Расчет тепловой нагрузки помещения. Виды нагревательных котлов

Чтобы выяснить, какой мощностью должно располагать теплосиловое оборудование частного дома, нужно определить общую нагрузку на систему отопления, для чего и выполняется тепловой расчет. В данной статье мы не станем говорить об укрупненной методике подсчетов по площади или объему здания, а представим более точный способ, используемый проектировщиками, только в упрощенном виде для лучшего восприятия. Итак, на систему отопления дома ложится 3 вида нагрузок:

• компенсация потерь тепловой энергии, уходящей сквозь строительные конструкции (стены, полы, кровлю);
• нагрев воздуха, потребного для вентиляции помещений;
• подогрев воды для нужд ГВС (когда в этом задействован котел, а не отдельный нагреватель).

Определение потерь тепла через наружные ограждения

Для начала представим формулу из СНиП, по которой производится расчет тепловой энергии, теряемой через строительные конструкции, отделяющие внутреннее пространство дома от улицы:

Q = 1/R х (tв – tн) х S, где:

• Q – расход тепла, уходящего через конструкцию, Вт;
• R – сопротивление передаче тепла сквозь материал ограждения, м2ºС / Вт;
• S – площадь этой конструкции, м2;
• tв – температура, которая должна быть внутри дома, ºС;
• tн – средняя уличная температура за 5 самых холодных дней, ºС.

Для справки. Согласно методике расчет теплопотерь выполняется отдельно для каждого помещения. С целью упростить задачу предлагается взять здание в целом, приняв приемлемую среднюю температуру 20-21 ºС.

Площадь для каждого вида наружного ограждения вычисляется отдельно, для чего измеряются окна, двери, стены и полы с кровлей. Так делается, потому что они изготовлены из разных материалов различной толщины. Так что расчет придется делать отдельно для всех видов конструкций, а результаты потом просуммировать. Самую холодную уличную температуру в своем районе проживания вы наверняка знаете из практики. А вот параметр R придется рассчитать отдельно по формуле:

R = δ / λ, где:

• λ – коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/(мºС);
• δ – толщина материала в метрах.

Примечание. Значение λ – справочное, его нетрудно отыскать в любой справочной литературе, а для пластиковых окон этот коэффициент вам подскажут производители. Ниже приводится таблица с коэффициентами теплопроводности некоторых стройматериалов, причем для вычислений надо брать эксплуатационные значения λ.

В качестве примера подсчитаем, сколько тепла потеряет 10 м2 кирпичной стены толщиной 250 мм (2 кирпича) при разнице температур снаружи и в доме 45 ºС:

R = 0.25 м / 0.44 Вт/(м · ºС) = 0.57 м2 ºС / Вт.

Q = 1/0.57 м2 ºС / Вт х 45 ºС х 10 м2 = 789 Вт или 0.79 кВт.

Если стена состоит из разных материалов (конструкционный материал плюс утеплитель), то их тоже надо считать отдельно по приведенным выше формулам, а результаты суммировать. Таким же образом просчитываются окна и кровля, а вот с полами дело обстоит иначе. Первым делом необходимо нарисовать план здания и разбить его на зоны шириной 2 м, как это сделано на рисунке:

Теперь следует вычислить площадь каждой зоны и поочередно подставить в главную формулу. Вместо параметра R нужно взять нормативные значения для зоны I, II, III и IV, указанные ниже в таблице. По окончании расчетов результаты складываем и получаем общие потери тепла через полы.

Расход на подогрев вентиляционного воздуха

Малосведущие люди часто не учитывают, что приточный воздух в доме тоже надо подогревать и эта тепловая нагрузка тоже ложится на отопительную систему. Холодный воздух все равно попадает в дом извне, хотим мы того или нет, и на его нагрев нужно затратить энергию. Больше того, в частном доме должна функционировать полноценная приточно-вытяжная вентиляция, как правило, с естественным побуждением. Воздухообмен создается благодаря наличию тяги в вентиляционных каналах и дымоходе котла.

Предлагаемая в нормативной документации методика определения тепловой нагрузки от вентиляции достаточно сложна. Довольно точные результаты можно получить, если просчитать эту нагрузку по общеизвестной формуле через теплоемкость вещества:

Qвент = cmΔt, здесь:

• Qвент – количество теплоты, потребное для нагрева приточного воздуха, Вт;
• Δt – разница температур на улице и внутри дома, ºС;
• m – масса воздушной смеси, поступающей извне, кг;
• с – теплоемкость воздуха, принимается 0.28 Вт / (кг ºС).

Сложность расчета этого типа тепловой нагрузки заключается в правильном определении массы нагреваемого воздуха. Выяснить, сколько его попадает внутрь дома, при естественной вентиляции сложно. Поэтому стоит обратиться к нормативам, ведь здания строят по проектам, где заложены потребные воздухообмены. А нормативы говорят, что в большинстве комнат воздушная среда должна меняться 1 раз в час. Тогда берем объемы всех помещений и прибавляем к ним нормы расхода воздуха на каждый санузел – 25 м3/ч и кухонную газовую плиту – 100 м3/ч.

Чтобы произвести расчет тепловой нагрузки на отопление от вентиляции, полученный объем воздуха надо пересчитать в массу, узнав его плотность при разных температурах из таблицы:

Предположим, что общее количество приточного воздуха составляет 350 м3/ч, температура снаружи – минус 20 ºС, внутри – плюс 20 ºС. Тогда его масса составит 350 м3 х 1.394 кг/м3 = 488 кг, а тепловая нагрузка на отопительную систему - Qвент = 0.28 Вт / (кг ºС) х 488 кг х 40 ºС = 5465.6 Вт или 5.5 кВт.

Тепловая нагрузка от нагрева воды для ГВС

Для определения этой нагрузки можно воспользоваться той же простой формулой, только теперь надо посчитать тепловую энергию, расходуемую на подогрев воды. Ее теплоемкость известна и составляет 4.187 кДж/кг °С или 1.16 Вт/кг °С. Учитывая, что семье из 4 человек на все потребности достаточно 100 л воды на 1 сутки, нагретой до 55 °С, подставляем эти цифры в формулу и получаем:

QГВС = 1.16 Вт/кг °С х 100 кг х (55 – 10) °С = 5220 Вт или 5.2 кВт теплоты в сутки.

