Расчет тепловой нагрузки на отопление и смежных величин

Расчет тепловой нагрузки на отопление и смежных величин

Как вычисляется расчетная тепловая нагрузка на отопление? Какие конкретно факторы воздействуют на потребность дома в тепловой энергии? Как именно подобрать отопительные устройства оптимальной мощности? В статье мы попытаемся ответить на эти и другие вопросы.

Несложнее, еще легче

Сходу оговорим один нюанс: эта статья ориентирована на обладателей частных домов и квартир с автономным отоплением. Методики расчетов систем отопления многоквартирных зданий достаточно сложны и должны учитывать массу факторов: работу вентиляции, розу ветров, степень инсоляции здания и другое.

При же, в то время, когда речь заходит об отоплении помещения одного маленького дома, тепловую мощность несложнее подобрать с определенным запасом. Цена нескольких дополнительных секций батареи чуть ли покажется разорительной на фоне неспециализированной цене строительства.

Эксплуатационные затраты же при должной организации не увеличатся вовсе: дроссели и термостаты ограничат тепловую мощность в утепленные дни, в то время, когда она не будет востребованной.

Итак: наша цель – обучиться делать расчет нагрузки на отопление максимально несложными и понятными неспециалисту методами.

Что считаем

Нам предстоит обучиться рассчитывать:

  • Неспециализированную тепловую мощность (суммарную мощность отопительных устройств, а при автономной системы – еще и мощность котла).
  • Мощность отдельного отопительного прибора в раздельно забранном помещении.

Помимо этого, мы затронем пара смежных величин:

  • Расчет объёма и количества теплоносителя расширительного бака системы отопления.

  • Подбор производительности циркуляционного насоса.
  • Выбор оптимального диаметра розлива.

Неспециализированная тепловая мощность

По площади

СНиПы полувековой давности предлагают несложную схему расчета, которой многие пользуются сейчас: на 1 квадратный метр площади отапливаемого помещения берется 100 ватт тепла. На дом площадью 100 квадратов необходимо 10 КВт. Точка.

Легко, ясно и… через чур неточно.

  1. СНиПы разрабатывались для многоквартирных домов. Утечки тепла в квартире, окруженной отапливаемыми помещениями, и в частном доме с очень холодным воздухом за стенками несопоставимы.
  2. Расчет верен для квартир с высотой потолка 2,5 метра. Более большой потолок увеличит количество помещения, а, значит, и затраты тепла.

  1. Через двери и окна теряется куда больше тепловой энергии, чем через стенки.
  2. Наконец, будет логичным высказать предположение, что теплопотери в Сочи и Якутске будут очень сильно различаться. Повышение дельты температур между улицей и помещением вдвое увеличит затраты тепла на отопление ровно в два раза. Физика, но.

По объему

Для помещений с нормированным тепловым сопротивлением ограждающих конструкций (для Москвы – 3,19 м2*С/Вт) возможно применять расчет тепловой мощности по объему помещения.

  • На кубометр отапливаемого объема квартиры берется 40 ватт тепла. На кубометр объема частного дома без неспециализированных стен с соседними отапливаемыми строениями – 60.

  • На каждое окно к базовому значению добавляется 100 ватт тепловой энергии. На каждую ведущую на улицу дверь – 200.
  • Полученная мощность умножается на региональный коэффициент:
РегионКоэффициент
Краснодар, Крым0,7-0,9
Ленинградская и Столичная области1,2-1,3
Сибирь, Дальний Восток1,5-1,6
Чукотка, Якутия2,0

Давайте еще раз вычислим потребность в тепловой мощности отопления для дома площадью 100 квадратов, но сейчас конкретизируем задачу:

ПараметрЗначение
Высота потолков3,2 м
Количество окон8
Количество ведущих на улицу дверей2
РазмещениеГ. Тында (средняя температура января – -28С)

  1. Высота потолков в 3,2 метра даст нам внутренний количество дома в 3,2*100=320 м3.
  2. Базовая тепловая мощность составит 320*60=19200 ватт.
  3. Окна и двери внесут свою лепту: 19200+(100*8)+(200*2)=20400 ватт.
  4. Бодрящий мороз января вынудит нас применять климатический коэффициент 1,7. 20400*1,7=34640 ватт.

Как нетрудно подметить, отличие с расчетом по первой схеме не просто громадна – она разительна.

Что делать, в случае если уровень качества утепления дома значительно лучше либо хуже, чем предписывает СНиП “Тепловая защита зданий”?

По коэффициенту и объёму утепления

Инструкция для данной ситуации сводится к применения формулы вида Q=V*Dt*K/860, в которой:

  • Q – заветный показатель тепловой мощности в киловаттах.
  • V – Количество отапливаемого помещения.
  • Dt -дельта температур между улицей и помещением в пик холодов.
  • K – коэффициент, зависящий от степени утепления здания.

Две переменных требуют отдельных комментариев.

Дельта температур берется между предписанной СНиП температурой жилого помещения (+18 для регионов с нижней границей зимних холодов до -31С и +20 – для территорий с более сильными морозами) и средним минимумом наиболее холодного месяца. Ориентироваться на полный минимум не следует: рекордные холода редки и, простите за невольный каламбур, погоды не делают.

Коэффициент утепления возможно вывести аппроксимацией данных из следующей таблицы:

Коэффициент утепленияОграждающие конструкции
0,6 – 0,9Пенопластовая либо минераловатная шуба, утепленная кровля, энергосберегающие тройные стеклопакеты
1,-1,9Кладка в полтора кирпича, однокамерные стеклопакеты
2 – 2,9Кладка в кирпич, окна в древесных рамах без утепления
3-4Кладка в полкирпича, остекление в одну нитку

Давайте еще раз выполним расчет тепловых нагрузок на отопление для нашего дома в Тынде, уточнив, что он утеплен пенопластовой шубой толщиной 150 мм и защищен от непогоды окнами с тройными стеклопакетами.

Фактически, в противном случае современные дома в условиях Крайнего Севера не строятся.

  1. Температуру в дома примем равной +20 С.
  2. Средний минимум января услужливо посоветует общеизвестная интернет-энциклопедия. Он равен -33С.
  3. Так, Dt=53 градуса.
  4. Коэффициент утепления заберём равным 0,7: обрисованное нами утепление близко к верхней границе эффективности.

Q=320*53*0,7/860=13,8 КВт. Именно на это значение и стоит ориентироваться при выборе котла.

Подбор мощности отопительного прибора

Как вычислить тепловую нагрузку на участок контура, соответствующий раздельно забранному помещению?

Несложнее несложного: сделав расчет по одной из вышеприведенных схем, но уже для объема помещения. Скажем, на помещение площадью 10 м2 будет приходиться ровно 1/10 неспециализированной тепловой мощности; в соответствии с расчету по последней схеме она равна 1380 ватт.

Как подобрать отопительный прибор с нужными чертями?

В общем случае – просто-напросто изучив документацию на присмотренный вами радиатор либо конвектор. Производители в большинстве случаев показывают значение теплового потока для отдельной секции либо всего прибора.

Нюанс: тепловой поток в большинстве случаев указывается для 70-градусной дельты температур между воздухом и теплоносителем в помещении. Уменьшение данной дельты в два раза повлечет за собой двукратное падение мощности.

В случае если в силу каких-то обстоятельств сайт и документация производителя недоступны, возможно ориентироваться на следующие средние значения:

Тип секционного радиатораТепловой поток на одну секцию, ватты
Чугунный140-160
Биметаллический (алюминий и сталь)180
Алюминиевый200

Раздельно стоит оговорить расчет теплоотдачи регистра.

Для горизонтальной трубы круглого сечения она рассчитывается по формуле Q=Pi*Dн*L*k*Dt, в которой:

  • Q – тепловая мощность в ваттах;
  • Pi – число “пи”, принимаемое равным 3,1415;
  • Dн – наружный диаметр секции регистра в метрах.
  • L – протяженность трубы в метрах.
  • k – коэффициент теплопроводности, который для металлической трубы берется равным 11,63 Вт/м2*С;
  • Dt – дельта температур между воздухом и теплоносителем в помещении.

