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.

Распределение теплопотерь частного дома.

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.
Закрытая автономная система не будет работать без расширительного бака.
  • 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.

Обстоятельства?

  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.
Отапливать квадратный метр площади в этом доме явно труднее, чем в хрущевке.
  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.
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:
Регион Коэффициент
Краснодар, Крым 0,7-0,9
Ленинградская и Столичная области 1,2-1,3
Сибирь, Дальний Восток 1,5-1,6
Чукотка, Якутия 2,0

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

Параметр Значение
Высота потолков 3,2 м
Количество окон 8
Количество ведущих на улицу дверей 2
Размещение Г. Тында (средняя температура января - -28С)
Зима в Тынде.
  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.
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 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 утепления Ограждающие конструкции
0,6 - 0,9 Пенопластовая либо минераловатная шуба, утепленная кровля, энергосберегающие тройные стеклопакеты
1,-1,9 Кладка в полтора кирпича, однокамерные стеклопакеты
2 - 2,9 Кладка в кирпич, окна в древесных рамах без утепления
3-4 Кладка 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.

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

Параметры некоторых биметаллических секционных радиаторов.

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 радиатора Тепловой поток на одну секцию, ватты
Чугунный 140-160
Биметаллический (алюминий и сталь) 180
Алюминиевый 200

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.

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 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.
Мощность котла должна соответствовать количеству теплоносителя.

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

V = (Vt х E)/D.

В ней:

  • 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, С Расширение, %
30 0,75
40 1,18
50 1,68
60 2,25
70 2,89
80 3,58
90 4,34
100 5,16

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.

На фото - антифриз для системы отопления.

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

В ней:

  • 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.

Итак:

  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%, 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.

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

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).

В ней:

  • 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.

Параметры насоса обычно указываются в его маркировке.

Диаметр труб

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

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

В ней:

  • 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.

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

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!

Добавить комментарий