Примечание. По умолчанию принято, что 1 л воды равен 1 кг, а температура холодной водопроводной воды равна 10 °С.

Единица мощности оборудования всегда отнесена к 1 часу, а полученные 5.2 кВт – к суткам. Но делить эту цифру на 24 нельзя, ведь горячую воду мы хотим получать как можно скорее, а для этого котел должен располагать запасом мощности. То есть, эту нагрузку надо прибавить к остальным как есть.

Заключение

Данный расчет нагрузок на отопление дома даст гораздо более точные результаты, нежели традиционный способ по площади, хотя потрудиться придется. Конечный результат нужно обязательно умножить на коэффициент запаса – 1.2, а то и 1.4 и по рассчитанному значению подбирать котельное оборудование. Еще один способ укрупненного расчета тепловых нагрузок по нормативам показан на видео:

Уют и комфорт жилья начинаются не с выбора мебели, отделки и внешнего вида в целом. Они начинаются с тепла, которое обеспечивает отопление. И просто приобрести для этого дорогой нагревательный котел () и качественные радиаторы недостаточно – сначала необходимо спроектировать систему, которая будет поддерживать в доме оптимальную температуру. Но чтобы получить хороший результат, нужно понимать, что и как следует делать, какие существуют нюансы и как они влияют на процесс. В этой статье вы ознакомитесь с базовыми знаниями о данном деле – что такое системы отопления, как он проводится и какие факторы на него влияют.

Для чего необходим тепловой расчет

Некоторые владельцы частных домов или те, кто только собираются их возводить, интересуются тем, есть ли какой-то смысл в тепловом расчете системы отопления? Ведь речь идет о простом загородном коттедже, а не о многоквартирном доме или промышленном предприятии. Достаточно, казалось бы, только купить котел, поставить радиаторы и провести к ним трубы. С одной стороны, они частично правы – для частных домовладений расчет отопительной системы не является настолько критичным вопросом, как для производственных помещений или многоквартирных жилых комплексов. С другой стороны, существует три причины, из-за которых подобное мероприятие стоит провести. , вы можете прочитать в нашей статье.

1. Тепловой расчет существенно упрощает бюрократические процессы, связанные с газификацией частного дома.
2. Определение мощности, требуемой для отопления жилья, позволяет выбрать нагревательный котел с оптимальными характеристиками. Вы не переплатите за избыточные характеристики изделия и не будет испытывать неудобств из-за того, что котел недостаточно мощен для вашего дома.
3. Тепловой расчет позволяет более точно подобрать , трубы, запорную арматуру и прочее оборудование для отопительной системы частного дома. И в итоге все эти довольно дорогостоящие изделия проработают столько времени, сколько заложено в их конструкции и характеристиках.

Исходные данные для теплового расчета системы отопления

Прежде чем приступать к подсчетам и работе с данными, их необходимо получить. Здесь для тех владельцев загородных домов, которые прежде не занимались проектной деятельностью, возникает первая проблема – на какие характеристики стоит обратить свое внимание. Для вашего удобства они сведены в небольшой список, представленный ниже.

1. Площадь постройки, высота до потолков и внутренний объем.
2. Тип здания, наличие примыкающих к нему строений.
3. Материалы, использованные при возведении постройки – из чего и как сделаны пол, стены и крыша.
4. Количество окон и дверей, как они обустроены, насколько качественно утеплены.
5. Для каких целей будут использоваться те или иные части здания – где будут располагаться кухня, санузел, гостиная, спальни, а где – нежилые и технические помещения.
6. Продолжительность отопительного сезона, средний минимум температуры в этот период.
7. «Роза ветров», наличие неподалеку других строений.
8. Местность, где уже построен или только еще будет возводиться дом.
9. Предпочтительная для жильцов температура тех или иных помещений.
10. Расположение точек для подключения к водопроводу, газу и электросети.

Расчет мощности системы отопления по площади жилья

Одним из наиболее быстрых и простых для понимания способов определения мощности отопительной системы является расчет по площади помещения. Подобный метод широко применяется продавцами нагревательных котлов и радиаторов. Расчет мощности системы отопления по площади происходит в несколько простых шагов.

Шаг 1. По плану или уже возведенному зданию определяется внутренняя площадь постройки в квадратных метрах.

Шаг 2. Полученная цифра умножается на 100-150 – именно столько ватт от общей мощности отопительной системы нужно на каждый м 2 жилья.

Шаг 3. Затем результат умножается на 1,2 или 1,25 – это необходимо для создания запаса мощности, чтобы отопительная система была способна поддерживать комфортную температуру в доме даже в случае самых сильных морозов.

Шаг 4. Вычисляется и записывается конечная цифра – мощность системы отопления в ваттах, необходимая для обогрева того или иного жилья. В качестве примера – для поддержания комфортной температуры в частном доме площадью 120 м 2 потребуется примерно 15 000 Вт.

Совет! В некоторых случаях владельцы коттеджей разделяют внутреннюю площадь жилья на ту часть, которой требуется серьезный обогрев, и ту, для которой подобное излишне. Соответственно, для них применяются разные коэффициенты – к примеру, для жилых комнат это 100, а для технических помещений – 50-75.

Шаг 5. По уже определенным расчетным данным подбирается конкретная модель нагревательного котла и радиаторов.

Следует понимать, что единственным преимуществом подобного способа теплового расчета отопительной системы является скорость и простота. При этом метод обладает множеством недостатков.