Обычный регистр имеет несколько секций. Наряду с этим все они, не считая первой, находятся в восходящем потоке теплого воздуха, что сокращает параметр Dt и прямо воздействует на теплоотдачу. Как раз исходя из этого для второй и других секций употребляется дополнительный коэффициент 0,9.

Сопроводим примером и данный расчет.

Давайте вычислим тепловую мощность четырехсекционного регистра длиной три метра, выполненного из трубы с наружным диаметром 208 мм, при температуре теплоносителя 70 воздуха и температуре градусов в помещении 20 градусов.

  1. Мощность первой секции составит 3,1415*0,208*3*11,63*50=1140 ватт (с округлением до целого числа).
  2. Мощность второй и других секций равна 1140*0,9=1026 ватт.
  3. Полная тепловая мощность регистра – 1140+(1026*3)=4218 ватт.

Количество расширительного бака

Это один из параметров, нуждающихся в расчете в автономной отопительной системе. Расширительный бак обязан вместить избыток теплоносителя при его температурном расширении. Цена его недостаточного объема – постоянное срабатывание предохранительного клапана.

Но: завышенный количество бачка никаких негативных последствий не имеет.

В несложном варианте расчета бак берется равным 10% общего числа теплоносителя в контуре. Как определить количество теплоносителя?

Вот пара несложных решений:

  • Система заполняется водой, по окончании чего та сливается в любую мерную посуду.
  • Помимо этого, в сбалансированной системе количество теплоносителя в литрах приблизительно равен 13-кратной мощности котла в киловаттах.

Более сложная (но и дающая более надежный итог) формула расчета бачка выглядит так:

  • V – искомый количество бака в литрах.
  • Vt – количество теплоносителя в литрах.
  • Е – коэффициент расширения теплоносителя при большой рабочей температуре контура.
  • D – коэффициент эффективности бака.

И в этом случае пара параметров испытывает недостаток в комментариях.

Коэффициент расширения воды, которая значительно чаще выступает в качестве теплоносителя, при нагреве с исходной температуры в +10С возможно забрать из следующей таблицы:

Нагрев, СРасширение, %
300,75
401,18
501,68
602,25
702,89
803,58
904,34
1005,16

Полезно: водно-гликолевые смеси, употребляющиеся в качестве антифризов для отопительных контуров, увеличиваются при нагреве пара посильнее. Отличие достигает 0,45% при нагреве на 100 градусов 30-процентного раствора гликоля.

Коэффициент эффективности расширительного бачка вычисляется по следующей формуле: D = (Pv – Ps) / (Pv + 1).

  • Pv – максимально допустимое рабочее давление в контуре. На него выставляется срабатывание предохранительного клапана. В большинстве случаев, оно выбирается равным 2,5 атмосферы.
  • Ps – давление зарядки бака. Оно в большинстве случаев соответствует высоте водяного столба в контуре над баком. Скажем, в системе отопления, где верх радиаторов на втором этаже возвышается над баком, смонтированным в подвале, на 5 метров, бак заряжается давлением в 0,5 атмосферы (что соответствует пятиметровому напору).

Давайте как пример выполним своими руками расчет бачка для следующих условий:

  • Количество теплоносителя в контуре равен 400 литрам.
  • Теплоноситель – вода, нагреваемая котлом с 10 до 70 градусов.
  • Предохранительный клапан выставлен на 2,5 кгс/см2.
  • Расширительный бак накачан воздухом до давления в 0,5 кгс/см2.

  1. Коэффициент эффективности бака равен (2,5-0,5)/(2,5+1)=0,57.

  1. Коэффициент расширения воды при нагреве на 60 градусов равен 2,25%, либо 0,0225.
  2. Бак должен иметь минимальный количество в 400*0,0225/0,57=16 (с округлением до ближайшего значения из линейки размеров бачков) литров.

Насос

Как подобрать производительность насоса и оптимальный напор?

С напором все легко. Минимального его значения в 2 метра (0,2 кгс/см2) достаточно для контура любой разумной протяженности.

Справка: система отопления многоквартирного дома функционирует при перепаде между смесью и обраткой как раз в два метра.

Производительность возможно вычислена по несложной схеме: целый количество контура обязан оборачиваться трижды за час. Так, для приведенного нами выше количества теплоносителя в 400 литров разумный минимум производительности циркуляционного насоса отопительной системы при рабочем напоре должен быть равен 0,4*3=1,2 м3/час.

Для отдельных участков контура, снабжающихся собственным насосом, его производительность возможно вычислена по формуле G=Q/(1,163*Dt).

  • G – сокровенное значение производительности в кубометрах в час.
  • Q – тепловая мощность участка системы отопления в киловаттах.
  • 1,163 – константа, средняя теплоемкость воды.
  • Dt – отличие температур между подающим и обратным трубопроводами в градусах по Цельсию.

Подсказка: в автономных системах она в большинстве случаев берется равной 20 градусам.

Так, для контура с тепловой мощностью в 5 киловатт при 20-градусной дельте между подачей и обраткой нужен насос с производительностью не меньше 5/(1,163*20)=0,214 м3/час.

Диаметр труб

Как подобрать оптимальный диаметр розлива в контуре с известной тепловой мощностью?

Тут окажет помощь формула D=354*(0,86*Q/Dt)/v.

  • D – внутренний диаметр трубы в сантиметрах.
  • Q – тепловая мощность контура в киловаттах.
  • Dt – дельта температур между обратным трубопроводом и подачей. Отметим, что обычное значение Dt для автономной отопительной системы – 20 С.
  • v – скорость потока. Диапазон ее значений – от 0,6 до 1,5 м/с. При более низкой скорости растет отличие температур между первыми и последними радиаторами в контуре; при более высокой – становятся заметными гидравлические шумы.

Давайте вычислим минимальный диаметр для пресловутого контура мощностью 5 КВт при скорости воды в трубах, равной 1 м/с.

D=354*(0,86*5/20)/1=4,04 мм. С практической стороны это указывает, что возможно брать трубы минимально доступного размера и не опасаться медленной циркуляции в них.

Заключение

Сохраняем надежду, что обилие сухих цифр и формул не утомило глубокоуважаемого читателя. Как в большинстве случаев, прикрепленное видео предложит его вниманию дополнительную тематическую данные. Удач!

Расчет тепловой нагрузки на отопление и смежных величин

Как вычисляется расчетная тепловая нагрузка на отопление? Какие факторы влияют на потребность дома в тепловой энергии? Каким образом подобрать отопительные приборы оптимальной мощности? В статье мы постараемся ответить на эти и некоторые другие вопросы.

Распределение теплопотерь частного дома.

Проще, еще проще

Сразу оговорим один нюанс: эта статья ориентирована на владельцев частных домов и квартир с автономным отоплением. Методики расчетов систем отопления многоквартирных зданий довольно сложны и должны учитывать массу факторов: работу вентиляции, розу ветров, степень инсоляции здания и многое другое.

В случае же, когда речь идет об отоплении одного небольшого дома, тепловую мощность проще подобрать с определенным запасом. Цена нескольких дополнительных секций батареи едва ли покажется разорительной на фоне общей стоимости строительства.

Эксплуатационные расходы же при должной организации не увеличатся вовсе: термостаты и дроссели ограничат тепловую мощность в теплые дни, когда она не будет востребованной.

Итак: наша цель – научиться выполнять расчет нагрузки на отопление максимально простыми и понятными неспециалисту способами.

Что считаем

Нам предстоит научиться рассчитывать:

  • Общую тепловую мощность (суммарную мощность отопительных приборов, а в случае автономной системы – еще и мощность котла).
  • Мощность отдельного отопительного прибора в отдельно взятом помещении.

Кроме того, мы затронем несколько смежных величин:

Закрытая автономная система не будет работать без расширительного бака.

  • Подбор производительности циркуляционного насоса.
  • Выбор оптимального диаметра розлива.

