Как произвести расчет тепловой нагрузки на отопление здания. Расчет тепловых нагрузок и годового количества тепла и топлива для котельной индивидуального жилого дома

Расчет тепловой нагрузки на отопление дома произведен по удельной теплопотере, потребительский подход определения приведенных коэффициентов теплопередачи – вот главные вопросы, которые мы с вами рассмотрим в данном посте. Здравствуйте, дорогие друзья! Мы произведем с вами расчет тепловой нагрузки на отопление дома (Qо.р) различными способами по укрупненным измерителям. Итак, что нам известно на данный момент:1. Расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования отопления tн = -40 оС. 2. Расчетная (усредненная) температура воздуха внутри отапливаемого дома tв = +20 оС. 3. Объем дома по наружному обмеру V = 490,8 м3. 4. Отапливаемая площадь дома Sот = 151,7 м2 (жилая – Sж = 73,5 м2). 5. Градусо сутки отопительного периода ГСОП = 6739,2 оС*сут.

1. Расчет тепловой нагрузки на отопление дома по отапливаемой площади. Здесь все просто – принимается, что теплопотери составляют 1 кВт * час на 10 м2 отапливаемой площади дома, при высоте потолка до 2,5м. Для нашего дома расчетная тепловая нагрузка на отопление будет равна Qо.р = Sот * wуд = 151,7 * 0,1 = 15,17 кВт. Определение тепловой нагрузки данным способом не отличается особой точностью. Спрашивается, откуда же взялось данное соотношение и насколько оно соответствует нашим условиям. Вот здесь то и надо сделать оговорочку, что данное соотношение справедливо для региона Москвы (tн = до -30 оС) и дом должен быть нормально утепленным. Для других регионов России удельные теплопотери wуд, кВт/м2 приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Что еще надо учесть при выборе коэффициента удельных теплопотерь? Cолидные проектные организации требуют от «Заказчика» до 20-ти дополнительных данных и это оправдано, так как правильный расчет потерь тепла домом – один из основных факторов, определяющий, насколько комфортно будет находиться в помещении. Ниже приведены характерные требования с разъяснениями:
– суровость климатической полосы – чем ниже температура «за бортом», тем сильнее придется топить. Для сравнения: при -10 градусах – 10 кВт, а при -30 градусах – 15 кВт;
– состояние окон – чем герметичней и больше количество стекол, тем потери уменьшаются. К примеру (при -10 градусах): стандартная двойная рама – 10 кВт, двойной стеклопакет – 8 кВт, тройной стеклопакет – 7 кВт;
– отношения площадей окон и пола – чем больше окна, тем больше потерь. При 20 % – 9 кВт, при 30 % – 11 кВт, а при 50 % – 14 кВт;
– толщина стен или теплоизоляция напрямую влияют на потери тепла. Так при хорошей теплоизоляции и достаточной толщине стен (3 кирпича – 800 мм) требуется 10 кВт, при 150 мм утеплителя или толщине стены в 2 кирпича – 12 кВт, а при плохой изоляции или толщине в 1 кирпич – 15 кВт;
– число наружных стен – напрямую связанно со сквозняками и многосторонним воздействием промерзания. Если помещение имеет одну внешнюю стену, то требуется 9 кВт, а если – 4, то – 12 кВт;
– высота потолка хоть и не так значительно, но все же влияет на увеличение потребляемой мощности. При стандартной высоте в 2,5 м требуется 9,3 кВт, а при 5 м – 12 кВт.
Данное пояснение показывает, что грубый расчет требуемой мощности 1 кВт котла на 10 м2 отапливаемой площади, имеет обоснование.

2. Расчет тепловой нагрузки на отопление дома по укрупненным показателям согласно § 2.4 СНиП Н-36-73. Чтобы определить тепловую нагрузку на отопление данным способом, нам надо знать жилую площадь дома. Если она не известна, то принимается в размере 50% от общей площади дома. Зная расчетную температуру наружного воздуха для проектирования отопления, по таблице 2 определяем укрупненный показатель максимально-часового расхода тепла на 1 м2 жилой площади.

