Главная » Отопление » Расчет тепловых нагрузок на отопление

Расчет тепловых нагрузок на отопление


Как определить тепловую нагрузку на отопление?

Тепловая нагрузка на отопление — это количество тепловой энергии, необходимое для достижения комфортной температуры в помещении. Существует также понятие максимальной почасовой нагрузки, которое следует понимать как наибольшее количество энергии, которое может понадобиться в отдельные часы при неблагоприятных условиях. Чтобы понять, какие условия можно считать неблагоприятными, необходимо разобраться с факторами, от которых зависит тепловая нагрузка.

Потребность здания в тепле

В разных строениях потребуется неодинаковое количество тепловой энергии, чтобы человек чувствовал себя комфортно.

Среди факторов, влияющих на потребность в тепле, можно выделить следующие:

  1. Материал, из которого изготовлены стены, а также их толщина. Стена, выложенная в один кирпич и газобетонная стена, к тому же в совокупности с 20-сантиметровой прокладкой из пенопласта, отличаются в плане пропускания тепловой энергии.
  2. Материал кровли и ее конструкционные особенности. Плоская крыша из ж/б бетонных плит и хорошо утепленное чердачное помещение значительно разнятся по показателям теплопотерь.
  3. Вентиляционная система. На теплопотери влияют производительность вентиляции и возможность рекуперации тепла.
  4. Площадь остекленных поверхностей. Естественно, что помещение с французскими окнами при прочих равных условиях теряет больше тепла, чем комната с маленькими окнами-амбразурами. Этот недостаток значительного остекления сглаживается толстыми стеклопакетами, где стекла обработаны энергосберегающим веществом.
  5. Показатели инсоляции, свойственные той или иной местности, степень поглощения лучей Солнца внешней поверхностью здания. Также имеет значение расположение дома относительно сторон света. В качестве крайних примеров можно привести строение, всегда находящееся в тени и другой дом, у которого черные стены, наклонная черная крыша и расположение всех окон на юг.
  6. Температурная дельта между зданием и улицей определяет поток тепла через ограждающие элементы при перманентном сопротивлении теплопередаче. Если на улице 10 градусов тепла, теплопотери будут отличаться от ситуации, когда температура снаружи упала до 30 градусов мороза.
  7. Перспективы изменений потребностей в тепле. К примеру, если предполагается модернизация здания или добавление к нему новых пристроек, то может оказаться, что заложенной тепловой нагрузки уже вскоре будет недостаточно.

Распределение приборов

Если речь идет о водяном отоплении, максимальная мощность источника тепловой энергии должна равняться сумме мощностей всех источников тепла в здании.

Распределение приборов по помещениям дома зависит от следующих обстоятельств:

  1. Площадь помещения, уровень потолка.
  2. Положение комнаты в строении. Помещения в торцевой части по углах отличаются повышенными теплопотерями.
  3. Расстояние до источника тепла.
  4. Оптимальная температура (с точки зрения жильцов). На температуру помещения, помимо прочих факторов, влияет перемещение воздушных потоков внутри жилья.

Строительные нормы и правила (СНиП) рекомендуют такие температурные параметры:

  1. Жилые помещения в глубине строения — 20 градусов.
  2. Жилые помещения в угловых и торцевых частях здания — 22 градуса.
  3. Кухня — 18 градусов. В кухонном помещении температура выше, так как в ней присутствуют дополнительные источники тепла (электрическая плита, холодильник и т.д.).
  4. Ванная комната и туалет — 25 градусов.

Схема температуры в случае верхнего розлива

Если в доме обустроено воздушное отопление, объем потока тепла, поступающий в комнату, зависит от пропускной возможности воздушного рукава. Регулируется поток ручной настройкой вентиляционных решеток, а контролируется — термометром.

Дом может обогреваться распределенными источниками тепловой энергии: электро- или газовые конвекторы, теплые полы на электричестве, масляные батареи, ИК-обогреватели, кондиционеры. В этом случае нужные температуры определяются настройкой термостата. В этом случае нужно предусмотреть такую мощность оборудования, которой бы хватало при максимальном уровне тепловых потерь.

Методики расчета

Расчет тепловой нагрузки на отопление можно произвести на примере конкретного помещения. Пусть в данном случае это будет сруб из 25-сантиметрового бурса с чердачным помещение и полом из древесины. Размеры здания: 12×12×3. В стенах имеется 10 окон и пара дверей. Дом расположен в местности, для которой характерны очень низкие температуры зимой (до 30 градусов мороза).

Расчеты можно произвести тремя способами, о которых пойдет речь ниже.

Первый вариант расчета

Согласно существующим нормам СНиП, на 10 квадратных метров нужен 1 кВт мощности. Данный показатель корректируется с учетом климатических коэффициентов:

  • южные регионы — 0,7-0,9;
  • центральные регионы — 1,2-1,3;
  • Дальний Восток и Крайний Север — 1,5-2,0.

Вначале определяем площадь дома: 12×12=144 квадратных метра. В таком случае базовый показатель тепловой нагрузке равен: 144/10=14,4 кВт. Полученный результат умножаем на климатическую поправку (будем использовать коэффициент 1,5): 14,4×1,5=21,6 кВт. Столько мощности нужно, чтобы в доме была комфортная температура.

Таблица соотношения мощности котла и площади дома

Совет! Рекомендуется предусмотреть, по крайней мере, 20% запас прочности для отопительного оборудования.

Второй вариант расчета

Способ, приведенный выше, страдает значительными погрешностями:

  1. Не учтена высота потолков, а ведь обогревать нужно не квадратные метры, а объем.
  2. Через оконные и дверные проемы теряется больше тепла, чем через стены.
  3. Не учтен тип здания — многоквартирное это здание, где за стенами, потолком и полом обогреваемые квартиры содей или это частный дом, где за стенами только холодный воздух.