Общая тепловая мощность

По площади

СНиПы полувековой давности предлагают простейшую схему расчета, которой многие пользуются по сей день: на 1 квадратный метр площади отапливаемого помещения берется 100 ватт тепла. На дом площадью 100 квадратов нужно 10 КВт. Точка.

Просто, понятно и… слишком неточно.

  1. СНиПы разрабатывались для многоквартирных домов. Утечки тепла в квартире, окруженной отапливаемыми помещениями, и в частном доме с ледяным воздухом за стенами несопоставимы.
  2. Расчет верен для квартир с высотой потолка 2,5 метра. Более высокий потолок увеличит объем помещения, а, стало быть, и затраты тепла.

Отапливать квадратный метр площади в этом доме явно труднее, чем в хрущевке.

  1. Через окна и двери теряется куда больше тепловой энергии, чем через стены.
  2. Наконец, будет логичным предположить, что потери тепла в Сочи и Якутске будут сильно различаться. Увеличение дельты температур между помещением и улицей в два раза увеличит затраты тепла на отопление ровно вдвое. Физика, однако.

По объему

Для помещений с нормированным тепловым сопротивлением ограждающих конструкций (для Москвы – 3,19 м2*С/Вт) можно использовать расчет тепловой мощности по объему помещения.

  • На кубометр отапливаемого объема квартиры берется 40 ватт тепла. На кубометр объема частного дома без общих стен с соседними отапливаемыми строениями – 60.

Для таунхаусов и квартир на крайних этажах берутся промежуточные значения.

  • На каждое окно к базовому значению добавляется 100 ватт тепловой энергии. На каждую ведущую на улицу дверь – 200.
  • Полученная мощность умножается на региональный коэффициент:
РегионКоэффициент
Краснодар, Крым0,7-0,9
Ленинградская и Московская области1,2-1,3
Сибирь, Дальний Восток1,5-1,6
Чукотка, Якутия2,0

Давайте еще раз рассчитаем потребность в тепловой мощности отопления для дома площадью 100 квадратов, однако теперь конкретизируем задачу:

ПараметрЗначение
Высота потолков3,2 м
Количество окон8
Количество ведущих на улицу дверей2
РасположениеГ. Тында (средняя температура января – -28С)

  1. Высота потолков в 3,2 метра даст нам внутренний объем дома в 3,2*100=320 м3.
  2. Базовая тепловая мощность составит 320*60=19200 ватт.
  3. Окна и двери внесут свою лепту: 19200+(100*8)+(200*2)=20400 ватт.
  4. Бодрящий холод января заставит нас использовать климатический коэффициент 1,7. 20400*1,7=34640 ватт.

Как нетрудно заметить, разница с расчетом по первой схеме не просто велика – она разительна.

Что делать, если качество утепления дома существенно лучше или хуже, чем предписывает СНиП “Тепловая защита зданий”?

По объему и коэффициенту утепления

Инструкция для этой ситуации сводится к использования формулы вида Q=V*Dt*K/860, в которой:

  • Q – заветный показатель тепловой мощности в киловаттах.
  • V – Объем отапливаемого помещения.
  • Dt -дельта температур между помещением и улицей в пик холодов.
  • K – коэффициент, зависящий от степени утепления здания.

Дом из sip-панелей явно будет терять меньше тепла, чем кирпичный.

Две переменных требуют отдельных комментариев.

Дельта температур берется между предписанной СНиП температурой жилого помещения (+18 для регионов с нижней границей зимних холодов до -31С и +20 – для зон с более сильными морозами) и средним минимумом наиболее холодного месяца. Ориентироваться на абсолютный минимум не стоит: рекордные холода редки и, простите за невольный каламбур, погоды не делают.

Коэффициент утепления можно вывести аппроксимацией данных из следующей таблицы:

Коэффициент утепленияОграждающие конструкции
0,6 – 0,9Пенопластовая или минераловатная шуба, утепленная кровля, энергосберегающие тройные стеклопакеты
1,-1,9Кладка в полтора кирпича, однокамерные стеклопакеты
2 – 2,9Кладка в кирпич, окна в деревянных рамах без утепления
3-4Кладка в полкирпича, остекление в одну нитку

Давайте еще раз выполним расчет тепловых нагрузок на отопление для нашего дома в Тынде, уточнив, что он утеплен пенопластовой шубой толщиной 150 мм и защищен от непогоды окнами с тройными стеклопакетами.

Собственно, иначе современные дома в условиях Крайнего Севера не строятся.

Жители северных регионов страны вынуждены очень серьезно относиться к утеплению дома.

  1. Температуру внутри дома примем равной +20 С.
  2. Средний минимум января услужливо подскажет общеизвестная интернет-энциклопедия. Он равен -33С.
  3. Таким образом, Dt=53 градуса.
  4. Коэффициент утепления возьмем равным 0,7: описанное нами утепление близко к верхней границе эффективности.

Q=320*53*0,7/860=13,8 КВт. Именно на это значение и стоит ориентироваться при выборе котла.

Подбор мощности отопительного прибора

Как вычислить тепловую нагрузку на участок контура, соответствующий отдельно взятому помещению?

Проще простого: выполнив расчет по одной из приведенных выше схем, но уже для объема комнаты. Скажем, на комнату площадью 10 м2 будет приходиться ровно 1/10 общей тепловой мощности; согласно расчету по последней схеме она равна 1380 ватт.

Как подобрать отопительный прибор с нужными характеристиками?

В общем случае – просто-напросто изучив документацию на присмотренный вами радиатор или конвектор. Производители обычно указывают значение теплового потока для отдельной секции или всего прибора.

Параметры некоторых биметаллических секционных радиаторов.

Нюанс: тепловой поток обычно указывается для 70-градусной дельты температур между теплоносителем и воздухом в комнате.
Уменьшение этой дельты вдвое повлечет за собой двукратное падение мощности.

Если в силу каких-то причин документация и сайт производителя недоступны, можно ориентироваться на следующие средние значения:

Тип секционного радиатораТепловой поток на одну секцию, ватты
Чугунный140-160
Биметаллический (сталь и алюминий)180
Алюминиевый200

Отдельно стоит оговорить расчет теплоотдачи регистра.

Для горизонтальной трубы круглого сечения она рассчитывается по формуле Q=Pi*Dн*L*k*Dt, в которой:

  • Q – тепловая мощность в ваттах;
  • Pi – число “пи”, принимаемое равным 3,1415;
  • Dн – наружный диаметр секции регистра в метрах.
  • L – длина трубы в метрах.
  • k – коэффициент теплопроводности, который для стальной трубы берется равным 11,63 Вт/м2*С;
  • Dt – дельта температур между теплоносителем и воздухом в комнате.

Типичный регистр состоит из нескольких секций. При этом все они, кроме первой, находятся в восходящем потоке теплого воздуха, что уменьшает параметр Dt и прямо влияет на теплоотдачу. Именно поэтому для второй и прочих секций используется дополнительный коэффициент 0,9.

Сопроводим примером и этот расчет.

Давайте вычислим тепловую мощность четырехсекционного регистра длиной три метра, выполненного из трубы с наружным диаметром 208 мм, при температуре теплоносителя 70 градусов и температуре воздуха в комнате 20 градусов.

Четырехрядный отопительный регистр.

  1. Мощность первой секции составит 3,1415*0,208*3*11,63*50=1140 ватт (с округлением до целого числа).
  2. Мощность второй и прочих секций равна 1140*0,9=1026 ватт.
  3. Полная тепловая мощность регистра – 1140+(1026*3)=4218 ватт.

Объем расширительного бака

Это один из параметров, нуждающихся в расчете в автономной отопительной системе. Расширительный бак должен вместить избыток теплоносителя при его температурном расширении. Цена его недостаточного объема – постоянное срабатывание предохранительного клапана.

Однако: завышенный объем бачка никаких негативных последствий не имеет.

В простейшем варианте расчета бак берется равным 10% общего количества теплоносителя в контуре. Как узнать количество теплоносителя?

Вот пара простых решений:

  • Система заполняется водой, после чего та сливается в любую мерную посуду.
  • Кроме того, в сбалансированной системе объем теплоносителя в литрах примерно равен 13-кратной мощности котла в киловаттах.