Таблица 2

Для нашего дома расчетная тепловая нагрузка на отопление будет равна Qо.р = Sж * wуд.ж = 73,5 * 670 = 49245 кДж/ч или 49245/4,19=11752 ккал/ч или 11752/860=13,67 кВт

3. Расчет тепловой нагрузки на отопление дома по удельной отопительной характеристике здания. Определять тепловую нагрузку по данному способу будем по удельной тепловой характеристике (удельная теплопотеря тепла) и объема дома по формуле:

Qо.р = α * qо * V * (tв – tн) * 10-3 , кВт

Qо.р – расчетная тепловая нагрузка на отопление, кВт;
α – поправочный коэффициент, учитывающий климатические условия района и применяемый в случаях, когда расчетная температура наружного воздуха tн отличается от -30 оС, принимается по таблице 3;
qо – удельная отопительная характеристика здания, Вт/м3 * оС;
V – объем отапливаемой части здания по наружному обмеру, м3;
tв – расчетная температура воздуха внутри отапливаемого здания, оС;
tн – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, оС.
В данной формуле все величины, кроме удельной отопительной характеристики дома qо, нам известны. Последняя является теплотехнической оценкой строительной части здания и показывает тепловой поток, необходимый для повышения температуры 1 м3 объема постройки на 1 °С. Численное нормативное значение данной характеристики, для жилых домом и гостиниц, приведено в таблице 4.

Поправочный коэффициент α

Таблица 3

Удельная отопительная характеристика здания, Вт/м3 * оС

Таблица 4

Итак, Qо.р = α* qо * V * (tв – tн) * 10-3 = 0,9 * 0,49 * 490,8 * (20 – (-40)) * 10-3 = 12,99 кВт. На стадии технико-экономического обоснования строительства (проекта) удельная отопительная характеристика должна являться одним из контрольных ориентиров. Все дело в том, что в справочной литературе, численное значение ее разное, поскольку приведена она для разных временных периодов, до 1958года, после 1958года, после 1975года и т.д. Кроме того, хоть и не значительно, но менялся также и климат на нашей планете. А нам бы хотелось знать значение удельной отопительной характеристики здания на сегодняшний день. Давайте попробуем определить ее самостоятельно.

ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ОТОПИТЕЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1. Предписывающий подход к выбору сопротивления теплопередаче наружных ограждений. В этом случае расход тепловой энергии не контролируется, а значения сопротивлений теплопередаче отдельных элементов здания должно быть не менее нормируемых значений, смотри таблицу 5. Здесь уместно привести формулу Ермолаева для расчета удельной отопительной характеристики здания. Вот эта формула

qо = [Р/S * ((kс + φ * (kок – kс)) + 1/Н * (kпт + kпл)], Вт/м3 * оС

φ – коэффициент остекления наружных стен, принимаем φ = 0,25. Данный коэффициент принимается в размере 25% от площади пола; Р – периметр дома, Р = 40м; S – площадь дома (10 *10), S = 100 м2; Н – высота здания, Н = 5м; kс, kок, kпт, kпл – приведенные коэффициенты теплопередачи соответственно наружной стены, световых проемов (окон), кровли (потолка), перекрытия над подвалом (пола). Определение приведенных коэффициентов теплопередачи, как при предписывающем подходе, так и при потребительском подходе, смотри таблицы 5,6,7,8. Ну что ж, со строительными размерами дома мы определились, а как быть с ограждающими конструкциями дома? Из каких материалов должны быть изготовлены стены, потолок пол, окна и двери? Дорогие друзья, вы должны четко понять, что на данном этапе нас не должен волновать выбор материала ограждающих конструкций. Спрашивается, почему? Да потому, что в выше приведенную формулу мы поставим значения нормируемых приведенных коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций. Так вот, независимо из какого материала будут выполнены эти конструкции и какова их толщина, сопротивление должно быть определенным. (Выписка из СНиП II-3-79* Строительная теплотехника).