1. Отсутствие учета климата в той местности, где возводиться жилье – для Краснодара система отопления с мощностью 100 Вт на каждый квадратный метр будет явно избыточной. А для Крайнего Севера она может оказаться недостаточной.
2. Отсутствие учета высоты помещений, типа стен и полов, из которых они возведены – все эти характеристики серьезно влияют на уровень возможных тепловых потерь и, следовательно, на необходимую мощность отопительной системы для дома.
3. Сам способ расчета системы отопления по мощности изначально был разработан для больших производственных помещений и многоквартирных домов. Следовательно, для отдельного коттеджа он не является корректным.
4. Отсутствие учета количества окон и дверей, выходящих на улицу, а ведь каждый из подобных объектов является своеобразным «мостиком холода».

Так имеет ли смысл применять расчет системы отопления по площади? Да, но только в качестве предварительных прикидок, позволяющих получить хоть какое-то представление о вопросе. Для достижения лучших и более точных результатов следует обратиться к более сложным методикам.

Представим следующий способ расчета мощности системы отопления – он также является довольно простым и понятным, но при этом отличается более высокой точностью конечного результата. В данном случае основой для вычислений становится не площадь помещения, а его объем. Кроме того, в расчете учитывается количество окон и дверей в здании, средний уровень морозов снаружи. Представим небольшой пример применения подобного метода – имеется дом общей площадью 80 м 2 , комнаты в котором имеют высоту 3 м. Постройка располагается в Московской области. Всего есть 6 окон и 2 двери, выходящие наружу. Расчет мощности тепловой системы будет выглядеть так. «Как сделать , Вы можете прочитать в нашей статье».

Шаг 1. Определяется объем здания. Это может быть сумма каждой отдельной комнаты либо общая цифра. В данном случае объем вычисляется так – 80*3=240 м 3 .

Шаг 2. Подсчитывается количество окон и количество дверей, выходящих на улицу. Возьмем данные из примера – 6 и 2 соответственно.

Шаг 3. Определяется коэффициент, зависящий от местности, в которой стоит дом и того, насколько там сильные морозы.

Таблица. Значения региональных коэффициентов для расчета мощности отопления по объему.

Так как в примере речь идет о доме, построенном в Московской области, то региональный коэффициент будет иметь значение 1,2.

Шаг 4. Для отдельно стоящих частных коттеджей определенное в первой операции значение объема здания умножается на 60. Делаем подсчет – 240*60=14 400.

Шаг 5. Затем результат вычисления предыдущего шага множится на региональный коэффициент: 14 400 * 1,2 = 17 280.

Шаг 6. Число окон в доме умножается на 100, число дверей, выходящих наружу – на 200. Результаты суммируются. Вычисления в примере выглядят следующим образом – 6*100 + 2*200 = 1000.

Шаг 7. Цифры, полученные по итогам пятого и шестого шагов, суммируются: 17 280 + 1000 = 18 280 Вт. Это и есть мощность отопительной системы, необходимая для поддержания оптимальной температуры в здании при условиях, указанных выше.

Стоит понимать, что расчет системы отопления по объему также не является абсолютно точным – в вычислениях не уделяется внимание материалу стен и пола здания и их теплоизоляционным свойствам. Также не делается поправка на естественную вентиляцию, свойственную любому дому.

Укажите запрашиваемые данные и нажмите
«РАССЧИТАТЬ ОБЪЕМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ»

КОТЁЛ

Объем теплообменника котла, литров (паспортная величина)

РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАК

Объем расширительного бака, литров

ПРИБОРЫ ИЛИ СИСТЕМЫ ТЕПЛООБМЕНА

Разборные, секционные радиаторы

Тип радиатора:

Общее количество секций

Неразборные радиаторы и конвекторы

Объем прибора по паспорту

Количество приборов

Теплый пол

Тип и диаметр трубы

Общая длина контуров

ТРУБЫ КОНТУРА ОТОПЛЕНИЯ (подача + обратка)

Стальные трубы ВГП

Ø ½ ", метров

Ø ¾ ", метров

Ø 1 ", метров

Ø 1¼ ", метров

Ø 1½ ", метров

Ø 2 ", метров

Армированные полипропиленовые трубы

Ø 20 мм, метров

Ø 25 мм, метров

Ø 32 мм, метров

Ø 40 мм, метров

Ø 50 мм, метров

Металлопластиковые трубы

Ø 20 мм, метров

Ø 25 мм, метров

Ø 32 мм, метров

Ø 40 мм, метров

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ (теплоаккумулятор, гидрострелка, коллектор, теплобоменник и другие)

Наличие дополнительных приборов и устройств:

Суммарный объем дополнительных элементов системы

Видео — Расчет тепловой мощности систем отопления

Тепловой расчет системы отопления – пошаговая инструкция

Перейдем от быстрых и простых способов расчета к более сложному и точному методу, учитывающему различные факторы и характеристики жилья, для которого проектируется система отопления. Используемая формула похожа по своему принципу на ту, что использовалась для расчета по площади, но дополнена огромным количеством корректирующих коэффициентов, каждый из которых отображает тот или иной фактор или характеристику здания.

Q=1,2*100*S*К 1 *К 2 *К 3 *К 4 *К 5 *К 6 *К 7

Теперь разберем составляющие этой формулы по отдельности. Q – конечный результат вычислений, необходимая мощность отопительной системы. В данном случае представлен в ваттах, при желании вы можете перевести его в КВт*ч. , Вы можете прочитать в нашей статье.

А 1,2 – это коэффициент резерва по мощности. Желательно учитывать его в ходе расчетов – тогда вы точно можете быть уверены в том, что нагревательный котел обеспечит вам комфортную температуру в доме даже в самые сильные морозы за окном.

Цифру 100 вы могли видеть ранее – это количество ватт, необходимых для обогрева одного квадратного метра жилой комнаты. Если речь идет о нежилом помещении, кладовке и т. д. – его можно изменить в меньшую сторону. Также данная цифра нередко корректируется, исходя из личных предпочтений хозяина дома – кому-то комфортно в «натопленной» и очень теплой комнате, кому-то больше по душе прохлада поэтому п , возможно подойдет вам.

S – площадь комнаты. Высчитывается на основе плана постройки или уже по готовым помещениям.