Мощность котла должна соответствовать количеству теплоносителя.

Более сложная (но и дающая более точный результат) формула расчета бачка выглядит так:

  • V – искомый объем бака в литрах.
  • Vt – объем теплоносителя в литрах.
  • Е – коэффициент расширения теплоносителя при максимальной рабочей температуре контура.
  • D – коэффициент эффективности бака.

И в этом случае пара параметров нуждается в комментариях.

Коэффициент расширения воды, которая чаще всего выступает в качестве теплоносителя, при нагреве с исходной температуры в +10С можно взять из следующей таблицы:

Нагрев, СРасширение, %
300,75
401,18
501,68
602,25
702,89
803,58
904,34
1005,16

Полезно: водно-гликолевые смеси, использующиеся в качестве антифризов для отопительных контуров, расширяются при нагреве несколько сильнее.
Разница достигает 0,45% при нагреве на 100 градусов 30-процентного раствора гликоля.

На фото – антифриз для системы отопления.

Коэффициент эффективности расширительного бачка вычисляется по следующей формуле: D = (Pv – Ps) / (Pv + 1).

  • Pv – максимально допустимое рабочее давление в контуре. На него выставляется срабатывание предохранительного клапана. Как правило, оно выбирается равным 2,5 атмосферы.
  • Ps – давление зарядки бака. Оно обычно соответствует высоте водяного столба в контуре над баком. Скажем, в системе отопления, где верх радиаторов на втором этаже возвышается над баком, смонтированным в подвале, на 5 метров, бак заряжается давлением в 0,5 атмосферы (что соответствует пятиметровому напору).

Давайте в качестве примера выполним своими руками расчет бачка для следующих условий:

  • Объем теплоносителя в контуре равен 400 литрам.
  • Теплоноситель – вода, нагреваемая котлом с 10 до 70 градусов.
  • Предохранительный клапан выставлен на 2,5 кгс/см2.
  • Расширительный бак накачан воздухом до давления в 0,5 кгс/см2.
  1. Коэффициент эффективности бака равен (2,5-0,5)/(2,5+1)=0,57.

Вместо расчета коэффициент эффективности бака можно взять из таблицы.

  1. Коэффициент расширения воды при нагреве на 60 градусов равен 2,25%, или 0,0225.
  2. Бак должен иметь минимальный объем в 400*0,0225/0,57=16 (с округлением до ближайшего значения из линейки размеров бачков) литров.

Насос

Как подобрать оптимальный напор и производительность насоса?

С напором все просто. Минимального его значения в 2 метра (0,2 кгс/см2) достаточно для контура любой разумной протяженности.

Справка: система отопления многоквартирного дома функционирует при перепаде между смесью и обраткой именно в два метра.

Перепад между смесью (справа вверху) и обраткой (внизу) регистрируется не всяким манометром.

Производительность может быть рассчитана по простейшей схеме: весь объем контура должен оборачиваться трижды за час. Так, для приведенного нами выше количества теплоносителя в 400 литров разумный минимум производительности циркуляционного насоса отопительной системы при рабочем напоре должен быть равен 0,4*3=1,2 м3/час.

Для отдельных участков контура, снабжающихся собственным насосом, его производительность может быть рассчитана по формуле G=Q/(1,163*Dt).

  • G – заветное значение производительности в кубометрах в час.
  • Q – тепловая мощность участка системы отопления в киловаттах.
  • 1,163 – константа, средняя теплоемкость воды.
  • Dt – разница температур между подающим и обратным трубопроводами в градусах по шкале Цельсия.

Подсказка: в автономных системах она обычно берется равной 20 градусам.

Так, для контура с тепловой мощностью в 5 киловатт при 20-градусной дельте между подачей и обраткой нужен насос с производительностью не менее 5/(1,163*20)=0,214 м3/час.

Параметры насоса обычно указываются в его маркировке.

Диаметр труб

Как подобрать оптимальный диаметр розлива в контуре с известной тепловой мощностью?

Здесь поможет формула D=354*(0,86*Q/Dt)/v.

  • D – внутренний диаметр трубы в сантиметрах.
  • Q – тепловая мощность контура в киловаттах.
  • Dt – дельта температур между подачей и обратным трубопроводом. Напомним, что типичное значение Dt для автономной отопительной системы – 20 С.
  • v – скорость потока. Диапазон ее значений – от 0,6 до 1,5 м/с. При более низкой скорости растет разница температур между первыми и последними радиаторами в контуре; при более высокой – становятся заметными гидравлические шумы.

Давайте вычислим минимальный диаметр для пресловутого контура мощностью 5 КВт при скорости воды в трубах, равной 1 м/с.

D=354*(0,86*5/20)/1=4,04 мм. С практической стороны это означает, что можно брать трубы минимально доступного размера и не бояться медленной циркуляции в них.

Не забудьте, что нами рассчитан внутренний диаметр. Пластиковые трубы маркируются наружным.

Заключение

Надеемся, что обилие формул и сухих цифр не утомило уважаемого читателя. Как обычно, прикрепленное видео предложит его вниманию дополнительную тематическую информацию. Успехов!

Оставить комментарий

Оставляя комментарий, Вы принимаете пользовательское соглашение

Способы расчета тепловой нагрузки на отопление

При проектировании систем обогрева всех типов строений нужно провести правильные вычисления, а затем разработать грамотную схему отопительного контура. На этом этапе особое внимание следует уделить расчету тепловой нагрузки на отопление. Для решения поставленной задачи важно использовать комплексный подход и учесть все факторы, влияющие на работу системы.

  • 1. Важность параметра
  • 2. Выбор метода
  • 3. Простые способы
    • 3.1. В зависимости от площади
    • 3.2. Укрупненные вычисления

    С помощью показателя тепловой нагрузки можно узнать количество теплоэнергии, необходимой для обогрева конкретного помещения, а также здания в целом. Основной переменной здесь является мощность всего отопительного оборудования, которое планируется использовать в системе. Кроме этого, требуется учитывать потери тепла домом.

    Идеальной представляется ситуация, в которой мощность отопительного контура позволяет не только устранить все потери теплоэнергии здания, но и обеспечить комфортные условия проживания. Чтобы правильно рассчитать удельную тепловую нагрузку, требуется учесть все факторы, оказывающие влияние на этот параметр:

    • Характеристики каждого элемента конструкции строения. Система вентиляции существенно влияет на потери теплоэнергии.
    • Размеры здания. Необходимо учитывать как объем всех помещений, так и площадь окон конструкций и наружных стен.
    • Климатическая зона. Показатель максимальной часовой нагрузки зависит от температурных колебаний окружающего воздуха.

    Оптимальный режим работы системы обогрева может быть составлен только с учетом этих факторов. Единицей измерения показателя может быть Гкал/час или кВт/час.

    Перед началом проведения расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно определиться с рекомендуемыми температурными режимами для жилого строения. Для этого придется обратиться к нормам СанПиН 2.1.2.2645−10. Исходя из данных, указанных в этом нормативном документе, необходимо обеспечить оптимальные температурные режимы работы системы обогрева для каждого помещения.

    Используемые сегодня способы выполнения расчетов часовой нагрузки на отопительную систему позволяют получать результаты различной степени точности. В некоторых ситуациях требуется провести сложные вычисления, чтобы минимизировать погрешность.

    Если же при проектировании системы отопления оптимизация расходов на энергоноситель не является приоритетной задачей, допускается использование менее точных методик.

    Любая методика расчета тепловой нагрузки позволяет подобрать оптимальные параметры системы обогрева. Также этот показатель помогает определиться с необходимостью проведения работ по улучшению теплоизоляции строения. Сегодня применяются две довольно простые методики расчета тепловой нагрузки.

    Если в строении все помещения имеют стандартные размеры и обладают хорошей теплоизоляцией, можно воспользоваться методом расчета необходимой мощности отопительного оборудования в зависимости от площади. В этом случае на каждые 10 м 2 помещения должен производиться 1 кВт тепловой энергии. Затем полученный результат необходимо умножить на поправочный коэффициент климатической зоны.