(предписывающий подход)

Таблица 5

(предписывающий подход)

Таблица 6

И вот только теперь, зная ГСОП = 6739,2 оС*сут, методом интерполяции мы определяем нормируемые сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, смотри таблицу 5. Приведенные коэффициенты теплопередачи будут равны соответственно: kпр = 1/ Rо и приведены в таблице 6. Удельная отопительная характеристика дома qо = = [Р/S * ((kс + φ * (kок – kс)) + 1/Н * (kпт + kпл)] = = 0,37 Вт/м3 * оС
Расчетная тепловая нагрузка на отопление при предписывающем подходе будет равна Qо.р = α* qо * V * (tв – tн) * 10-3 = 0,9 * 0,37 * 490,8 * (20 – (-40)) * 10-3 = 9,81 кВт

2. Потребительский подход к выбору сопротивления теплопередаче наружных ограждений. В данном случае, сопротивление теплопередаче наружных ограждений можно снижать в сравнении с величинами указанными в таблице 5, пока расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление дома не превысит нормируемый. Сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждения не должно быть ниже минимальных величин: для стен жилого дома Rс = 0,63Rо, для пола и потолка Rпл = 0,8Rо, Rпт = 0,8Rо, для окон Rок = 0,95Rо. Результаты расчета приведены в таблице 7. В таблице 8 приведены приведенные коэффициенты теплопередачи при потребительском подходе. Что касается удельного расхода тепловой энергии за отопительный период, то для нашего дома эта величина равна 120 кДж/ м2 * оС* сут. И определяется она по СНиП 23-02-2003. Мы же определим данную величину когда будем производить расчет тепловой нагрузки на отопление более подробным способом – с учетом конкретных материалов ограждений и их теплофизических свойств (п. 5 нашего плана по расчету отопления частного дома).

Нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций
(потребительский подход)

Таблица 7

Определение приведенных коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций
(потребительский подход)

Таблица 8

Удельная отопительная характеристика дома qо = = [Р/S * ((kс + φ * (kок – kс)) + 1/Н * (kпт + kпл)] = = 0,447 Вт/м3 * оС. Расчетная тепловая нагрузка на отопление при потребительском подходе будет равна Qо.р = α * qо * V * (tв – tн) * 10-3 = 0,9 * 0,447 * 490,8 * (20 – (-40)) * 10-3 = 11,85 кВт

Основные выводы:
1. Расчетная тепловая нагрузка на отопление по отапливаемой площади дома, Qо.р = 15,17 кВт.
2. Расчетная тепловая нагрузка на отопление по укрупненным показателям согласно § 2.4 СНиП Н-36-73. отапливаемой площади дома, Qо.р = 13,67 кВт.
3. Расчетная тепловая нагрузка на отопление дома по нормативной удельной отопительной характеристике здания, Qо.р = 12,99 кВт.
4. Расчетная тепловая нагрузка на отопление дома по предписывающему подходу к выбору сопротивления теплопередаче наружных ограждений, Qо.р = 9,81 кВт.
5. Расчетная тепловая нагрузка на отопление дома по потребительскому подходу к выбору сопротивления теплопередаче наружных ограждений, Qо.р = 11,85 кВт.
Как видите, дорогие друзья, расчетная тепловая нагрузки на отопление дома при разном подходе к ее определению, разнится довольно таки значительно – от 9,81 кВт до 15,17 кВт. Какую же выбрать и не ошибиться? На этот вопрос мы и постараемся ответить в следующих постах. Сегодня мы с вами выполнили 2-ой пункт нашего плана по дома. Кто еще не успел присоединяйтесь!

С уважением, Григорий Володин

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.

Тепловой расчёт системы отопления большинству представляется легким и не требующим особого внимания занятием. Огромное количество людей считают, что те же радиаторы нужно выбирать исходя из только площади помещения: 100 Вт на 1 м.кв. Всё просто. Но это и есть самое большое заблуждение. Нельзя ограничиваться такой формулой. Значение имеет толщина стен, их высота, материал и многое другое. Конечно, нужно выделить час-другой, чтобы получить нужные цифры, но это по силам каждому желающему.