Теперь перейдем непосредственно к корректирующим коэффициентам. К 1 учитывает конструкцию окон, применяющихся в той или иной комнате. Чем больше значение – тем выше потери тепла. Для самого простого одинарного стекла К 1 равен 1,27, для двойного и тройного стеклопакетов – 1 и 0,85 соответственно.

К 2 учитывает фактор потерь тепловой энергии через стены здания. Значение зависит от того, из какого материала они сложены, и обладают ли слоем теплоизоляции.

Некоторые из примеров данного коэффициента приведены в следующем списке:

• кладка в два кирпича со слоем теплоизоляции 150 мм – 0,85;
• пенобетон – 1;
• кладка в два кирпича без теплоизоляции – 1,1;
• кладка в полтора кирпича без теплоизоляции – 1,5;
• стена бревенчатого сруба – 1,25;
• стена из бетона без утепления – 1,5.

К 3 показывает соотношение площади окон к площади помещения. Очевидно, что чем больше их – тем выше теплопотери, так как каждое окно является «мостиком холода», и полностью этот фактор нельзя устранить даже для самых качественных тройных стеклопакетов с прекрасным утеплением. Значения данного коэффициента приведены в таблице ниже.

Таблица. Корректирующий коэффициент соотношения площади окон к площади помещения.

Соотношение площади окон к площади пола в помещении	Значение коэффициента К3
10%	0,8
20%	1,0
30%	1,2
40%	1,4
50%	1,5

По своей сути К 4 похож на региональный коэффициент, который использовался в тепловом расчете системы отопления по объему жилья. Но в данном случае он привязан не к какой-то конкретной местности, а к среднему минимуму температуры в самый холодный месяц года (обычно для этого выбирается январь). Соответственно, чем этот коэффициент выше, тем больше энергии потребуется для отопительных нужд – прогреть помещение при -10°С намного проще, чем при -25°С.

Все значения К 4 приведены ниже:

• до -10°С – 0,7;
• -10°С – 0,8;
• -15°С – 0,9;
• -20°С – 1,0;
• -25°С – 1,1;
• -30°С – 1,2;
• -35°С – 1,3;
• ниже -35°С – 1,5.

Следующий коэффициент К 5 учитывает число стен в помещении, выходящих наружу. Если она одна – его значение равно 1, для двух – 1,2, для трех – 1,22, для четырех – 1,33.

Важно! В ситуации, когда тепловой расчет применяется для всего дома сразу, используется К 5 , равный 1,33. Но значение коэффициента может уменьшиться в том случае, когда к коттеджу пристроен отапливаемый сарай или гараж.

Перейдем к двум последним корректирующим коэффициентам. К 6 учитывает то, что находится над помещением – жилой и отапливаемый этаж (0,82), утепленный чердак (0,91) или холодный чердак (1).

К 7 корректирует результаты расчета в зависимости от высоты комнаты:

• для помещения высотой 2,5 м – 1;
• 3 м – 1,05;
• 5 м – 1,1;
• 0 м – 1,15;
• 5 м – 1,2.

Совет! При расчетах также стоит обратить внимание на розу ветров в той местности, где будет располагаться дом. Если он будет постоянно находиться под воздействием северного ветра, то потребуется более мощная .

Результатом применения формулы, изложенной выше, станет требуемая мощность отопительного котла для частного дома. А теперь приведем пример расчета по данному способу. Исходные условия следующие.

1. Площадь помещения – 30 м 2 . Высота – 3 м.
2. В качестве окон используются двойные стеклопакеты, их площадь относительно таковой у комнаты – 20%.
3. Тип стены – кладка в два кирпича без слоя теплоизоляции.
4. Средний минимум января для местности, где стоит дом, составляет -25°С.
5. Помещение является угловым в коттедже, следовательно, наружу выходят две стены.
6. Над комнатой – утепленный чердак.

Формула для теплового расчета мощности отопительной системы будет выглядеть следующим образом:

Q=1,2*100*30*1*1,1*1*1,1*1,2*0,91*1,02=4852 Вт

Двухтрубная схема нижней разводки системы отопления

Важно! Существенно ускорить и упростить процесс расчета системы отопления поможет специальное программное обеспечение.

После завершения расчетов, изложенных выше, необходимо определить, сколько радиаторов и с каким числом секций понадобится для каждого отдельного помещения. Для подсчета их количества есть простой способ.

Шаг 1. Определяется материал, из которого будут изготовлены батареи отопления в доме. Это может быть сталь, чугун, алюминий или биметаллический композит.

Шаг 3. Подбираются модели радиаторов, подходящих владельцу частного дома по стоимости, материалу и некоторым другим характеристикам.

Шаг 4. На основании технической документации, ознакомиться с которой можно на сайте компании-производителя или продавца радиаторов, определяется, какую мощность выдает каждая отдельная секция батареи.

Шаг 5. Последний шаг – разделить мощность, требуемую на обогрев помещения, на мощность, вырабатываемую отдельной секцией радиатора.

На этом ознакомление с базовыми знаниями о тепловом расчете системы отопления и способах его осуществления можно считать законченным. Для получения большего объема информации желательно обратиться к специализированной литературе. Также будет не лишним ознакомиться с нормативными документами, такими как СНиП 41-01-2003.

СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Файл для скачивания (нажмите на ссылку, чтобы открыть PDF-файл в новом окне).

Здравствуйте, уважаемые читатели! Сегодня небольшой пост про расчет количества тепла на отопление по укрупненным показателям. Вообще то нагрузка на отопление принимается по проекту, то есть в договор теплоснабжения вносятся те данные, которые просчитал проектировщик.

