Сборка отопления особняка включает различные устройства. Монтаж обогрева включает терморегуляторы, увеличивающие давление насосы, батареи, развоздушки, бак для расширения, крепежи, коллекторы, трубы котел, систему соединения. На этой вкладке ресурса мы попытаемся определить для нужной дачи определенные компоненты отопления. Указанные элементы конструкции неоспоримо важны. Посему соответствие каждого элемента монтажа необходимо делать правильно.
вобщем ситуация такая: попросили посчитать нагрузку на отопление ; воспользовался формулой: макс-час расход: Q=Vзд*qот*(Tвн - Tр.от)*a, и просчитал средний расход тепла:Q = Qот*(Tвн.-Tс.р.от)/(Tвн-Tр.от)
Максимальный часовой расход на отопление:
Qот =(qот * Vн *(tв-tн)) / 1000000; Гкал/ч
Qгод =(qот * Vн * R * 24 * (tв-tср))/ 1000000; Гкал/ч
где Vн – объем здания по наружному обмеру, м3 (из технического паспорта);
R – продолжительность отопительного периода;
R =188 (взять свою цифру) суток (табл.3.1) [СНБ 2.04.02-2000 «Строительная климатология»];
tср. – средняя температура наружного воздуха за отопительный период;
tср.= - 1,00С (табл.3.1) [СНБ 2.04.02-2000 «Строительная климатология»]
tВ, – средняя расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений,ºС;
tв= +18ºС – для административного здания (Приложение А, табл. А.1) [Методика нормирования расхода товливно-энергетических ресурсов для организаций жилищно-коммунального хозяйства];
tн= –24ºС – расчетная температура наружного воздуха для расчета отопления (Приложение Е, табл. Е.1) [СНБ 4.02.01-03. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха”];
qот – средние удельные отопительные характеристики зданий, ккал/м³*ч*ºС (Приложение А, табл. А.2) [Методика нормирования расхода товливно-энергетических ресурсов для организаций жилищно-коммунального хозяйства];
Для административных зданий:
.
Мы получили результат более чем в два раза превышающий результат первого расчета! Как показывает практический опыт, этот результат намного ближе к реальным потребностям в горячей воде для 45квартирного жилого дома.
Можно привести для сравнения результат расчета по старой методике, которая приводится в большинстве справочной литературы.
Вариант III. Расчет по старой методике. Максимально часовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения для жилых зданий , гостиниц и больниц общего типа по числу потребителей (в соответствии со СНиП IIГ.8–62) определялся следующим образом:
,
где k ч - коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды, принимаемый, например, по табл. 1.14справочника «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей» (см. табл. 1);n 1 - расчетное число потребителей; б - норма расхода горячей воды на1 потребителя, принимается по соответствующим таблицам СНиПа IIГ.8–62и для жилых зданий квартирного типа, оборудованных ванными длиной от 1500до 1700 мм, составляет 110–130 л/сутки;65 - температура горячей воды, °С; t х - температура холодной воды, °С, принимаем t х = 5°С.
Таким образом, максимально часовой расход тепла на ГВС будет равен.
Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.
Зачем нужно знать этот параметр
Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.
В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:
- Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
- Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
- Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.
Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.
Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.
Выбор методики расчета
Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.
Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.
Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.
Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.
Простые способы вычисления тепловой нагрузки
Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.
Зависимость мощности отопления от площади
Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.
Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:
15*1=15 кВт/час
Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.
Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания
Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:
Где q° – удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, Vн – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.
Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:
Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт
По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.
Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.
Точные расчеты тепловой нагрузки
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
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:
124*(22+15)= 4,96 кВт/час
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:
4,96+1,11=6,07 кВт/час
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.
Первым и самым важным этапом в нелегком процессе организации отопления любого объекта недвижимости (будь-то загородный дом или промышленный объект) является грамотное выполнение проектирования и расчета. В частности, следует обязательно рассчитать тепловые нагрузки на обогревательную систему, а также объем потребления тепла и топлива.
Выполнение предварительных расчетом необходимо не только для того, чтобы получить весь ассортимент документации для организации отопления объекта недвижимости, но еще и для понимания объемов топлива и тепла, подбора того или иного типа генераторов теплоты.