Исходные данные для проектирования системы отопления

Чтобы произвести расчет расхода тепла на отопление, нужен, во-первых, проект дома.

План дома позволяет получить практически все исходные данные, которые нужны для определения теплопотерь и нагрузки на отопительную систему

Во-вторых, понадобятся данные о расположении дома по отношению к сторонам света и районе строительства – климатические условия в каждом регионе свои, и то, что подходит для Сочи, не может быть применено к Анадырю.

В-третьих, собираем информацию о составе и высоте наружных стен и материалах, из которых изготовлены пол (от помещения до земли) и потолок (от комнат и наружу).

После сбора всех данных можно приступать к работе. Расчет тепла на отопление можно выполнить по формулам за один-два часа. Можно, конечно, воспользоваться специальной программой от компании Valtec.

Для расчёта теплопотерь отапливаемых помещений, нагрузки на систему отопления и теплоотдачи от отопительных приборов в программу достаточно внести только исходные данные. Огромное количество функций делают её незаменимым помощником и прораба, и частного застройщика

Она значительно всё упрощает и позволяет получить все данные по тепловым потерям и гидравлическому расчету системы отопления.

Формулы для расчётов и справочные данные

Расчет тепловой нагрузки на отопление предполагает определение тепловых потерь(Тп) и мощности котла (Мк). Последняя рассчитывается по формуле:

Мк=1,2* Тп , где:

• Мк – тепловая производительность системы отопления, кВт;
• Тп – тепловые потери дома;
• 1,2 – коэффициент запаса (составляет 20%).

Двадцатипроцентный коэффициент запаса позволяет учесть возможное падение давления в газопроводе в холодное время года и непредвиденные потери тепла (например, разбитое окно, некачественная теплоизоляция входных дверей или небывалые морозы). Он позволяет застраховаться от ряда неприятностей, а также даёт возможность широкого регулирования режима температур.

Как видно из этой формулы мощность котла напрямую зависит от теплопотерь. Они распределяются по дому не равномерно: на наружные стены приходится порядка 40% от общей величины, на окна – 20%, пол отдаёт 10%, крыша 10%. Оставшиеся 20% улетучиваются через двери, вентиляцию.

Плохо утеплённые стены и пол, холодные чердак, обычное остекление на окнах - всё это приводит к большим потерям тепла, а, следовательно, к увеличению нагрузки на систему отопления. При строительстве дома важно уделить внимание всем элементам, ведь даже непродуманная вентиляция в доме будет выпускать тепло на улицу

Материалы, из которых построен дом, оказывают самое непосредственное влияние на количество потерянного тепла. Поэтому при расчётах нужно проанализировать, из чего состоят и стены, и пол, и всё остальное.

В расчётах, чтобы учесть влияние каждого из этих факторов, используются соответствующие коэффициенты:

• К1 – тип окон;
• К2 – изоляция стен;
• К3 – соотношение площади пола и окон;
• К4 – минимальная температура на улице;
• К5 – количество наружных стен дома;
• К6 – этажность;
• К7 – высота помещения.

Для окон коэффициент потерь тепла составляет:

• обычное остекление – 1,27;
• двухкамерный стеклопакет – 1;
• трёхкамерный стеклопакет – 0,85.

Естественно, последний вариант сохранит тепло в доме намного лучше, чем два предыдущие.

Правильно выполненная изоляция стен является залогом не только долгой жизни дома, но и комфортной температуры в комнатах. В зависимости от материала меняется и величина коэффициента:

• бетонные панели, блоки – 1,25-1,5;
• брёвна, брус – 1,25;
• кирпич (1,5 кирпича) – 1,5;
• кирпич (2,5 кирпича) – 1,1;
• пенобетон с повышенной теплоизоляцией – 1.

Чем больше площадь окон относительно пола, тем больше тепла теряет дом:

Температура за окном тоже вносит свои коррективы. При низких показателях теплопотери возрастают:

• До -10С – 0,7;
• -10С – 0,8;
• -15C - 0,90;
• -20C - 1,00;
• -25C - 1,10;
• -30C - 1,20;
• -35C - 1,30.