Но зачастую таких данных просто нет, особенно если здание небольшое, например гараж, или какое нибудь подсобное помещение. В этом случае нагрузку на отопление в Гкал/ч просчитывают по так называемым укрупненным показателям. Об этом я писал . И уже эта цифра идет в договор как расчетная отопительная нагрузка. Как же считается эта цифра? А считается она по формуле:

Qот = α*qо*V*(tв-tн.р)*(1+Kн.р)*0,000001; где

α — поправочный коэффициент, который учитывает климатические условия района, он применяется в тех случаях, когда расчетная температура воздуха на улице отличается от -30 °С;

qо — удельная отопительная характеристика здания при tн.р = -30 °С, ккал/куб.м*С;

V — объем здания по наружному обмеру, м³ ;

tв — расчетная температура внутри отапливаемого здания, °С;

tн.р — расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С;

Kн.р — коэффициент инфильтрации, который обусловлен тепловым и ветровым напором, то есть соотношением тепловых потерь зданием с инфильтрацией и теплопередачей через наружные ограждения при температуре воздуха на улице, которая является расчетной для проектирования отопления.

Вот так, в одну формулу можно посчитать тепловую нагрузку на отопление любого здания. Конечно, расчет этот в значительной степени приближенный, однако он рекомендуется в технической литературе по теплоснабжению. Теплоснабжающие организации также вносят эту цифру отопительной нагрузки Qот, в Гкал/ч, в договоры теплоснабжения. Так что расчет нужный. Расчет этот хорошо представлен в книге — В.И.Манюк, Я.И.Каплинский, Э.Б.Хиж и др. «Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей». Эта книжка у меня одна из настольных, очень хорошая книга.

Также этот расчет тепловой нагрузки на отопление здания можно делать по «Методике определения количеств тепловой энергии и теплоносителя в водяных системах коммунального водоснабжения» РАО «Роскоммунэнерго» Госстроя России. Правда, в расчете в этой методике есть неточность (в формуле 2 в приложении №1 указано 10 в минус третьей степени, а должно быть 10 в минус шестой степени, в расчетах это необходимо учитывать), более подробно об этом можно прочитать в комментариях к этой статье.

Я этот расчет полностью автоматизировал, добавил справочные таблицы, в том числе таблицу климатических параметров всех регионов бывшего СССР (из СНиП 23.01.99 «Строительная климатология»). Приобрести расчет в виде программы за 100 рублей можно, написав мне по электронной почте [email protected].

Буду рад комментариям к статье.

Метод теплового расчета являет собой определение площади поверхности каждого отдельного отопительного прибора, который отдает в помещение тепло. Расчет тепловой энергии на отопление в данном случае учитывает максимальный уровень температуры теплоносителя, который предназначен для тех отопительных элементов, для которых и проводится теплотехнический расчет системы отопления. То есть, в случае если теплоноситель – вода, то берется средняя ее температура в отопительной системе. При этом учитывается расход теплоносителя. Точно также, в случае если теплоносителем является пар, то расчет тепла на отопление использует значение высшей температуры пара при определенном уровне давления в отопительном приборе.

Методика расчета

Чтобы осуществить расчет теплоэнергии на отопление, необходимо взять показатели теплопотребности отдельного помещения. При этом из данных следует вычесть теплоотдачу теплопровода, который расположен в данном помещении.

Площадь поверхности, отдающей тепло, будет зависеть от нескольких факторов – прежде всего, от типа используемого прибора, от принципа соединения его с трубами и от того, как именно он располагается в помещении. При этом следует отметить, что все эти параметры влияют также на плотность потока тепла, исходящего от прибора.

Расчет отопительных приборов системы отопления – теплоотдачу отопительного прибора Q можно определить по следующей формуле:

Q пр = q пр* A p .

Однако воспользоваться ею можно только в том случае, если известен показатель поверхностной плотности теплового прибора q пр (Вт/м 2).

Отсюда же можно вычислить и расчетную площадь А р. При этом важно понимать, что расчетная площадь любого отопительного прибора не зависит от типа теплоносителя.

А р = Q np /q np ,

в которой Q np – уровень требуемой для определенного помещения теплоотдачи прибора.

Тепловой расчет отопления учитывает, что для определения теплоотдачи прибора для определенного помещения используется формула:

Q пp = Q п - µ тр *Q тр

при этом показатель Q п – это теплопотребность комнаты, Q тр – суммарная теплоотдача всех элементов отопительной системы, расположенной в комнате. Расчет тепловой нагрузки на отопление подразумевает, что сюда относится не только радиатор, но и трубы, которые к нему подведены, и транзитный теплопровод (если есть). В данной формуле µ тр – коэффициент поправки, который предусматривает частичную теплоотдачу системы, рассчитанную на поддержание постоянной температуры в помещении. При этом размер поправки может колебаться в зависимости от того, как именно прокладывались трубы отопительной системы в помещении. В частности – при открытом методе – 0,9; в борозде стены – 0,5; вмурованные в бетонную стену – 1,8.

Расчет необходимой мощности отопления, то есть – суммарная теплоотдача (Q тр - Вт) всех элементов отопительной системы определяется при помощи следующей формулы:

Q тр = µk тр *µ*d н *l*(t г - t в)

В ней k тр – показатель коэффициента теплоотдачи определенного отрезка трубопровода, расположенного в помещении, d н - наружный диаметр трубы, l – длинна отрезка. Показатели t г и t в показывают температуру теплоносителя и воздуха в помещении.

Формула Q тр = q в *l в + q г *l г используется для определения уровня теплоотдачи теплопровода, присутствующего в помещении. Для определения показателей следует обратиться к специальной справочной литературе. В ней можно найти определение тепловой мощности системы отопления – определение теплоотдачи вертикально (q в) и горизонтально (q г) проложенного в помещении теплопровода. Найденные данным показывают теплоотдачу 1м трубы.

Перед тем, как рассчитать гкал на отопление, на протяжении многих лет вычисления, производимые по формуле A p = Q np /q np и измерения теплоотдающих поверхностей отопительной системы, проводились с использованием условной единицы – эквивалентных квадратных метрах. При этом экм был условно равен поверхности прибора отопления с теплоотдачей 435 ккал/ч (506 Вт). Расчет гкал на отопление предполагает, что при этом разность температур теплоносителя и воздуха (t г - t в) в помещении составляла 64,5°С, а относительный расход воды в системе равнялся показателю G отн = l,0.