    Это самый простой способ расчета, но он имеет один серьезный недостаток — погрешность очень высока. Во время проведения вычислений учитывается лишь климатический регион. Однако на эффективность работы системы обогрева влияет много факторов. Таким образом, использовать эту методику на практике не рекомендуется.

    Применяя методику расчета тепла по укрупненным показателям, погрешность вычислений окажется меньшей. Этот способ сначала часто применялся для определения теплонагрузки в ситуации, когда точные параметры строения были неизвестны. Для определения параметра применяется расчетная формула:

    Qот = q0*a*Vн*(tвн — tнро),

    где q0 — удельная тепловая характеристика строения;

    a — поправочный коэффициент;

    Vн — наружный объем строения;

    tвн, tнро — значения температуры внутри дома и на улице.

    В качестве примера расчета тепловых нагрузок по укрупненным показателям можно выполнить вычисления максимального показателя для отопительной системы здания по наружным стенам 490 м 2 . Строение двухэтажное с общей площадью в 170 м 2 расположено в Санкт-Петербурге.

    Сначала необходимо с помощью нормативного документа установить все нужные для расчета вводные данные:

    • Тепловая характеристика здания — 0,49 Вт/м³*С.
    • Уточняющий коэффициент — 1.
    • Оптимальный температурный показатель внутри здания — 22 градуса.

    Предположив, что минимальная температура в зимний период составит -15 градусов, можно все известные величины подставить в формулу — Q =0.49*1*490 (22+15)= 8,883 кВт. Используя самую простую методику расчета базового показателя тепловой нагрузки, результат оказался бы более высоким — Q =17*1=17 кВт/час. При этом укрупненный метод расчета показателя нагрузки учитывает значительно больше факторов:

    • Оптимальные температурные параметры в помещениях.
    • Общую площадь строения.
    • Температуру воздуха на улице.

    Также эта методика позволяет с минимальной погрешностью рассчитать мощность каждого радиатора, установленного в отдельно взятом помещении. Единственным ее недостатком является отсутствие возможности рассчитать теплопотери здания.

    Так как даже при укрупненном расчете погрешность оказывается довольно высокой, приходится использовать более сложный метод определения параметра нагрузки на отопительную систему. Чтобы результаты оказались максимально точными, необходимо учитывать характеристики дома. Среди них важнейшей является сопротивление теплопередачи ® материалов, использовавшихся для изготовления каждого элемента здания — пол, стены, а также потолок.

    Эта величина находится в обратной зависимости с теплопроводностью (λ), показывающей способность материалов переносить теплоэнергию. Вполне очевидно, что чем выше теплопроводность, тем активнее дом будет терять теплоэнергию. Так как эта толщина материалов (d) в теплопроводности не учитывается, то предварительно нужно вычислить сопротивление теплопередачи, воспользовавшись простой формулой — R=d/λ.

    Рассматриваемая методика состоит из двух этапов. Сначала рассчитываются теплопотери по оконным проемам и наружным стенам, а затем — по вентиляции. В качестве примера можно взять следующие характеристики строения:

    • Площадь и толщина стен — 290 м² и 0,4 м.
    • В строении находятся окна (двойной стеклопакет с аргоном) — 45 м² (R =0,76 м²*С/Вт).
    • Стены изготовлены из полнотелого кирпича — λ=0,56.
    • Здание было утеплено пенополистиролом — d =110 мм, λ=0,036.

    Исходя из вводных данных, можно определить показатель сопротивления телепередачи стен — R=0.4/0.56= 0,71 м²*С/Вт. Затем определяется аналогичный показатель утеплителя — R=0,11/0,036= 3,05 м²*С/Вт. Эти данные позволяют определить следующий показатель — R общ =0,71+3,05= 3,76 м²*С/Вт.

    Фактические теплопотери стен составят — (1/3,76)*245+(1/0.76)*45= 125,15 Вт. Параметры температур остались без изменений в сравнении с укрупненным расчетом. Очередные вычисления проводятся в соответствии с формулой — 125,15*(22+15)= 4,63 кВт/час.

    На втором этапе рассчитываются теплопотери вентиляционной системы. Известно, что объем дома равен 490 м³, а плотность воздуха составляет 1,24 кг/м³. Это позволяет узнать его массу — 608 кг. На протяжении суток в помещении воздух обновляется в среднем 5 раз. После этого можно выполнить расчет теплопотерь вентиляционной системы — (490*45*5)/24= 4593 кДж, что соответствует 1,27 кВт/час. Остается определить общие тепловые потери строения, сложив имеющиеся результаты, — 4,63+1,27=5,9 кВт/час.

    Результат будет максимально точным, если учитывать потери через пол и крышу. Сложные вычисления здесь проводить необязательно, допускается использование уточняющего коэффициента. Процесс расчетов теплонагрузки на систему обогрева отличается высокой сложностью. Однако его можно упростить с помощью программы VALTEC.

    Расчет тепловых нагрузок на отопление, методика и формула расчета

    Тепловые нагрузки систем теплоснабжения

    • нагрузку на конструкцию теплоснабжения;
    • нагрузку на систему обогрева пола, если она планируется к установке в доме;
    • нагрузку на систему естественной и/или принудительной вентиляции;
    • нагрузку на систему горячего водоснабжения;
    • нагрузку, связанную с различными технологическими нуждами.

    Характеристики объекта для расчета тепловых нагрузок

    • назначение и тип объекта недвижимости. Для расчета важно знать, какое здание будет обогреваться – жилой или нежилой дом, квартира (прочитайте также: “Квартирный прибор учета тепловой энергии”). От типа постройки зависит норма нагрузки, определяемая компаниями, поставляющими тепло, а, соответственно, расходы на теплоснабжение;
    • архитектурные особенности. Во внимание принимаются габариты таких наружных ограждений, как стены, кровля, напольное покрытие и размеры оконных, дверных и балконных проемов. Немаловажными считаются этажность здания, а также наличие подвалов, чердаков и присущие им характеристики;
    • норма температурного режима для каждого помещения в доме. Подразумевается температура для комфортного пребывания людей в жилой комнате или зоне административной постройки (прочитайте: “Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь”);
    • особенности конструкции наружных ограждений, включая толщину и тип стройматериалов, наличие теплоизоляционного слоя и используемая для этого продукция;
    • назначение помещений. Эта характеристика особо важна для производственных зданий, в которых для каждого цеха или участка необходимо создать определенные условия относительно обеспечения температурного режима;
    • наличие специальных помещений и их особенности. Это касается, например, бассейнов, оранжерей, бань и т.д.;
    • степень техобслуживания. Наличие/отсутствие горячего водоснабжения, централизованного отопления, системы кондиционирования и прочего;
    • количество точек для забора подогретого теплоносителя. Чем их больше, тем значительнее тепловая нагрузка, оказываемая на всю отопительную конструкцию;
    • количество людей, находящихся в здании или проживающих в доме. От данного значения напрямую зависят влажность и температура, которые учитываются в формуле вычисления тепловой нагрузки;
    • прочие особенности объекта. Если это промышленное здание, то ими могут быть, количество рабочих дней на протяжении календарного года, число рабочих в смену. Для частного дома учитывают, сколько проживает в нем людей, какое количество комнат, санузлов и т.д.

    Расчет нагрузок тепла

    • степень теплопотерь наружных ограждений;
    • мощность, необходимая для подогрева теплоносителя;
    • количество тепловой энергии, требуемое для нагрева воздуха для принудительной приточной вентиляции;
    • тепло, которое нужно для подогрева воды в бане или бассейне;
    • возможное дальнейшее расширение обогревательной системы. Это может быть создание отопления в мансарде, на чердаке, в подвале или в различных пристройках и строениях. Читайте также: “Как сделать отопление мансарды – популярные варианты обогрева”.

    Особенности расчета тепловых нагрузок

    Методы вычисления тепловых нагрузок

    • вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей;
    • определение теплоотдачи установленного в здании отопительно-вентиляционного оборудования;
    • вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций, а также добавочных потерь, связанных с нагревом воздуха.