Теплопотери находятся в зависимости и от того, сколько внешних стен у дома:

• четыре стены – 1,33;%
• три стены – 1,22;
• две стены – 1,2;
• одна стена – 1.

Хорошо, если к нему пристроен гараж, баня или что-то ещё. А вот если его со всех сторон обдувают ветра, то придётся покупать котёл помощнее.

Количество этажей или тип помещения, которые находится над комнатой определяют коэффициент К6 следующим образом: если над дом имеет два и более этажей, то для расчётов берём значение 0,82, а вот если чердак, то для теплого – 0,91 и 1 для холодного.

Что касается высоты стен, то значения будут такими:

• 4,5 м – 1,2;
• 4,0 м – 1,15;
• 3,5 м – 1,1;
• 3,0 м – 1,05;
• 2,5 м – 1.

Помимо перечисленных коэффициентов также учитываются площадь помещения (Пл) и удельная величина теплопотерь (УДтп).

Итоговая формула для расчёта коэффициента тепловых потерь:

Тп = УДтп * Пл * К1 * К2 * К3 * К4 * К5 * К6 * К7 .

Коэффициент УДтп равен 100 Ватт/м2.

Разбор расчетов на конкретном примере

Дом, для которого будем определять нагрузку на систему отопления, имеет двойные стеклопакеты (К1 =1), пенобетонные стены с повышенной теплоизоляцией (К2= 1), три из которых выходят наружу (К5=1,22). Площадь окон составляет 23% от площади пола (К3=1,1), на улице около 15С мороза (К4=0,9). Чердак дома холодный (К6=1), высота помещений 3 метра (К7=1,05). Общая площадь составляет 135м2.

Пт = 135*100*1*1*1,1*0,9*1,22*1*1,05=17120,565 (Ватт) или Пт=17,1206 кВт

Мк=1,2*17,1206=20,54472 (кВт).

Расчёт нагрузки и теплопотерь можно выполнить самостоятельно и достаточно быстро. Нужно всего потратить пару часов на приведение в порядок исходных данных, а потом просто подставить значения в формулы. Цифры, которые вы в результате получите помогут определиться с выбором котла и радиаторов.

Тема этой статьи — определение тепловой нагрузки на отопление и прочих параметров, нуждающихся в расчете, для . Материал ориентирован прежде всего на владельцев частных домов, далеких от теплотехники и нуждающихся в максимально простых формулах и алгоритмах.

Итак, в путь.

Наша задача — научиться рассчитывать основные параметры отопления.

Избыточность и точный расчет

Стоит с самого начала оговорить одну тонкость расчетов: абсолютно точные значения потерь тепла через пол, потолок и стены, которые приходится компенсировать системе отопления, вычислить практически невозможно. Можно говорить лишь о той или иной степени достоверности оценок.

Причина — в том, что на теплопотери влияет слишком много факторов:

• Тепловое сопротивление капитальных стен и всех слоев отделочных материалов.
• Наличие или отсутствие мостиков холода.
• Роза ветров и расположение дома на рельефе местности.
• Работа вентиляции (которая, в свою очередь, опять-таки зависит от силы и направления ветра).
• Степень инсоляции окон и стен.

Есть и хорошие новости. Практически все современные отопительные котлы и системы распределенного отопления (теплые полы, электрические и газовые конвектора и т.д.) снабжаются термостатами, дозирующими расход тепла в зависимости от температуры в помещении.

С практической стороны это означает, что избыточная тепловая мощность повлияет лишь на режим работы отопления: скажем, 5 КВт*ч тепла будут отданы не за один час непрерывной работы с мощностью 5 КВт, а за 50 минут работы с мощностью 6 КВт. Следующие 10 минут котел или другой нагревательный прибор проведет в режиме ожидания, не потребляя электроэнергию или энергоноситель.

Следовательно: в случае вычисления тепловой нагрузки наша задача — определить ее минимально допустимое значение.

Единственное исключение из общего правила связано с работой классических твердотопливных котлов и обусловлено тем, что снижение их тепловой мощности связано с серьезным падением КПД из-за неполного сгорания топлива. Проблема решается установкой в контур теплоаккумулятора и дросселированием отопительных приборов термоголовками.