Корректируем расчет:

  1. В качестве базового применим следующий показатель — 40 Вт на кубический метр.
  2. Для каждой двери предусмотрим по 200 Вт, а для окон — по 100 Вт.
  3. Для квартир в угловых и торцевых частях дома используем коэффициент 1,3. Если речь идет о самом высоком или самом низком этаже многоквартирного здания, используем коэффициент 1,3, а для частного строения — 1,5.
  4. Также снова применим климатический коэффициент.

Таблица климатического коэффициента

Производим расчет:

  1. Высчитываем объем помещения: 12×12×3=432 квадратных метра.
  2. Базовый показатель мощности равняется 432×40=17280 Вт.
  3. В доме есть десяток окон и пара дверей. Таким образом: 17280+(10×100)+(2×200)=18680Вт.
  4. Если речь идет о частном доме: 18680×1,5=28020 Вт.
  5. Учитываем климатический коэффициент: 28020×1,5=42030 Вт.

Итак, исходя из второго вычисления видно, что разница с первым способом расчета практически двукратная. При этом нужно понимать, что подобная мощность нужна только во время самых низких температур. Иными словами, пиковую мощность можно обеспечить дополнительными источниками обогрева, например, резервным обогревателем.

Третий вариант расчета

Есть еще более точный способ подсчета, в котором учитываются теплопотери.

Схема потери тепла в процентах

Формула для расчета такова: Q=DT/R, где:

  • Q — потери тепла на квадратный метр ограждающей конструкции;
  • DT — дельта между наружной и внутренней температурами;
  • R — уровень сопротивления при передаче тепла.

Обратите внимание! Порядка 40% тепла уходит в вентиляционную систему.

Чтобы упростить подсчеты, примем усредненный коэффициент (1,4) потерь тепла через ограждающие элементы. Осталось определить параметры термического сопротивления из справочной литературы. Ниже приведена таблица для наиболее часто применяемых конструкционных решений:

  • стена в 3 кирпича — уровень сопротивления составляет 0,592 на кв. м×С/Вт;
  • стена в 2 кирпича — 0,406;
  • стена в 1 кирпич — 0,188;
  • сруб из 25-сантиметрового бруса — 0,805;
  • сруб из 12-сантиметрового бруса — 0,353;
  • каркасный материал с утеплением минватой — 0,702;
  • пол из древесины — 1,84;
  • потолок или чердак — 1,45;
  • деревянная двойная дверь — 0,22.

Таблица значений утеплителей

Расчеты:

  1. Температурная дельта — 50 градусов (20 градусов тепла в помещении и 30 градусов мороза на улице).
  2. Потери тепла на квадратный метр пола: 50/1,84 (данные для пола из древесины)=27,17 Вт. Потери по всей площади пола: 27,17×144=3912 Вт.
  3. Теплопотери через потолок: (50/1,45)×144=4965 Вт.
  4. Рассчитываем площадь четырех стен: (12×3)×4=144 кв. м. Так как стены изготовлены из 25-сантиметрового бруса, R равняется 0,805. Тепловые потери: (50/0,805)×144=8944 Вт.
  5. Складываем полученные результаты: 3912+4965+8944=17821. Полученное число — общие теплопотери дома без учета особенностей потерь через окна и двери.
  6. Прибавляем 40% вентиляционных потерь: 17821×1,4=24,949. Таким образом, понадобится котел на 25 кВт.

Выводы

Даже самый продвинутый из перечисленных способов не учитывает всего спектра потерь тепла. Поэтому рекомендуется покупать котел с некоторым запасом мощности. В связи с этим приведем несколько фактов по особенностям КПД разных котлов:

  1. Газовое котельное оборудование работают с очень стабильным КПД, а конденсационные и соляровые котлы переходят на экономичный режим при небольшой нагрузке.
  2. Электрокотлы имеют 100% коэффициент полезного действия.
  3. Не допускается работа в режиме ниже номинальной мощности для твердотопливных котельных аппаратов.

Твердотопливные котлы регулируются ограничителем поступления воздуха в топочную камеру, однако при недостаточном уровне кислорода не происходит полного выгорания топлива. Это приводит к образованию большого количества золы и снижению КПД. Исправить положение можно при помощи теплового аккумулятора. Бак с теплоизоляцией устанавливается между трубами подачи и обратки, размыкая их. Таким образом, создается малый контур (котел — буферный бак) и большой контур (бак — отопительные приборы).

Схема с тепловым аккумулятором

Схема функционирует следующим образом:

  1. После закладки топлива оборудование работает на номинальной мощности. Благодаря естественной или принудительной циркуляции, происходит передача тепла в буфер. После сгорания топлива, циркуляция в малом контуре прекращается.
  2. В течение последующих часов тепловой носитель циркулирует по большому контуру. Буфер медленно передает тепло батареям или теплому полу.

Увеличенная мощность потребует дополнительных затрат. При этом запас мощности оборудования дает важный положительный результат: интервал между загрузками топлива значительно увеличивается.

klivent.biz

Как грамотно выполнить расчет тепловых нагрузок на отопление

Отопление частного дома » Монтаж отопления » Расчет систем отопления

Как рассчитать тепловую нагрузку

Спросите у любого специалиста, как правильно организовать систему отопления в здании. При этом не важно — жилой это объект или промышленный. И профессионал ответит, что главное — это точно составить расчеты и грамотно выполнить проектирование. Речь, в частности, идет о расчете тепловой нагрузки на отопление. От этого показателя зависит объем потребления тепловой энергии, а значит, и топлива. То есть экономические показатели стоят рядом с техническими характеристиками.