Расчет тепловых нагрузок на отопление подразумевает, что при этом гладкотрубные и панельные отопительные приборы, которые имели большую теплоотдачу, чем эталонные радиаторы времен СССР, имели площадь экм, которая значительно отличалась от показателя их физической площади. Соответственно, площадь экм менее эффективных отопительных приборов была значительно ниже, чем их площадь физическая.

Впрочем, такой двойственный замер площади приборов отопления в 1984 году было упрощено, и экм отменили. Таким образом, с того момента площадь отопительного прибора измерялась только в м 2 .

После того, как будет просчитана необходимая для помещения площадь отопительного прибора и расчет тепловой мощности системы отопления, можно приступать к подбору необходимого радиатора по каталогу отопительных элементов.

При этом получается, что чаще всего площадь приобретаемого элемента получается несколько больше той, которая была получена путем вычислений. Это довольно легко объяснить – ведь подобная поправка учитывается заранее посредством введения в формулы повышающего коэффициента µ 1 .

Сегодня весьма распространены секционные радиаторы. Их длина напрямую зависит от количества используемых секций. Для того чтобы произвести расчет количества тепла на отопление – то есть, высчитать оптимальное количество секций для определенного помещения, используется формула:

N = (A p /a 1)(µ 4 / µ 3)

В ней а 1 – это площадь одной секции радиатора, выбранного для установки в помещении. Измеряется в м 2 . µ 4 –коэффициент поправки который вносится на способ установки отопительного радиатора. µ 3 – коэффициент поправки, который указывает реальное количество секций в радиаторе (µ 3 - 1,0 при условии, что А р = 2,0 м 2). Для стандартных радиаторов типа М-140 данный параметр определяется по формуле:

µ 3 =0,97+0,06/А р

При тепловых испытаниях используются стандартные радиаторы, состоящие в среднем, из 7-8 секций. То есть, определенный нами расчет расхода тепла на отопление – то есть, коэффициент теплопередачи, является реальным только для радиаторов именно такого размера.

Следует отметить, что при применении радиаторов с меньшим количеством секций наблюдается незначительное увеличение уровня теплоотдачи.

Это связано с тем, что в крайних секциях тепловой поток несколько более активен. Кроме того, открытые торцы радиатора способствуют большей теплоотдаче в воздух помещения. В случае если количество секций больше – наблюдается ослабление тока в крайних секциях. Соответственно, для достижения необходимого уровня теплоотдачи наиболее рациональным является незначительное увеличение длины радиатора за счет добавления секций, что не повлияет на мощность системы отопления.

Для тех радиаторов, площадь одной секции в которых составляет 0,25 м 2 , существует формула для определения коэффициента µ 3:

µ 3 = 0,92 + 0,16 /А р

Но следует учитывать, что крайне редко при использовании данной формулы получается целое число секций. Чаще всего искомое количество оказывается дробным. Расчет нагревательных приборов системы отопления предполагает, что для получения более точного результата допустимо незначительное (не более чем на 5%) снижение коэффициента А р. Такое действие приводит к ограничению уровня отклонения температурного показателя в помещении. Когда произведен расчет тепла на отопление помещения, после получения результата устанавливается радиатор с максимально близким к полученному значению количеством секций.

Расчет мощности отопления по площади предполагает, что определенные условия на установку радиаторов накладывает и архитектура дома.

В частности, если имеется внешняя ниша под окном, то длина радиатора должна быть менее длины ниши – не менее чем на 0,4 м. Такое условие действительно лишь при прямой подводке трубы к радиатору. В случае если применена подводка с уткой, разница длины ниши и радиатора должна составлять минимум 0,6 м. При этом лишние секции следует выделить как отдельный радиатор.

Для отдельных моделей радиаторов формула расчета тепла на отопление – то есть, определения длины, не применяется, поскольку данный параметр заранее определен производителем. Это в полной мере относится к радиаторам типа РСВ или РСГ. Однако нередки случаи, когда для увеличения площади прибора отопления данного типа используется просто параллельная установка двух панелей рядом.

Если панельный радиатор определен как единственный допустимый для данного помещения, то для определения количества необходимых радиаторов используется:

N = A p / a 1 .

При этом площадь радиатора – известный параметр. В случае если будет установлено два параллельных блока радиаторов, показатель А р увеличивают, определяя сниженный коэффициент теплопередачи.

В случае использования конвекторов с кожухом расчет мощности отопления учитывает, что их длина также определяется исключительно существующим модельным рядом. В частности, напольный конвектор «Ритм» представлен в двух моделях с длиной кожуха 1 м и 1,5 м. Настенные конвекторы также могут незначительно отличатся друг от друга.

В случае применения конвектора без кожуха существует формула, помогающая определить количество элементов прибора, после чего можно реализовать расчет мощности системы отопления:

N = A p / (n*a 1)

Здесь n – количество рядов и ярусов элементов, которые и составляют площадь конвектора. При этом a 1 – площадь одной трубы или элемента. При этом при определении расчетной площади конвектора необходимо учитывать не только количество его элементов, но и метод их соединения.

В случае применения в отопительной системе гладкотрубного прибора продолжительность его греющей трубы вычисляется следующим образом:

l = А р *µ 4 / (n*a 1)

µ 4 - это коэффициент поправки, который вносится при наличии декоративного укрытия трубы; n – количество рядов или ярусов греющих труб; а 1 – параметр, характеризующий площадь одного метра горизонтальной трубы при определенном заранее диаметре.

Для получения более точного (а не дробного числа), допускается незначительное (не более чем на 0,1 м 2 или же 5%) снижение показателя А.

Пример №1

Необходимо определить правильное количество секций для радиатора М140-А, который будет установлен в помещении, расположенном на верхнем этаже. При этом стена наружная, под подоконником ниша отсутствует. А расстояние от него до радиатора составляет всего 4 см. Высота помещения 2,7 м. Q n =1410 Вт, а t в =18 °С. Условия подключения радиатора: подсоединения к однотрубному стояку проточно-регулируемого типа (D y 20, кран КРТ с подводкой 0,4 м); разводка отопительной системы верхняя, t г = 105°С, а расход теплоносителя по стояку составляет G ст = 300 кг/ч. Разница температуры теплоносителя подающего стояка и рассматриваемого составляет 2°С.