Котел после растопки работает на полной мощности и с максимальным КПД до полного прогорания угля или дров; затем накопленное теплоаккумулятором тепло дозировано расходуется на поддержание оптимальной температуры в помещении.

Большая часть прочих нуждающихся в расчете параметров тоже допускает некоторую избыточность. Впрочем, об этом — в соответствующих разделах статьи.

Перечень параметров

Итак, что нам, собственно, предстоит считать?

• Общую тепловую нагрузку на отопление дома. Она соответствует минимально необходимой мощности котла или суммарной мощности приборов в распределенной системе отопления.
• Потребность в тепле отдельной комнаты.
• Количество секций секционного радиатора и размер регистра, соответствующий определенному значению тепловой мощности.

Обратите внимание: для готовых отопительных приборов (конвекторов, пластинчатых радиаторов и т.д.) производители обычно указывают полную тепловую мощность в сопроводительной документации.

• Диаметр трубопровода, способного в случае водяного отопления обеспечить необходимый тепловой поток.
• Параметры циркуляционного насоса, приводящего в движение теплоноситель в контуре с заданными параметрами.
• Размер расширительного бака, компенсирующего тепловое расширение теплоносителя.

Перейдем к формулам.

Один из основных факторов, влияющих на ее значение — степень утепления дома. СНиП 23-02-2003, регламентирующий тепловую защиту зданий, нормирует этот фактор, выводя рекомендованные значения теплового сопротивления ограждающих конструкций для каждого региона страны.

Мы приведем два способа выполнения подсчетов: для зданий, соответствующих СНиП 23-02-2003, и для домов с ненормированным тепловым сопротивлением.

Нормированное тепловое сопротивление

Инструкция по расчету тепловой мощности в этом случае выглядит так:

• За базовое значение берутся 60 ватт на 1 м3 полного (включая стены) объема дома.
• Для каждого из окон к этому значению дополнительно добавляется 100 ватт тепла . Для каждой ведущей на улицу двери — 200 ватт.

• Для компенсации увеличивающихся в холодных регионах потерь используется дополнительный коэффициент.

Давайте в качестве примера выполним расчет для дома размерами 12*12*6 метров с двенадцатью окнами и двумя дверьми на улицу, расположенного в Севастополе (средняя температура января — +3С).

1. Отапливаемый объем составляет 12*12*6=864 кубометра.
2. Базовая тепловая мощность составляет 864*60=51840 ватт.
3. Окна и двери несколько увеличат ее: 51840+(12*100)+(2*200)=53440.
4. Исключительно мягкий климат, обусловленный близостью моря, заставит нас использовать региональный коэффициент, равный 0,7. 53440*0,7=37408 Вт. Именно на это значение и можно ориентироваться.

Ненормированное тепловое сопротивление

Что делать, если качество утепления дома заметно лучше или хуже рекомендованного? В этом случае для оценки тепловой нагрузки можно использовать формулу вида Q=V*Dt*K/860.

В ней:

• Q — заветная тепловая мощность в киловаттах.
• V — отапливаемый объем в кубометрах.
• Dt — разница температур между улицей и домом. Обычно берется дельта между рекомендованным СНиП значением для внутренних помещений (+18 — +22С) и средним минимумом уличной температуры в наиболее холодный месяц за последние несколько лет.

Уточним: рассчитывать на абсолютный минимум в принципе правильнее; однако это будет означать избыточные расходы на котел и отопительные приборы, полная мощность которых будет востребована лишь раз в несколько лет. Цена незначительного занижения расчетных параметров — некоторое падение температуры в помещении в пик холодов, которое несложно компенсировать включением дополнительных обогревателей.

• К — коэффициент утепления, который можно взять из приведенной ниже таблицы. Промежуточные значения коэффициента выводятся аппроксимацией.

Давайте повторим вычисления для нашего дома в Севастополе, уточнив, что его стены представляют собой кладку толщиной 40 см из ракушечника (пористой осадочной породы) без внешней отделки, а остекление выполнено однокамерными стеклопакетами.

