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!

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Строительный портал Partner-Tomsk.ru