka więc ze środka pudełka na zewnątrz. Zanim jednak ucieknie, musi pokonać barierę, jaką jest ściana budynku. Ściany boczne różnią się jednak nieco od ściany dolnej (podłogi) i górnej (stropu). Dodatkowo, jeżeli masz sąsiada, który mieszka obok, to jest ściana, która jest dla Was wspólna. Różni się ona od ścian, które oddzielają Cię od przyrody na zewnątrz. Jest cieńsza, nie ocieplona, ale za to temperatura u sąsiada nie jest tak niska jak na zewnątrz. Za tą ścianą, czyli u sąsiada jest zapewne tak ciepło jak u Ciebie. To ważne. Bo jeżeli tak jest, to może oznaczać, że przez tą ścianę ciepło w zasadzie nie ucieka!
Podobnie może być z sufitem i podłogą. Jeżeli mieszkasz w budynku wielopiętrowym, sąsiada możesz mieć pod podłogą i nad sufitem.
Potocznie mówimy wtedy, że sąsiedzi nas grzeją. I dużo w tym prawdy.
Wróćmy jednak do naszego mieszkania.
Jak się domyślasz, kluczową kwestią wpływającą na to, ile ciepła przeniknie z wnętrza naszego mieszkania na zewnątrz jest zdolność ścian do jego zatrzymania. Chodzi oczywiście o to, by przeniknęło go jak najmniej. Wielkość, która charakteryzuje tą fizyczna cechę ścian nazywa się współczynnikiem przenikania ciepła.

Współczynnik przenikania ciepła

Oznacza się go symbolem literowym U. Jednostka to W/(m2*K) czyli słownie: wat na metr kwadratowy kelwin.
Jest to kluczowa dla naszych obliczeń wielkość. To najważniejszy parametr, na którym opierają się wszystkie pozostałe wyliczenia. Wartość współczynnika przenikania ciepła jest zależna od cech fizycznych ściany, jak: materiał z którego jest wykonana (cegła, pustak, suporex, drewno … itp.), grubość materiału, grubość i rodzaj ocieplenia, wilgotność , dodatkowe warstwy wewnętrzne i zewnętrzne (np. tynk, jego rodzaj, grubość) itp. Parametrów jest wiele.
Oczywiście nie będziemy liczyć tych parametrów na piechotę. To byłby obłęd. Skorzystamy ze stosownych zapisów Polskiej Normy i Prawa Budowlanego, które określają wymagania jakie powinny spełniać wszystkie ściany.
Dodam tylko, że im mniejsza jest wartość współczynnika przenikania ciepła, tym lepiej. Tym mniej ciepła przeniknie z naszego mieszkania na zewnątrz.
Dla każdego rodzaju ściany został więc ustalony w przepisach budowlanych maksymalny współczynnik przenikania ciepła, który musi być spełniony przy budowie domu. Rzeczywisty współczynnik budowanego budynku musi być równy lub niższy od ustalonego w przepisach.
Aktualne rozporządzenie w tej sprawie ukazało się 5 lipca 2013 roku. Jak widać jest to dość młody przepis. Obowiązujące wcześniej przepisy dopuszczały zdecydowanie gorsze parametry ścian.
Postęp technologiczny w dziedzinie materiałów budowlanych pozwolił na znaczące zaostrzenie tych przepisów wymuszając jednocześnie budowę zdecydowanie bardziej energooszczędnych domów i mieszkań.
Rozporządzenie to zawiera też kolejne zapisy, zwiększające wymagania dla nowo budowanych budynków w latach kolejnych.

Jaka jest więc wymagana wartość współczynnika przenikania ciepła?
Jest ich kilkadziesiąt, w zależności o funkcji i położenia ściany, ale spokojnie! To jest moment na kolejne uproszczenie. Nie ma oczywiście sensu podawać wszystkich tych wartości. Podam kilka, które będą dla nas zupełnie wystarczające.