1. Коэффициент утепления примем равным 1,2.
2. Объем дома мы вычислили ранее; он равен 864 м3.
3. Внутреннюю температуру примем равной рекомендованным СНиП для регионов с нижним пиком температур выше -31С — +18 градусам. Сведения о среднем минимуме любезно подскажет всемирно известная интернет-энциклопедия: он равен -0,4С.
4. Расчет, таким образом, будет иметь вид Q = 864 * (18 — -0,4) * 1,2 / 860 = 22,2 КВт.

Как легко заметить, подсчет дал результат, отличающийся от полученного по первому алгоритму в полтора раза. Причина, прежде всего в том, что средний минимум, использованный нами, заметно отличается от абсолютного минимума (около -25С). Увеличение дельты температур в полтора раза ровно во столько же раз увеличит оценочную потребность здания в тепле.

Гигакалории

В расчетах количества тепловой энергии, получаемой зданием или помещением, наряду с киловатт-часами используется еще одна величина — гигакалория. Она соответствует количеству тепла, необходимому для нагрева 1000 тонн воды на 1 градус при давлении в 1 атмосферу.

Как пересчитать киловатты тепловой мощности в гигакалории потребляемого тепла? Все просто: одна гигакалория равна 1162,2 КВт*ч. Таким образом, при пиковой мощности источника тепла в 54 КВт максимальная часовая нагрузка на отопление составит 54/1162,2=0,046 Гкал*час.

Полезно: для каждого региона страны местными властями нормируется потребление тепла в гигакалориях на квадратный метр площади в течение месяца. Среднее по РФ значение — 0,0342 Гкал/м2 в месяц.

Комната

Как подсчитать потребность в тепле для отдельной комнаты? Здесь используются те же схемы расчетов, что для дома в целом, с единственной поправкой. Если к комнате примыкает отапливаемое помещение без собственных отопительных приборов, оно включается в расчет.

Так, если к комнате размером 4*5*3 метра примыкает коридор размером 1,2*4*3 метра, тепловая мощность отопительного прибора рассчитывается для объема в 4*5*3+1,2*4*3=60+14,4=74,4 м3.

Отопительные приборы

Секционные радиаторы

В общем случае информацию о тепловом потоке на одну секцию всегда можно найти на сайте производителя.

Если он неизвестен, можно ориентироваться на следующие приблизительные значения:

• Чугунная секция — 160 Вт.
• Биметаллическая секция — 180 Вт.
• Алюминиевая секция — 200 Вт.

Как всегда, есть ряд тонкостей. При боковом подключении радиатора с 10 и более секциями разброс температур между ближними к подводке и концевыми секциями будет весьма значительным.

Впрочем: эффект сведется на нет, если подводки подключить диагонально или снизу вниз.

Кроме того, обычно производители отопительных приборов указывают мощность для вполне конкретной дельты температур между радиатором и воздухом, равной 70 градусам. Зависимость теплового потока от Dt линейна: если батарея на 35 градусов горячее воздуха, тепловая мощность батареи будет ровно вдвое меньше заявленной.

Скажем, при температуре воздуха в комнате, равной +20С, и температуре теплоносителя в +55С мощность алюминиевой секции стандартного размера будет равна 200/(70/35)=100 ваттам. Для того, чтобы обеспечить мощность в 2 КВт, понадобится 2000/100=20 секций.

Регистры

Особняком в списке отопительных приборов стоят самодельные регистры.

На фото — отопительный регистр.

Производители по понятным причинам не могут указать их тепловую мощность; однако ее несложно вычислить своими руками.

• Для первой секции регистра (горизонтальной трубы известных размеров) мощность равна произведению ее наружного диаметра и длины в метрах, дельты температур между теплоносителем и воздухом в градусах и постоянного коэффициента 36,5356.
• Для последующих секций, находящихся в восходящем потоке теплого воздуха, используется дополнительный коэффициент 0,9.

Давайте разберем очередной пример — вычислим значение теплового потока для четырехрядного регистра с диаметром секции 159 мм, длиной 4 метра и температурой в 60 градусов в комнате с внутренней температурой +20С.