Выполнение точных расчетов позволяет получить не только полный список необходимой для проведения монтажных работ документации, но и подобрать нужное оборудование, дополнительные узлы и материалы.

Тепловые нагрузки — определение и характеристики

Что обычно подразумевают под термином «тепловая нагрузка на отопление»? Это количество теплоты, которое отдают все приборы отопления, установленные в здании. Чтобы избежать лишних трат на производство работ, а также покупку ненужных приборов и материалов, и необходим предварительный расчет. С его помощью можно отрегулировать правила установки и распределения теплоты по всем помещениям, причем сделать это можно экономично и равномерно.

Но и это еще не все. Очень часто специалисты проводят расчеты, полагаясь на точные показатели. Они касаются размеров дома и нюансов строительства, где учитывается разнообразие элементов здания и их соответствие требованиям теплоизоляции и прочего. Именно точные показатели дают возможность правильно сделать расчеты и, соответственно, получить максимально приближенные к идеалу варианты распределения тепловой энергии по помещениям.

Но нередко случаются ошибки в расчетах, что приводит к неэффективной работе отопления в целом. Подчас приходится переделывать в ходе эксплуатации не только схемы, но и участки системы, что приводит к дополнительным расходам.

Какие же параметры влияют на расчет тепловой нагрузки в целом? Здесь необходимо разделить нагрузку на несколько позиций, куда входят:

  • Система центрального отопления.
  • Система теплый пол, если таковой установлен в доме.
  • Система вентиляции — как принудительной, так и естественной.
  • Горячее водоснабжение здания.
  • Ответвления на дополнительные бытовые нужды. К примеру, на сауну или баню, на бассейн или душ.

Основные характеристики

Профессионалы не упускают из виду ни одну мелочь, которая может повлиять на правильность расчета. Отсюда и достаточно больший список характеристик системы отопления, которые следует принимать во внимание. Вот только некоторые из них:

  1. Назначение объекта недвижимости или его тип. Это может быть жилое здание или промышленное. У поставщиков тепловой энергии есть нормы, которые распределяются по типу зданий. Именно они часто становятся основополагающими при проведении расчетов.
  2. Архитектурная часть здания. Сюда можно включить ограждающие элементы (стены, кровля, перекрытия, полы), их габаритные размеры, толщину. Обязательно учитываются всевозможные проемы — балконы, окна, двери и прочее. Очень важно принять во внимание наличие подвалов и чердаков.
  3. Температурный режим для каждого помещения в отдельности. Это очень важно, потому что общие требования к температуре в доме не дают точной картины распределения тепла.
  4. Назначение помещений. В основном это относится к производственным цехам, в которых необходимо более строгое соблюдение температурного режима.
  5. Наличие специальных помещений. К примеру, в жилых частных домах это могут быть бани или сауны.
  6. Степень технического оснащения. Учитывается наличие системы вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения, тип используемого отопления.
  7. Количество точек, через которые проводится отбор горячей воды. И чем больше таких точек, тем большей тепловой нагрузке подвергается система отопления.
  8. Количество находящихся на объекте людей. От этого показателя зависят такие критерии, как влажность внутри помещений и температура.
  9. Дополнительные показатели. В жилых помещениях можно выделить количество санузлов, отдельных комнат, балконов. В промышленных зданиях — количество смен работающих, число дней в году, когда работает сам цех в технологической цепочке.

Что включают в расчет нагрузок

Схема отопления

Расчет тепловых нагрузок на отопление проводят еще на стадии проектирования здания. Но при этом обязательно учитывают нормы и требования различных стандартов.

К примеру, теплопотери ограждающих элементов здания. Причем в расчет берутся все помещения в отдельности. Далее, это мощность, которая необходима для нагрева теплоносителя. Приплюсуем сюда количество тепловой энергии, требующейся для нагрева приточной вентиляции. Без этого расчет будет не очень точным. Прибавим также энергию, которая затрачивается на обогрев воды для бани или бассейна. Специалисты обязательно принимают во внимание и дальнейшее развитие теплосистемы. Вдруг через несколько лет вам вздумается устроить в собственном частном доме турецкий хамам. Поэтому необходимо прибавить к нагрузкам несколько процентов — обычно до 10%.

Рекомендация! Рассчитывать тепловые нагрузки с «запасом» необходимо для загородных домов. Именно запас позволит в будущем избежать дополнительных финансовых затрат, которые часто определяются суммами в несколько нулей.

Особенности расчета тепловой нагрузки

Параметры воздуха, а точнее, его температура берутся из ГОСТов и СНиПов. Здесь же подбираются коэффициенты теплопередачи. Кстати, паспортные данные всех видов оборудования (котлы, радиаторы отопления и прочее) берутся в расчет обязательно.

Что обычно включают в традиционный расчет нагрузки тепла?

  • Во-первых, максимальный поток тепловой энергии, исходящей от приборов отопления (радиаторов).
  • Во-вторых, максимальный расход тепла за 1 час эксплуатации отопительной системы.
  • В-третьих, общие тепловые затраты за определенный период времени. Обычно подсчитывают сезонный период.

Если все эти расчеты соизмерить и сопоставить с площадью теплоотдачи системы в целом, то получится достаточно точный показатель эффективности обогрева дома. Но придется учитывать и небольшие отклонения. К примеру, снижение потребления тепла в ночное время. Для промышленных объектов также придется учитывать выходные и праздничные дни.

Методы определения тепловых нагрузок

Проектирование теплого пола

В настоящее время специалисты пользуются тремя основными способами расчета тепловых нагрузок:

  1. Расчет основных теплопотерь, где учитываются только укрупненные показатели.
  2. Учитываются показатели, основанные на параметрах ограждающих конструкций. Сюда обычно добавляются потери на нагрев внутреннего воздуха.
  3. Производится расчет всех систем, которые входят в отопительные сети. Это и отопление, и вентиляция.

