Расчет тепловых нагрузок на отопление
Как определить тепловую нагрузку на отопление?
Тепловая нагрузка на отопление — это количество тепловой энергии, необходимое для достижения комфортной температуры в помещении. Существует также понятие максимальной почасовой нагрузки, которое следует понимать как наибольшее количество энергии, которое может понадобиться в отдельные часы при неблагоприятных условиях. Чтобы понять, какие условия можно считать неблагоприятными, необходимо разобраться с факторами, от которых зависит тепловая нагрузка.
Потребность здания в тепле
В разных строениях потребуется неодинаковое количество тепловой энергии, чтобы человек чувствовал себя комфортно.
Среди факторов, влияющих на потребность в тепле, можно выделить следующие:
- Материал, из которого изготовлены стены, а также их толщина. Стена, выложенная в один кирпич и газобетонная стена, к тому же в совокупности с 20-сантиметровой прокладкой из пенопласта, отличаются в плане пропускания тепловой энергии.
- Материал кровли и ее конструкционные особенности. Плоская крыша из ж/б бетонных плит и хорошо утепленное чердачное помещение значительно разнятся по показателям теплопотерь.
- Вентиляционная система. На теплопотери влияют производительность вентиляции и возможность рекуперации тепла.
- Площадь остекленных поверхностей. Естественно, что помещение с французскими окнами при прочих равных условиях теряет больше тепла, чем комната с маленькими окнами-амбразурами. Этот недостаток значительного остекления сглаживается толстыми стеклопакетами, где стекла обработаны энергосберегающим веществом.
- Показатели инсоляции, свойственные той или иной местности, степень поглощения лучей Солнца внешней поверхностью здания. Также имеет значение расположение дома относительно сторон света. В качестве крайних примеров можно привести строение, всегда находящееся в тени и другой дом, у которого черные стены, наклонная черная крыша и расположение всех окон на юг.
- Температурная дельта между зданием и улицей определяет поток тепла через ограждающие элементы при перманентном сопротивлении теплопередаче. Если на улице 10 градусов тепла, теплопотери будут отличаться от ситуации, когда температура снаружи упала до 30 градусов мороза.
- Перспективы изменений потребностей в тепле. К примеру, если предполагается модернизация здания или добавление к нему новых пристроек, то может оказаться, что заложенной тепловой нагрузки уже вскоре будет недостаточно.
Распределение приборов
Если речь идет о водяном отоплении, максимальная мощность источника тепловой энергии должна равняться сумме мощностей всех источников тепла в здании.
Распределение приборов по помещениям дома зависит от следующих обстоятельств:
- Площадь помещения, уровень потолка.
- Положение комнаты в строении. Помещения в торцевой части по углах отличаются повышенными теплопотерями.
- Расстояние до источника тепла.
- Оптимальная температура (с точки зрения жильцов). На температуру помещения, помимо прочих факторов, влияет перемещение воздушных потоков внутри жилья.
Строительные нормы и правила (СНиП) рекомендуют такие температурные параметры:
- Жилые помещения в глубине строения — 20 градусов.
- Жилые помещения в угловых и торцевых частях здания — 22 градуса.
- Кухня — 18 градусов. В кухонном помещении температура выше, так как в ней присутствуют дополнительные источники тепла (электрическая плита, холодильник и т.д.).
- Ванная комната и туалет — 25 градусов.
Схема температуры в случае верхнего розлива
Если в доме обустроено воздушное отопление, объем потока тепла, поступающий в комнату, зависит от пропускной возможности воздушного рукава. Регулируется поток ручной настройкой вентиляционных решеток, а контролируется — термометром.
Дом может обогреваться распределенными источниками тепловой энергии: электро- или газовые конвекторы, теплые полы на электричестве, масляные батареи, ИК-обогреватели, кондиционеры. В этом случае нужные температуры определяются настройкой термостата. В этом случае нужно предусмотреть такую мощность оборудования, которой бы хватало при максимальном уровне тепловых потерь.