1. Дельта температур в нашем случае равна 60-20=40С.
2. Переводим диаметр трубы в метры. 159 мм = 0,159 м.
3. Вычисляем тепловую мощность первой секции. Q = 0,159*4*40*36,5356 = 929,46 ватт.
4. Для каждой последующей секции мощность будет равна 929,46*0,9=836,5 Вт.
5. Суммарная мощность составит 929,46 + (836,5*3)=3500 (с округлением) ватт.

Диаметр трубопровода

Как определить минимальное значение внутреннего диаметра трубы розлива или подводки к отопительному прибору? Не станем лезть в дебри и воспользуемся таблицей, содержащей готовые результаты для разницы между подачей и обраткой в 20 градусов. Именно это значение характерно для автономных систем.

Максимальная скорость потока теплоносителя не должна превышать 1,5 м/с во избежание появления шумов; чаще ориентируются на скорость в 1 м/с.

Скажем, для котла мощностью 20 КВт минимальный внутренний диаметр розлива при скорости потока в 0,8 м/с будет равен 20 мм.

Обратите внимание: внутренний диаметр близок к ДУ (условному проходу) . Пластиковые и металлопластиковые трубы обычно маркируются наружным диаметром, который на 6-10 мм больше внутреннего. Так, полипропиленовая труба размером 26 мм имеет внутренний диаметр 20 мм.

Циркуляционный насос

Нам важны два параметра насоса: его напор и производительность. В частном доме при любой разумной протяженности контура вполне достаточно минимального для наиболее дешевых насосов напора в 2 метра (0,2 кгс/см2): именно это значение перепада обеспечивает циркуляцию системы отопления многоквартирных домов.

Необходимая производительность вычисляется по формуле G=Q/(1,163*Dt).

В ней:

• G — производительность (м3/час).
• Q — мощность контура, в который устанавливается насос (КВт).
• Dt — перепад температур между прямым и обратным трубопроводами в градусах (в автономной системе типично значение Dt=20С).

Для контура, тепловая нагрузка на который составляет 20 киловатт, при стандартной дельте температур расчетная производительность составит 20/(1,163*20)=0,86 м3/час.

Расширительный бак

Один из параметров, нуждающихся в расчете для автономной системы — объем расширительного бачка.

Точный расчет основывается на довольно длинном ряде параметров:

• Температуре и типе теплоносителя. Коэффициент расширения зависит не только от степени нагрева батарей, но и от того, чем они заполнены: водно-гликолевые смеси расширяются сильнее.
• Максимально рабочем давлении в системе.
• Давлении зарядки бачка, зависящем, в свою очередь, от гидростатического давления контура (высоты верхней точки контура над расширительным баком).

Есть, однако, один нюанс, позволяющий сильно упростить расчет. Если занижение объема бачка приведет в лучшем случае к постоянному срабатыванию предохранительного клапана, а в худшем — к разрушению контура, то его избыточный объем ничем не повредит.

Именно поэтому обычно берется бак с литражом, равным 1/10 суммарного количества теплоносителя в системе.

Подсказка: чтобы узнать объем контура, достаточно заполнить его водой и слить ее в мерную посуду.

Заключение

Надеемся, что приведенные схемы вычислений упростят жизнь читателю и избавят его от многих проблем. Как обычно, прикрепленное к статье видео предложит его вниманию дополнительную информацию.

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

Показать всё

Важность параметра

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

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



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

расчет нагрузки на отопление



Выбор метода

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

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

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

Расчет тепловой нагрузки и проектирование систем отопления Audytor OZC + Audytor C.O.



Простые способы

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



В зависимости от площади

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

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

Укрупненные вычисления

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

Qот = q0*a*Vн*(tвн - tнро),

где q0 - удельная тепловая характеристика строения;

a - поправочный коэффициент;

Vн - наружный объем строения;

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




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

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

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




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

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

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

Расчет тепловых нагрузок, г. Барнаул

Сложная методика

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

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

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

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




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

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

Расчет тепловой мощности систем отопления

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