Есть еще один вариант, который называется укрупненным расчетом. Его обычно применяют в том случае, когда отсутствуют какие-либо основные показатели и параметры здания, необходимые для стандартного расчета. То есть фактические характеристики могут отличаться от проектных.

Для этого специалисты используют очень простую формулу:

Q max от.=α x V x q0 x (tв-tн.р.) x 10 -6

α — это поправочный коэффициент, зависящий от региона строительства (табличная величина) V — объем здания по наружным плоскостям

q0 — характеристика отопительной системы по удельному показателю, обычно определяется по самым холодным дням в году

Виды тепловых нагрузок

Тепловые нагрузки, которые используются в расчетах системы отопления и подборе оборудования, имеют несколько разновидностей. К примеру, сезонные нагрузки, для которых присущи следующие особенности:

  1. Изменение температуры снаружи помещений в течение всего отопительного сезона.
  2. Метеорологические особенности региона, где построен дом.
  3. Скачки нагрузки на систему отопления в течение суток. Этот показатель обычно проходит по категории «незначительные нагрузки», потому что ограждающие элементы предотвращают большое давление на отопление в целом.
  4. Все, что касается тепловой энергии, связанной с системой вентиляции здания.
  5. Тепловые нагрузки, которые определяются в течение всего года. Например, потребление горячей воды в летней сезон снижается всего лишь на 30-40%, если сравнивать его с зимним временем года.
  6. Сухое тепло. Эта особенность присуща именно отечественным отопительным системам, где учитывается достаточно большой ряд показателей. К примеру, количество оконных и дверных проемов, количество проживающих или находящихся постоянно в доме людей, вентиляция, воздухообмен через всевозможные щели и зазоры. Для определения этой величины используют сухой термометр.
  7. Скрытая тепловая энергия. Существует и такой термин, который определяется испарениями, конденсацией и так далее. Для определения показателя используют влажный термометр.

Регуляторы тепловых нагрузок

Программируемый контроллер, диапазон температур — 5-50 C

Современные отопительные агрегаты и приборы обеспечиваются комплектом разных регуляторов, с помощью которых можно изменять тепловые нагрузки, чтобы тем самым избежать провалов и скачков тепловой энергии в системе. Практика показала, что с помощью регуляторов можно не только снизить нагрузки, но и привести систему отопления к рациональному использованию топлива. А это уже чисто экономическая сторона вопроса. Особенно это относится к промышленным объектам, где за перерасход топлива приходится выплачивать достаточно большие штрафы.

Если же вы не уверены в правильности своих расчетов, то воспользуйтесь услугами специалистов.

Давайте рассмотрим еще пару формул, которые касаются разных систем. К примеру, системы вентиляции и горячего водоснабжения. Здесь вам потребуются две формулы:

Qв.=qв.V(tн.-tв.) — это касается вентиляции. Здесь: tн. и tв — температура воздуха снаружи и внутри qв. — удельный показатель

V — внешний объем здания

Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср — для горячего водоснабжения, где

tг.-tх — температура горячей и холодной воды r — плотность воды в — отношение максимальной нагрузки к средней, которая определяется ГОСТами П — количество потребителей

Gср — средний показатель расхода горячей воды

Комплексный расчет

В комплексе с расчетными вопросами обязательно проводят исследования теплотехнического порядка. Для этого применяют различные приборы, которые выдают точные показатели для расчетов. К примеру, для этого обследуют оконные и дверные проемы, перекрытия, стены и так далее.

Именно такое обследование помогает определить нюансы и факторы, которые могут оказать существенное влияние на теплопотери. К примеру, тепловизорная диагностика точно покажет температурный перепад при прохождении определенного количества тепловой энергии через 1 квадратный метр ограждающей конструкции.

Так что практические измерения незаменимы при проведении расчетов. Особенно это касается узких мест в конструкции здания. В этом плане теория не сможет точно показать, где и что не так. А практика укажет, где необходимо применить разные методы защиты от теплопотерь. Да и сами расчеты в этом плане становятся точнее.

Заключение по теме

Расчетная тепловая нагрузка — очень важный показатель, получаемый в процессе проектирования системы отопления дома. Если подойти к делу с умом и провести все необходимые расчеты грамотно, то можно гарантировать, что отопительная система будет работать отлично. И при этом можно будет сэкономить на перегревах и прочих затратах, которых можно просто избежать.

Похожие записи

Комментарии и отзывы к материалу

gidotopleniya.ru

Способы расчета мощности системы отопления (+пример)

Установка системы автономного отопления для частного дома или городской квартиры всегда начинается с создания проекта. Одной из главных задач, стоящих перед специалистами на этой стадии, является определение полной потребности имеющихся площадей в энергии нагретого теплоносителя для нужд отопления и, если необходимо, горячего водоснабжения.

Пример системы отопления частного дома

Для этого обычно выполняется расчет величины тепловых нагрузок или теплотехнический расчёт помещения.