    Укрупненный расчет тепловой нагрузки

    • α – поправочный коэффициент, учитывающий климатические особенности конкретного региона, где строится здание (применяется в том случае, когда расчетная температура отличается от 30 градусов мороза);
    • q0 – удельная характеристика теплоснабжения, которую выбирают, исходя из температуры самой холодной недели на протяжении года (так называемой «пятидневки»). Читайте также: “Как рассчитывается удельная отопительная характеристика здания – теория и практика”;
    • V – наружный объем постройки.

    Виды тепловых нагрузок для расчетов

    1. Сезонные нагрузки, имеющие следующие особенности:

    – им присущи изменения в зависимости от температуры окружающего воздуха на улице;
    – наличие отличий в величине расхода тепловой энергии в соответствии с климатическими особенностями региона местонахождения дома;
    – изменение нагрузки на отопительную систему в зависимости от времени суток. Поскольку наружные ограждения имеют теплостойкость, данный параметр считается незначительным;
    – расходы тепла вентиляционной системы в зависимости от времени суток.

  • Постоянные тепловые нагрузки. В большинстве объектов системы теплоснабжения и горячего водоснабжения они используются на протяжении года. Например, в теплое время года расходы тепловой энергии в сравнении с зимним периодом снижаются где-то на 30-35%.
  • Сухое тепло. Представляет собой тепловое излучение и конвекционный теплообмен за счет иных подобных устройств. Определяют данный параметр при помощи температуры сухого термометра. Он зависит от многих факторов, среди которых окна и двери, системы вентиляции, различное оборудование, воздухообмен, происходящий за счет наличия щелей в стенах и перекрытиях. Также учитывают количество людей, присутствующих в помещении.
  • Скрытое тепло. Образуется в результате процесса испарения и конденсации. Температура определяется при помощи влажного термометра. В любом по назначению помещении на уровень влажности влияют:

    – численность людей, одновременно находящихся в помещении;
    – наличие технологического или другого оборудования;
    – потоки воздушных масс, проникающих сквозь щели и трещины, имеющиеся в ограждающих конструкциях здания.

    Тепловой расчёт системы отопления: как грамотно сделать расчет нагрузки на систему

    Проектирование и тепловой расчет системы отопления – обязательный этап при обустройстве обогрева дома. Основная задача вычислительных мероприятий – определение оптимальных параметров котла и системы радиаторов.

    Согласитесь, на первый взгляд может показаться, что проведение теплотехнического расчета под силу только инженеру. Однако не все так сложно. Зная алгоритм действий, получится самостоятельно выполнить необходимые вычисления.

    В статье подробно изложен порядок расчета и приведены все нужные формулы. Для лучшего понимания, мы подготовили пример теплового вычисления для частного дома.

    Тепловой расчёт отопления: общий порядок

    Классический тепловой расчёт отопительной системы являет собой сводный технический документ, который включает в себя обязательные поэтапные стандартные методы вычислений.

    Но перед изучением этих подсчётов основных параметров нужно определиться с понятием самой системы отопления.

    Система отопления характеризуется принудительной подачей и непроизвольным отводом тепла в помещении.

    Основные задачи расчёта и проектирования системы отопления:

    • наиболее достоверно определить тепловые потери;
    • определить количество и условия использования теплоносителя;
    • максимально точно подобрать элементы генерации, перемещения и отдачи тепла.

    При постройке системы отопления необходимо первоначально произвести сбор разнообразных данных о помещении/здании, где будет использоваться система отопления. После выполнить расчёт тепловых параметров системы, проанализировать результаты арифметических операций.

    На основании полученных данных подобирают компоненты системы отопления с последующей закупкой, установкой и вводом в эксплуатацию.

    Примечательно, что указанная методика теплового расчёта позволяет достаточно точно вычислить большое количество величин, которые конкретно описывают будущую систему отопления.

    В результате теплового расчёта в наличии будет следующая информация:

    • число тепловых потерь, мощность котла;
    • количество и тип тепловых радиаторов для каждой комнаты отдельно;
    • гидравлические характеристики трубопровода;
    • объём, скорость теплоносителя, мощность теплового насоса.

    Тепловой расчёт – это не теоретические наброски, а вполне точные и обоснованные итоги, которые рекомендуется использовать на практике при подборе компонентов системы отопления.

    Нормы температурных режимов помещений

    Перед проведение любых расчётов параметров системы необходимо, как минимум, знать порядок ожидаемых результатов, а также иметь в наличии стандартизированные характеристики некоторых табличных величин, которые необходимо подставлять в формулы или ориентироваться на них.

    Выполнив вычисления параметров с такими константами, можно быть уверенным в достоверности искомого динамического или постоянного параметра системы.

    Для системы отопления одним из таких глобальных параметров является температура помещения, которая должна быть постоянной в независимости от периода года и условий окружающей среды.

    Согласно регламенту санитарных нормативов и правил есть различия в температуре относительно летнего и зимнего периода года. За температурный режим помещения в летний сезон отвечает система кондиционирования, принцип ее расчета подробно изложен в этой статье.

    А вот комнатная температура воздуха в зимний период обеспечивается системой отопления. Поэтому нам интересны диапазоны температур и их допуски отклонений для зимнего сезона.

    В большинстве нормативных документов оговариваются следующие диапазоны температур, которые позволяют человеку комфортно находиться в комнате.

    Для нежилых помещений офисного типа площадью до 100 м 2 :

    • 22-24°С – оптимальная температура воздуха;
    • 1°С – допустимое колебание.

    Для помещений офисного типа площадью более 100 м 2 температура составляет 21-23°С. Для нежилых помещений промышленного типа диапазоны температур сильно отличаются в зависимости от предназначения помещения и установленных норм охраны труда.

    Что же касаемо жилых помещений: квартир, частных домов, усадеб и т. д. существуют определённые диапазоны температуры, которые могут корректироваться в зависимости от пожеланий жильцов.

    И всё же для конкретных помещений квартиры и дома имеем:

    • 20-22°С – жилая, в том числе детская, комната, допуск ±2°С –
    • 19-21°С – кухня, туалет, допуск ±2°С;
    • 24-26°С – ванная, душевая, бассейн, допуск ±1°С;
    • 16-18°С – коридоры, прихожие, лестничные клетки, кладовые, допуск +3°С

    Важно отметить, что есть ещё несколько основных параметров, которые влияют на температуру в помещении и на которые нужно ориентироваться при расчёте системы отопления: влажность (40-60%), концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе (250:1), скорость перемещения воздушных масс (0.13-0.25 м/с) и т. п.

    Расчёт теплопотерь в доме

    Согласно второму началу термодинамики (школьная физика) не существует самопроизвольной передачи энергии от менее нагретых к более нагретым мини- или макрообъектам. Частным случаем этого закона является “стремление” создания температурного равновесия между двумя термодинамическими системами.

    Например, первая система – окружающая среда с температурой -20°С, вторая система – здание с внутренней температурой +20°С. Согласно приведённого закона эти две системы будут стремиться уравновеситься посредством обмена энергии. Это будет происходить с помощью тепловых потерь от второй системы и охлаждения в первой.

    Под теплопотерями подразумевают непроизвольный выход тепла (энергии) от некоторого объекта (дома, квартиры). Для обычной квартиры этот процесс не так “заметен” в сравнении с частным домом, поскольку квартира находиться внутри здания и “соседствует” с другими квартирами.

    В частном доме через внешние стены, пол, крышу, окна и двери в той или иной степени “уходит” тепло.

    Зная величину теплопотерь для самых неблагоприятных погодных условий и характеристику этих условий, можно с высокой точностью вычислить мощность системы отопления.

    Итак, объём утечек тепла от здания вычисляется по следующей формуле:

    Qi – объём теплопотерь от однородного вида оболочки здания.

    Каждая составляющая формулы рассчитывается по формуле:

    Q=S*∆T/R, где

    • Q – тепловые утечки, В;
    • S – площадь конкретного типа конструкции, кв. м;
    • ∆T – разница температур воздуха окружающей среды и внутри помещения, °C;
    • R – тепловое сопротивление определённого типа конструкции, м 2 *°C/Вт.