Методики расчета
Расчет тепловой нагрузки на отопление можно произвести на примере конкретного помещения. Пусть в данном случае это будет сруб из 25-сантиметрового бурса с чердачным помещение и полом из древесины. Размеры здания: 12×12×3. В стенах имеется 10 окон и пара дверей. Дом расположен в местности, для которой характерны очень низкие температуры зимой (до 30 градусов мороза).
Расчеты можно произвести тремя способами, о которых пойдет речь ниже.
Первый вариант расчета
Согласно существующим нормам СНиП, на 10 квадратных метров нужен 1 кВт мощности. Данный показатель корректируется с учетом климатических коэффициентов:
- южные регионы — 0,7-0,9;
- центральные регионы — 1,2-1,3;
- Дальний Восток и Крайний Север — 1,5-2,0.
Вначале определяем площадь дома: 12×12=144 квадратных метра. В таком случае базовый показатель тепловой нагрузке равен: 144/10=14,4 кВт. Полученный результат умножаем на климатическую поправку (будем использовать коэффициент 1,5): 14,4×1,5=21,6 кВт. Столько мощности нужно, чтобы в доме была комфортная температура.
Таблица соотношения мощности котла и площади дома
Совет! Рекомендуется предусмотреть, по крайней мере, 20% запас прочности для отопительного оборудования.
Второй вариант расчета
Способ, приведенный выше, страдает значительными погрешностями:
- Не учтена высота потолков, а ведь обогревать нужно не квадратные метры, а объем.
- Через оконные и дверные проемы теряется больше тепла, чем через стены.
- Не учтен тип здания — многоквартирное это здание, где за стенами, потолком и полом обогреваемые квартиры содей или это частный дом, где за стенами только холодный воздух.
Корректируем расчет:
- В качестве базового применим следующий показатель — 40 Вт на кубический метр.
- Для каждой двери предусмотрим по 200 Вт, а для окон — по 100 Вт.
- Для квартир в угловых и торцевых частях дома используем коэффициент 1,3. Если речь идет о самом высоком или самом низком этаже многоквартирного здания, используем коэффициент 1,3, а для частного строения — 1,5.
- Также снова применим климатический коэффициент.
Таблица климатического коэффициента
Производим расчет:
- Высчитываем объем помещения: 12×12×3=432 квадратных метра.
- Базовый показатель мощности равняется 432×40=17280 Вт.
- В доме есть десяток окон и пара дверей. Таким образом: 17280+(10×100)+(2×200)=18680Вт.
- Если речь идет о частном доме: 18680×1,5=28020 Вт.
- Учитываем климатический коэффициент: 28020×1,5=42030 Вт.
Итак, исходя из второго вычисления видно, что разница с первым способом расчета практически двукратная. При этом нужно понимать, что подобная мощность нужна только во время самых низких температур. Иными словами, пиковую мощность можно обеспечить дополнительными источниками обогрева, например, резервным обогревателем.
Третий вариант расчета
Есть еще более точный способ подсчета, в котором учитываются теплопотери.
Схема потери тепла в процентах
Формула для расчета такова: Q=DT/R, где:
- Q — потери тепла на квадратный метр ограждающей конструкции;
- DT — дельта между наружной и внутренней температурами;
- R — уровень сопротивления при передаче тепла.
Обратите внимание! Порядка 40% тепла уходит в вентиляционную систему.
Чтобы упростить подсчеты, примем усредненный коэффициент (1,4) потерь тепла через ограждающие элементы. Осталось определить параметры термического сопротивления из справочной литературы. Ниже приведена таблица для наиболее часто применяемых конструкционных решений:
- стена в 3 кирпича — уровень сопротивления составляет 0,592 на кв. м×С/Вт;
- стена в 2 кирпича — 0,406;
- стена в 1 кирпич — 0,188;
- сруб из 25-сантиметрового бруса — 0,805;
- сруб из 12-сантиметрового бруса — 0,353;
- каркасный материал с утеплением минватой — 0,702;
- пол из древесины — 1,84;
- потолок или чердак — 1,45;
- деревянная двойная дверь — 0,22.