Содержание

Зачем нужен расчет тепловых нагрузок

Расчёт тепловой энергии на отопление необходим для правильного определения характеристик системы с учетом индивидуальных особенностей объекта: тип и назначение здания, количество проживающих людей, материал и конфигурация каждого помещения, географическое положение и многие другие. Вычисление размера тепловой нагрузки является отправной точкой для дальнейших расчетов параметров оборудования отопления:

  • Подбор мощности котла. Это самый важный фактор, определяющий эффективность системы отопления в целом. Производительность котла должна обеспечивать бесперебойную работу всех потребителей в любых условиях, в том числе и при наиболее низких температурах (в самую холодную пятидневку). Вместе с тем при избыточной мощности котла часть вырабатываемой энергии, а следовательно, и денег хозяев будет в буквальном смысле вылетать в трубу;
  • Согласование подключения к газовой сети. Для того чтобы получить разрешение на присоединение к газотранспортной магистрали, необходимо разработать ТУ на подключение. В заявке обязательно указывается планируемый годовой расход газа и оценка суммарной тепловой мощности всех потребителей;
  • Расчет периферийного оборудования. Тип и характеристики батарей, длина и сечение труб, производительность циркуляционного насоса и многие другие параметры также определяются в результате расчета тепловых нагрузок.
к меню ↑

Приблизительные методики оценки

Точный расчет отопления помещения – это сложная инженерная задача, которая требует определенной квалификации и наличия специальных знаний. Именно поэтому ее чаще всего поручают специалистам.

Однако, как и в некоторых других случаях, существуют более простые способы, которые дают приблизительную оценку величины необходимой тепловой энергии и могут быть выполнены самостоятельно.

Можно выделить следующие методы определения тепловой нагрузки:

  • Расчёт по площади помещения. Существует мнение, что строительство жилых домов обычно производится по проектам, которые уже учитывают климатические особенности конкретного региона и предполагают использование материалов, обеспечивающих необходимый тепловой баланс. Поэтому при устройстве системы отопления с достаточной долей точности можно использовать коэффициент удельной мощности, который не зависит от конкретных особенностей здания.

    Для Москвы и области этот коэффициент обычно берется равным 100–150 Вт/м2, а полная нагрузка вычисляется его умножением на общую площадь помещения.

  • Учет объема и температуры. Немного более сложный алгоритм позволяет принять во внимание высоту потолков, уровень комфорта в зоне отопления, а также, очень приблизительно, учесть особенности самого здания.

    Тепловая нагрузка вычисляется по формуле: Q = V*ΔT*K/860. Здесь V – объем (произведение длины, ширины и высоты помещения), ΔT – разница температур внутри и снаружи, К – коэффициент потерь энергии тепла.

    Именно с помощью коэффициента К в расчет и закладываются конструктивные особенности здания. Например, для сооружений из двойной кирпичной кладки с обычной кровлей значение К берется из диапазона 1,0–1,9, а для упрощенных деревянных конструкций оно может достигать 3,0–4,0.

  • Метод укрупненных показателей. Этот метод похож на предыдущий, но используется для определения тепловой нагрузки при устройстве системы отопления больших объектов, например, многоквартирных зданий.

Несмотря на простоту и доступность, указанные методы дают лишь примерную оценку тепловой нагрузки вашего дома или квартиры. Результаты, полученные с их помощью, могут отличаться от реальных как в большую, так и в меньшую сторону. Недостатки устройства маломощной системы отопления очевидны, но и сознательно закладывать необоснованный запас по мощности также нежелательно. Использование более производительного, чем требуется, оборудования приведет к его быстрому износу, перерасходу электрической энергии и топлива.

Применять приведенные выше формулы на практике рекомендуется с большой долей осторожности. Такие расчеты могут быть оправданы в самых простых случаях, например, при выборе циркуляционного насоса для имеющегося котла или для получения грубых оценок величины затрат на отопление.

к меню ↑

Точный расчет тепловой нагрузки

Эффективность теплоизоляции любого помещения зависит от его конструктивных особенностей. Известно, что основная часть тепловых потерь (до 40%) приходится на наружные стены, 20% — на оконные системы, по 10% — на крышу и пол. Остальное тепло уходит через двери и вентиляцию. Очевидно, что расчёт величины нагрузки на отопление обязательно должен учитывать эти особенности распределения тепловой энергии. Для этого используются соответствующие коэффициенты:

  • К1 – учитывает тип окон. Для двухкамерных стеклопакетов его значение равно 1, для трехкамерных – 0,85, для обычного остекления – 1, 27;
  • К2 – теплоизоляция стен. Может изменяться от 1 для пенобетона с улучшенной теплопроводностью до 1,5 для кладки в полтора кирпича или бетонных блоков;
  • К3 – конфигурация помещения (соотношение площади окон и пола). Естественно, чем больше окон, тем больше тепловой энергии уходит на улицу. При размерах остекления в 20% от площади пола этот коэффициент равен единице, при увеличении доли окон до 50% он также возрастает до 1,5;
  • К4 – минимальная уличная температура в течение всего сезона. Здесь логика также очевидна – чем холоднее на улице, тем большие коррективы необходимо вносить в расчет тепловых нагрузок. За единицу берется температура -20 °C, далее прибавляется или вычитается по 0,1 на каждые 5 °C;
  • К5 – количество наружных стен. Для одной стены коэффициент равен 1, для двух и трех – 1,2, для четырех – 1,33;
  • К6 – тип помещения над рассматриваемой комнатой. Если сверху жилой этаж – то 0,82, если теплый чердак – 0,91, для холодного чердака значение коэффициента равно 1,0;
  • К7 – учитывает высоту потолков. Чаще всего это 1,0 для высоты 2,5 м или 1,05 — для 3 м.

Определив все поправочные коэффициенты, можно рассчитать тепловые нагрузки для каждого помещения:

Qi=q*Si*K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7,

где q =100 Вт/м2, а Si – площадь помещения. Из формулы видно, что каждый из указанных коэффициентов увеличивает расчетную величину теплопотерь, если его значение больше единицы, и уменьшает ее в противном случае.