    Саму величину теплового сопротивления для реально существующих материалов рекомендуется брать из вспомогательных таблиц.

    Кроме того, тепловое сопротивление можно получить с помощью следующего соотношения:

    R=d/k, где

    • R – тепловое сопротивление, (м 2 *К)/Вт;
    • k – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м 2 *К);
    • d – толщина этого материала, м.

    В старых домах с отсыревшей кровельной конструкцией утечки тепла происходят через верхнюю часть постройки, а именно через крышу и чердак. Проведение мероприятий по утеплению потолка или теплоизоляции мансардной крыши решают эту проблему.

    В доме существуют ещё несколько видов тепловых потерь через щели в конструкциях, систему вентиляции, кухонную вытяжку, открывания окон и дверей. Но учитывать их объём не имеет смысла, поскольку они составляют не более 5% от общего числа основных утечек тепла.

    Определение мощности котла

    Для поддержки разницы температур между окружающей средой и температурой внутри дома необходима автономная система отопления, которая поддерживает нужную температуру в каждой комнате частного дома.

    Базисом системы отопления выступают разные виды котлов: жидко- или твердотопливные, электрические или газовые.

    Котел – это центральный узел системы отопления, который генерирует тепло. Основной характеристикой котла есть его мощность, а именно скорость преобразования количество теплоты за единицу времени.

    Произведя расчеты тепловой нагрузки на отопление получим требуемую номинальную мощность котла.

    Для обычной многокомнатной квартиры мощность котла вычисляется через площадь и удельную мощность:

    • Sпомещения– общая площадь отапливаемого помещения;
    • Руделльная– удельная мощность относительно климатических условий.

    Но эта формула не учитывает тепловые потери, которых достаточно в частном доме.

    Существует иное соотношение, которое учитывает этот параметр:

    Ркотла=(Qпотерь*S)/100, где

    • Ркотла– мощность котла;
    • Qпотерь– потери тепла;
    • S – отапливаемая площадь.

    Расчетную мощность котла необходимо увеличить. Запас необходим, если планируется использование котла для подогрева воды для ванной комнаты и кухни.

    Дабы предусмотреть запас мощности котла в последнюю формулу надо добавить коэффициент запаса К:

    Ркотла=(Qпотерь*S*К)/100, где

    К – будет равен 1.25, то есть расчётная мощность котла будет увеличена на 25%.

    Таким образом, мощность котла предоставляет возможность поддерживать нормативную температуру воздуха в комнатах здания, а также иметь начальный и дополнительный объём горячей воды в доме.

    Особенности подбора радиаторов

    Стандартными компонентами обеспечения тепла в помещении являются радиаторы, панели, системы “тёплый” пол, конвекторы и т. д. Самыми распространёнными деталями отопительной системы есть радиаторы.

    Тепловой радиатор – это специальная полая конструкция модульного типа из сплава с высокой теплоотдачей. Он изготавливается из стали, алюминия, чугуна, керамика и других сплавов. Принцип действия радиатора отопления сводится к излучению энергии от теплоносителя в пространство помещения через “лепестки”.

    Существует несколько методик расчёта радиаторов отопления в комнате. Нижеприведённый перечень способов отсортирован в порядке увеличения точности вычислений.

    1. По площади. N=(S*100)/C, где N – количество секций, S – площадь помещения (м 2 ), C – теплоотдача одной секции радиатора (Вт, берётся из тех паспорта или сертификата на изделие), 100 Вт – количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м 2 (эмпирическая величина). Возникает вопрос: а каким образом учесть высоту потолка комнаты?
    2. По объёму. N=(S*H*41)/C, где N, S, C – аналогично. Н – высота помещения, 41 Вт – количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м 3 (эмпирическая величина).
    3. По коэффициентам. N=(100*S*к1*к2*к3*к4*к5*к6*к7)/C, где N, S, C и 100 – аналогично. к1 – учёт количества камер в стеклопакете окна комнаты, к2 – теплоизоляция стен, к3 – соотношение площади окон к площади помещения, к4 – средняя минусовая температура в наиболее холодную неделю зимы, к5 – количество наружных стен комнаты (которые “выходят” на улицу), к6 – тип помещения сверху, к7 – высота потолка.

    Это максимально точный вариант расчёта количества секций. Естественно, что округление дробных результатов вычислений производится всегда к следующему целому числу.

    Гидравлический расчёт водоснабжения

    Безусловно, “картина” расчета тепла на отопление не может быть полноценной без вычисления таких характеристик, как объём и скорость теплоносителя. В большинстве случаев теплоносителем выступает обычная вода в жидком или газообразном агрегатном состоянии.

    Расчет объема воды, подогреваемой двухконтурным котлом для обеспечения жильцов горячей водой и нагрева теплоносителя, производится путем суммирования внутреннего объема отопительного контура и реальных потребностей пользователей в нагретой воде.

    Объём горячей воды в отопительной системе рассчитывается по формуле:

    W=k*P, где

    • W – объём носителя тепла;
    • P – мощность котла отопления;
    • k – коэффициент мощности (количество литров на единицу мощности, равен 13.5, диапазон – 10-15 л).

    В итоге конечная формула выглядит так:

    W = 13.5*P

    Скорость теплоносителя – заключительная динамическая оценка системы отопления, которая характеризует скорость циркуляции жидкости в системе.

    Эта величина помогает оценить тип и диаметр трубопровода:

    V=(0.86*P*μ)/∆T, где

    • P – мощность котла;
    • μ – КПД котла;
    • ∆T – разница температур между подаваемой водой и водой обратном контуре.

    Используя вышеизложенные способы гидравлического расчёта, удастся получить реальные параметры, которые являются “фундаментом” будущей системы отопления.

    Пример теплового расчёта

    В качестве примера теплового расчёта в наличии есть обычный 1-этажный дом с четырьмя жилыми комнатами, кухня, санузел, “зимний сад” и подсобные помещения.

    Обозначим исходные параметры дома, необходимые для проведения расчетов.

    • высота этажа – 3 м;
    • малое окно фасадной и тыльной части здания 1470*1420 мм;
    • большое окно фасада 2080*1420 мм;
    • входные двери 2000*900 мм;
    • двери тыльной части (выход на террасу) 2000*1400 (700 + 700) мм.

    Общая ширина постройки 9.5 м 2 , длинна 16 м 2 . Отапливаться будут только жилые комнаты (4 шт.), санузел и кухня.

    Начинаем с расчёта площадей однородных материалов:

    • площадь пола – 152 м 2 ;
    • площадь крыши – 180 м 2 , учитывая высоту чердака 1.3 м и ширину прогона – 4 м;
    • площадь окон – 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 м 2 ;
    • площадь дверей – 2*0.9+2*2*1.4=7.4 м 2 .

    Площадь наружных стен будет равна 51*3-9.22-7.4=136.38 м 2 .

    Переходим к расчёту теплопотерь на каждом материале:

    • Qпол=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 Вт;
    • Qкрыша=180*40*0.1/0.05=14400 Вт;
    • Qокно=9.22*40*0.36/0.5=265.54 Вт;
    • Qдвери=7.4*40*0.15/0.75=59.2 Вт;

    А также Qстена эквивалентно 136.38*40*0.25/0.3=4546. Сумма всех теплопотерь будет составлять 19628.4 Вт.

    В итоге подсчитаем мощность котла: Ркотла=Qпотерь*Sотаплив_комнат*К/100=19628.4*(10.4+10.4+13.5+27.9+14.1+7.4)*1.25/100=19628.4*83.7*1.25/100=20536.2=21 кВт.

    Расчёт количества секций радиаторов произведём для одной из комнат. Для всех остальных вычисления аналогичны. Например, угловая комната (слева, нижний угол схемы) площадь 10.4 м2.

    Для этой комнаты необходимо 9 секций радиатора отопления с теплоотдачей 180 Вт.

    Переходим к расчёту количества теплоносителя в системе – W=13.5*P=13.5*21=283.5 л. Значит, скорость теплоносителя будет составлять: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 л.