Определяем средний показатель температуры в радиаторе:

t ср = (105 - 2) - 0,5х1410х1,06х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,8 °С.

Опираясь на полученные данные, вычисляем плотность теплового потока:

t ср = 100,8 - 18 = 82,8 °С

При этом следует отметить, что произошло незначительное изменение уровня расхода воды (360 до 300 кг/ч). Данный параметр практически никак не влияет на q np .

Q пр =650(82,8/70)1+0,3=809Вт/м2.

Далее определяем уровень теплоотдачи горизонтально (1г = 0,8 м) и вертикально (1в = 2,7 - 0,5 = 2,2 м) расположенных труб. Для этого следует воспользоваться формулой Q тр =q в хl в + q г хl г.

Получаем:

Q тр = 93х2,2 + 115х0,8 = 296 Вт.

Рассчитываем площадь требуемого радиатора по формуле A p = Q np /q np и Q пp = Q п - µ тр хQ тр:

А р =(1410-0,9х296)/809=1,41м 2 .

Рассчитываем необходимое количество секций радиатора М140-А, учитывая, что площадь одной секции составляет 0,254 м 2:

м 2 (µ4=1,05, µ 3 = 0,97 + 0,06 / 1,41= 1,01, воспользуемся формулой µ 3 = 0,97 + 0,06 / А р и определяем:

N=(1,41/0,254)х(1,05/1,01)=5,8.
То есть, расчет потребления тепла на отопление показал, что в помещении для достижения максимально комфортной температуры следует установить радиатор, состоящий из 6 секций.

Пример №2

Необходимо определить марку открытого настенного конвектора с кожухом КН-20к «Универсал-20», который устанавливается на однотрубный стояк проточного типа. Кран возле устанавливаемого прибора отсутствует.

Определяет среднюю температуру воды в конвекторе:

tcp = (105 - 2) - 0,5х1410х1,04х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,9 °С.

В конвекторах «Универсал-20» плотность теплового потока равна 357 Вт/м 2 .имеющиеся данные: µt cp =100,9-18=82,9°С, Gnp=300кг/ч. По формуле q пр =q ном (µ t ср /70) 1+n (G пр /360) p пересчитываем данные:

q np = 357(82,9 / 70)1+0,3(300 / 360)0,07 = 439 Вт/м 2 .

Определяем уровень теплоотдачи горизонтальных (1 г -=0,8 м) и вертикальных (l в =2,7 м) труб (с учетом D y 20) используя формулу Q тр = q в хl в +q г хl г. Получаем:

Q тр = 93х2,7 + 115х0,8 = 343 Вт.

Воспользовавшись формулой A p = Q np /q np и Q пp = Q п - µ тр хQ тр, определяем расчетную площадь конвектора:

А р =(1410 - 0,9х343) / 439 = 2,51 м 2 .

То есть, к установке принят конвектор «Универсал-20» длина кожуха которого составляет 0,845 м (модель КН 230-0,918, площадь которой 2,57м 2).

Пример №3

Для системы парового отопления необходимо определить количество и длину чугунных ребристых труб при условии, что установка открытого типа и производится в два яруса. При этом избыточное давление пара составляет 0,02 Мпа.

Дополнительные характеристики: t нac = 104,25 °С, t в =15 °С, Q п = 6500 Вт, Q тр = 350 Вт.

Воспользовавшись формулой µ t н = t нас - t в, определим разность температур:

µ t н = 104,25- 15 = 89,25 °С.

Определяем плотность теплового потока, воспользовавшись известным коэффициентом передачи данного типа труб в случае, когда они устанавливаются параллельно одна над другой - к=5,8 Вт/(м2-°С). Получаем:

q np = k np х µ t н = 5,8-89,25 = 518 Вт/м 2 .

Формула A p = Q np /q np помогает определить необходимую площадь прибора:

А р = (6500 - 0,9х350) / 518 = 11,9м 2 .

Чтоб определить количество необходимых труб, N = A p / (nхa 1). При этом следует воспользоваться такими данными: длина одной тубы – 1,5 м, площадь нагревательной поверхности – 3м 2 .

Вычисляем: N= 11,9/(2х3,0) = 2 шт.

То есть, в каждом ярусе необходимо установить по две трубы длиной 1,5 м. каждая. При этом вычислим общую площадь данного отопительного прибора: А = 3,0х*2х2 = 12,0 м 2 .

Тепловая нагрузка подразумевает под собой количество тепловой энергии, необходимое для поддержания комфортной температуры в доме, квартире или отдельной комнате. Под максимальной часовой нагрузкой на отопление подразумевается количество тепла, необходимое для поддержания нормированных показателей в течение часа в самых неблагоприятных условиях.

Факторы, влияющие на тепловую нагрузку

• Материал и толщина стен. К примеру, стена из кирпича в 25 сантиметров и стена из газобетона в 15 сантиметров способны пропустить разное количество тепла.
• Материал и структура крыши. Например, теплопотери плоской крыши из железобетонных плит значительно отличаются от теплопотерь утепленного чердака.
• Вентиляция. Потеря тепловой энергии с отработанным воздухом зависит от производительности вентиляционной системы, наличия или отсутствия системы рекуперации тепла.
• Площадь остекления. Окна теряют больше тепловой энергии по сравнению со сплошными стенами.
• Уровень инсоляции в разных регионах. Определяется степенью поглощения солнечного тепла наружными покрытиями и ориентацией плоскостей зданий по отношению к сторонам света.
• Разность температур между улицей и помещением. Определяется тепловым потоком через ограждающие конструкции при условии постоянного сопротивления теплопередаче.