Тепловые нагрузки отопительной системы: характеристики, определения
Под определением следует понимать количество теплоты, которое в совокупности отдается приборами обогрева, установленными в доме или на другом объекте. Следует отметить, что перед установкой всей техники данный расчет производится для исключения каких-то неприятностей, лишних финансовых затрат и работ.
Расчет тепловых нагрузок на отопление поможет организовать бесперебойную и эффективную работу системы обогрева объекта недвижимости. Благодаря этому расчету можно быстро выполнить абсолютно все задачи теплоснабжения, обеспечить их соответствие нормам и требованиям СНиП.
Цена ошибки, допущенной в расчете, может быть довольно значительной. Все дело в том, что в зависимости от полученных расчетных данных, в отделении ЖКХ города будут выделяться максимальные расходные параметры, устанавливаются лимиты и прочие характеристики, от которых и отталкиваются при расчете стоимости услуг.
Общая тепловая нагрузка на современную систему отопления состоит из нескольких основных параметров нагрузок:
- На общую систему центрального отопления;
- На систему напольного отопления (если она имеется в доме) – теплого пола;
- Систему вентиляции (естественной и принудительной);
- Систему горячего водоснабжения;
- На всевозможные технологические нужды: бассейны, бани и прочие подобные конструкции.
Основные характеристики объекта, важные для учета при расчете тепловой нагрузки
Наиболее правильно и грамотно расчетная тепловая нагрузка на отопление будет определена лишь в том случае, когда учтены абсолютно все, даже самые мелкие детали и параметры.
Перечень этот довольно большой и в него можно включить:
- Тип и назначение объектов недвижимости. Жилое либо нежилое здание, квартира или административное строение – все это очень важно для получения достоверных данных теплового расчета.
Также, от типа строения зависит норма нагрузок, которую определяют компании теплопоставщики и, соответственно, расходы на отопление;
- Архитектурная часть. Учитываются габариты всевозможных наружных ограждений (стен, полов, крыши), размеры проемов (балконы, лоджии, двери и окна). Важна этажность здания, наличие подвалов, чердаков и их особенности;
- Температурные требования для каждого из помещений здания. Под этим параметром следует понимать режимы температуры для каждой комнаты жилого дома или зоны административного строения;
- Конструкция и особенности наружных ограждений, в том числе, тип материалов, толщина, наличие утепляющих прослоек;
- Характер назначения помещения. Как правило, присуще для производственных строений, где для цеха или же участка нужно создать какие-то определенные тепловые условия и режимы;
- Наличие и параметры специальных помещений. Наличие тех же бань, бассейнов и прочих подобных конструкций;
- Степень технического обслуживания – наличие горячего водопровода, типа централизованного отопления, систем вентиляции и кондиционирования;
- Общее количество точек, из которых производится забор горячей воды. Именно на эту характеристику следует обращать особое внимание, ведь чем больше число точек – тем больше будет тепловая нагрузка на всю систему отопления в целом;
- Число людей, проживающих в доме или находящихся на объекте. От этого зависят требования к влажности и температуре – факторы, которые входят в формулу расчета тепловой нагрузки;
- Прочие данные. Для промышленного объекта к таким факторам, например, относится число смен, количество рабочих в одну смену, а также рабочих дней за год.
Что касается частного дома – нужно учесть количество проживающих людей, число санузлов, помещений и т.д.
Расчет нагрузок тепла: что включается в процесс
Непосредственно сам расчет нагрузки на отопление своими руками производится еще на стадии проектирования загородного коттеджа или другого объекта недвижимости – это связано с простотой и отсутствием лишних денежных затрат. При этом учитываются требования различных норм и стандартов, ТКП, СНБ и ГОСТ.
Обязательными к определению в ходе расчета тепловой мощности являются следующие факторы:
- Теплопотери наружных ограждений. Включает в себя желаемые температурные режимы в каждой из комнат;
- Мощность, требуемая для нагрева воды в помещении;
- Количество теплоты, требуемое для подогрева вентиляции воздуха (в том случае, когда требуется принудительная приточная вентиляции);
- Тепло, нужное для подогрева воды в бассейне или же бане;
- Возможные развития дальнейшего существования обогревательной системы. Подразумевается возможность вывода отопления на мансарду, в подвал, а также всевозможные строения и пристройки;
Совет. С «запасом» рассчитывают тепловые нагрузки нужно для того, чтобы исключить возможность лишних финансовых затрат. Особенно актуально для загородного дома, где дополнительное подключение элементов отопления без предварительной проработки и подготовки будет стоить непомерно дорого.