Просуммировав теплопотери всех помещений, получаем общую величину мощности системы отопления:

Q=Σ Qi, i = 1…N,

где N – количество помещений в доме. Эту величину обычно увеличивают на 15–20% для создания запаса тепловой энергии на непредвиденные случаи: очень сильные морозы, нарушение теплоизоляции, разбитое окно и т. д.

к меню ↑

Практический пример расчёта

В качестве примера рассмотрим расчет мощности оборудования, необходимой для отопления помещений брусового дома площадью 150 м2, имеющего теплый чердак, три внешние стены и окна из двойных стеклопакетов. Площадь остекления – 25%, высота стен 2,5 м. Температуру на улице в самую холодную пятидневку будем считать равной -28 °C.

Определяем поправочные коэффициенты:

  • К1=1,0 (двухкамерный стеклопакет).
  • К2=1,25 (материал стен – брус).
  • К3=1,1 (для площади остекления 21 — 29%).
  • К4=1,16 (считаем методом интерполяции для крайних значений: 1,1 при -25 °C и 1,2 при -30 °C).
  • К5=1,22 – три наружные стены.
  • К6=0,91 – наверху теплый чердак.
  • К7=1,0 – высота потолков 2,5 м.

Считаем полную тепловую нагрузку:

Q=100 Вт/м2*135 м2*1,0*1,25*1,1*1,16*1,22*0,91*1,0 = 23,9 кВт.

Теперь определяем мощность системы отопления: W=Q*1,2 = 28,7 кВт.

Отметим, что если бы для расчета мы использовали упрощенную методику, основанную на учете только площади помещения, то получили 15­–22,5 кВт (100–150 Вт х 150 м2). Система работала бы на пределе, без запаса по мощности. Таким образом, данный пример еще раз подчеркивает важность применения точных методик определения тепловых нагрузок на отопление.

all-for-teplo.ru

Тепловая нагрузка на отопление: определения и расчеты

Тема этой статьи — тепловая нагрузка. Мы выясним, что представляет собой этот параметр, от чего он зависит и как может рассчитываться. Кроме того, в статье будет приведен ряд справочных значений теплового сопротивления разных материалов, которые могут понадобиться для расчета.

Монтаж отопительного оборудования в доме или на предприятии всегда начинается с расчетов.

Что это такое

Термин, в сущности, интуитивно-понятный. Под тепловой нагрузкой подразумевается то количество тепловой энергии, которое необходимо для поддержания в здании, квартире или отдельном помещении комфортной температуры.

Максимальная часовая нагрузка на отопление, таким образом – это, то количество тепла, которое может потребоваться для поддержания нормированных параметров в течение часа в наиболее неблагоприятных условиях.

Какие условия считать неблагоприятными? Вопрос неразрывно связан с тем, от чего, собственно, зависит тепловая нагрузка.

Факторы

Итак, что влияет на потребность здания в тепле?

  • Материал и толщина стен. Понятно, что стена в 1 кирпич (25 сантиметров) и стена из газобетона под 15-сантиметровой пенопластовой шубой пропустят ОЧЕНЬ разное количество тепловой энергии.
  • Материал и структура кровли. Плоская крыша из железобетонных плит и утепленный чердак тоже будут весьма заметно различаться по теплопотерям.
  • Вентиляция — еще один важный фактор. Ее производительность, наличие или отсутствие системы рекуперации тепла влияют на то, сколько тепла теряется с отработанным воздухом.
  • Площадь остекления. Через окна и стеклянные фасады теряется заметно больше тепла, чем через сплошные стены.

Однако: тройные стеклопакеты и стекла с энергосберегающим напылением уменьшают разницу в несколько раз.

  • Уровень инсоляции в вашем регионе, степень поглощения солнечного тепла внешним покрытием и ориентация плоскостей здания относительно сторон света. Крайние случаи — дом, находящийся в течение всего дня в тени других строений и дом, ориентированный черной стеной и наклонной кровлей черного цвета с максимальной площадью на юг.

Стены дома на фото зачернены именно для того, чтобы поглощать как можно больше солнечного тепла.

  • Дельта температур между помещением и улицей определяет тепловой поток через ограждающие конструкции при постоянном сопротивлении теплопередаче. При +5 и -30 на улице дом будет терять разное количество тепла. Уменьшит, разумеется, потребность в тепловой энергии и снижение температуры внутри здания.
  • Наконец, в проект часто приходится закладывать перспективы дальнейшего строительства. Скажем, если текущая тепловая нагрузка равна 15 киловаттам, но в ближайшем будущем планируется пристроить к дому утепленную веранду — логично приобрести бытовой отопительный котел с запасом по тепловой мощности.

Распределение

В случае водяного отопления пиковая тепловая мощность источника тепла должна быть равна сумме тепловой мощности всех отопительных приборов в доме. Разумеется, разводка тоже не должна становиться узким местом.

Распределение отопительных приборов по помещениям определяется несколькими факторами:

  1. Площадью комнаты и высотой ее потолка;
  2. Расположением внутри здания. Угловые и торцевые помещения теряют больше тепла, чем те, которые расположены в середине дома.
  3. Удаленностью от источника тепла. В индивидуальном строительстве этот параметр означает удаленность от котла, в системе центрального отопления многоквартирного дома — тем, подключена батарея к стояку подачи или обратки и тем, на каком этаже вы живете.

Уточнение: в домах с нижним розливом стояки соединяются попарно. На подающем — температура убывает при подъеме с первого этажа к последнему, на обратном, соответственно, наоборот.

Как распределятся температуры в случае верхнего розлива — догадаться тоже нетрудно.

  1. Желаемой температурой в помещении. Помимо фильтрации тепла через внешние стены, внутри здания при неравномерном распределении температур тоже будет заметна миграция тепловой энергии через перегородки.