    В результате полный оборот всего объёма теплоносителя в системе будет эквивалентен 2.87 раза в один час.

    Подборка статей по тепловому расчету поможет определиться с точными параметрами элементов отопительной системы:

    Выводы и полезное видео по теме

    Простой расчёт отопительной системы для частного дома представлен в следующем обзоре:

    Все тонкости и общепринятые методики просчёта теплопотерь здания показаны ниже:

    Ещё один вариант расчёта утечек тепла в типичном частном доме:

    В этом видео рассказывается об особенностях циркуляции носителя энергии для обогрева жилища:

    Тепловой расчёт отопительной системы носит индивидуальный характер, его необходимо выполнять грамотно и аккуратно. Чем точнее будут сделаны вычисления, тем меньше переплачивать придется владельцам загородного дома в процессе эксплуатации.

    Имеете опыт выполнения теплового расчета отопительной системы? Или остались вопросы по теме? Пожалуйста, делитесь своим мнением и оставляйте комментарии. Блок обратной связи расположен ниже.

    Самостоятельный расчет тепловой нагрузки на отопление: часовых и годовых показателей

    Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

    1. Зачем нужно знать этот параметр
    2. Выбор методики расчета
    3. Простые способы вычисления тепловой нагрузки
    4. Зависимость мощности отопления от площади
    5. Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания
    6. Точные расчеты тепловой нагрузки
    7. Расчет по стенам и окнам
    8. Расчет по вентиляции

    Зачем нужно знать этот параметр

    Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

    В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

    • Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
    • Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
    • Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

    Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

    Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

    Выбор методики расчета

    Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

    Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

    Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

    Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

    Простые способы вычисления тепловой нагрузки

    Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

    Зависимость мощности отопления от площади

    Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

    Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

    15*1=15 кВт/час

    Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

    Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

    Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

    Где — удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

    Таблица удельных тепловых характеристик зданий

    Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн ) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

    Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

    По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

    Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

    Точные расчеты тепловой нагрузки

    Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

    Что же такое сопротивление теплопередачи (R)? Это величина, обратная теплопроводности (λ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

    R=d/λ

    Расчет по стенам и окнам

    Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

    В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

    • Площадь стен – 280 м². В нее включены окна – 40 м²;
    • Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56). Толщина наружных стен – 0,36 м. Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи — R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт;
    • Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм. Для него λ=0,036. Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт;
    • Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
    • Сопротивление теплопередачи окон — 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

    Фактически тепловые потери через стены составят:

    (1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

    Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

    124*(22+15)= 4,96 кВт/час

    Расчет по вентиляции

    Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

    (480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

    Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

    4,96+1,11=6,07 кВт/час

    Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

    (124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

    Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

    К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

    Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

    Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.

    Расчет тепловых нагрузок на отопление, методика и формула расчета

    Введение

    Требования по определению тепловых нагрузок потребителей при разработке схем теплоснабжения отражены в следующих нормативных и законодательных актах:

    — Федеральный Закон РФ от 27.07.2010 г. № 190-ФЗ ;

    — приказ Министерства регионального развития РФ от 28.02.2009 г. № 610 ;

    Договорные нагрузки, как правило, рассчитываются на основании проектных данных. Проектные нагрузки на отопление, в основном, зависят от расчётных параметров микроклимата помещений, расчётной температуры наружного воздуха в отопительный период (принимаемой равной температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по 8. СП 131.13330.2012 ) и теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций. Проектные нагрузки на ГВС зависят от объёмов потребления горячей воды и её расчётной температуры.

    За последние 20-30 лет многие из перечисленных выше параметров и характеристик неоднократно менялись. Менялись методики расчёта тепловых нагрузок, требования по тепловой защите ограждающих конструкций. В частности, в класс энергетической эффективности многоквартирных домов (МКД) определяется, исходя из сравнения (определение величины отклонения) фактических или расчётных (для вновь построенных, реконструированных и прошедших капитальный ремонт МКД) значений показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов, отражающего удельный расход энергетических ресурсов на отопление, вентиляцию, ГВС и базовых значений показателя удельного расхода энергетических ресурсов в МКД. При этом фактические (расчётные) значения должны быть приведены к расчётным условиям для сопоставимости с базовыми значениями. Фактические значения показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов определяются на основании показаний общедомовых приборов учёта.

    Менялся и сам климат, в результате чего, например, для Санкт-Петербурга нормативная расчётная температура наружного воздуха за тридцать, с небольшим, лет повышена с –26 °С до –24 °С, расчётная длительность отопительного периода уменьшилась на 6 дней, а средняя температура отопительного периода увеличилась на 0,5 °С (с –1,8 до –1,3 °С).

    Кроме указанных выше факторов, сами потребители тепловой энергии вносят вклад в энергосберегающие мероприятия, например, путём замены в квартирах деревянных окон на более герметичные – пластиковые.

    Все эти изменения, в совокупности, способствуют тому, что фактическое теплопотребление и договорные тепловые нагрузки потребителей тепловой энергии отличаются.

    Примеры разработанных Схем теплоснабжения ряда крупных населённых пунктов (например, Нижнего Новгорода) показали, что, если в качестве фактической нагрузки принимается договорная нагрузка (нагрузка, установленная в договорах теплоснабжения), это создаёт избыточный запас мощности теплоснабжающих организаций. Значительная доля нагрузки в этом случае оказывается невостребованной, но при этом сохраняются постоянные эксплуатационные расходы, что негативно отражается и на эффективности теплоснабжающих организаций (ТСО) и на потребителе тепловой энергии.

    В Стратегии отмечено, что применяемая в настоящее время технология планирования систем теплоснабжения приводит к излишним инвестициям, созданию избыточной тепловой мощности во всех элементах энергосистем и сохранению низкого уровня эффективности всей российской энергетики.

    Актуальность поднимаемой в статье темы обусловлена отсутствием в действующих нормативных и законодательных актах методов определения фактических тепловых нагрузок в расчётных элементах территориального деления при расчётных температурах наружного воздуха, проблемами согласования фактических тепловых нагрузок, применяемых для инвестиционного планирования в Схемах теплоснабжения с ТСО, а также последствиями неверного анализа тепловых нагрузок потребителей, установленных в договорах теплоснабжения.

    Энергетическое обследование проектируемых режимов работы системы теплоснабжения

    При проектировании система теплоснабжения ЗАО «Термотрон-завод» была рассчитана на максимальные нагрузки.

    Система проектировалась на 28 потребителей тепла. Особенность системы теплоснабжения в том, что часть потребителей тепла от выхода котельной до главного корпуса завода. Далее потребитель тепла — главный корпус завода, и затем остальная часть потребителей располагается за главным корпусом завода. То есть главный корпус завода является внутренним теплопотребителем и транзитом подачи тепла для последней группы потребителей тепловой нагрузки.

    Котельная проектировалась на паровые котлы ДКВР 20-13 в количестве 3 штук, работающие на природном газе, и водогрейные котлы ПТВМ-50 в количестве 2 штук.

    Одним из важнейших этапов проектирования тепловых сетей являлось определение расчетных тепловых нагрузок.

    Расчетный расход тепла на отопление каждого помещения можно определить двумя способами:

    — из уравнения теплового баланса помещения;

    — по удельной отопительной характеристике здания.

    Проектные значения тепловых нагрузок производился по укрупненным показателям, исходя из объема зданий по фактуре .

    Расчетный расход тепла на отопление i-го производственного помещения , кВт, определяется по формуле:

    где: — коэффициент учета района строительства предприятия:

    где — удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м3.К);

    — объем здания, м3;

    — расчетная температура воздуха в рабочей зоне, ;

    — расчетная температура наружного воздуха для расчета отопительной нагрузки, для города Брянска составляет -24.

    Определение расчетного расхода тепла на отопление для помещений предприятия производилось по удельной отопительной нагрузке (табл. 1).

    Таблица 1Расходы тепла на отопление для всех помещений предприятия

    Объем здания, V, м3

    Удельная отопительная характеристика q0, Вт/м3К

Ссылка на основную публикацию