Особенности расчета тепловой нагрузки
Как уже оговаривалось ранее, расчетные параметры воздуха в помещениях выбираются из соответствующей литературы. В то же время, из этих же источников производится подбор коэффициентов теплопередачи (учитываются еще и паспортные данные обогревательных агрегатов).
Традиционный расчет тепловых нагрузок на отопление требует последовательного определения максимального теплового потока от обогревательных приборов (все фактически расположенные в здании отопительные батареи), максимального часового расхода энергии тепла, а также общих затрат тепловой мощности за определенный период, например, отопительный сезон.
Приведенная выше инструкция по расчету тепловых нагрузок с учетом площади поверхности теплового обмена может быть применена для различных объектов недвижимости. Нельзя не отметить, что такой способ позволяет грамотно и максимально правильно разработать обоснование для использования эффективного обогрева, а также энергетического обследования домов и зданий.
Идеальный способ расчета для дежурного отопления промышленного объекта, когда подразумевается снижение температур в нерабочее время (учитываются еще и праздничные, выходные дни).
Методы определения тепловых нагрузок
В настоящее время тепловые нагрузки рассчитываются несколькими основными способами:
- Расчет теплопотерь посредством укрупненных показателей;
- Определение параметров через различные элементы ограждающих конструкций, добавочных потерь на нагрев воздуха;
- Расчет теплоотдачи всей установленной в строении отопительно-вентиляционной техники.
Укрупненный метод расчета нагрузок на отопление
Еще одним методом расчета нагрузок на систему отопления является так называемая укрупненная методика. Как правило, используется подобная схема в том случае, когда отсутствует информация о проектах либо же подобные данные не соответствуют фактическим характеристикам.
Для укрупненного расчета тепловой нагрузки отопления используется довольно простая и незамысловатая формула:
Qmax от.=α*V*q0*(tв-tн.р.)*10 -6
В формуле используются следующие коэффициенты: α является поправочным коэффициентом, учитывающим климатические условия в регионе, где построено здание (применяется в случае, когда расчетная температура отличная от -30С); q0 удельная характеристика отопления, выбираемая в зависимости от температуры наиболее холодной недели в году (так называемой «пятидневки»); V – наружный объем строения.
Виды тепловых нагрузок для учета в расчете
В ходе выполнения расчетов (а также при подборе оборудования) учитывается большое количество самых различных тепловых нагрузок:
- Сезонные нагрузки. Как правило, для них присущи следующие особенности:
- В течение всего года происходит изменение тепловых нагрузок в зависимости от температуры воздуха снаружи помещения;
- Годовые расходы теплоты, которые определяются метеорологическими особенностями того региона, где расположен объект, для которого рассчитываются тепловые нагрузки;
- Изменение нагрузки на систему обогрева в зависимости от времени суток. За счет теплостойкости наружных ограждений здания такие значения принимаются как незначительные;
- Расходы тепловой энергии вентиляционной системы по часам суток.
- Круглогодичные тепловые нагрузки. Следует отметить, что для систем обогрева и горячего водоснабжения большинство отечественных объектов имеют тепловое потребление на протяжении года, которое изменяется довольно мало. Так, например, летом расходы тепловой энергии по сравнению с зимой снижается практически на 30-35%;
- Сухое тепло – конвекционный теплообмен и тепловое излучение от других подобных устройств. Определяется за счет температуры сухого термометра.
Данный фактор зависит от массы параметров, среди которых всевозможные окна и двери, оборудование, системы вентиляции и даже воздухообмен через щели в стенах и перекрытия. Еще обязательно учитывается количество людей, которые могут находиться в помещении;
- Скрытое тепло – испарения и конденсация. Опирается на температуру влажного термометра. Определяется объем скрытой теплоты влажности и ее источниками в помещении.
В любом помещении на влажность оказывают влияние:
- Люди и их количество, которые одновременно находятся в помещении;
- Технологическое и другое оборудование;
- Потоки воздуха, которые проходят через трещины и щели в конструкциях здания.
Регуляторы тепловых нагрузок, как возможность выхода из сложных ситуаций
Как можно видеть на многих фото и видео современных и прочего котельного оборудования, в комплект с ними входят специальные регуляторы тепловых нагрузок. Техника данной категории призвана обеспечить поддержку определенного уровня нагрузок, исключить всевозможные скачки и провалы.
Следует отметить, что РТН позволяют существенно сэкономить на оплате отопления, ведь во многих случаях (а особенно для промышленных предприятий) устанавливаются определенные лимиты, которые нельзя превышать. В противном случае, если будут зафиксированы скачки и превышения тепловых нагрузок, то возможны штрафы и подобные санкции.
Совет. Нагрузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирования – важный момент в проектировании дома. Если самостоятельно выполнить работы по проектированию невозможно, то лучше всего доверить его специалистам. В то же время, все формулы простые и незамысловаты, а потому самим рассчитать все параметры не так уже и сложно.
Нагрузки на вентиляцию и ГВС – один из факторов тепловых систем
Тепловые нагрузки на отопление, как правило, рассчитываются в комплексе еще и с вентиляцией. Это сезонная нагрузка, она предназначена для замены отработанного воздуха на чистый, а также его нагрев до установленной температуры.
Часовые расхода теплоты на системы вентиляции рассчитываются по определенной формуле:
Qв.=qв.V(tн.-tв.) , где
Кроме, собственно, вентиляции рассчитываются тепловые нагрузки и на систему горячего водоснабжения. Причины для проведения подобных расчетов аналогичны вентиляции, да и формула несколько схожа:
Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср , где
r, в, tг.,tх. – расчетная температура горячей и холодной воды, плотность воды, а также коэффициент, в котором учтены значения максимальной нагрузки горячего водоснабжения к среднему значению, установленному ГОСТом;
Комплексный расчет тепловых нагрузок
Кроме, собственно, теоретических вопросов расчета, также выполняются и некоторые практические работы. Так, например, комплексные теплотехнические обследования включают в себя обязательное термографирование всех конструкций – стен, перекрытий, дверей и окон. Следует отметить, что такие работы позволяют определить и зафиксировать факторы, которые оказывают существенное влияние на теплопотери строения.
Тепловизионная диагностика покажет, каков будет реальный температурный перепад при прохождении некоего строго определенного количества теплоты через 1м2 ограждающих конструкций. Также, это поможет узнать расход тепла при определенном перепаде температур.
Практические измерения – незаменимая составляющая различных расчетных работ. В комплексе такие процессы помогут получить наиболее достоверные данные о тепловых нагрузках и теплопотерях, которые будут наблюдаться в определенном строении на протяжении определенного периода времени. Практичный расчет поможет достичь того, чего не покажет теория, а именно «узкие» места каждого сооружения.
Заключение
Расчет тепловых нагрузок, как и – важный фактор, вычисления которого должны обязательно производиться перед началом организации системы обогрева. Если все работы выполнить грамотно и подходить к процессу с умом, можно гарантировать обеспечить безотказную работу отопления, а также сэкономить деньги на перегреве и прочих лишних затратах.
Тема этой статьи — тепловая нагрузка. Мы выясним, что представляет собой этот параметр, от чего он зависит и как может рассчитываться. Кроме того, в статье будет приведен ряд справочных значений теплового сопротивления разных материалов, которые могут понадобиться для расчета.
Что это такое
Термин, в сущности, интуитивно-понятный. Под тепловой нагрузкой подразумевается то количество тепловой энергии, которое необходимо для поддержания в здании, квартире или отдельном помещении комфортной температуры.
Максимальная часовая нагрузка на отопление, таким образом – это, то количество тепла, которое может потребоваться для поддержания нормированных параметров в течение часа в наиболее неблагоприятных условиях.
Факторы
Итак, что влияет на потребность здания в тепле?
- Материал и толщина стен. Понятно, что стена в 1 кирпич (25 сантиметров) и стена из газобетона под 15-сантиметровой пенопластовой шубой пропустят ОЧЕНЬ разное количество тепловой энергии.
- Материал и структура кровли. Плоская крыша из железобетонных плит и утепленный чердак тоже будут весьма заметно различаться по теплопотерям.
