Какой параметр определяет мощность системы отопления здания

Расчет мощности системы отопления

В данной статье приведены три различных варианта просчета. Если результаты будут несколько отличаться, пусть Вас это не смущает. Все подобные методики ориентированны на свою специфику и имеют соответственно свои недостатки. Выбирайте наиболее удобный для Вас вариант. Можно уточнить свои просчеты, проверив их на другом варианте. Просчитывая же теплопотери на каждом участке дома (квартиры) Вы имеете возможность получить более полную информацию не только об общих теплопотерях, но и о том, как они распределяются в рамках даже одной комнаты.

Вариант 1:

Исходными данными расчета системы отопления, для жилых помещений служат общие тепловые потери помещения, которые определяются теплотехническими характеристиками помещения, внешними климатическими условиями, системой вентиляции и заданной температурой в помещении. Кроме того, учитываются теплопоступления от внутренних источников тепла. Разность этих величин определяет размер теплопоступлений, который должен обеспечиваться системой отопления. Но такова методика сложна и требует довольно высокой квалификации, более простой способ расчета подробно рассмотрен ниже.

Для большинства случаев в частном, коттеджном или ином строительстве требуется лишь рассчитать необходимую мощность отопительного оборудования для конкретного помещения, а оптимизацию расхода электрической энергии на поддержание заданной температуры автоматически выполнит термостат автоматической системы управления. В этом случае можно обойтись упрощенной методикой расчета, основанной на использовании величин и коэффициентов, полученных опытным путем. Ниже приведена упрощенная методика расчетов по определению установленной мощности обогревателей электрического отопления для типовых жилых помещений с высотой потолков 2,5 — 3 м. Методика верна для случая, когда температура в помещении принимается равной +20°С при максимальной внешней температуре —26°С.

Расчетное выражение имеет следующий вид:

Руст = Ро x S x Кст x Кнст x Кок x Кэт x Кдв, (кВт),

где:
Руст, (кВт) — максимальная электрическая мощность, потребляемая отопительными элементами;
Ро (кВт / м2) — расчетная удельная мощность, величина которой зависит от географической широты:
Рo=0,02 — для южных широт Украины;
Рo=0,03 — для средней полосы Украины;
Рo=0,04 — 0,05 — для северной части Украины.
S — площадь отапливаемого помещения, м2.

Кст — коэффициент, учитывающий теплопотери через стены:
Стены бетонные панельные, блочные — Кст = 1,25-1,5;
Стены бревенчатые, брусовые — Кст = 1,25;
Стены кирпичные в 1,5 кирпича — Кст = 1,5;
Стены кирпичные в 2,5 кирпича — Кст = 1,1;
Стены пенобетоннные с повышенной теплоизоляцией — Кст = 1.

Кнст — коэффициент, учитывающий количество наружных стен:
Кнст = 1, если одна наружная стена;
Кнст = 1,15, если две наружных стены;
Кнст = 1,22, если две наружных стены;
Кнст = 1,33, если четыре наружных стены;
Кнст = 0,1 — 0,3, если внутреннее помещение.

Кок — коэффициент, учитывающий теплопотери через окна:
Кок = 1 + ρ* Sок, где: Sок — площадь окна, м 2 ;
ρ = 0,2 (1/ м2) — для обычного типового окна со спаренной рамой;
ρ = 0,1 (1/ м2) — для окна с однокамерным стеклопакетом;
ρ = 0,07 (1/ м2) — для окна с двухкамерным стеклопакетом.
ρ = 0,057 (1/ м2) — для окна с двухкамерным стеклопакетом из энергосберегающего стекла.

Кэт — коэффициент, учитывающий этажность помещения:
Кэт = 1,1 — 1,3 — для первого и последнего этажей;
Кэт = 1,0 — для средних этажей;

Кдв — коэффициент, учитывающий теплопотери через входную и балконную двери:
Кдв = 1 — если входная дверь граничит с отапливаемым помещением;
Кдв = 1,2 — 1,4 — Если входная (балконная) дверь выходит на улицу.

Для примера рассчитаем максимальную электрическую мощность отопительных панелей для автономного отопления жилой комнаты площадью 20 м2 в типовой квартире общей площадью 60 м2, расположенной в северной полосе Украины.
Дом панельный, комната расположена на 2-ом этаже и имеет две наружных стены и одно окно с однокамерным стеклопакетом, площадью 1,8м х 1,5м.

Таким образом, Ро = 0,03 кВт / м2; S = 20 м2; Кст = 1,25; Кнст = 1,15; Кок = 1 + 0,1 x 1,5 x 1,8 = 1,27; Кэт = 1,0; Кдв = 1,0.

Руст = 0,03 x 20 x 1,25 x 1,15 x 1,27 x 1,0 x 1,0 = 1,10 (кВт)

Удельный расход тепла на отопление q.h. = 1100 / 20 = 55 Вт/м2.

Вариант 2:

Расчет отопления дома

При устройстве отопления важно учесть все нюансы, выбрать вариант, который лучше всего подходит Вашему дому. Остановимся подробнее на том, какую мощность должен иметь система отопления, чтобы обеспечить дом нужным количеством тепла. Для определения мощности системы отопления необходимо провести расчет отопления дома.

Расчет отопления дома проводится по заданным параметрам с использованием специальных формул. Две основные величины, которые нужно определить при расчете отопления — это мощность (теплопроизводительность) котла и величина теплопотерь.

Мощность системы отопления напрямую зависит от величины теплопотерь здания и вычисляется по формуле:

где N_k— теплопроизводительность отопительной сситемы в кВт
Q_t— теплопотери здания
1,2 — коэффициент запаса (20 %).

Коэффициент запаса необходим для того, чтобы

• учесть непредвиденные теплопотери
• учесть возможное падение давления газа (в холодный период года).
• иметь оптимальные возможности для регулирования температурного режима

Таким образом, для того, чтобы произвести расчет отопления дома, в частности узнать необходимую мощность системы отопления, нужно определить величину теплопотерь здания.

Как известно, теплопотери распределяются не равномерно.

Потери тепла происходят:

• через наружные стены (около 40 %)
• через окна (около 20 %)
• через крышу (5-10 %)
• через пол (около 10%).
• остальное (около 20 %) (двери , вентиляция и т.п.)

Таким образом, устройство и качество этих частей здания напрямую влияет на величину теплопотерь дома, а значит, их нужно учитывать при расчете отопления дома.

Исходя из этого, при расчете отопления здания необходимо принять во внимание такие критерии (коэффициенты):

• тип окон (К1)
• изоляцию стен (К2)
• соотношение площадей окон и пола (К3)
• минимальную температуру вне помещения (К4)
• число стен помещения, выходящих наружу (К5)
• тип помещения над тем, для которого производятся расчеты (К6)
• высоту помещения (К7)

Эти параметры будут определять соответствующие коэффициенты, необходимые для расчета отопления дома.

Окна с тройным стеклопакетом надежнее уберегут от потерь тепла, чем простое (даже двойное) стекло. Коэффициент потерь тепла для окон соответственно:

• тройной стеклопакет — 0,85
• двойной стеклопакет — 1
• обычное остекление — 1,27.

Изоляция стен — важный компонент, который нужно учитывать при расчете отопления дома. Хорошая изоляция даст коэффициент 0,85, плохая — 1,27. За единицу принимают коэффициент стен из двойного кирпича с утеплителем.

Чем больше процентное соотношение площадей окон и пола, тем больший коэффициент теплопотерь у дома. Например,

Соотношение площадей окон и пола	Коэффициент
10 %	0,80
11-19 %	0,90
20 %	1,00
21-29 %	1,10
30 %	1,20
31-39 %	1,30
40 %	1,40
50 %	1,50

При более низкой температуре снаружи теплопотери будут возрастать:

• при температурах ниже -10° — коэффициент 0,70
• -10° — 0,80
• -15° — 0,90
• -20° — 1,00
• -25° — 1,10
• -30° — 1,20
• -35° — 1,30

Чем больше стен помещения выходит наружу, тем выше коэффициент теплопотерь. Например,

• одна стена — 1,00
• две стены — 1,11
• три стены — 1,22
• четыре стены — 1,33

Важно при расчете отопления помещения учитывать, какое помещение находится над тем, для которого производится расчет отопления. Если это холодный чердак — коэффициент 1,00, теплый чердак — 0,91, отапливаемое помещение — 0,82.

Конечно же, играет роль и высота помещения:

• высота 2,5 м — коэффициент 1,00
• 3,0 — 1,05
• 3,5 — 1,10
• 4,0 — 1,15
• 4,5 -1,20

При расчете отопления необходимо учесть также площадь помещения (в м 2 ) и удельную величину тепловых потерь (приблизительно 100 ватт/ м 2 ). Таким образом, формула для расчета теплопотерь выглядит так:

Q_т = ватт/м 2 × м 2 × К1 × К2 × К3 × К4 × К5 × К6 × К7 = ватт

где Q_т— теплопотери дома
ватт/м 2 — удельная величина тепловых потерь
м 2 — площадь помещения
К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7 — соответствующие коэффициенты

К примеру, возьмем для расчета отопления максимально благоприятные условия:

• окна с тройным стеклопакетом — коэффициент 0,85
• стены с хорошей теплоизоляцией — 0,85
• соотношение площадей окон и пола 10 % — 0,80
• температура снаружи до -10° — 0,70
• одна стена выходит наружу — 1,00
• сверху находится отапливаемое помещение — 0,82
• высота помещения — 1,00

Условная площадь помещения — 100 м 2 . В таком случае теплопотери помещения составят:

Q_т= 100×100×0,85×0,85×0,80×0,70×1,00×0,82×1,00 = 3317,72 ватт = 3,31772 кВт

Как мы уже говорили, расчет отопления дома напрямую зависит от этой цифры — чем большая величина теплопотерь в доме, тем мощнее нужно устанавливать котел. Мощность системы отопления в нашем случае будет равняться:

N_k=1,2×Q_t= 1,2 × 3,31772 кВт = 3,9881 кВт

Такой детальный расчет отопления не всегда возможен. В таких случаях используют приблизительные расчеты: 1 кВт мощности котла обеспечивает теплом 10 м 2 здания высотой 2,7 м (плюс 20 % запаса).

Вариант 3

Основные потери тепловой энергии зданий приходятся на стены, крышу, окна и полы. Значительная часть тепла покидает помещения через системы вентиляции.

В основном на теплопотери влияют следующие два фактора: 1) разница температур в помещении и на улице, т.е. чем она выше, тем больше телопотери и 2) теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций (стены, перекрытия, окна).

Ограждающие конструкции препятствуют проникновению тепловой энергии наружу, потому что обладают определенными теплоизоляционными свойствами, которые измеряют величиной, называемой сопротивлением теплопередаче.

Эта величина показывает, каков будет перепад температур при прохождении определенного количества тепла через 1м² ограждающей конструкции или сколько тепла уйдет через 1м² при определенном перепаде температур.

Итак, давайте представим следующие величины:

• q — количество тепла, которое теряет 1м² ограждающей конструкции, измеряемое в ваттах на квадратный метр (Вт/м²);
• ΔT – разница температур снаружи и внутри помещения в градусах Цельсия (°С);
• R – сопротивление теплопередаче (°С/Вт/м² либо °С·м²/Вт).

Формула для расчета сопротивления теплопередаче выглядит следующим образом:

При расчете R для многослойных конструкций суммируются сопротивления каждого слоя. Т.е. если имеется деревянная стена, обложенная кирпичом снаружи, то ее сопротивление теплопередаче будет равняться сумме сопротивлений кирпичной и деревянной стен плюс воздушной прослойки между ними.

Отметим, что расчет тепловых потерь проводится для самой холодной и ветреной недели в году, т.к. в справочниках по строительству обычно указывается тепловое сопротивление материалов исходя именно из этого условия и климатического района (температуры снаружи), в котором находится здание.

4-6-4-6-4
4-Ar6-4-Ar6-4
4-6-4-6-4К
4-Ar6-4-Ar6-4К
4-8-4-8-4
4-Ar8-4-Ar8-4
4-8-4-8-4К
4-Ar8-4-Ar8-4К
4-10-4-10-4
4-Ar10-4-Ar10-4
4-10-4-10-4К
4-Ar10-4-Ar10-4К
4-12-4-12-4
4-Ar12-4-Ar12-4
4-12-4-12-4К
4-Ar12-4-Ar12-4К
4-16-4-16-4
4-Ar16-4-Ar16-4
4-16-4-16-4К
4-Ar16-4-Ar16-4К

Примечание

• Четные цифры в условных обозначениях стеклопакетов обозначают воздушный зазор в мм;
• Символ Ar указывает на то, что зазор заполнен аргоном, а не воздухом;
• Литера К означает, что наружное стекло имеет специальное прозрачное теплозащитное покрытие.

Современные стеклопакеты, как мы видим из предыдущей таблицы, позволяют уменьшить тепловые потери окон почти в 2 раза. К примеру, для 10 окон размером 1 м х 1,6 м экономия энергии достигнет 1 кВт, что в месяц даст 720 кВт/ч.
Теперь для правильного выбора материалов и толщин ограждающих конструкций давайте используем эти сведения на конкретном примере.

При расчете теплопотерь на 1м² используются две величины: перепад температур ΔT и сопротивление теплопередаче R. Допустим, что температура внутри помещения равна 20 °С, а температура снаружи –30 °С. Значит перепад температур ΔT будет 50 °С. Стены толщиной 20 см выполнены из бруса , тогда R будет равным — 0,806 м²×°С/Вт. Теплопотери при этом составят 50 / 0,806 = 62 (Вт/м²).

Как правило, в строительных справочниках для упрощения расчетов тепловых потерь приводятся теплопотери различных видов стен, перекрытий и пр. для некоторых значений температуры воздуха зимой. Например, приводятся разные цифры для угловых помещений, где влияет завихрение воздуха, который отекает здание, и неугловых, а также, принимается в расчет неодинаковая тепловая картина для помещений нижнего и верхнего этажей.

Первый этаж

Верхний этаж

76
81
84
87 69
75
78
80 66
72
75
77

Примечание

Если за стеной имеется наружное неотапливаемое помещение, такое как например, сени или застекленная веранда, то тепловые потери через него составят 70% от расчетных, а если за этим помещением находится еще одно помещение наружу (сени, выходящие на веранду), то теплопотери будут составлять 40% от расчетного значения.

Примеры расчета теплопотерь

Теперь давайте рассчитаем при помощи таблиц тепловые потери двух разных комнат одинаковой площади.

Угловая комната на первом этаже (пример 1)

• размеры и площадь — 5 м х 3,2 м (16 м²)
• высота потолка — 2,75 м
• количество наружных стен — 2
• материал и толщина наружных стен — обшитый гипсокартонном и оклеенный обоями брус толщиной 18 см
• количество окон — 2, с двойным остеклением (высота — 1,6 м, ширина — 1 м)
• полы — деревянные утепленные, снизу подвал
• выше — чердачное перекрытие
• расчетная температура снаружи — -30 °С
• требуемая температура в комнате — +20 °С

Сначала рассчитываем площади теплоотдающих поверхностей.

1. Площадь наружных стен без учет окон (S_стен):
   (5+3,2)х2,7-2х1х1,6 = 18,94 м².
2. Площадь окон (S_окон):
   2х1х1,6 = 3,2 м².
3. Площадь пола (S_пола):
   5х3,2 = 16 м².
4. Площадь потолка (S_{потолка}):
   5х3,2 = 16 м².

Площадь внутренних перегородок и дверей не участвуют в расчете, поскольку по обеим их сторонам температура одинакова и тепло через них не уходит.

Далее вычисляем потери тепла Q каждой из поверхностей:

Qстен = 18,94х89 = 1686 Вт, Qокон = 3,2х135 = 432 Вт, Qпола = 16х26 = 416 Вт, Qпотолка = 16х35 = 560 Вт.

Итого общие тепловые потери комнаты Q_{суммарные} составят 3094 Вт.

Заметьте, что больше тепла уходит через стены, чем через потолок, полы и окна.
Результат расчета показывает тепловые потери комнаты в наиболее морозные дни года (температура -30 C°). Очевидно, что чем на улице теплее, тем меньше тепла уйдет из комнаты.

Комната под крышей, мансарда (пример 2)

• этаж — верхний,
• площадь — 16 м² (3,8х4,2)
• высота потолка — 2,4 м
• наружные стены:
• окна – 4 с двойным остеклением (по 2 на каждом фронтоне), высотой 1,6 м и шириной 1 м
• расчетная температура снаружи — –30°С,
• требуемая температура в комнате — +20°С.
• два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка, слой минваты толщиной 10 см, вагонка)
• фронтоны (обшитый вагонкой брус толщиной 10 см)
• боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 см)

Рассчитываем площади теплоотдающих поверхностей:

1. Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон:
   S_{торцевых стен} = 2х(2,4х3,8-0,9х0,6-2х1,6х0,8) = 12 м².
2. Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату:
   S_{скатов.стен} = 2х1,0х4,2 = 8,4 м².
3. Площадь боковых перегородок:
   S_{боковых перегородок} = 2х1,5х4,2 = 12,6 м².
4. Площадь окон:
   S_окон = 4х1,6х1,0 = 6,4 м².
5. Площадь потолка:
   S_{потолка} = 2,6х4,2 = 10,92 м².

Теперь рассчитаем теплопотери этих поверхностей, но при этом нужно учесть, что под полом комнаты находится теплое помещение, поэтому тепло через него не уходит. Тепловые потери потолка и стен считаем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим коэффициент 70%, т.к. за ними расположены неотапливаемые помещения.

Q_{торцевых стен} = 12х89 = 1068 Вт
Q_{скатов.стен} = 8,4х142 = 1193 Вт
Q_{боковых перегородок} = 12,6х126х0,7 = 1111 Вт
Q_окон = 6,4х135 = 864 Вт
Q_{потолка} = 10,92х35х0,7 = 268 Вт.

В итоге суммарные теплопотери комнаты составляют: Q_{суммарные} = 4504 Вт.

Итак, мы видим, что теплая комната на первом этаже теряет (либо потребляет) существенно меньше тепла, чем комната под крышей с тонкими стенками и большой площадью остекления.

Чтобы сделать такое помещение пригодным для проживания зимой, нужно в первую очередь утеплить стены, боковые перегородки и окна.

Любая ограждающая конструкция может быть представлена в виде многослойной стены, у которой каждый слой имеет свое тепловое сопротивление и свое сопротивление прохождению воздуха. Сложив тепловое сопротивление всех слоев, получим тепловое сопротивление всей стены. Также суммируя сопротивление прохождению воздуха всех слоев, мы сможем понять, как дышит стена. Идеальная стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной
15 – 20 см.

2.3. Определение тепловой мощности отопительной системы

Необходимость устройства систем отопления определяется расчетом в зависимости от параметров внутреннего воздуха, тепло- и газовыделений, параметров наружного воздуха и теплотехнической характеристикой ограждающих конструкций производственных помещений.

Необходимую тепловую мощность отопительной системы Q_отопределяют из уравнения теплового баланса помещения в расчетном режиме функционирования системы [4]:

где ∑Q_пот – суммарные потери теплоты из помещения; ∑Q_пост – суммарные теплопоступления в помещение.

Расход теплоты в помещении в общем случае можно представить следующей зависимостью:

(2.8)

где Q_огр – расход теплоты через ограждающие конструкции помещений, Вт;Q_и – расход теплоты на нагрев инфильтрующего воздуха или удаляемого вентиляцией из помещений, Вт;Q_н.м. – расход теплоты на нагрев поступающих извне материалов, оборудования и транспорта, Вт;Q_проч – прочие расходы теплоты (на испарение влаги с открытых водных поверхностей, на нагрев воздуха, поступающего извне для компенсации воздуха, удаляемого из помещения технологическим оборудованием, и т.д.), Вт.

Потери теплоты на нагревание наружного воздуха, инфильтрующегося через притворы окон, дверей и ворот Q_и (Вт), для помещений производственных зданий можно принимать в размере 30 % основных теплопотерь через все ограждения, [2.5] т.е..

Для жилых и общественных зданий теплопотери инфильтрацией и внутренние тепловыделения примерно одинаковы и имеют небольшие значения. Для упрощения расчетов их можно не учитывать [5].

Затраты теплоты (Вт) на нагревание воздуха, удаляемого из помещения при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемые подогретым приточным воздухом [4]:

(2.10)

где L– объемный расход удаляемого воздуха, м 3 /ч; ρ – плотность воздуха, кг/м 3 ; с – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг· о С);t_в,t_н – расчетные температуры воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный период, о С;К– коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами, 0,8 для окон с раздельными переплетами и 1,0 для одинарных окон и открытых проемов.

Затраты теплоты (Вт) на нагревание поступающих извне холодных материалов, оборудования и транспорта Q_н.м. определяют по формуле [4]:

(2.11)

где G_м– масса поступающего в цех холодного материала, кг/ч; с – удельная массовая теплоемкость материала, Дж/(кг· о С);t_в,t_н – температуры воздуха внутри помещения и материала, о С; β – коэффициент, учитывающий интенсивность поглощения теплоты материалом или оборудованием (берется по СНиП 2.04.05-91).

В животноводческих помещениях значительное количество теплоты расходуется на испарение влаги.

Поток теплоты (Вт), расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей животноводческого помещения, по Захарову АА. [1]

, (2.12)

где r – скрытая теплота испарения воды Дж/г, r = 2490 Дж/г; W_ж – влага, выделяемая животными, г/ч; – влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.), г/ч;— коэффициент, равный 0,1…0,25 для коровников и телятников, 0,1…03 для свинарников. Более высокие значенияотносятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при неудовлетворительной работе канализации.

Влагу, выделяемую животными, определяют по формуле

, (2.13)

где n – число животных с одинаковым выделением водяных паров; – выделение водяных паров одним животным (прил. 4), г/ч;– коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения (прил. 5).

Поток теплоты (Вт), расходуемый на испарение влаги в птицеводческом помещении, определяют по формуле

, (2.14)

где – масса влаги, испаряющаяся с мокрых поверхностей, г/ч;– масса влаги, испаряющаяся из помета, г/ч.

; , (2.15)

где n – количество птиц с одинаковым выделением водяных паров; m – живая масса одной птицы, кг; w – выделение водяных паров на 1 кг живой массы птицы (прил. 6), г/ч; – см. (2.13) (прил. 7);– среднесуточный выход помета (г) от одной птицы (у кур яичного направления 240, кур мясного направления 290, индеек 430, уток 550, гусей 600);Z – коэффициент, учитывающий усушку помета Z = 0,7; ‑ коэффициент, равный 0,1.

Минимальные теплопоступления в помещение

(2.16)

где Q_об,Q_ж,Q_б,Q_м,Q_чел,Q_и.о,Q_др – соответственно теплопоступления от технологического оборудовании, бытового оборудования, нагретых материалов, животных, людей, искусственного освещения и других источников теплоты, Вт.

В животноводческих и птицеводческих помещениях значительную долю теплопоступлений составляют тепловыделения животными и птицей.

Поток свободной теплоты (Вт), выделяемой животными

, (2.17)

где n – число животных с одинаковым выделением свободной теплоты; q – поток свободной теплоты, выделяемой одним животным (прил. 4), Вт; – коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животным теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения (прил. 5).

Поток свободной теплоты (Вт), выделяемой птицей

, (2.18)

где n – число птиц с одинаковым выделением свободной теплоты; m – живая масса одной птицы, кг; q – поток свободной теплоты выделяемый 1 кг живой массы птицы (прил. 6), Вт; – то же, что и в формуле 2.17 (прил. 7).

Тепловой поток (Вт), от электродвигателей, приводящих в действие технологическое и прочее производственное оборудование (если они установлены в помещении)

, (2.19)

где – установленная мощность электродвигателей, Вт;– КПД электродвигателей;– коэффициент использования установленной мощности;– коэффициент загрузки оборудования;k_о – коэффициент одновременности работы электродвигателей.

Тепловыделения (Вт) от оборудования, приводимого в действие электродвигателями (насосы, вентиляторы, металлорежущие станки, оборудование для механической обработки продуктов и т.д.)

, (2.20)

где – коэффициент тепловыделения оборудования. Для агропредприятий можно принять [1]: = 0,75…0,90; = 0,5…0,8; = 0,6…0,95; = 0,1…0,3.

Тепловой поток (Вт) от осветительных приборов

, (2.21)

где N_осв– установленная мощность источников освещения, Вт; _осв– КПДосветительных приборов: _осв=0,06 – для ламп накаливания и_осв=0,12 – для люминесцентных ламп.

С небольшой погрешностью можно считать, что в животноводческих помещениях тепловыделения от электродвигателей, электроосвещения и потери теплоты на нагрев поступающих извне кормов взаимокомпенсируют друг друга [1], т.е. для животноводческих помещений Q_отможно определять по формуле

(2.22)

Теплопоступления (Вт) от нагретой поверхности технологического оборудования определяются по формуле

, (2.23)

где F– площадь нагретой части технологического оборудования,;t_п, t_в– температуры воздуха в помещении нагретой поверхности,С; — коэффициент теплообмена, Вт/С; = 11,6— для поверхности технологического оборудования и α=7 + 4,1– для нагретой поверхности, — скорость воздуха около нагретой поверхности, м/с.

Тепловыделения (Вт) от электрических нагревательных печей и сушилок

, (2.24)

где N– мощность нагревательных установок, Вт;k₁– коэффициент, учитывающий долю теплоты, поступающей в помещение,k₁= 0,15…1,0

Теплопоступления (Вт) от технологического оборудования непрерывного действия, используемого для обработки и переработки сельхозпродуктов (кормозапарников, пастеризаторов молока, сушилок и т.д.), определяются по выражению

, (2.25)

где Q_тех– подведенный тепловой поток к оборудованию, Вт;Q_пр– тепловой поток, уносимый из помещения с обработанным продуктом, Вт.

Теплопоступление (Вт) от работающих людей

(2.26)

где n_л – количество работающих людей;q– полный тепловой поток, выделяемый одним работающим, Вт (табл. 2.5).

Для жилых зданий при расчете теплопотерь учитываются только Q_огр иQ_и, а при расчете тепловыделений – толькоQ_б(в соответствии с п. 3.1 СНиП 2.04.05-86Q_б=21 Вт/м 2 для жилых комнат и кухонь).

Пример 2.2. Для здания, указанного в примере 2.1, определить расход теплоты на испарение влаги с мокрых внутренних поверхностей помещения, внутренние тепловыделения, расчетную нагрузку отопления и удельную отопительную характеристику здания. В здании находятся 500 свиней на откорме со средней живой массой 80 кг. Тепловыделениями оборудования пренебречь.

Решение. Нормы выделений на одну голову (прил. 4,5) водяных паров 124 г/ч; свободной теплоты 215 Вт. Поправочные коэффициенты k_t для определения количества свободной теплоты 0,75, количества паров — 1,35.

Количество влаги, выделяемое животными [формула (2.13)]

W_ж = 500·124·1,35 = 83700 г/ч

Приняв = 0,2 определим расход теплоты на испарение влаги [формула (2.12)]

Q_исп. = 2490·0,2·83700/3600 = 11578 Вт

Тепловыделения животными [формула (2.17)]

Q_т.в. = 500·215·0,75 = 80625 Вт

Расчетная нагрузка отопительной системы [формула (2.21)]

Q₀ = 113641 + 11578 – 80625 = 44594 Вт

Объем здания по наружным размерам

м 2

Определение тепловой мощности систем отопления

В зависимости от преобладающего способа теплопередачи отопление помещений может быть конвективным или лучистым.

К конвективному относят отопление, при котором температура внутреннего воздуха tв поддерживается на более высоком уровне, чем радиационная температура помещения tR (tв>tR), понимая под радиационной усредненную температуру поверхностей, обращённых в помещение, вычисленную относительно человека, находящегося в середине этого помещения. Лучистым называют отопление, при котором радиационная температура помещения превышает температуру воздуха (tR>tв). Лучистое отопление при несколько пониженной температуре воздуха tв (по сравнению с конвективным отоплением) более благоприятно для самочувствия человека в помещении (например, до 18…20°C вместо 20…22°C в помещениях гражданских зданий).

Отопление помещений осуществляется специальной технической установкой, называемой системой отопления. Система отопления — это совокупность конструктивных элементов со связями между ними, предназначенных для получения, переноса и передачи теплоты в обогреваемые помещения здания.

Основные конструктивные элементы системы отопления:

· теплоисточник (теплогенератор при местном или теплообменник при централизованном теплоснабжении) — элемент для получения теплоты;

· теплопроводы — элемент для переноса теплоты от теплоисточника к отопительным приборам;

· отопительные приборы — элемент для передачи теплоты в помещение.

Перенос по теплопроводам может осуществляться с помощью жидкой или газообразной рабочей среды. Жидкая (вода или специальная незамерзающая жидкость — антифриз) или газообразная (пар, воздух, продукты сгорания топлива) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем.

Системы отопления по расположению основных элементов подразделяются на местные и центральные.

В местных системах для отопления, как правило, одного помещения все три основных элемента конструктивно объединяются в одной установке. Примером местной системы отопления могут служить отопительные печи.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы помещений из единого теплового центра. В тепловом центре (пункте) находятся теплогенераторы (котлы) или теплообменники. Они могут размещаться непосредственно в обогреваемом здании (в ИТП) либо вне здания — в центральном тепловом пункте (ЦТП), на тепловой станции (отдельно стоящей котельной) или ТЭЦ.

Теплопроводы центральных систем подразделяют на магистрали (подающие, по которым подается теплоноситель, и обратные, по которым отводится охладившийся теплоноситель), стояки (вертикальные трубы) и ветви (горизонтальные трубы), связывающие магистрали с подводками к отопительным приборам.

Центральная система отопления называется районной, когда группа зданий отапливается из отдельно стоящей центральной тепловой станции.

Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущественно используют воду или атмосферный воздух, гораздо реже водяной пар или нагретые газы. В зависимости от вида используемого в системе отопления теплоносителя их принято называть системами водяного, парового, воздушного или газового отопления.

Сопоставим характерные свойства указанных видов теплоносителя при использовании их в системах отопления.

Газы, образующиеся при сжигании твёрдого, жидкого или газообразного органического топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удаётся ограничить температуру теплоотдающей поверхности отопительных приборов. Высокотемпературные продукты сгорания топлива могут выпускаться непосредственно в помещения или сооружения, но при этом ухудшается состояние их воздушной среды, что в большинстве случаев недопустимо. Удаление же продуктов сгорания наружу по каналам усложняет конструкцию и понижает КПД отопительной установки. При этом возникает необходимость решения экологических проблем, связанных с возможным загрязнением атмосферного воздуха продуктами сгорания вблизи отапливаемых объектов. Область использования горячих газов ограничена отопительными печами, газовыми излучателями и другими подобными местными отопительными установками.

В отличие от горячих газов вода, воздух и пар используются многократно в режиме циркуляции и без загрязнения окружающей здание среды.

Вода представляет собой жидкую, практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоёмкостью. Вода изменяет плотность, объём и вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения — в зависимости от давления, способна поглощать (сорбировать) или выделять растворимые в ней газы при изменении температуры и давления.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объём и теплосодержание (энтальпию) при фазовом превращении.

Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малыми вязкостью, плотностью и теплоёмкостью, изменяющей плотность и объём в зависимости от температуры.

Сравним эти три теплоносителя по показателям, важным для выполнения требований, предъявляемых к системе отопления.

Одним из санитарно-гигиенических требований является поддержание в помещениях равномерной температуры. По этому показателю преимущество перед другими теплоносителями имеет воздух. При использовании нагретого воздуха — теплоносителя с низкой теплоинерционностью — можно постоянно поддерживать равномерной температуру каждого отдельного помещения, быстро изменяя температуру подаваемого воздуха. При этом одновременно с отоплением можно обеспечить вентиляцию помещений.

Применение в системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать равномерную температуру помещений, что достигается регулированием температуры подаваемой в отопительные приборы воды. При таком регулировании температура помещений все же может несколько отклоняться от заданной (на 1…2°C) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов.

При использовании пара температура помещений неравномерна, что противоречит гигиеническим требованиям. Неравномерность температуры возникает из-за несоответствия теплопередачи приборов при неизменной температуре пара (при постоянном давлении) изменяющимся теплопотерям помещения в течение отопительного сезона. В связи с этим приходится уменьшать количество подаваемого в приборы пара и даже периодически отключать их во избежание перегревания помещений при уменьшении их теплопотерь.

Другое санитарно-гигиеническое требование — ограничение температуры наружной поверхности отопительных приборов — вызвано явлением разложения и сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности, окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65…70°C и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80°C.

При использовании пара в качестве теплоносителя температура поверхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100°C, т. е. превышает гигиенический предел. При отоплении горячей водой средняя температура нагретых поверхностей, как правило, ниже, чем при применении пара. Кроме того, температуру воды в системе отопления понижают для снижения теплопередачи приборов при уменьшении теплопотерь помещений. Поэтому при теплоносителе воде средняя температура поверхности приборов в течение отопительного сезона практически не превышает гигиенического предела.

Следует отметить, что из-за высокой плотности воды (больше плотности пара в 600…1500 раз и воздуха в 900 раз) в системах водяного отопления многоэтажных зданий может возникать разрушающее гидростатическое давление.

Воздух и вода до определённой скорости движения могут перемещаться в теплопроводах бесшумно. Частичная конденсация пара вследствие попутных теплопотерь через стенки паропроводов и появления попутного конденсата вызывает шум (щелчки, стуки и удары) при движении пара.

В суровых условиях зимы в некоторых случаях рекомендуется использовать в системе отопления специальный незамерзающий теплоноситель — антифриз. Антифризами являются водные растворы этиленгликоля и других гликолей, а также растворы некоторых неорганических солей. Любой антифриз является достаточно токсичным веществом, требующим особого с ним обращения. Его использование в системе отопления может привести к некоторым негативным последствиям (ускорение коррозионных процессов, снижение теплообмена, изменение гидравлических характеристик, завоздушивание и др.). В связи с этим, применение антифриза в качестве теплоносителя в каждом конкретном случае должно быть достаточно обоснованным.

Перечислим преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления.

При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности отопительных приборов, достигается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатком является большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи отопительных приборов.

При использовании пара достигается быстрое прогревание приборов и отапливаемых помещений. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, движение его в трубах сопровождается шумом.

При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумности его движения в воздуховодах и каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по их длине.

В настоящее время применяют центральные системы в основном водяного и, значительно реже, парового отопления, местные и центральные системы воздушного отопления, а также печное отопление в сельской местности. Принципы конструирования и расчета воздушного отопления, а также применяемое при этом оборудование полностью соответствуют тому, что рассмотрено ниже, в разделе 4.3. В связи с практически повсеместным применением в водяного отопления именно ему и будет посвящен дальнейший обзор конструктивных особенностей этого вида инженерного оборудования зданий.

По температуре теплоносителя различаются водяные системы низкотемпературные с предельной температурой горячей воды tг< 70°C, среднетемпературные при tг 70-100°C и высокотемпературные при tг > 100°C. Максимальное значение температуры воды ограничено 150°C.

По способу создания циркуляции воды системы разделяются на системы с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насоса (насосные) и с естественной циркуляцией (гравитационные), в которых используется свойство воды изменять свою плотность при изменении температуры. Насосные системы используются практически повсеместно. Область применения гравитационных систем в настоящее время ограничена их использованием для отопления жилых домов в сельской местности.

По положению труб, объединяющих отопительные приборы, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы бывают однотрубные и двухтрубные.

В каждом стояке или ветви однотрубной системы отопительные приборы соединяются одной трубой, и вода протекает последовательно через все приборы. Если прибор разделен условно по вертикали на две части, в которых вода движется в противоположных направлениях и теплоноситель последовательно проходит сначала через все верхние части, а затем через все нижние части, то такая система носит название бифилярной.

В двухтрубной системе каждый отопительный прибор присоединяется отдельно к двум трубам — подающей и обратной, и вода протекает через каждый прибор независимо от других приборов.

За последнее время достаточно широко стала применяться коллекторная (веерная) схема соединения отопительных приборов. В этой схеме каждый из группы приборов присоединяется к общему коллектору.

Подвод теплоносителя к коллекторам, а также к отопительным приборам бифилярной системы, осуществляется, как правило, с помощью двухтрубного стояка.

Систему водяного отопления применяют с верхним и нижним расположением магистралей, с тупиковым или попутным движением воды в них.

При разработке систем отопления конкретного здания составляют схемы систем. В схеме устанавливается взаимное расположение теплообменников (котлов), циркуляционных насосов, теплопроводов, отопительных приборов и других элементов в зависимости от размещения их в здании, т. е. закрепляется топология или структура системы.

Расчет системы отопления заключается в определении её расчётной тепловой мощности, выбора диаметров всех трубных элементов (гидравлический расчёт), определении размеров отопительных приборов (тепловой расчёт) и подбора оборудования, используемого в данной системе.

Система отопления для выполнения возложенной на неё задачи должна обладать определённой тепловой мощностью. Расчётная тепловая мощность системы выявляется в результате составления теплового баланса в обогреваемых помещениях при температуре наружного воздуха tн.р, называемой расчётной, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 tн.5 и определяемой для конкретного района строительства по нормам. Расчётная тепловая мощность в течение отопительного сезона используется частично в зависимости от изменения теплопотерь помещений при текущем значении температуры наружного воздуха tн и только при tн.р — полностью.

Изменение текущей теплопотребности на отопление имеет место в течение всего отопительного сезона, поэтому теплоперенос к отопительным приборам должен изменяться в широких пределах. Этого можно достичь путём изменения температуры и (или) количества перемещающегося в системе отопления теплоносителя. Этот процесс называют эксплуатационным регулированием.

Система отопления предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной для человека или отвечающей требованиям технологического процесса.

Выделяемая человеческим организмом теплота должна быть отдана окружающей среде так и в таком количестве, чтобы человек, находящийся в процессе выполнения какого-либо вида деятельности, не испытывал при этом ощущения холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности кожи и легких, теплота отдаётся с поверхности тела посредством конвекции и излучения. Интенсивность теплоотдачи конвекцией в основном определяется температурой и подвижностью окружающего воздуха, а посредством лучеиспускания (радиации) — температурой поверхностей ограждений, обращённых внутрь помещения.

Температурная обстановка в помещении зависит от тепловой мощности системы отопления, а также от расположения обогревающих устройств, теплофизических свойств наружных и внутренних ограждений, интенсивности других источников поступления и потерь теплоты. В холодное время года помещение в основном теряет теплоту через наружные ограждения и, в какой-то мере, через внутренние ограждения, отделяющие данное помещение от смежных, имеющих более низкую температуру воздуха. Кроме того, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через неплотности ограждений естественным путем или в процессе работы системы вентиляции, а также материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые холодными попадают в помещение снаружи.

В установившемся (стационарном) режиме потери равны поступлениям теплоты. Теплота поступает в помещение от людей, технологического и бытового оборудования, источников искусственного освещения, от нагретых материалов, изделий, в результате воздействия на здание солнечной радиации. В производственных помещениях могут осуществляться технологические процессы, связанные с выделением теплоты (конденсация влаги, химические реакции и пр.).

Учёт всех перечисленных составляющих потерь и поступления теплоты необходим при сведении теплового баланса помещений здания и определении дефицита или избытка теплоты. Наличие дефицита теплоты dQ указывает на необходимость устройства в помещении отопления. Избыток теплоты обычно ассимилируется системой вентиляции. Для определения расчётной тепловой мощности системы отопления Qот составляет баланс расходов теплоты для расчётных условий холодного периода года в виде

Qот = dQ = Qогр + Qи(вент) ± Qт(быт) (2.2.1)

где Qогр — потери теплоты через наружные ограждения; Qи(вент) — расход теплоты на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха; Qт(быт) — технологические или бытовые выделения или расход теплоты.

Методики расчета отдельных составляющих теплового баланса, входящих в формулу (2.2.1), нормируются СНиП.

Основные теплопотери через ограждения помещения Qогр определяют в зависимости от его площади, приведенного сопротивления теплопередаче ограждения и расчетной разности температуры помещения и снаружи ограждения.

Площадь отдельных ограждений при подсчете потерь теплоты через них должна вычисляться с соблюдением определённых нормами правил обмера.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждения или обратная ему величина — коэффициент теплопередачи — принимаются по теплотехническому расчету в соответствии с требованиями СНиП или (например, для окон, дверей) по данным организации-изготовителя.

Расчётная температура помещения обычно задаётся равной расчётной температуре воздуха в помещении tв, принимаемой в зависимости от назначения помещения по СНиП, соответствующим назначению отапливаемого здания.

Под расчётной температурой снаружи ограждения подразумевается температура наружного воздуха tн.р или температура воздуха более холодного помещения при расчёте потерь теплоты через внутренние ограждения.

Основные теплопотери через ограждения часто оказываются меньше действительных их значений, так как при этом не учитывается влияние на процесс теплопередачи некоторых допонительных факторов (фильтрации воздуха через ограждения, воздействия облучения солнцем и излучения поверхности ограждений в сторону небосвода, возможного изменения температуры воздуха внутри помещения по высоте, врывание наружного воздуха через открываемые проёмы и пр). Определение связанных с этим дополнительных теплопотерь также нормируется СНиП в виде добавок к основным теплопотерям.

Расход теплоты на нагревание холодного воздуха Qи(вент), поступающего в помещения зданий в результате инфильтрации через массив стен, притворы окон, фонарей, дверей, ворот, может составлять 30…40% и более от основных теплопотерь. Количество наружного воздуха зависит от конструктивно-планировочного решения здания, направления и скорости ветра, температуры наружного и внутреннего воздуха, герметичности конструкций, длины и вида притворов открывающихся проёмов. Методика расчёта величины Qи(вент), также нормируемая СНиП, сводится, прежде всего, к расчёту суммарного расхода инфильтрующегося воздуха через отдельные ограждающие конструкции помещения, который зависит от вида и характера неплотностей в наружных ограждениях, определяющие значения их сопротивления воздухопроницанию. Их фактические значения принимаются согласно СНиП или по данным организации-изготовителя конструкции ограждения.

Кроме рассмотренных выше теплопотерь в общественных и административно-бытовых зданиях зимой, когда работает система отопления, возможны как теплопоступления, так и дополнительные затраты теплоты Qт. Эта составляющая теплового баланса обычно учитывается при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Если в помещении не предусмотрены подобные системы, то указанные дополнительные источники должны быть учтены при определении расчётной мощности системы отопления. При проектировании системы отопления жилого здания согласно СНиП учет дополнительных (бытовых) теплопоступлений в комнатах и кухне нормируется величиной не менее Qбыт=10 Вт на 1 м 2 площади квартиры, которая вычитается из расчётных теплопотерь этих помещений.

При окончательном определении расчётной тепловой мощности системы отопления согласно СНиП учитываются также ряд факторов, связанных с тепловой эффективностью применяемых в системе отопительных приборов. Показателем, оценивающим это свойство, является отопительный эффект прибора, который показывает отношение количества фактически затрачиваемой прибором теплоты для создания в помещении заданных условий теплового комфорта к расчётным потерям теплоты помещением. Согласно СНиП суммарная величина дополнительных теплопотерь должна быть не более 7% расчётной тепловой мощности системы отопления.

Для теплотехнической оценки объёмно-планировочных и конструктивных решений, а также для ориентировочного расчёта теплопотерь здания пользуются показателем — удельная тепловая характеристика здания q, Вт/(м 3 · °С), которая при известных теплопотерях здания равна

q = Qзд / (V(tв — tн.р)), (2.2.2)

где Qзд — расчётные теплопотери всеми помещениями здания, Вт; V — объём отапливаемого здания по внешнему обмеру, м 3 ; (tв — tн.р) — расчётная разность температуры для основных (наиболее представительных) помещений здания,°C.

Величина q определяет средние теплопотери 1 м 3 здания, отнесённые к разности температуры 1°C. Ей удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конструктивно-планировочных решений здания. Величину q обычно приводят в перечне основных характеристик проекта его отопления.

Иногда значение удельной тепловой характеристики используют для приблизительного подсчёта теплопотерь здания. Однако необходимо отметить, что применение величины q для определения расчётной отопительной нагрузки приводит к значительным погрешностям в расчёте. Объясняется это тем, что значения удельной тепловой характеристики, приводимые в справочной литературе, учитывают только основные теплопотери здания, между тем как отопительная нагрузка имеет более сложную структуру, описанную выше.

Расчёт тепловых нагрузок на системы отопления по укрупнённым показателям используют только для ориентировочных подсчётов и при определении потребности в теплоте района, города, т. е. при проектировании централизованного теплоснабжения.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Расчёт тепловой мощности системы отопления: предназначение, выполнение

QB – расход теплоты на нагрев поступающего в помещение наружного воздуха, исходя из санитарной нормы вентиляционного воздуха, Вт.

Основные и добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции Qorp, в ваттах, определяются путем суммирования потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции, которые вычисляются по формуле с округлением до 1 Вт:

Qогр = A∙K∙ (tв – tн)∙ n ∙ (1 + ∑β), (8)

где А – расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ∙ °С);

tв, – расчетная температура внутреннего воздуха, оС;

tн – расчетная зимняя температура наружного воздуха, оС, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки по прил. 1 ;

n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения ограждения по отношению к наружному воздуху; для наружных стен n=1 ;

β – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, определяемые в соответствии с рисунком .

— север (С); восток (В); северо-восток (СВ) и северо-запад (СЗ) – в размере 0,1;

— юго-восток (ЮВ) и запад (З) – 0,05

— в угловых помещениях дополнительно по 0,05 на каждое ограждение, если одно из ограждений обращено на С, В, СВ, СЗ и по 0,1 в других случаях (т.е. ЮВ и З).

Потери теплоты через внутренние ограждения конструкции помещений допускается не учитывать, если разность температур в этих помещениях равна 3 °С и менее.

Расчетную площадь ограждающих конструкций (с точностью до 0,1 м2) определяют по прил 2.

При определении площади наружных стен, площадь окон не вычитают, а вместо коэффициента теплопередачи окон берут разность между коэффициентами теплопередачи окон и стен. Сумма теплопотерь через наружные стены и окна при этом не изменяется.

При определении потерь теплоты через наружные двери их площадь следует вычитать из площади стен, и коэффициент теплопередачи принимать полностью, так как добавки на основные теплопотери у наружной стены и двери разные.

Ограждающие конструкции обозначают сокращенно:

НС – наружная стена, ДО – окно , Пл – пол, Пт – потолок, ДД – двойная дверь, ОД – одинарная дверь.

Все помещения номеруют поэтапно по ходу часовой стрелки. Помещения подвального этажа номеруют с № 01 , помещения первого этажа – с № 101 , помещение второго этажа – с № 201 и т. д. Номера проставляются на планах в центре рассматриваемых помещений.

Внутренние вспомогательные помещения: коридоры, санузлы, кладовые, ванные комнаты и другие, не имеющие наружных стен, отдельно не номеруются. Теплопотери этих помещений через полы и потолки относят к смежным с ними комнатам.

Теплопотери через отдельные ограждения каждого помещения суммируют. Теплопотери лестничной клетки определяют как для одного помещения. Каждую лестничную клетку обозначают буквами А, Б и т. д.

Бытовые теплопоступления Qбыт, Вт , для жилых комнат определяют по формуле

где Ап – площадь пола помещения, м2

Расход теплоты Ов, Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха для комнат жилых зданий определяют по выражению

Qв = 0,28∙ Lн∙ ρ∙ С∙ (tв — tн)∙ k, ( 10)

где Lн – расход удаляемого воздуха, в м3 , не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий – удельный нормативный расход 3 м3/ч на 1 м2 жилых помещений, следовательно, Lн = 3АП;

ρ – плотность воздуха, равна 1,2 кг/м3 ;

С – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг °С);

tв, tн – то же, что и в формуле (8)

k – коэффициент учета влияния встречного потока в конструкциях, равный 0,7 – для стыков панелей стен и для окон с тройными переплетами; 0,8 – для окон и балконных дверей с раздельными переплетами;1,0 – для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов и стеклопакетов.

Расчеты потерь теплоты ведут в табличной форме на специальном бланке (табл.3).

Пример 1.2. Для условий примера 1 . 1 определить потери теплоты через ограждающие конструкции жилой угловой комнаты №101 (рис. 2). Расчет сводим в табл. 3.

Определенная по формуле (8) суммарная величина теплопотерь через ограждающие конструкции комнаты 101 равна 830 Вт.

Пример 1.3. Для условий примеров 1.1 и 1.2 определить расчетную тепловую нагрузку системы отопления жилой комнаты 101 .

По формуле ( 10) определяем потери теплоты на инфильтрацию

Qв = 0,28∙ 3∙ 15, 7∙ 1 ,2∙ 1 ∙ (20 + 23)∙ 1 = 680 Вт.

По формуле (9) определяем бытовые теплопоступления в комнате

Qбыт = 10∙ 15, 7 =157 Вт.

Расчетная тепловая нагрузка системы отопления жилой комнаты 101 , определенная по формуле (7), составляет

Qот =830 + 680 – 157 = 1 353 Вт.

1.4. Проектирование системы отопления

Отопительные приборы системы отопления необходимо располагать преимущественно под световыми проемами, у наружных стен или вблизи входных дверей.

Отопительные приборы в лестничных клетках, сообщающихся с наружным воздухом, следует располагать при входе. В отсеках тамбуров, имеющих наружные двери, отопительные приборы размещать не следует.

Размещение стояков диктуется местоположением отопительных приборов. Во всех случаях желательна прокладка стояков отопления в наружных углах помещения.

Присоединение подводок к отопительному прибору выполняется одно- и двусторонним. Для регулировки теплоотдачи приборов на подводах устанавливают краны двойной регулировки (кроме приборов лестничных клеток).

Для отключения и опорожнения стояков в зданиях высотой более трех этажей предусматривают запорную арматуру.

При температуре теплоносителя в подающей магистрали до 100 °С на стояках в местах их присоединения к магистрали устанавливают проходные краны и тройники с пробками.

Если система отопления с верхней разводкой, то подающая магистраль прокладывается на чердаке здания, а обратная магистраль – в подвале. При нижней разводке подающая и обратная магистрали прокладываются в подвале здания. В этом случае для возможности опорожнения системы и удаления воздуха магистральные трубопроводы прокладывают с уклоном не менее 0, 002 в сторону ввода.

Для удаления воздуха из системы отопления при верхней разводке трубопроводов рекомендуется предусматривать проточные воздухосборники, при нижней – краны Маевского на отопительных приборах последних этажей.

Для уменьшения остывания воды в магистралях предусматривают тепловую изоляцию. Обязательно теплоизолируют трубопроводы, проходящие в неотапливаемых помещениях, а также подпольных каналах.

Тепловой ввод располагается обычно в подвале здания, в центре его или рядом с лестничной клеткой.

На рис. 3 показано пространственное изображение системы отопления, а на рис. 4 – 6 представлены планы этажей, подвального и чердачного помещений с изображением элементов системы отопления. На рис. 7 показана аксонометрическая схема системы отопления .

Гидравлический расчет системы отопления: главные цели и задачи выполнения данного действия

Эффективность отопительной системы вовсе не гарантируют качественные трубы и высокопроизводительный теплогенератор.

Наличие ошибок, допущенных при монтаже, может свести на нет работу котла, работающего на полную мощность: либо в помещениях будет холодно, либо затраты на энергоносители будут неоправданно высокими.

Поэтому важно начинать с разработки проекта, одним из важнейших разделов которого является гидравлический расчет системы отопления.

Теплоноситель циркулирует по системе под давлением, которое не является постоянной величиной. Оно снижается из-за наличия сил трения воды о стенки труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Домовладелец также вносит свою лепту, корректируя распределение тепла по отдельным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева теплоносителя повышается и наоборот – падает при ее снижении.

Чтобы избежать разбалансировки отопительной системы, необходимо создать условия, при которых к каждому радиатору поступает столько теплоносителя, сколько необходимо для поддержания заданной температуры и восполнения неизбежных теплопотерь.

Главной целью гидравлического расчета является приведение в соответствие расчетных расходов по сети с фактическими или эксплуатационными.

На данном этапе проектирования определяются:

• диаметр труб и их пропускная способность;
• местные потери давления по отдельным участкам системы отопления;
• требования гидравлической увязки;
• потери давления по всей системе (общие);
• оптимальный расход теплоносителя.

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

1. Собрать исходные данные и систематизировать их.
2. Выбрать методику расчета.

Первым делом проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и выполняет теплотехнический расчет. В итоге у него появляется информация о количестве тепла, необходимом для каждого помещения. После этого выбираются отопительные приборы и источник тепла.

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

На стадии разработки принимается решение о типе отопительной системы и особенностях ее балансировки, подбираются трубы и арматура. По окончании составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указанием:

• мощности радиаторов;
• расхода теплоносителя;
• расстановки теплового оборудования и пр.

Все участки системы, узловые точки маркируются, подсчитывается и наносится на чертеж длина колец.

Расчет диаметра труб

Расчет сечения труб должен опираться на результаты теплового расчета, обоснованные экономически:

• для двухтрубной системы – разность между tr (горячим теплоносителем) и to (охлажденным – обраткой);
• для однотрубной – расход теплоносителя G, кг/ч.

Кроме того, в расчете должна учитываться скорость движения рабочей жидкости (теплоносителя) — V . Ее оптимальная величина находится в диапазоне 0,3-0,7 м/с. Скорость обратно пропорциональна внутреннему диаметру трубы.

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

Для расчетов потребуется еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она обозначается буквой Q, измеряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

Кроме вышеперечисленных исходных данных для расчета потребуются параметры отопительной системы – длина каждого участка с указанием приборов, подключенных к нему. Эти данные для удобства можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Таблица параметров участков

Обозначение участка	Длина участка в метрах	Количество приборов а участке, шт.
1-2	1,8	1
2-3	3,0	1
3-4	2,8	2
4-5	2,9	2

Расчет диаметров труб достаточно сложный, поэтому проще воспользоваться справочными таблицами. Их можно найти на сайтах производителей труб, в СНиП или специальной литературе.

Монтажники при подборе диаметра труб пользуются правилом, выведенным на основании анализа большого числа отопительных систем. Правда, это касается только небольших частных домов и квартир.

Практически все отопительные котлы оборудованы патрубками подачи и обратки ¾ и ½ дюйма. Такой трубой и выполняется разводка до первого разветвления.

Далее на каждом участке размер трубы уменьшают на один шаг.

Такой подход не оправдывает себя, если в доме имеется два или более этажей. В этом случае приходится производит полноценный расчет и обращаться к таблицам.

Вычисление местных сопротивлений

Местные сопротивления возникают в трубе и арматуре. На величину данных показателей влияют:

• шероховатость внутренней поверхности трубы;
• наличие мест расширения или сужения внутреннего диаметра трубопровода;
• повороты;
• протяженность;
• наличие тройников, шаровых кранов, приборов балансировки и их количество.

Сопротивление рассчитывается для каждого участка, который характеризуется постоянным диаметром и неизменным расходом теплоносителя (в соответствии с тепловым балансом помещения).

Исходные данные для расчета:

• длина расчетного участка – l, м;
• диаметр трубы – d, мм;
• заданная скорость теплоносителя – u, мм;
• характеристики регулирующей арматуры, предоставляемые производителем;
• коэффициент трения (зависит от материала трубы), λ;
• потери на трение — ∆Pl, Па;
• плотность теплоносителя (расчетная) – ρ = 971,8 кг/м3;
• толщина стенки трубы – dн х δ, мм;
• эквивалентная шероховатость трубы – kэ, мм.

Гидравлическое сопротивление — ∆P на участке сети рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха.

Символ ξ в формуле означает коэффициент местного сопротивления.

Балансировка перепадов давления в отопительной системе выполняется посредством регулирующей и запорной арматуры.

Гидравлическая увязка системы производится на основании:

• проектной нагрузки (массового расхода теплоносителя);
• данных производителей труб по динамическому сопротивлению;
• количества местных сопротивлений на рассматриваемом участке;
• технических характеристик арматуры.

Установочные характеристики – перепад давления, крепление, пропускная способность – задаются для каждого клапана. По ним определяют коэффициенты затекания теплоносителя в каждый стояк, а затем – в каждый прибор.

Потери давления прямо пропорциональны квадрату расхода теплоносителя и измеряются в кг/ч, где

S — произведение динамического удельного давления, выраженного в Па/(кг/ч), и приведенного коэффициента для местных сопротивлений участка (ξпр).

Приведенный коэффициент ξпр является суммой всех местных сопротивлений системы.

Определение потерь

Гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца представляет собой сумму потерь его составляющих элементов:

• первичного контура — ∆Plk;
• местных систем — ∆Plм;
• генератора тепла — ∆Pтг;
• теплообменника ∆Pто.

Сумма всех этих величин и дает полное гидравлическое сопротивление системы ∆Pсо.

Гидравлический расчет системы отопления — пример расчета

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

• расчетная тепловая нагрузка системы – Qзд. = 133 кВт;
• параметры системы – tг = 750С, tо = 600С;
• расход теплоносителя (расчетный) – Vсо = 7,6 м3/ч;
• присоединение отопительной системы к котлам производится через гидравлический разделитель горизонтального типа;
• автоматика каждого из котлов в течение всего года поддерживает постоянную температуру теплоносителя на выходе – tг = 800С;
• автоматический регулятор перепада давления устанавливается на вводе каждого распределителя;
• система отопления от распределителей смонтирована из металлопластиковых труб, а теплоснабжение распределителей производится посредством стальных труб (водогазопроводных).

Диаметры участков трубопроводов подобраны с использованием номограммы для заданной скорости теплоносителя 0,4-0,5 м/с.

На участке 1 установлен клапан dу 65. Его сопротивление согласно информации производителя составляет 800 Па.

На участке 1а установлен фильтр диаметром 65 мм и с пропускной способностью 55 м3/ч. Сопротивление этого элемента составит:

0,1 х (G/kv) х 2 = 0,1 х (7581/55) х 2 = 1900 Па.

Варианты двухтрубной отопительной системы

Сопротивление трехходового клапана dу = 40 мм и kv = 25 м3/ч составит 9200 Па.

Суммарные потери давления в системе снабжения теплом распределителей будут равняться 21514 Па или приблизительно 21,5 кПа.

Аналогичным образом производится расчет остальных частей системы теплоснабжения распределителей. При расчете системы отопления от распределителя выбирается основное циркуляционное кольцо через наиболее нагруженное отопительное устройство. Гидравлический расчет производится с использованием 1-го направления.

Видео на тему

Мощность системы отопления

Как произвести проектирование, расчет и определить мощность системы отопления для дома, не привлекая специалистов? Этот вопрос интересует многих.

Выбираем тип котла

1. Электрический котел. Совершенно не пользуется спросом на территории постсоветского пространства, так как использовать электричество для обогрева помещений очень дорого и это требует безупречной работы электросети, что не представляется возможным.
2. Газовый котел.

Определяем мощность системы отопления: простые шаги

Чтобы произвести нужные нам расчеты, необходимо определить такие параметры:

• Площадь помещения. Берется в расчет полная площадь всего дома, а не только те комнаты, которые вы планируете отапливать. Обозначают буквой S.
• Удельная мощность котла в зависимости от климатических условий. Определяется в зависимости от климатической зоны, в которой расположен ваш дом. Например, для юга – 0,7-0,9 кВт, для севера – 1,5-2,0 кВт. А в среднем, для удобства и простоты расчетов, можно брать 1. Обозначаем буквой W.

Так, удельная мощность котла = (S*W) /10.

Этот показатель определяет, будет ли данное устройство поддерживать необходимый температурный режим в вашем доме.

Если мощность котла будет меньше той, что необходима вам по расчетам, котел не сможет обогреть помещение, будет прохладно.

А если мощность будет превышать необходимую вам, будет иметь место большой перерасход топлива, следовательно, и финансовых затрат. Мощность системы отопления и ее рациональность зависят от этого показателя.

Сколько необходимо радиаторов, чтобы обеспечить полную мощность системы отопления?

Для ответа на этот вопрос можно использовать очень простую формулу: площадь отапливаемой комнаты умножаем на 100 и делим на мощность одной секции батареи.

• так как комнаты у нас разной площади, целесообразно будет брать в расчет отдельно каждую;
• 100 Ватт – средняя величина мощности на один квадрат помещения, которая обеспечивает наиболее подходящую, комфортную температуру;
• мощность одной секции радиатора отопления – эта величина индивидуальна для разных радиаторов и зависит от материала, из которого они изготовлены. Если у вас нет такой информации, то можно брать среднестатистическое значение мощности одной секции современных радиаторов – 180-200 Ватт.

Материал, из которого изготовлен радиатор, – очень важный момент, ведь от этого зависит его износостойкость и теплоотдача. Стальные и чугунные имеют небольшую мощность секции.

Наибольшей мощность отличаются анодированные – мощность их секции 215 Вт, отличная защита от коррозии, гарантия на них до 30 лет, что, конечно, отражается на стоимости таких батарей.

Но учитывая все факторы, экономить в данном случае не стоит.

Расчет отопления: как рассчитать систему отопления, учет тепловых потерь, расчет гидравлики и количества радиаторов

Для климата средней полосы тепло в доме является насущной потребностью. Вопрос отопления в квартирах решается районными котельными, ТЭЦ или тепловыми станциями.

А как же быть владельцу частного жилого помещения? Ответ один — установка отопительной техники, необходимой для комфортного проживания в доме, она же — автономная система отопления.

Чтобы не получить в результате установки жизненно необходимой автономной станции груду металлолома, к проектированию и монтажу следует отнестись скрупулёзно и с большой ответственностью.

Первый этап расчета заключается в расчете тепловых потерь комнаты. Потолок, пол, количество окон, материал из которых изготовлены стены, наличие межкомнатной или входной двери — все это источники теплопотерь.

Рассмотрим на примере угловой комнаты объемом 24,3 куб. м.:

• площадь комнаты — 18 кв. м. (6 м х 3 м)
• 1 этаж
• потолок высотой 2,75 м,
• наружные стены — 2 шт. из бруса (толщина18 см), обшитые изнутри гипроком и оклеенные обоями,
• окно — 2 шт., 1,6 м х 1,1 м каждое
• пол — деревянный утепленный, снизу — подпол.

Расчеты площадей поверхностей:

• наружных стен за минусом окон: S1 = (6+3) х 2,7 — 2×1,1×1,6 = 20,78 кв. м.
• окон: S2 = 2×1,1×1,6=3,52 кв. м.
• пола: S3 = 6×3=18 кв. м.
• потолка: S4 = 6×3= 18 кв. м.

Теперь, имея все расчеты теплоотдающих площадей, оценим теплопотери каждой:

Расчет гидравлики

Переходим к наиболее сложному и важному гидравлическому расчету — гарантии эффективной и надежной работы ОС.

Единицами расчета гидравлической системы являются:

• диаметр трубопровода на участках отопительной системы;
• величины давлений сети в разных точках;
• потери давления теплоносителя;
• гидравлическая увязка всех точек системы.

Перед расчетом нужно предварительно выбрать конфигурацию системы, тип трубопровода и регулирующей/запорной арматуры. Затем определиться с видом приборов отопления и их расположением в доме.

Составить чертеж индивидуальной системы отопления с указанием номеров, длины расчетных участков и тепловых нагрузок.

В заключении выявить основное кольцо циркуляции, включающее поочередные отрезки трубопровода, направленные к стояку (при однотрубной системе) или к самому уделенному прибору отопления (при двухтрубной системе) и обратно к источнику тепла.

При любом режиме эксплуатации СО необходимо обеспечить бесшумность работы. В случае отсутствия неподвижных опор и компенсаторов на магистралях и стояках возникает механический шум из-за температурного удлинения. Использование медных или стальных труб способствует распространению шума по всей системе отопления.

Из-за значительной турбулизации потока, который возникает при увеличенном движении теплоносителя в трубопроводе и усиленном дросселировании потока воды регулирующим клапаном, возникает гидравлический шум.

Поэтому, учитывая возможность возникновения шума, необходимо на всех этапах гидравлического расчета и конструирования — подбор насосов и теплообменников, балансовых и регулирующих клапанов, анализ температурных удлинений трубопровода — выбирать соответствующие для заданных исходных условий оптимальное оборудование и арматуру.

Гидравлический расчет включает имеющиеся перепады давления на вводе отопительной системы:

При пуске отопительной системы балансовые клапаны настраиваются на схемные параметры настройки.

На схеме отопления обозначается расчетная тепловая нагрузка каждого из отопительных приборов, которая равна тепловой расчетной нагрузке помещения, Q4. В случае наличия более одного прибора необходимо разделить величину нагрузки между ними.

Далее необходимо определить основное циркуляционное кольцо. В однотрубной системе количество колец равно числу стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления.

Клапаны баланса предусматривают для каждого кольца циркуляции, поэтому количество клапанов в однотрубной системе равно числу вертикальных стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления.

В двухтрубной СО балансовые вентили располагают на обратной подводке прибора отопления.

Расчет циркуляционного кольца включает:

• систему с попутным движением воды. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления более нагруженного стояка;
• систему с тупиковым движением теплоносителя. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном и удаленном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления нагруженного удаленного стояка;
• горизонтальную систему, где кольцо располагается в более нагруженной ветви 1-го этажа.

Необходимо из двух направлений расчета гидравлики основного кольца циркуляции выбрать одно.

При первом направлении расчета, диаметр трубопровода и потери давления в кольце циркуляции определяются по задаваемой скорости движения воды на каждом участке основного кольца с последующим подбором насоса циркуляции. Напор насоса Pн, Па определяется в зависимости от вида отопительной системы:

• для вертикальных бифилярных и однотрубных систем: Рн = Pс. о. — Ре
• для горизонтальных бифилярных и однотрубных, двухтрубных систем:Рн = Pс. о. — 0,4Ре

• Pс.о — потери давления в основном кольце циркуляции, Па;
• Ре — естественное циркуляционное давление, которое возникает вследствие понижения температуры теплоносителя в трубах кольца и приборах отопления, Па.

В горизонтальных трубах скорость теплоносителя принимают от 0,25 м/с, для возможности удаления воздуха из них. Оптимальная расчетная движения теплоносителя в трубах из стали до 0,5 м/с, полимерных и медных — до 0,7 м/с.

После расчета основного кольца циркуляции производят расчет остальных колец путем определения известного давления в них и подбора диаметров по примерной величине удельных потерь Rср.

Применяется направление в системах с местным теплогенератором, в СО при зависимом (при недостаточном давлении на вводе тепловой системы) или независимом присоединении к тепловым СО.

Второе направление расчета заключается в подборе диаметра трубы на расчетных участках и определении потерь давления в кольце циркуляции. Рассчитывается по изначально заданной величине циркуляционного давления.

Диаметры участков трубопровода подбирают по примерной величине удельных потерь давления Rср.

Этот принцип применяется в расчетах отопительных систем с зависимым присоединением к тепловым сетям, с естественной циркуляцией.

Для исходного параметра расчета нужно определить величину имеющегося циркуляционного перепада давления PP, где PP в системе с естественной циркуляцией равно Pe, а в насосных системах — от вида отопительной системы:

Расчет трубопроводов СО

Следующей задачей расчета гидравлики является определение диаметра трубопровода. Расчет производится с учетом циркуляционного давления, установленном для данной СО, и тепловой нагрузки. Следует отметить, что в двухтрубных СО с водяным теплоносителем главное циркуляционное кольцо располагается в нижнем приборе отопления, более нагруженного и удаленного от центра стояка.

По формуле Rср = β*?рр/∑L; Па/м определяем среднее значение на 1 метр трубы удельной потери давления от трения Rср, Па/м, где:

• β — коэффициент, учитывающий часть потери давления на местные сопротивления от общей суммы расчётного циркуляционного давления (для СО с искусственной циркуляцией β=0,65);
• рр — имеющееся давление в принятой СО, Па;
• ∑L — сумма всей длины расчётного кольца циркуляции, м.

Расчет количества радиаторов при водяном отоплении

Формула расчета

В создании уютной атмосферы в доме при водяной системе отопления необходимым элементом являются радиаторы. При расчете учитываются общий объем дома, конструкция здания, материал стен, вид батарей и другие факторы.

Расчет производим следующим образом:

Характеристики радиаторов

Тип радиатора

Правильно проведя расчет и монтаж из высококачественных комплектующих, вы обеспечите ваш дом надежной, эффективной и долговечной индивидуальной системой отопления.

Видео осуществления гидравлического расчета

Тепловой расчет системы отопления — определяем нагрузку на систему и расход тепла

Тепловой расчёт системы отопления большинству представляется легким и не требующим особого внимания занятием. Огромное количество людей считают, что те же радиаторы нужно выбирать исходя из только площади помещения: 100 Вт на 1 м.кв.

Всё просто. Но это и есть самое большое заблуждение. Нельзя ограничиваться такой формулой. Значение имеет толщина стен, их высота, материал и многое другое.

Конечно, нужно выделить час-другой, чтобы получить нужные цифры, но это по силам каждому желающему.

Исходные данные для проектирования системы отопления

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

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

Он должен содержать внутренние и наружные размеры каждого помещения, окон, наружных дверных проёмов. Внутренние двери остаются без внимания, поскольку на тепловые потери они не оказывают никакого влияния.

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

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

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

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

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

Формулы для расчётов и справочные данные

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

Мк=1,2* Тп, где:

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

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

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

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

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

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

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

Для окон коэффициент потерь тепла составляет:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Что касается высоты стен, то значения будут такими:

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

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

Итоговая формула для расчёта коэффициента тепловых потерь:

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

Коэффициент УДтп равен 100 Ватт/м2.

Разбор расчетов на конкретном примере

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

Исходные данные известны, значит дальше всё как в школе: подставляет в формулу цифры и получаем ответ:

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

Теперь можно рассчитать мощность отопительной системы:

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

Расчет тепловой нагрузки (мощности) для системы отопления помещения

Установка системы автономного отопления для частного дома или городской квартиры всегда начинается с создания проекта. Одной из главных задач, стоящих перед специалистами на этой стадии, является определение полной потребности имеющихся площадей в энергии нагретого теплоносителя для нужд отопления и, если необходимо, горячего водоснабжения.

Пример системы отопления частного дома

Для этого обычно выполняется расчет величины тепловых нагрузок или теплотехнический расчёт помещения. [contents]

Зачем нужен расчет тепловых нагрузок

Расчёт тепловой энергии на отопление необходим для правильного определения характеристик системы с учетом индивидуальных особенностей объекта: тип и назначение здания, количество проживающих людей, материал и конфигурация каждого помещения, географическое положение и многие другие. Вычисление размера тепловой нагрузки является отправной точкой для дальнейших расчетов параметров оборудования отопления:

• Подбор мощности котла. Это самый важный фактор, определяющий эффективность системы отопления в целом. Производительность котла должна обеспечивать бесперебойную работу всех потребителей в любых условиях, в том числе и при наиболее низких температурах (в самую холодную пятидневку). Вместе с тем при избыточной мощности котла часть вырабатываемой энергии, а следовательно, и денег хозяев будет в буквальном смысле вылетать в трубу;
• Согласование подключения к газовой сети. Для того чтобы получить разрешение на присоединение к газотранспортной магистрали, необходимо разработать ТУ на подключение. В заявке обязательно указывается планируемый годовой расход газа и оценка суммарной тепловой мощности всех потребителей;
• Расчетпериферийного оборудования. Тип и характеристики батарей, длина и сечение труб, производительность циркуляционного насоса и многие другие параметры также определяются в результате расчета тепловых нагрузок.

Приблизительные методики оценки

Однако, как и в некоторых других случаях, существуют более простые способы, которые дают приблизительную оценку величины необходимой тепловой энергии и могут быть выполнены самостоятельно.

Можно выделить следующие методы определения тепловой нагрузки:

• Расчётпо площади помещения. Существует мнение, что строительство жилых домов обычно производится по проектам, которые уже учитывают климатические особенности конкретного региона и предполагают использование материалов, обеспечивающих необходимый тепловой баланс. Поэтому при устройстве системы отопления с достаточной долей точности можно использовать коэффициент удельной мощности, который не зависит от конкретных особенностей здания.
• Учет объема и температуры. Немного более сложный алгоритм позволяет принять во внимание высоту потолков, уровень комфорта в зоне отопления, а также, очень приблизительно, учесть особенности самого здания.Именно с помощью коэффициента К в расчет и закладываются конструктивные особенности здания. Например, для сооружений из двойной кирпичной кладки с обычной кровлей значение К берется из диапазона 1,0–1,9, а для упрощенных деревянных конструкций оно может достигать 3,0–4,0.
• Метод укрупненных показателей. Этот метод похож на предыдущий, но используется для определения тепловой нагрузки при устройстве системы отопления больших объектов, например, многоквартирных зданий.

Несмотря на простоту и доступность, указанные методы дают лишь примерную оценку тепловой нагрузки вашего дома или квартиры. Результаты, полученные с их помощью, могут отличаться от реальных как в большую, так и в меньшую сторону.

Недостатки устройства маломощной системы отопления очевидны, но и сознательно закладывать необоснованный запас по мощности также нежелательно.

Использование более производительного, чем требуется, оборудования приведет к его быстрому износу, перерасходу электрической энергии и топлива.

Точный расчет тепловой нагрузки

Эффективность теплоизоляции любого помещения зависит от его конструктивных особенностей. