Введение
Требования по определению тепловых нагрузок потребителей при разработке схем теплоснабжения отражены в следующих нормативных и законодательных актах: — Федеральный Закон РФ от 27.07.2010 г. № 190-ФЗ ;
— приказ Министерства регионального развития РФ от 28.02.2009 г. № 610 ;
Договорные нагрузки, как правило, рассчитываются на основании проектных данных. Проектные нагрузки на отопление, в основном, зависят от расчётных параметров микроклимата помещений, расчётной температуры наружного воздуха в отопительный период (принимаемой равной температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по 8. СП 131.13330.2012 ) и теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций. Проектные нагрузки на ГВС зависят от объёмов потребления горячей воды и её расчётной температуры.
За последние 20-30 лет многие из перечисленных выше параметров и характеристик неоднократно менялись. Менялись методики расчёта тепловых нагрузок, требования по тепловой защите ограждающих конструкций. В частности, в класс энергетической эффективности многоквартирных домов (МКД) определяется, исходя из сравнения (определение величины отклонения) фактических или расчётных (для вновь построенных, реконструированных и прошедших капитальный ремонт МКД) значений показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов, отражающего удельный расход энергетических ресурсов на отопление, вентиляцию, ГВС и базовых значений показателя удельного расхода энергетических ресурсов в МКД. При этом фактические (расчётные) значения должны быть приведены к расчётным условиям для сопоставимости с базовыми значениями. Фактические значения показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов определяются на основании показаний общедомовых приборов учёта.
Менялся и сам климат, в результате чего, например, для Санкт-Петербурга нормативная расчётная температура наружного воздуха за тридцать, с небольшим, лет повышена с –26 °С до –24 °С, расчётная длительность отопительного периода уменьшилась на 6 дней, а средняя температура отопительного периода увеличилась на 0,5 °С (с –1,8 до –1,3 °С).
Кроме указанных выше факторов, сами потребители тепловой энергии вносят вклад в энергосберегающие мероприятия, например, путём замены в квартирах деревянных окон на более герметичные – пластиковые.
Все эти изменения, в совокупности, способствуют тому, что фактическое теплопотребление и договорные тепловые нагрузки потребителей тепловой энергии отличаются.
Примеры разработанных Схем теплоснабжения ряда крупных населённых пунктов (например, Нижнего Новгорода) показали, что, если в качестве фактической нагрузки принимается договорная нагрузка (нагрузка, установленная в договорах теплоснабжения), это создаёт избыточный запас мощности теплоснабжающих организаций. Значительная доля нагрузки в этом случае оказывается невостребованной, но при этом сохраняются постоянные эксплуатационные расходы, что негативно отражается и на эффективности теплоснабжающих организаций (ТСО) и на потребителе тепловой энергии.
В Стратегии отмечено, что применяемая в настоящее время технология планирования систем теплоснабжения приводит к излишним инвестициям, созданию избыточной тепловой мощности во всех элементах энергосистем и сохранению низкого уровня эффективности всей российской энергетики.
Актуальность поднимаемой в статье темы обусловлена отсутствием в действующих нормативных и законодательных актах методов определения фактических тепловых нагрузок в расчётных элементах территориального деления при расчётных температурах наружного воздуха, проблемами согласования фактических тепловых нагрузок, применяемых для инвестиционного планирования в Схемах теплоснабжения с ТСО, а также последствиями неверного анализа тепловых нагрузок потребителей, установленных в договорах теплоснабжения.
Точный расчёт теплопотерь
С помощью специальной величины, которая характеризует тепловой поток и измеряется в кКал/час, выясняют тепловые потери дома.
Эта величина показывает, сколько тепла уходит через стены здания при определённом температурном режиме внутри дома.
Данный показатель рассматривают в прямой зависимости от архитектурных особенностей здания, строительных материалов, из которых оно построено, толщины и степени теплоизоляции стен, потолка и пола. Оказывает влияние площадь остекления, качество теплоизоляторов и соблюдение технологии при их монтаже.
То есть теплопотери складываются из многих элементов.
Формула следующая: G = Sх1/Pох(Тв- Тн)к, где:
- G — величина, которую выражают в кКал/ч;
- Po — показатель сопротивления при теплопередаче;
- Тв иТн — разница температурного режима внутри и снаружи;
- к — коэффициент, который показывает, насколько теряется тепло, он у каждого заграждения свой.
Так как температура на улице и в помещении меняется в течение отопительного сезона, величины берут средние. Учитывается и тот факт, что у каждого региона с разными климатическими условиями показатель свой.
В данной формуле используются конкретные величины, все они известны. По ней можно узнать тепловые потери любого здания.
Понижающий коэффициент и значение сопротивления Pо относятся к категории нормативно-справочной информации.
Так, например, могут понадобиться следующие коэффициенты:
- 1 — если под чистовыми полами грунт или деревянные лаги;
- 0,9 — для чердачных перекрытий, где кровельным материалом являются сталь, черепица на обрешётке, асбоцемент (либо крыша без чердака с вентиляцией);
- 0,8 — материалы кровли те же, но настил сплошной;
- 0,75 — чердачные перекрытия, где кровля из любого рулонного материала;
- 0,7 — для внутренних стен, которые выходят в соседнее неотапливаемое помещение без наружных стен;
- 0,4 — для внутренних стен, которые соединяют с соседним неотапливаемым помещением, у которого есть наружные стены, и для полов над погребом, углублённом в грунт;
- 0,75 — полы над погребом, устроенном выше грунта;
- 0,6 — поверхности над подвалами, расположенными либо ниже грунта, либо не выше одного метра над ним.
- Аналогично можно подобрать коэффициенты для других ситуаций.
Могут понадобиться следующие значения сопротивления:
- 0,38 — при сплошной кирпичной кладке с толщиной стен в 13,5 см, 0,57 — с толщиной кладки 26,5 см, 0,76 — 39,5 см, 0,94 — 52,5 см, 1,13 — 65,5 см.
- 0,9 — при сплошной кладке с воздушной прослойкой при толщине 43,5 см, 1,09 — 56,5 см, 1,28 — 65,5 см;
- 0,89 — при сплошной кладке из декоративного кирпича с толщиной в 39,5 см, 1,2 — 52,5 см, 1,4 — 65,5 см.
- 1,03 — для сплошной кладки, где термоизоляционный слой с толщиной в 39,5см, 1,49 — 52,5 см;
- 1,33 — для деревянных стен из дерева (не бруса) с толщиной в 200 мм, 1,45 — 220 мм, 1,56 — 240 мм;
- 1,18 — для стен из бруса с толщиной 150 мм, 1,28 — 180 мм, 1,32 — 200 мм;
- 0,69 — для чердачных перекрытий из железобетонных плит с утеплителем с толщиной в 100 мм, 0,89 — 150 мм.
Эти показатели берут для формулы расхода воды на отопление.
Расход теплоносителя через 1м.п. чугунных радиаторов
|
| Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), таблица 12.3, стр. 47 |
Определим расход теплоносителя через одну секцию чугунного радиатора кг/ч
35:10 = 3,5 кг/ч расход теплоносителя через одну секцию (G), где:
10 шт. – количество секций в 1 м.п. радиатора;
35 кг/ч – расход теплоносителя через 1м.п. радиатора.
Расход теплоносителя через 1м.п. отопительных приборов
| Расчетная площадь нагревательной поверхности секционных радиаторов Fp в зависимости от числа секций в радиаторе | |||||
| ЧислосекцийNi | Радиатор | ||||
| М-140-АО | М-140 (М-140-А) | М-140-АО-300 | М-90 | РД-90с | |
| Площадь нагревательной поверхности одной секции, экм | |||||
| 0,35 | 0,31 | 0,217 | 0,26 | 0,275 | |
| 2 | 0,84 | 0,76 | 0,59 | 0,67 | 0,70 |
| 3 | 1,18 | 1,07 | 0,80 | 0,93 | 0,97 |
| 4 | 1,52 | 1,37 | 1,01 | 1,18 | 1,25 |
| 5 | 1,84 | 1,67 | 1,22 | 1,43 | 1,50 |
| 6 | 2,16 | 1,98 | 1,43 | 1,68 | 1,73 |
| 7 | 2,54 | 2,26 | 1,64 | 1,93 | 2,01 |
| 8 | 2,82 | 2,52 | 1,85 | 2,19 | 2,28 |
| 9 | 3,15 | 2,83 | 2,06 | 2,44 | 2,56 |
| 10 | 3,49 | 3,1 | 2,27 | 2,69 | 2,80 |
| 11 | 3,82 | 3,39 | 2,47 | 2,94 | 3,05 |
| 12 | 4,12 | 3,68 | 2,68 | 3,19 | 3,30 |
| 13 | 4,45 | 3,96 | 2,89 | 3,45 | 3,57 |
| 14 | 4,77 | 4,26 | 3,10 | 3,70 | 3,86 |
| 15 | 5,08 | 4,58 | 3,31 | 3,95 | 4,06 |
| 16 | 5,42 | 4,82 | 3,52 | 4,20 | 4,32 |
| 17 | 5,73 | 5,09 | 3,73 | 4,45 | 4,54 |
| 18 | 6,05 | 5,39 | 3,94 | 4,71 | 4,80 |
| 19 | 6,37 | 5,67 | 4,15 | 4,96 | 5,07 |
| 20 | 6,70 | 5,96 | 4,36 | 5,21 | 5,33 |
| 21 | 7,01 | 6,24 | 4,57 | 5,46 | 5,59 |
| 22 | 7,34 | 6,58 | 4,78 | 5,71 | 5,85 |
| 23 | 7,65 | 6,81 | 4,99 | 5,97 | 6,11 |
| 24 | 7,99 | 7,10 | 5,20 | 6,22 | 6,37 |
| 24 | 8,31 | 7,38 | 5,41 | 6,47 | 6,57 |
| Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), таблица 12.13, стр. 67 |
Красным цветом выделены данные по радиаторам 1-го (7 секций), зеленым — 2-го (8 секций), синим — 3-го (9 секций) типов.
Определим расчетную формулу плотности теплового потока на 1 экм нагревательной поверхности отопительных чугунных радиаторов Gотн / Fp ≤ 7 или
Gотн / Fp ≥ 7
Радиаторы М-140-АО 7 секций (4 радиатора)
Gотн / Fp = (3,5 х 7) : 17,4 : 2,54 = 0,55
Итого: 0,55 < 7
Полученное значение меньше 7, дальнейший расчет выполним по формуле из таблицы ниже.
Вычислим теплопередачу чугунных радиаторов.
3,5 х 7 = 24,5 кг/ч расход воды в радиаторе
qэ = 1,89/φ ·∆tср1,32 = 1,89/1,05 х ((95,0 + 70,0):2 -20)1,32 = 422,5 Ккал/(ч·экм)
0,35х7 = 2,45 экм
422,5х2,45 х4 = 4140,5 Ккал/ч
Радиаторы М-140-АО 8 секций (1 радиатор)
Gотн / Fp = (3,5 х
Итого: 0,57 < 7
Полученное значение меньше 7, дальнейший расчет выполним по формуле из таблицы ниже.
Вычислим теплопередачу чугунных радиаторов.
3,5 х 8 = 28 кг/ч расход воды в радиаторе
qэ = 1,89/φ ·∆tср1,32 = 1,89/1,04 х ((95,0 + 70,0):2 -20)1,32 = 426,5 Ккал/(ч·экм)
0,35х8 = 2,8 экм
426,5х2,8 х1 = 1194,2 Ккал/ч
Радиаторы М-140-АО 9 секций (1 радиатор)
Gотн / Fp = (3,5 х 9) : 17,4 : 3,15 = 0,57
Итого: 0,57 < 7
Полученное значение меньше 7, дальнейший расчет выполним по формуле из таблицы ниже.
Вычислим теплопередачу чугунных радиаторов.
3,5 х 9 = 31,5 кг/ч расход воды в радиаторе
qэ = 1,89/φ ·∆tср1,32 = 1,89/1,04 х ((95,0 + 70,0):2 -20)1,32 = 426,5 Ккал/(ч·экм)
0,35х9 = 3,15 экм
426,5х3,15 х1= 1343,5 Ккал/ч
Суммарная тепловая нагрузка по радиаторам М-140-АО
Qр.от.= 4140,5+1194,2 +1343,5 =6678,2 Ккал/ч
Расчетная формула плотности теплового потока на 1 экм нагревательной поверхности отопительных приборов:
|
| Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), таблица 12.8, стр. 52 |
Посмотреть: тепловые нагрузки на отопление админ здания
Коэффициент φ, учитывающий расход воды в систему:
|
| Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), стр. 48 |
Обогревательная установка с верхней разводкой
Особенность строения заключается в том, что подающая труба идёт по верхней части комнаты, а отводящая по полу. Благодаря большой разнице между давлением в первой трубе и второй, они могут быть одинакового размера. Но расширительный бак чаще всего, при такой конструкции, находиться в неотапливаемом помещении.
Минусы:
- Неэстетичный вид помещения.
- Большие затраты на оборудование.
- Обогрев маленького по площади пространства.
- Проблемное размещение бака и котла.
- Дополнительные расходы на декор.
Выбор в пользу данной системы регулирования температурного режима делают потому, что скорость переноса топлива больше, чем у других. А так же отсутствует завоздушивание магистрали.
Расход теплоносителя в системе отопления: расчетная формула
Объём носителя, использующегося в схемах обогрева дома, выражается в килограммах, потраченных за одну секунду. Значение применяется для расчета количества выделяемого тепла, обеспечивающего комфортную температуру в жилых помещениях. Обычно в отопительных системах частных домом применяются современные приборы – батареи.
Для определения расчетных показателей требуются данные оборудования, в частности параметры отопительного котла, рассчитанные на нагревание 1 литра технической жидкости.
Пример таблицы отопительного котла для частного домаИсточник kupisantehniky.ru
Выражение, используемое для вычисления расхода носителя тепла для системы обогрева жилых помещений:
G = N / Q, где:
- N — характеристика мощности оборудования, указывается в Ватт.
- Q — количество тепла, выражается в Дж/кг.
Поученное при расчете значение умножается на коэффициент (3,6 х 1000) для перевода в кг/час.
Как планировать систему с принудительной циркуляцией
Для начала нужно определиться с мощностью котла. Сделать это можно снова-таки по усредненным номам: на 10м 2 площади берут 1Квт мощности котла. Если потолки выше 2,5м, требуется ввести увеличивающий коэффициент 1,2. Увеличить мощность нужно и при расположении в северных регионах. Эти нормы – для средней полосы России. Если дом расположен севернее – добавьте еще 30-50%. Также требуется запас в том случае, если дом плохо утеплен, ведь необходимо восполнять потери тепла, которые уходят через стены/пол/потолок. Так что и в этом случае нужно брать более мощное оборудование.
Определиться нужно также с типом подготовки воды для бытовых нужд. Если греть ее будет котел, на это также следует увеличить мощность котла – добавить 30-50% к рассчитанной мощности котла. Подробно о том, как определить мощность котла для отопления читайте тут.
При расчете системы отопления дома нужно определиться с мощность. котла
Затем приступаем к расчету количества радиаторов: как минимум по одному под каждое окно, плюс один радиатор в ванную/туалет. В северных регионах для сохранения тепла неплохо себя показали радиаторы, установленные в коридоре/тамбуре, которые срабатывают как тепловые завесы.
При расчете количества радиаторов исходят из правила: под каждое окно — один радиатор
После того как определились с количеством радиаторов, нужно рассчитать количество секций в каждом. В общем случае считают исходя из площади помещения: есть нормы. Зная площадь помещения, делите его на норму и получаете количество секций. Но это – снова-таки усредненный подход. Тут нужно учитывать также тип разводки и место расположения радиатора в отопительном контуре. Например, однотрубная разводка. Она характеризуется тем, что радиаторы, расположенные ближе к котлу, получают более горячий теплоноситель и нагреваются до более высоких температур. Чем дальше расположен радиатор, тем более холодный теплоноситель его омывает. Потому для компенсации и выравнивания положения в дальних радиаторах увеличивают количество секций или устанавливают их большей площади (высоты и мощности).
Аналогично поступают при двухтрубной разводке, хотя там разница не столь явная: на вход каждого радиатора подается теплоноситель с одинаковой температурой, просто у тех, которые расположены ближе к котлу интенсивность потока через радиатор выше, чем у дальних. Чтобы выровнять потоки на каждом радиаторе ставят термостатические клапана.
Для регулировки теплоотдачи радиатора и компенсации системы устанавливают термостатические клапана
Но в двухтрубной схеме отопления есть вариант с петлей «Тихельмана». Такая схема отопления является изначально скомпенсированной (если радиаторы установлены одинаковые). Но она требует большего количества труб даже по сравнению с обычной двухтрубкой.
Схема системы с принудительной циркуляцией. Дом двухэтажный. Система двухтрубная с нижней подачей, тупиковая схема движения теплоносителя
С количеством, составом радиаторов, типом разводки определились. Нужно определиться с типом и диаметрами труб и типом системы. Какие бывают трубы для отопления и особенности их использования описаны тут .
Для стравливания воздуха из системы устанавливают на радиаторы кран «Маевского»
При самостоятельном монтаже системы, после того, как собраны радиаторы и подключены трубы, все систему нужно промыть. И только потом подключать насос и котел. В системах с твердотопливными котлами необходима группа безопасности, в которую входит манометр, клапан вывода воздуха и подрывной клапан, который выставлен на рабочее давление в системе и при его превышении срабатывает автоматически.
На входе в котел линии для подпитки необходимо установить фильтр для защиты контура и оборудования от попадания абразивных или загрязняющих частиц.
Подбор насоса и расширительного бачка неактуален, если планируется поставить настенный газовый котел. Большая часть моделей имеет встроенный расширительный бак и насос. Тогда все что остается – ориентироваться по объему системы, с которым может работать данная модификация. Исходя из этого, подбирать диаметры труб и площадь/мощность батарей.
Как работать в EXCEL
Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.
Ввод исходных данных
Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.
| Ячейка | Величина | Значение, обозначение, единица выражения |
|---|---|---|
| D4 | 45,000 | Расход воды G в т/час |
| D5 | 95,0 | Температура на входе tвх в °C |
| D6 | 70,0 | Температура на выходе tвых в °C |
| D7 | 100,0 | Внутренний диаметр d, мм |
| D8 | 100,000 | Длина, L в м |
| D9 | 1,000 | Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм |
| D10 | 1,89 | Сумма коэф. местных сопротивлений – Σ(ξ) |
- значение в D9 берётся из справочника;
- значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.
Формулы и алгоритмы
Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.
| Ячейка | Алгоритм | Формула | Результат | Значение результата |
|---|---|---|---|---|
| D12 | !ERROR! D5 does not contain a number or expression | tср=(tвх+tвых)/2 | 82,5 | Средняя температура воды tср в °C |
| D13 | !ERROR! D12 does not contain a number or expression | n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2) | 0,003368 | Кинематический коэф. вязкости воды – n, cм2/с при tср |
| D14 | !ERROR! D12 does not contain a number or expression | ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000 | 0,970 | Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср |
| D15 | !ERROR! D4 does not contain a number or expression | G’=G*1000/(ρ*60) | 773,024 | Расход воды G’, л/мин |
| D16 | !ERROR! D4 does not contain a number or expression | v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600) | 1,640 | Скорость воды v, м/с |
| D17 | !ERROR! D16 does not contain a number or expression | Re=v*d*10/n | 487001,4 | Число Рейнольдса Re |
| D18 | !ERROR! Cell D17 does not exist | λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000 λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000 | 0,035 | Коэффициент гидравлического трения λ |
| D19 | !ERROR! Cell D18 does not exist | R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d) | 0,004645 | Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м) |
| D20 | !ERROR! Cell D19 does not exist | dPтр=R*L | 0,464485 | Потери давления на трение dPтр, кг/см2 |
| D21 | !ERROR! Cell D20 does not exist | dPтр=dPтр*9,81*10000 | 45565,9 | и Па соответственно D20 |
| D22 | !ERROR! D10 does not contain a number or expression | dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10) | 0,025150 | Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2 |
| D23 | !ERROR! Cell D22 does not exist | dPтр=dPмс*9,81*10000 | 2467,2 | и Па соответственно D22 |
| D24 | !ERROR! Cell D20 does not exist | dP=dPтр+dPмс | 0,489634 | Расчетные потери давления dP, кг/см2 |
| D25 | !ERROR! Cell D24 does not exist | dP=dP*9,81*10000 | 48033,1 | и Па соответственно D24 |
| D26 | !ERROR! Cell D25 does not exist | S=dP/G2 | 23,720 | Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2 |
- значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
- ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».
Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.
Оформление результатов
Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:
- Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
- Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
- Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
- Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
- Шрифты:
- синий — исходные данные;
- чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
- красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.
Результаты в таблице Эксель
Пример от Александра Воробьёва
Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.
Исходные данные:
- длина трубы100 метров;
- ø108 мм;
- толщина стенки 4 мм.
Таблица результатов расчёта местных сопротивлений
Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.
Несложные подходы к расчету по площади комнаты
Для того чтобы расчет количества секций радиатора по площади был произведен правильно, и в холодную погоду вы чувствовали себя комфортно в вашем доме, нужно, чтобы система отопления удовлетворяла два требования. Эти условия в какой-то степени зависят друг от друга, поэтому разделить их вряд ли получится.
Во-первых, поддержание требуемой температуры воздуха во всем отапливаемом помещении. Естественно, что температурные показатели могут слегка отличаться, однако эти отклонения должны быть минимальными. На практике весьма комфортным показателем средней температуры считается 20 ˚С – именно ее берут за эталон, перед тем, как рассчитать количество батарей в доме.
Проще говоря, отопительная система должна справляться с прогревом определенного количества воздуха.
Говоря о точности расчетов, проводимых для отдельных помещений, для жилых домов существуют стандарты микроклимата, их можно найти в ГОСТе 30494-96. Вся информация находится в соответствующих таблицах.
Для выполнения конкретных задач система отопления должна иметь заданную тепловую мощность. Поэтому она должна не только отвечать нуждам помещения, но и иметь корректное распределение, исходя из площади и целого перечня иных не менее важных нюансов.
Для того чтобы рассчитать сколько надо батарей в комнату как можно эффективнее, сначала высчитывают нужный объем тепловой энергии для всех помещений, а уже готовые значения складывают и набавляют приблизительно 10 % для запаса, чтобы оборудованию не приходилось работать на грани своих возможностей. По результатам можно будет судить, какой котел по мощности придется приобрести. А расчеты по каждой комнате потребуются для того, чтобы понять, сколько секций радиатора нужно на комнату.
Зачастую, в качестве нормы на 1 м2 площади берут 100 Вт тепловой энергии – это считается самым простым методом для тех, кто делает расчет мощности отопления по объему помещения своими руками.
Для просчетов пользуются формулой Q = S×100, где:
Q – искомая тепловая мощность для комнаты;
S – площадь комнаты(м²);
100 — удельная мощность на единицу площади (Вт/м²).
Метод является довольно простым. Формулой пользуются условно, когда высота потолков не превышает 2,5-3 м. Более точный результат можно получить, если обсчитывать объем помещения. В этом случае удельную мощность приравнивают к значению 41 Вт/м3 – если дом состоит из железобетонных панелей, и 34 Вт/м3 – для кирпичных и других сооружений.
Более совершенная формула выглядит так Q = S×h×41 (34), где:
h – высота потолков (м);
41 или 34 – удельная мощность на единицу объема (Вт/м³).
В результате мы получаем более точные измерения, потому как кроме линейных размеров помещения в расчет берутся и параметры стен.
Точные расчеты тепловой нагрузки
Значение теплопроводности и сопротивление теплопередачи для строительных материалов
Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.
Что же такое сопротивление теплопередачи (R )? Это величина, обратная теплопроводности (λ ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d ). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:
Расчет по стенам и окнам
Сопротивление теплопередачи стен жилых зданий
Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.
В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:
- Площадь стен – 280 м². В нее включены окна – 40 м² ;
- Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56 ). Толщина наружных стен – 0,36 м. Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи — R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт ;
- Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм. Для него λ=0,036. Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт ;
- Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
- Сопротивление теплопередачи окон — 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).