Ściany zewnętrzne
Dla najstarszych budynków współczynnik przenikania ciepła ścian może przekraczać wartość U = 1 W/(m2*K). Dotyczy to głównie budynków kilkudziesięcioletnich i później nie ocieplonych.
Budynki około 20-letnie mogą mieć U = 0,6 – 0,7 W/(m2*K) z zastrzeżeniem jak powyżej.
Rozporządzenie z roku 2013, o którym wspominałem wcześniej, wprowadziło następujące wymagania minimalne dla ścian budynków nowo budowanych:
od stycznia 2014 maksymalnie U = 0,25 W/(m2*K)
od stycznia 2017 maksymalnie U = 0,23 W/(m2*K)
od stycznia 2021 maksymalnie U = 0,20 W/(m2*K)

Dachy i stropy
od stycznia 2014 maksymalnie U = 0,20 W/(m2*K)
od stycznia 2017 maksymalnie U = 0,18 W/(m2*K)
od stycznia 2021 maksymalnie U = 0,15 W/(m2*K)

Podłogi na gruncie
od stycznia 2014 maksymalnie U = 0,30 W/(m2*K)
od stycznia 2017 maksymalnie U = 0,30 W/(m2*K)
od stycznia 2021 maksymalnie U = 0,30 W/(m2*K)

A co z oknami i drzwiami?
Okna i drzwi mają również określone przepisami maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła i należy je uwzględniać w obliczeniach.
Są to:

dla okien, drzwi balkonowych i powierzchni szklanych nieotwieranych
od stycznia 2014 maksymalnie U = 1,3 W/(m2*K)
od stycznia 2017 maksymalnie U = 1,1 W/(m2*K)
od stycznia 2021 maksymalnie U = 0,9 W/(m2*K)

dla okien dachowych
od stycznia 2014 maksymalnie U = 1,5 W/(m2*K)
od stycznia 2017 maksymalnie U = 1,3 W/(m2*K)
od stycznia 2021 maksymalnie U = 1,1 W/(m2*K)

dla drzwi wejściowych
od stycznia 2014 maksymalnie U = 1,7 W/(m2*K)
od stycznia 2017 maksymalnie U = 1,5 W/(m2*K)
od stycznia 2021 maksymalnie U = 1,3 W/(m2*K)

Kolejny krok: strumień ciepła

Aby określić ilość ciepła, jaka ucieka z naszego mieszkania przez ściany, należy obliczyć strumień ciepła, oznaczany symbolem Q, którego jednostką jest W (wat). Strumień ciepła to dokładnie ilość ciepła, przepływająca przez daną powierzchnię w jednostce czasu.
Oblicza się go zgodnie ze wzoru:

gdzie:
U – dobrze znany nam już współczynnik przenikania ciepła [W/(m2*K)]
S – powierzchnia ściany [m2]
Tw – temperatura wewnątrz mieszkania [K]
Tz – temperatura otoczenia na zewnątrz [K]

Ile ciepła ucieka z mieszkania? Liczymy!

Nadszedł czas na pierwsze, proste obliczenia. Oczywiście najłatwiej zrobić to na przykładzie własnego mieszkania. No to lecimy!
Całkowity strumień ciepła jaki opuszcza mieszkanie to suma strumieni jakie przenikają przez:
– powierzchnię ścian zewnętrznych (czyli takich, które oddzielają nasze mieszkanie od otwartego otoczenia)
– podłogę i sufit
– powierzchnię okien, drzwi balkonowych i powierzchni szklanych zewnętrznych (czyli takich, które oddzielają nasze mieszkanie od otwartego otoczenia)
– powierzchnię drzwi zewnętrznych (czyli takich, które oddzielają nasze mieszkanie od otwartego otoczenia)

Musimy więc policzyć wszystkie wymienione wyżej powierzchnie, ustalić ich współczynniki przenikania ciepła i dla każdej z tych powierzchni obliczyć strumień ciepła.

UWAGA!
Licząc powierzchnię ścian należy pamiętać by uwzględnić fakt istnienia okien lub drzwi. Od powierzchni całej ściany należy odjąć powierzchnie okien i drzwi jakie w niej się znajdują.

Całkowity strumień to suma wszystkich strumieni składowych.

Krok 1 – Powierzchnia okien
2 okna 1,5 x 1,2 = 3,6 m2
2 okna 2,5 x 0,8 = 4 m2
2 okna 2,5 x 1,2 = 6 m2
Razem: 13,5 m2

Krok 2 – Powierzchnia drzwi wejściowych
Drzwi wejściowe w moim mieszkaniu nie wychodzą bezpośrednio na zewnątrz. Wychodzą na ogrzewaną klatkę schodową. Ewentualne straty ciepła w tym przypadku mogę pominąć.

Krok 3 – Powierzchnia ścian
Trzy ściany są ścianami zewnętrznymi, a jedna graniczy z sąsiadem. Przyjmę więc tylko powierzchnię trzech ścian zewnętrznych, przez które ucieka ciepło na zewnątrz. Ścianę wspólna z sąsiadem pominę, zakładając że przez nią ciepło nie ucieka, bo sąsiad mieszka i grzeje.
Łączna długość ścian zewnętrznych to 30m, wysokość pomieszczeń 3m.
Powierzchnia ścian po odjęciu powierzchni okien: 30 x 3 – 13,5 = 76,5 m2

Krok 4 – Sufit i podłoga
Mieszkanie jest na 1 piętrze. Na górze i na dole mieszka sąsiad, więc można przyjąć, że ciepło przez podłogę i sufit nie ucieka.

Temperatury
Temperatura w mieszkaniu to 22 stopnie, a temperatura na zewnątrz 0 stopni.

Określenie współczynnika przenikania ciepła
Moje mieszkanie powstało w 2010 roku. Wykonane jest z przyzwoitych materiałów, więc mogę przyjąć
dla ścian U = 0,25 W/(m2*K)
dla okien U = 1,3 W/(m2*K)
Obliczamy strumień ciepła
Strumień ciepła uciekającego przez ściany:

Qs = 0,25 * 76,5 * (22 – 0) = 420,75 W

Strumień ciepła uciekający przez okna:

Qo = 1,3 * 13,5 * (22 – 0) = 386,1 W

Łączny strumień ciepła uciekający z mieszkania:

420,75 + 326,7 = 806,85 W

Mamy to!

Właśnie obliczyliśmy, że przy różnicy temperatur miedzy mieszkaniem a otoczeniem, wynoszącej 22 stopnie, z mieszkania w sposób stały ucieka strumień ciepła 806,85 W.

UWAGA!
806,85 W to tak, jakby na stałe, przez całą dobę, podłączyć i zostawić zaświecone ponad 8 żarówek, każda o mocy 100 watów (!!!). Robi wrażenie.

Ile kosztuje zużyta przeze mnie energia cieplna?
Przy posiadanym przeze mnie ogrzewaniu gazowym, cena 1 kWh energii to 0,31 PLN.
W ciągu miesiąca z mieszkania ucieknie: 30 dni * 24 godziny * 0,80685 kW = 581 kWh
Koszt ogrzewania gazem to: 581 * 0,31 = 180,11 PLN
Gdybym ogrzewał prądem (cena 1 kWh prądu to 0,58 PLN), to zapłaciłbym: 581 * 0,58 = 336,98 PLN

Jak dokładne są nasze obliczenia?

Aby sprawdzić, czy nasze obliczenia mają przełożenie na rzeczywistość, postanowiłem sprawdzić wszystko z rachunkami za ciepło.
Mój rachunek za ciepło w miesiącu lutym, dla którego poczyniłem obliczenia (średnia różnica temperatury zewnętrznej w lutym i temperatury jaka utrzymywałem w mieszkaniu to właśnie 22 stopnie), to 324,12 PLN.

Jako, że oprócz ogrzewania, ciepło z gazu wykorzystuję również do podgrzania bieżącej cieplej wody w kranie, to od rachunku muszę odjąć koszt podgrzana wody, aby został sam koszt ogrzewania mieszkania. Zrobiłem to na podstawie średniego rachunku z miesięcy letnich kiedy kaloryfery nie pracują, a na rachunek składa się wtedy wyłącznie koszt podgrzania wody bieżącej. Koszt z miesiąca letniego to 141,38 PLN.

Koszt ogrzewania wynikający z różnicy rachunków to 182,74 PLN.
Dla przypomnienia, z naszych obliczeń powyżej wyszło 180,11 PLN.
Różnica jest symboliczna. Prawda, że ładnie? Tak!
W ten oto sposób policzyliśmy ile energii traci nasze mieszkanie. Wiedzę tą wykorzystamy już w następnym wpisie, w którym sprawdzimy czy warto wyłączać ogrzewanie na noc.

Ile ciepła ucieka ze średniej wielkości domu?

Tak dobrze nam idzie, więc policzmy jeszcze jeden przykład. Przyjrzyjmy się średniej wielkości (powierzchnia około 200 m2), wolno stojącemu, prostokątnemu, dwupiętrowemu domowi, wybudowanemu w 2015 roku. Spróbujmy oszacować jego zapotrzebowanie na ciepło, według powyższych zasad.

Policzmy ile ciepła będzie uciekało z domu, jeżeli w środku będzie temperatura +21 stopni, a na zewnątrz -10 stopni.
Przyjmijmy następujące wymiary domu:
– długość 12m
– szerokość 8,5m
– wysokość 7m (dwie kondygnacje)

Okna
Na parterze jest jedna przeszklona ściana z wyjściem na taras (2,5m x 3m), dwoje drzwi balkonowych (0,8m x 2,5m) i dwa okna (1,5m x 1,2m).
Na piętrze są trzy okna w rozmiarze 1,5m x 1,2m oraz dwa okna 0,8m x 1,2m.
Dom ma płaski dach, więc nie ma okien połaciowych.
Powierzchnia okien parter: 2,5 * 3 + 2 * (0,8 * 2,5) + 2 * (1,5 * 1,2) = 7,5 + 4 + 3,6 = 15,1 m2
Powierzchnia okien piętro: 3 * (1,5 * 1,2) + 2 * (0,8 x 1,2) = 5,4 + 0,96 = 6,36 m2
Łączna powierzchnia okien: 21,46 m2
Przyjęty spółczynnik przenikania ciepła U = 1,3 W/(m2*K)
Strumień ciepła przenikający przez okna: Qo = 1,3 * 21,46 * (21 – (-10)) = 1,3 * 21,46 * 31 = 864,8 W

Drzwi
W budynku są jedne drzwi wejściowe 1m x 2,2m.
Powierzchnia drzwi: 2,2 m2
Przyjęty spółczynnik przenikania ciepła U = 1,7 W/(m2*K)
Strumień ciepła przenikający przez drzwi: Qd = 1,7 * 2,2 * (21 – (-10)) = 115,9 W

Podłoga
Powierzchnia podłogi 12m x 8,5m = 102 m2
Przyjęty spółczynnik przenikania ciepła U = 0,3 W/(m2*K)
Strumień ciepła przenikający przez podłogę: Qp = 0,3 * 102 * (21 – (-10)) = 948,6 W

Sufit
Dom ma płaski dach. Powierzchnia dachu 12m x 8,5m = 102 m2
Przyjęty spółczynnik przenikania ciepła U = 0,2 W/(m2*K)
Strumień ciepła przenikający przez sufit: Qs = 0,2 * 102 * (21 – (-10)) = 632,4 W

Ściany zewnętrzne
Dwie ściany 12m x 7m oraz dwie ściany 8,5m x 7m.
Powierzchnia ścian: 2 * 12 * 7 + 2 * 8,5 * 7 = 168 + 119 = 287 m2
Powierzchnia ścian po odjęciu powierzchni okiem i drzwi: 287 – 21,46 – 2,2 = 263,34 m2
Przyjęty współczynnik przenikania ciepła U = 0,25 W/(m2*K)
Strumień ciepła przenikający przez ściany: Qm = 0,25 * 263,34 * (21 – (-10)) = 2040,9 W
Łączny strumień ciepła:

Q = Qo + Qd + Qp + Qs + Qm = 864,8 + 115,9 + 948,6 + 632,4 + 2040,9 = 4 602,6 W

czyli

Q = 4,6 kW

Miesięczny koszt ogrzewania:
gazem: 4,6 * 24 * 30 * 0,31 = 1 026,72 PLN
prądem: 4,6 * 24 * 30 *0,58 = 1 920,96 PLN

Uff … na dzisiaj chyba wystarczy.
Zapraszam do samodzielnych obliczeń i analizy własnego mieszkania pod kątem utraty ciepła. Mogą z tego wypłynąć interesujące wnioski, którymi chciałbym, byście podzielili się ze mną w komentarzach poniżej.

Na zakończenie

Myślę, że teraz przeliczysz i obliczysz już wszystko co Ci będzie potrzebne. Zanim jednak zaczniesz liczyć, to zrób teraz coś dla mnie. Oceń proszę artykuł, polub go, albo jeszcze lepiej udostępnij znajomym, np. na Facebooku. To dla mnie ważne. Blog żyje z odwiedzin, a jeżeli przydał Ci się raz, to jest duża szansa, że przyda Ci się kiedyś jeszcze.
Odpowiednie przyciski znajdziesz poniżej.

Pzdr
Jacek

Jak policzyć straty ciepła uciekającego z mieszkania przez ściany, okna, drzwi, podłogę, strop, dach?
średnia: 4.7 z 6 ocen

Udostępnij:


Polub to, koniecznie:


One Comment

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Przeczytaj inne:
Ile prądu pobierają urządzenia w stanie czuwania? Kosztowne „stand by”.

Każdego dnia korzystamy wielu urządzeń elektrycznych. Z przyzwyczajenia i wygody, a może czasem lenistwa, wiele z nich pozostaje na stałe...

Zamknij