- Вентиляция — еще один важный фактор. Ее производительность, наличие или отсутствие системы рекуперации тепла влияют на то, сколько тепла теряется с отработанным воздухом.
- Площадь остекления. Через окна и стеклянные фасады теряется заметно больше тепла, чем через сплошные стены.
Однако: тройные стеклопакеты и стекла с энергосберегающим напылением уменьшают разницу в несколько раз.
- Уровень инсоляции в вашем регионе, степень поглощения солнечного тепла внешним покрытием и ориентация плоскостей здания относительно сторон света. Крайние случаи — дом, находящийся в течение всего дня в тени других строений и дом, ориентированный черной стеной и наклонной кровлей черного цвета с максимальной площадью на юг.
- Дельта температур между помещением и улицей определяет тепловой поток через ограждающие конструкции при постоянном сопротивлении теплопередаче. При +5 и -30 на улице дом будет терять разное количество тепла. Уменьшит, разумеется, потребность в тепловой энергии и снижение температуры внутри здания.
- Наконец, в проект часто приходится закладывать перспективы дальнейшего строительства . Скажем, если текущая тепловая нагрузка равна 15 киловаттам, но в ближайшем будущем планируется пристроить к дому утепленную веранду — логично приобрести с запасом по тепловой мощности.
Распределение
В случае водяного отопления пиковая тепловая мощность источника тепла должна быть равна сумме тепловой мощности всех отопительных приборов в доме. Разумеется, разводка тоже не должна становиться узким местом.
Распределение отопительных приборов по помещениям определяется несколькими факторами:
- Площадью комнаты и высотой ее потолка;
- Расположением внутри здания. Угловые и торцевые помещения теряют больше тепла, чем те, которые расположены в середине дома.
- Удаленностью от источника тепла. В индивидуальном строительстве этот параметр означает удаленность от котла, в системе центрального отопления многоквартирного дома — тем, подключена батарея к стояку подачи или обратки и тем, на каком этаже вы живете.
Уточнение: в домах с нижним розливом стояки соединяются попарно. На подающем — температура убывает при подъеме с первого этажа к последнему, на обратном, соответственно, наоборот.
Как распределятся температуры в случае верхнего розлива — догадаться тоже нетрудно.
- Желаемой температурой в помещении. Помимо фильтрации тепла через внешние стены, внутри здания при неравномерном распределении температур тоже будет заметна миграция тепловой энергии через перегородки.
- Для жилых комнат в середине здания — 20 градусов;
- Для жилых комнат в углу или торце дома — 22 градуса. Более высокая температура, среди прочего, препятствует промерзанию стен.
- Для кухни — 18 градусов. В ней, как правило, есть большое количество собственных источников тепла — от холодильника до электроплиты.
- Для ванной комнаты и совмещенного санузла нормой являются 25С.
В случае воздушного отопления тепловой поток, поступающий в отдельную комнату, определяется пропускной способностью воздушного рукава. Как правило, простейший метод регулировки — ручная подстройка положений регулируемых вентиляционных решеток с контролем температур по термометру.
Наконец, в случае, если речь идет о системе обогрева с распределенными источниками тепла (электрические или газовые конвектора, электрические теплые полы, инфракрасные обогреватели и кондиционеры) необходимый температурный режим просто задается на термостате. Все, что требуется от вас — обеспечить пиковую тепловую мощность приборов на уровне пика теплопотерь помещения.
Методики расчета
Уважаемый читатель, у вас хорошее воображение? Давайте представим себе дом. Пусть это будет сруб из 20-сантиметрового бруса с чердаком и деревянным полом.
Мысленно дорисуем и конкретизируем возникшую в голове картинку: размеры жилой части здания будут равны 10*10*3 метра; в стенах мы прорубим 8 окон и 2 двери — на передний и внутренний дворы. А теперь поместим наш дом… скажем, в город Кондопога в Карелии, где температура в пик морозов может опуститься до -30 градусов.
Определение тепловой нагрузки на отопление может быть выполнено несколькими способами с разной сложностью и достоверностью результатов. Давайте воспользуемся тремя наиболее простыми.
Способ 1
Действующие СНиП предлагают нам простейший способ расчета. На 10 м2 берется один киловатт тепловой мощности. Полученное значение умножается на региональный коэффициент:
- Для южных регионов (Черноморское побережье, Краснодарский край) результат умножается на 0,7 — 0,9.
- Умеренно-холодный климат Московской и Ленинградской областей заставит использовать коэффициент 1,2-1,3. Думается, наша Кондопога попадет именно в эту климатическую группу.
- Наконец, для Дальнего Востока районов Крайнего Севера коэффициент колеблется от 1,5 для Новосибирска до 2,0 для Оймякона.
Инструкция по расчету с использованием этого метода неимоверно проста:
- Площадь дома равна 10*10=100 м2.
- Базовое значение тепловой нагрузки равно 100/10=10 КВт.
- Умножаем на региональный коэффициент 1,3 и получаем 13 киловатт тепловой мощности, необходимых для поддержания комфорта в доме.
Однако: если уж пользоваться столь простой методикой, лучше сделать запас как минимум в 20% для компенсации погрешностей и экстремальных холодов. Собственно, будет показательным сравнить 13 КВт со значениями, полученными другими способами.
Способ 2
Понятно, что при первом методе расчета погрешности будут огромными:
- Высота потолков в разных строениях сильно различается. С учетом того, что греть нам приходится не площадь, а некий объем, причем при конвекционном отоплении теплый воздух собирается под потолком — фактор важный.
- Окна и двери пропускают больше тепла, чем стены.
- Наконец, будет явной ошибкой стричь под одну гребенку городскую квартиру (причем независимо от ее расположения внутри здания) и частный дом, у которого внизу, вверху и за стенами не теплые квартиры соседей, а улица.
Что же, скорректируем метод.
- За базовое значение возьмем 40 ватт на кубометр объема помещения.
- На каждую дверь, ведущую на улицу, добавим к базовому значению 200 ватт. На каждое окно — 100.
- Для угловых и торцевых квартир в многоквартирном доме введем коэффициент 1,2 — 1,3 в зависимости от толщины и материала стен. Его же используем для крайних этажей в случае, если подвал и чердак плохо утеплены. Для частного дома значение умножим и вовсе на 1,5.
- Наконец, применим те же региональные коэффициенты, что и в предыдущем случае.
Как там поживает наш домик в Карелии?
- Объем равен 10*10*3=300 м2.
- Базовое значение тепловой мощности равно 300*40=12000 ватт.
- Восемь окон и две двери. 12000+(8*100)+(2*200)=13200 ватт.
- Частный дом. 13200*1,5=19800. Мы начинаем смутно подозревать, что при подборе мощности котла по первой методике пришлось бы померзнуть.
- А ведь еще остался региональный коэффициент! 19800*1,3=25740. Итого — нам нужен 28-киловаттный котел. Разница с первым значением, полученным простым способом — двукратная.
Однако: на практике такая мощность потребуется лишь в несколько дней пика морозов. Зачастую разумным решением будет ограничить мощность основного источника тепла меньшим значением и купить резервный нагреватель (к примеру, электрокотел или несколько газовых конвекторов).
Способ 3
Не обольщайтесь: описанный способ тоже весьма несовершенен. Мы весьма условно учли тепловое сопротивление стен и потолка; дельта температур между внутренним и внешним воздухом тоже учтена лишь в региональном коэффициенте, то есть весьма приблизительно. Цена упрощения расчетов — большая погрешность.
Вспомним: для поддержания внутри здания постоянной температуры нам нужно обеспечить количество тепловой энергии, равное всем потерям через ограждающие конструкции и вентиляцию. Увы, и здесь нам придется несколько упростить себе расчеты, пожертвовав достоверностью данных. Иначе полученные формулы должны будут учитывать слишком много факторов, которые трудно измерить и систематизировать.
Упрощенная формула выглядит так: Q=DT/R, где Q — количество тепла, которое теряет 1 м2 ограждающей конструкции; DT — дельта температур между внутренней и внешней температурами, а R — сопротивление теплопередаче.
Заметьте: мы говорим о потерях тепла через стены, пол и потолок. В среднем еще около 40% тепла теряется через вентиляцию. Ради упрощения расчетов мы подсчитаем теплопотери через ограждающие конструкции, а потом просто умножим их на 1,4.
Дельту температур измерить легко, но где брать данные о термическом сопротивлении?
Увы — только из справочников. Приведем таблицу для некоторых популярных решений.
- Стена в три кирпича (79 сантиметров) обладает сопротивлением теплопередаче в 0,592 м2*С/Вт.
- Стена в 2,5 кирпича — 0,502.
- Стена в два кирпича — 0,405.
- Стена в кирпич (25 сантиметров) — 0,187.
- Бревенчатый сруб с диаметром бревна 25 сантиметров — 0,550.
- То же, но из бревен диаметром 20 см — 0,440.
- Сруб из 20-сантиметрового бруса — 0,806.
- Сруб из брус толщиной 10 см — 0,353.
- Каркасная стена толщиной 20 сантиметров с утеплением минеральной ватой — 0,703.
- Стена из пено- или газобетона при толщине 20 сантиметров — 0,476.
- То же, но с толщиной, увеличенной до 30 см — 0,709.
- Штукатурка толщиной 3 сантиметра — 0,035.
- Потолочное или чердачное перекрытие — 1,43.
- Деревянный пол — 1,85.
- Двойная дверь из дерева — 0,21.
А теперь вернемся к нашему дому. Какими параметрами мы располагаем?
- Дельта температур в пик морозов будет равной 50 градусам (+20 внутри и -30 снаружи).
- Теплопотери через квадратный метр пола составят 50/1,85 (сопротивление теплопередачи деревянного пола) =27,03 ватта. Через весь пол — 27,03*100=2703 ватта.
- Посчитаем потери тепла через потолок: (50/1,43)*100=3497 ватт.
- Площадь стен равна (10*3)*4=120 м2. Поскольку у нас стены выполнены из 20-санттиметрового бруса, параметр R равен 0,806. Потери тепла через стены равны (50/0,806)*120=7444 ватта.
- Теперь сложим полученные значения: 2703+3497+7444=13644. Именно столько наш дом будет терять через потолок, пол и стены.
Заметьте: чтобы не высчитывать доли квадратных метров, мы пренебрегли разницей в теплопроводности стен и окон с дверьми.
- Затем добавим 40% потерь на вентиляцию. 13644*1,4=19101. Согласно этому расчету нам должно хватить 20-киловаттного котла.
Выводы и решение проблем
Как видите, имеющиеся способы расчета тепловой нагрузки своими руками дают весьма существенные погрешности. К счастью, избыточная мощность котла не повредит:
- Газовые котлы на уменьшенной мощности работают практически без падения КПД, а конденсационные так и вовсе выходят на наиболее экономичный режим при неполной нагрузке.
- То же самое касается соляровых котлов.
- Электрическое нагревательное оборудование любого типа всегда имеет КПД, равный 100 процентам (разумеется, это не относится к тепловым насосам). Вспомните физику: вся мощность, не потраченная на совершения механической работы (то есть перемещения массы против вектора гравитации) в конечном счете, расходуется на нагрев.
Единственный тип котлов, для которых работа на мощности меньше номинальной противопоказана — твердотопливные. Регулировка мощности в них осуществляется довольно примитивным способом — ограничением притока воздуха в топку.
Что в результате?
- При недостатке кислорода топливо сгорает не полностью. Образуется больше золы и сажи, которые загрязняют котел, дымоход и атмосферу.
- Следствие неполного сгорания — падение КПД котла. Логично: ведь часто топлива покидает котел до того, как сгорела.
Однако и здесь есть простой и изящный выход — включение в схему отопления теплоаккумулятора. Теплоизолированный бак емкостью до 3000 литров подключается между подающим и обратным трубопроводом, размыкая их; при этом формируется малый контур (между котлом и буферной емкостью) и большой (между емкостью и отопительными приборами).
Как работает такая схема?
- После растопки котел работает на номинальной мощности. При этом за счет естественной или принудительной циркуляции его теплообменник отдает тепло буферной емкости. После того, как топливо прогорело, циркуляция в малом контуре останавливается.
- Следующие несколько часов теплоноситель движется по большому контуру. Буферная емкость постепенно отдает накопленное тепло радиаторам или водяным теплым полам.
Заключение
Как обычно, некоторое количество дополнительной информации о том, как еще может быть рассчитана тепловая нагрузка, вы найдете в видео в конце статьи. Теплых зим!