Рекомендованные СНиП значения таковы:

  1. Для жилых комнат в середине здания — 20 градусов;
  2. Для жилых комнат в углу или торце дома — 22 градуса. Более высокая температура, среди прочего, препятствует промерзанию стен.
  3. Для кухни — 18 градусов. В ней, как правило, есть большое количество собственных источников тепла — от холодильника до электроплиты.
  4. Для ванной комнаты и совмещенного санузла нормой являются 25С.

В случае воздушного отопления тепловой поток, поступающий в отдельную комнату, определяется пропускной способностью воздушного рукава. Как правило, простейший метод регулировки — ручная подстройка положений регулируемых вентиляционных решеток с контролем температур по термометру.

Наконец, в случае, если речь идет о системе обогрева с распределенными источниками тепла (электрические или газовые конвектора, электрические теплые полы, масляные радиаторы отопления, инфракрасные обогреватели и кондиционеры) необходимый температурный режим просто задается на термостате. Все, что требуется от вас — обеспечить пиковую тепловую мощность приборов на уровне пика теплопотерь помещения.

Электрические радиаторы и конвектора снабжаются термостатами. Средняя тепловая мощность автоматически подгоняется по потребность помещения в тепле.

Методики расчета

Уважаемый читатель, у вас хорошее воображение? Давайте представим себе дом. Пусть это будет сруб из 20-сантиметрового бруса с чердаком и деревянным полом.

Мысленно дорисуем и конкретизируем возникшую в голове картинку: размеры жилой части здания будут равны 10*10*3 метра; в стенах мы прорубим 8 окон и 2 двери — на передний и внутренний дворы. А теперь поместим наш дом… скажем, в город Кондопога в Карелии, где температура в пик морозов может опуститься до -30 градусов.

Определение тепловой нагрузки на отопление может быть выполнено несколькими способами с разной сложностью и достоверностью результатов. Давайте воспользуемся тремя наиболее простыми.

Способ 1

Действующие СНиП предлагают нам простейший способ расчета. На 10 м2 берется один киловатт тепловой мощности. Полученное значение умножается на региональный коэффициент:

  • Для южных регионов (Черноморское побережье, Краснодарский край) результат умножается на 0,7 — 0,9.
  • Умеренно-холодный климат Московской и Ленинградской областей заставит использовать коэффициент 1,2-1,3. Думается, наша Кондопога попадет именно в эту климатическую группу.
  • Наконец, для Дальнего Востока районов Крайнего Севера коэффициент колеблется от 1,5 для Новосибирска до 2,0 для Оймякона.

Инструкция по расчету с использованием этого метода неимоверно проста:

  1. Площадь дома равна 10*10=100 м2.
  2. Базовое значение тепловой нагрузки равно 100/10=10 КВт.
  3. Умножаем на региональный коэффициент 1,3 и получаем 13 киловатт тепловой мощности, необходимых для поддержания комфорта в доме.

Эта таблица предлагает пойти по пути упрощения еще дальше. В общем-то, как мы выясним позже, избыточная мощность котла проблем не создаст.

Однако: если уж пользоваться столь простой методикой, лучше сделать запас как минимум в 20% для компенсации погрешностей и экстремальных холодов. Собственно, будет показательным сравнить 13 КВт со значениями, полученными другими способами.

Способ 2

Понятно, что при первом методе расчета погрешности будут огромными:

  • Высота потолков в разных строениях сильно различается. С учетом того, что греть нам приходится не площадь, а некий объем, причем при конвекционном отоплении теплый воздух собирается под потолком — фактор важный.
  • Окна и двери пропускают больше тепла, чем стены.
  • Наконец, будет явной ошибкой стричь под одну гребенку городскую квартиру (причем независимо от ее расположения внутри здания) и частный дом, у которого внизу, вверху и за стенами не теплые квартиры соседей, а улица.

Что же, скорректируем метод.

  • За базовое значение возьмем 40 ватт на кубометр объема помещения.
  • На каждую дверь, ведущую на улицу, добавим к базовому значению 200 ватт. На каждое окно — 100.
  • Для угловых и торцевых квартир в многоквартирном доме введем коэффициент 1,2 — 1,3 в зависимости от толщины и материала стен. Его же используем для крайних этажей в случае, если подвал и чердак плохо утеплены. Для частного дома значение умножим и вовсе на 1,5.
  • Наконец, применим те же региональные коэффициенты, что и в предыдущем случае.

Климатическая зона в любом случае влияет на расчеты.

Как там поживает наш домик в Карелии?

  1. Объем равен 10*10*3=300 м2.
  2. Базовое значение тепловой мощности равно 300*40=12000 ватт.
  3. Восемь окон и две двери. 12000+(8*100)+(2*200)=13200 ватт.
  4. Частный дом. 13200*1,5=19800. Мы начинаем смутно подозревать, что при подборе мощности котла по первой методике пришлось бы померзнуть.
  5. А ведь еще остался региональный коэффициент! 19800*1,3=25740. Итого — нам нужен 28-киловаттный котел. Разница с первым значением, полученным простым способом — двукратная.

Однако: на практике такая мощность потребуется лишь в несколько дней пика морозов. Зачастую разумным решением будет ограничить мощность основного источника тепла меньшим значением и купить резервный нагреватель (к примеру, электрокотел или несколько газовых конвекторов).

Способ 3

Не обольщайтесь: описанный способ тоже весьма несовершенен. Мы весьма условно учли тепловое сопротивление стен и потолка; дельта температур между внутренним и внешним воздухом тоже учтена лишь в региональном коэффициенте, то есть весьма приблизительно. Цена упрощения расчетов — большая погрешность.

Вспомним: для поддержания внутри здания постоянной температуры нам нужно обеспечить количество тепловой энергии, равное всем потерям через ограждающие конструкции и вентиляцию. Увы, и здесь нам придется несколько упростить себе расчеты, пожертвовав достоверностью данных. Иначе полученные формулы должны будут учитывать слишком много факторов, которые трудно измерить и систематизировать.

Потери тепла сильно зависят от материала стен. Кроме того, не меньше трети тепловой энергии уходит через вентиляцию.

Упрощенная формула выглядит так: Q=DT/R, где Q — количество тепла, которое теряет 1 м2 ограждающей конструкции; DT — дельта температур между внутренней и внешней температурами, а R — сопротивление теплопередаче.

Заметьте: мы говорим о потерях тепла через стены, пол и потолок. В среднем еще около 40% тепла теряется через вентиляцию. Ради упрощения расчетов мы подсчитаем теплопотери через ограждающие конструкции, а потом просто умножим их на 1,4.

Дельту температур измерить легко, но где брать данные о термическом сопротивлении?

Увы — только из справочников. Приведем таблицу для некоторых популярных решений.

  • Стена в три кирпича (79 сантиметров) обладает сопротивлением теплопередаче в 0,592 м2*С/Вт.
  • Стена в 2,5 кирпича — 0,502.
  • Стена в два кирпича — 0,405.
  • Стена в кирпич (25 сантиметров) — 0,187.
  • Бревенчатый сруб с диаметром бревна 25 сантиметров — 0,550.
  • То же, но из бревен диаметром 20 см — 0,440.
  • Сруб из 20-сантиметрового бруса — 0,806.
  • Сруб из брус толщиной 10 см — 0,353.
  • Каркасная стена толщиной 20 сантиметров с утеплением минеральной ватой — 0,703.
  • Стена из пено- или газобетона при толщине 20 сантиметров — 0,476.
  • То же, но с толщиной, увеличенной до 30 см — 0,709.
  • Штукатурка толщиной 3 сантиметра — 0,035.
  • Потолочное или чердачное перекрытие — 1,43.
  • Деревянный пол — 1,85.
  • Двойная дверь из дерева — 0,21.

Таблица содержит ряд значений для популярных утеплителей разной толщины.

А теперь вернемся к нашему дому. Какими параметрами мы располагаем?

  • Дельта температур в пик морозов будет равной 50 градусам (+20 внутри и -30 снаружи).
  • Теплопотери через квадратный метр пола составят 50/1,85 (сопротивление теплопередачи деревянного пола) =27,03 ватта. Через весь пол — 27,03*100=2703 ватта.
  • Посчитаем потери тепла через потолок: (50/1,43)*100=3497 ватт.
  • Площадь стен равна (10*3)*4=120 м2. Поскольку у нас стены выполнены из 20-санттиметрового бруса, параметр R равен 0,806. Потери тепла через стены равны (50/0,806)*120=7444 ватта.
  • Теперь сложим полученные значения: 2703+3497+7444=13644. Именно столько наш дом будет терять через потолок, пол и стены.

Заметьте: чтобы не высчитывать доли квадратных метров, мы пренебрегли разницей в теплопроводности стен и окон с дверьми.

  • Затем добавим 40% потерь на вентиляцию. 13644*1,4=19101. Согласно этому расчету нам должно хватить 20-киловаттного котла.

Выводы и решение проблем

Как видите, имеющиеся способы расчета тепловой нагрузки своими руками дают весьма существенные погрешности. К счастью, избыточная мощность котла не повредит:

  • Газовые котлы на уменьшенной мощности работают практически без падения КПД, а конденсационные так и вовсе выходят на наиболее экономичный режим при неполной нагрузке.
  • То же самое касается соляровых котлов.
  • Электрическое нагревательное оборудование любого типа всегда имеет КПД, равный 100 процентам (разумеется, это не относится к тепловым насосам). Вспомните физику: вся мощность, не потраченная на совершения механической работы (то есть перемещения массы против вектора гравитации) в конечном счете, расходуется на нагрев.

Единственный тип котлов, для которых работа на мощности меньше номинальной противопоказана — твердотопливные. Регулировка мощности в них осуществляется довольно примитивным способом — ограничением притока воздуха в топку.

Что в результате?

  1. При недостатке кислорода топливо сгорает не полностью. Образуется больше золы и сажи, которые загрязняют котел, дымоход и атмосферу.
  2. Следствие неполного сгорания — падение КПД котла. Логично: ведь часто топлива покидает котел до того, как сгорела.

Ограничение мощности твердотопливного котла сказывается на его КПД.

Однако и здесь есть простой и изящный выход — включение в схему отопления теплоаккумулятора. Теплоизолированный бак емкостью до 3000 литров подключается между подающим и обратным трубопроводом, размыкая их; при этом формируется малый контур (между котлом и буферной емкостью) и большой (между емкостью и отопительными приборами).

Как работает такая схема?

  • После растопки котел работает на номинальной мощности. При этом за счет естественной или принудительной циркуляции его теплообменник отдает тепло буферной емкости. После того, как топливо прогорело, циркуляция в малом контуре останавливается.
  • Следующие несколько часов теплоноситель движется по большому контуру. Буферная емкость постепенно отдает накопленное тепло радиаторам или водяным теплым полам.

Как видите, в этом случае запас по мощности котла будет иметь исключительно положительное последствие — больший промежуток времени между растопками (читайте также статью «Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления и зависимость от нее температуры теплоносителя»).

Простое решение сложной проблемы.

Заключение

Как обычно, некоторое количество дополнительной информации о том, как еще может быть рассчитана тепловая нагрузка, вы найдете в видео в конце статьи. Теплых зим!

загрузка...

otoplenie-gid.ru

Смотрите также