Таблица значений утеплителей
Расчеты:
- Температурная дельта — 50 градусов (20 градусов тепла в помещении и 30 градусов мороза на улице).
- Потери тепла на квадратный метр пола: 50/1,84 (данные для пола из древесины)=27,17 Вт. Потери по всей площади пола: 27,17×144=3912 Вт.
- Теплопотери через потолок: (50/1,45)×144=4965 Вт.
- Рассчитываем площадь четырех стен: (12×3)×4=144 кв. м. Так как стены изготовлены из 25-сантиметрового бруса, R равняется 0,805. Тепловые потери: (50/0,805)×144=8944 Вт.
- Складываем полученные результаты: 3912+4965+8944=17821. Полученное число — общие теплопотери дома без учета особенностей потерь через окна и двери.
- Прибавляем 40% вентиляционных потерь: 17821×1,4=24,949. Таким образом, понадобится котел на 25 кВт.
Выводы
Даже самый продвинутый из перечисленных способов не учитывает всего спектра потерь тепла. Поэтому рекомендуется покупать котел с некоторым запасом мощности. В связи с этим приведем несколько фактов по особенностям КПД разных котлов:
- Газовое котельное оборудование работают с очень стабильным КПД, а конденсационные и соляровые котлы переходят на экономичный режим при небольшой нагрузке.
- Электрокотлы имеют 100% коэффициент полезного действия.
- Не допускается работа в режиме ниже номинальной мощности для твердотопливных котельных аппаратов.
Твердотопливные котлы регулируются ограничителем поступления воздуха в топочную камеру, однако при недостаточном уровне кислорода не происходит полного выгорания топлива. Это приводит к образованию большого количества золы и снижению КПД. Исправить положение можно при помощи теплового аккумулятора. Бак с теплоизоляцией устанавливается между трубами подачи и обратки, размыкая их. Таким образом, создается малый контур (котел — буферный бак) и большой контур (бак — отопительные приборы).
Схема с тепловым аккумулятором
Схема функционирует следующим образом:
- После закладки топлива оборудование работает на номинальной мощности. Благодаря естественной или принудительной циркуляции, происходит передача тепла в буфер. После сгорания топлива, циркуляция в малом контуре прекращается.
- В течение последующих часов тепловой носитель циркулирует по большому контуру. Буфер медленно передает тепло батареям или теплому полу.
Увеличенная мощность потребует дополнительных затрат. При этом запас мощности оборудования дает важный положительный результат: интервал между загрузками топлива значительно увеличивается.
klivent.biz
Отопление частного дома » Монтаж отопления » Расчет систем отопления
Как рассчитать тепловую нагрузку
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:
- 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.
- 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.
- Температурный режим для каждого помещения в отдельности. Это очень важно, потому что общие требования к температуре в доме не дают точной картины распределения тепла.
- Назначение помещений. В основном это относится к производственным цехам, в которых необходимо более строгое соблюдение температурного режима.
- Наличие специальных помещений. К примеру, в жилых частных домах это могут быть бани или сауны.
- Степень технического оснащения. Учитывается наличие системы вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения, тип используемого отопления.
- Количество точек, через которые проводится отбор горячей воды. И чем больше таких точек, тем большей тепловой нагрузке подвергается система отопления.
- Количество находящихся на объекте людей. От этого показателя зависят такие критерии, как влажность внутри помещений и температура.
- 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
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
В настоящее время специалисты пользуются тремя основными способами расчета тепловых нагрузок:
- Расчет основных теплопотерь, где учитываются только укрупненные показатели.
- Учитываются показатели, основанные на параметрах ограждающих конструкций. Сюда обычно добавляются потери на нагрев внутреннего воздуха.
- 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
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:
- Изменение температуры снаружи помещений в течение всего отопительного сезона.
- Метеорологические особенности региона, где построен дом.
- 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.
- Все, что касается тепловой энергии, связанной с системой вентиляции здания.
- 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.
- 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.
- Скрытая тепловая энергия. Существует и такой термин, который определяется испарениями, конденсацией и так далее. Для определения показателя используют влажный термометр.
Регуляторы тепловых нагрузок
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
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
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.