Фактически тепловые потери через стены составят:
(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С
Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:
Расчет по вентиляции
Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:
(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час
Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:
Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:
(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт
Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.
К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.
Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.
Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.
Анатолий Коневецкий, Крым, Ялта
Анатолий Коневецкий, Крым, Ялта
Уважаемая Ольга! Извините,что обращаюсь к Вам еще раз. Что-то у меня по Вашим формулам получается немыслимая тепловая нагрузка: Кир=0,01*(2*9,8*21,6*(1-0,83)+12,25)=0,84 Qот=1,626*25600*0,37*((22-(-6))*1,84*0,000001=0,793 Гкал/час По укрупненной формуле, приведенной выше, получается всего 0,149 Гкал/час. Не могу понять, в чем дело? Разъясните пожалуйста! Извините за беспокойство. Анатолий.
Анатолий Коневецкий, Крым, Ялта
Принцип действия
Отопительный контур, называемый двухтрубным, состоит из радиаторов и двух магистральных трубопроводов – подающего и обратного. Нагретый котлом теплоноситель поступает в подающую магистраль, затем – в радиаторы, после чего по обратному трубопроводу снова возвращается к котлу.
Однотрубная и двухтрубная система отопления – в чем основное отличие? Главное отличие от однотрубной системы состоит в том, что радиаторы подключаются по параллельной схеме. Каждый из них находится между магистральным и обратным трубопроводами и своим входным патрубком подключается к первому, а выходным – ко второму.
Можно сказать, что трубопровод подачи в данном случае играет роль распределительной гребенки, из которой рабочая среда поступает сразу во все отопительные приборы.
Схема двухтрубной системы отопления с принудительной циркуляцией и теплыми полами
Если система отопления функционирует постоянно, в качестве теплоносителя используется подготовленная (обессоленная) вода. В случае работы контура в периодическом режиме следует применять антифриз.
Вся система отопления должна быть полностью заполнена теплоносителем, иначе при перетекании он будет издавать заметный шум. Но температура рабочей среды не всегда бывает постоянной и при нагреве объем ее может увеличиться. На этот случай предусмотрен компенсирующий элемент – расширительный бачок, подключаемый к контуру через тройник.
Все еще думаете, какую систему отопления выбрать? Тогда рассмотрите более упрощенный вариант – однотрубная система отопления частного дома. Достоинства и недостатки, а также разновидности систем.
О том, какой счетчик отопления выбрать, читайте тут. Есть ли смысл ставить общедомовой прибор учета?
Инфракрасный обогреватель – недорогой и удобный прибор для обогрева помещения. Здесь https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/obogrevateli/vred-infrakrasnogo.html вы узнаете, полезны или вредны такие обогреватели.
Циркуляция теплоносителя и конструкция расширительного бачка
Очевидно, что для функционирования отопительной системы необходимо заставить теплоноситель перемещаться по контуру. Эту задачу решают одним из двух способов:
Организация конвективной (естественной) циркуляции
В данном случае используют свойство всех жидкостей и газов при нагреве перемещаться вверх. Отопительный контур начинается идущей прямо от котла вертикальной трубой – разгонным коллектором, имеющим в высоту не менее 1,5 м. Мощная конвекция на этом участке обеспечивает приемлемую циркуляцию теплоносителя в системе.
Двухтрубная система водяного отопления с естественной циркуляцией с верхней разводкой
У этого варианта есть два преимущества:
- Энергонезависимость.
- Максимально простая конструкция расширительного бачка. Он представляет собой установленную в наивысшей точке системы открытую емкость, в днище которой врезана ведущая к контуру труба.
Недостатков больше:
- длительная раскачка;
- необходимость применять трубы большого диаметра;
- работа котла на предельном режиме (теплоноситель успевает сильно остыть);
- необходимость нагрева теплоносителя до высокой температуры, что делает невозможным эксплуатацию системы в межсезонье.
Перекачивание с помощью насоса
Используются специальные насосы, называемые циркуляционными.
Поскольку система замкнутая, их мощность определяется только величиной гидравлического сопротивления контура (высота подъема теплоносителя значения не имеет).
Данный вариант лишен перечисленных в предыдущем пункте недостатков, но из-за повышенного давления здесь приходится применять расширительный бачок более сложной конструкции.
Это герметично закрытая емкость, разделенная гибкой мембраной на две полости. Одна из них заполнена сжатым воздухом, в другую поступает избыток теплоносителя.
Если применяется антифриз, лучше установить закрытый расширительный бачок, независимо от способа циркуляции. Из открытого бачка в помещение будут проникать вредные испарения.
Что делать если нужен очень точный расчет
К сожалению, далеко не каждая квартира может считаться стандартной. Еще в большей степени это относится к частным жилым домам. Возникает вопрос: как рассчитать количество радиаторов отопления с учетом индивидуальных условий их эксплуатации? Для это понадобится учесть множество различных факторов.
Особенность этого метода состоит в том, что при вычислении необходимого количества тепла используется ряд коэффициентов, учитывающих особенности конкретного помещения, способные повлиять на его способность сохранять или отдавать тепловую энергию. Формула для расчетов выглядит так:
КТ = 100Вт/кв.м. * П * К1 * К2 * К3 * К4 * К5 * К6 * К7. где
КТ — количество тепла, необходимого для конкретного помещения; П — площадь комнаты, кв.м.; К1 — коэффициент, учитывающий остекление оконных проемов:
- для окон с обычным двойным остеклением — 1,27;
- для окон с двойным стеклопакетом — 1,0;
- для окон с тройным стеклопакетом — 0,85.
К2 — коэффициент теплоизоляции стен:
- низкая степень теплоизоляции — 1,27;
- хорошая теплоизоляция (кладка в два кирпича или слой утеплителя) — 1,0;
- высокая степень теплоизоляции — 0,85.
К3 — соотношение площади окон и пола в помещении:
К4 — коэффициент, позволяющий учесть среднюю температуру воздуха в самую холодную неделю года:
- для -35 градусов — 1,5;
- для -25 градусов — 1,3;
- для -20 градусов — 1,1;
- для -15 градусов — 0,9;
- для -10 градусов — 0,7.
К5 — корректирует потребность в тепле с учетом количества наружных стен:
К6 — учет типа помещения, которое расположено выше:
- холодный чердак — 1,0;
- отапливаемый чердак — 0,9;
- отапливаемое жилое помещение — 0,8
К7 — коэффициент, учитывающий высоту потолков:
Такой расчет количества радиаторов отопления включает практически все нюансы и базируется на довольно точном определении потребности помещения в тепловой энергии.
Остается полученный результат разделить на значение теплоотдачи одной секции радиатора и полученный результат округлить до целого числа.
Некоторые производители предлагают более простой способ получить ответ. На их сайтах можно найти удобный калькулятор, специально предназначенный для того, чтобы сделать данные вычисления. Чтобы воспользоваться программой, нужно ввести необходимые значения в соответствующие поля, после чего будет выдан точный результат. Или же можно воспользоваться специальным софтом.
Когда получали квартиру не задумывались о том, какие у нас радиаторы и подходят ли они к нашему дому. Но со временем потребовалась замена и тут уже стали подходить с научной точки зрения. Так как мощности старых радиаторов явно не хватало. После всех вычислений пришли к выводу, что 12 достаточно. Но нужно еще учесть вот какой момент — если ТЕЦ плохо выполняет свою работу и батареи чуть теплые, то тут уже никакое количество вас не спасет.
Последняя формула для более точного расчета понравилась, но не понятен коэффициент К2. Как определить степень теплоизоляции стен? Например, стена толщиной 375мм из пеноблока «ГРАС», это низкая или средняя степень? А если добавить снаружи стены 100мм плотного строительного пенопласта, это будет высокая, или все еще средняя?
Ок, последняя формула добротная вроде бы, окна учитываются, но а если в помещении еще и дверь есть наружная? А если это гараж в котором 3 окна 800*600 + дверь 205*85 + гаражные секционные ворота толщиной 45мм размерами 3000*2400?
Если делать для себя — я бы увеличил кол-во секций и поставил бы регулятор. И вуаля — мы уже значительно в меньшей степени зависим от прихотей ТЭЦ.