Распределение тепловой нагрузки

При водяном отоплении максимальная тепловая мощность котла должна равняться сумме тепловой мощности всех устройств отопления в доме. На распределение устройств отопления влияют следующие факторы:

• Жилые комнаты в середине дома – 20 градусов;
• Угловые и торцевые жилые комнаты – 22 градуса. При этом за счет более высокой температуры не промерзают стены;
• Кухня – 18 градусов, поскольку в ней имеются собственные источники тепла – газовые или электрические плиты и пр.
• Ванная комната – 25 градусов.

При воздушном отоплении тепловой поток, который поступает в отдельное помещение, зависит от пропускной способности воздушного рукава. Зачастую простейшим способом его регулировки является подстройка положения решеток вентиляции с контролем температуры вручную.

При системе отопления, где применяется распределительный источник тепла (конвектора, теплые полы, электрообогреватели и т.д.), необходимый режим температуры устанавливается на термостате.

Методики расчета

Для определения тепловой нагрузки существует несколько способов, обладающие различной сложностью расчета и достоверностью полученных результатов. Далее представлены три наиболее простые методики расчета тепловой нагрузки.

Метод №1

Согласно действующему СНиП, существует простой метод расчета тепловой нагрузки. На 10 квадратных метров берут 1 киловатт тепловой мощности. Затем полученные данные умножаются на региональный коэффициент:

• Южные регионы имеют коэффициент 0,7-0,9;
• Для умеренно-холодного климата (Московская и Ленинградская области) коэффициент равен 1,2-1,3;
• Дальний Восток и районы Крайнего Севера: для Новосибирска от 1,5; для Оймякона до 2,0.

Расчет на примере:

1. Площадь здания (10*10) равна 100 квадратных метров.
2. Базовый показатель тепловой нагрузки 100/10=10 киловатт.
3. Это значение умножается на региональный коэффициент, равный 1,3, в итоге получается 13 кВт тепловой мощности, которые требуются для поддержания комфортной температуры в доме.

Обратите внимание! Если использовать эту методику для определения тепловой нагрузки, то необходимо еще учесть запас мощности в 20 процентов, чтобы компенсировать погрешности и экстремальные холода.

Метод №2

Первый способ определения тепловой нагрузки имеет много погрешностей:

• Разные строения имеют разную высоту потолков. Учитывая то, что обогревается не площадь, а объем, этот параметр очень важен.
• Через двери и окна проходит больше тепла, чем через стены.
• Нельзя сравнивать городскую квартиру с частным домом, где снизу, сверху и за стенами не квартиры, а улица.

Корректировка метода:

• Базовый показатель тепловой нагрузки равняется 40 ватт на 1 кубический метр объема помещения.
• Каждая дверь, ведущая на улицу, добавляет к базовому показателю тепловой нагрузки 200 ватт, каждое окно – 100 ватт.
• Угловые и торцевые квартиры многоквартирного дома имеют коэффициент 1,2-1,3, на который влияет толщина и материал стен. Частный дом обладает коэффициентом 1,5.
• Региональные коэффициенты равны: для Центральных областей и Европейской части России – 0,1-0,15; для Северных регионов – 0,15-0,2; для Южных регионов – 0,07-0,09 кВт/кв.м.

Расчет на примере:

Метод №3

Не стоит обольщаться – второй способ расчета тепловой нагрузки также весьма несовершенен. В нем весьма условно учтено тепловое сопротивление потолка и стен; разность температур между наружным воздухом и воздухом внутри.

Стоит отметить, чтобы поддерживать внутри дома постоянную температуру необходимо такое количество тепловой энергии, которое будет равняться всем потерям через вентиляционную систему и ограждающие устройства. Однако, и в этом методе расчеты упрощены, так как невозможно систематизировать и измерить все факторы.

На теплопотери влияет материал стен – 20-30 процентов потери тепла. Через вентиляцию уходит 30-40 процентов, через крышу – 10-25 процентов, через окна – 15-25 процентов, через пол на грунте – 3-6 процентов.

Чтобы упростить расчеты тепловой нагрузки, подсчитываются тепловые потери через ограждающие устройства, а затем это значение просто умножается на 1,4. Дельта температур измеряется легко, но взять данные про термическое сопротивление можно только в справочниках. Ниже приведены некоторые популярные значения термического сопротивления:

• Термическое сопротивление стены в три кирпича равно 0,592 м2*С/Вт.
• Стены в 2,5 кирпича составляет 0, 502.
• Стены в 2 кирпича равно 0,405.
• Стены в один кирпич (толщина 25 см) равно 0,187.
• Бревенчатого сруба, где диаметр бревна 25 см – 0,550.
• Бревенчатого сруба, где диаметр бревна 20 сантиметров – 0,440.
• Сруба, где толщина сруба 20 см – 0,806.
• Сруба, где толщина 10 см – 0,353.
• Каркасной стены, толщина которой 20 см, утепленной минеральной ватой – 0,703.
• Стены из газобетона, толщина которой 20 см – 0,476.
• Стены из газобетона, толщина которой 30 см – 0,709.
• Штукатурки, толщина которой 3 см – 0,035.
• Потолочного или чердачного перекрытия – 1,43.
• Деревянного пола – 1,85.
• Двойной деревянной двери – 0,21.

Расчет по примеру:

Вывод

Как видно из расчетов, способы определения тепловой нагрузки обладают существенными погрешностями . К счастью, избыточный показатель мощности котла не навредит:

• Работа газового котла на уменьшенной мощности осуществляется без падения коэффициента полезного действия, а работа конденсационных устройств при неполной нагрузке осуществляется в экономичном режиме.
• То же относится и к соляровым котлам.
• Показатель коэффициента полезного действия электрического нагревательного оборудования равен 100 процентам.

Обратите внимание! Работа твердотопливных котлов на мощности меньше номинального значения мощности противопоказана.

Расчет тепловой нагрузки на отопление является важным фактором, вычисления которого обязательно необходимо выполнять перед началом создания системы отопления. В случае подхода к процессу с умом и грамотного выполнения всех работ гарантируется безотказная работа отопления, а также существенно экономятся деньги на лишних затратах.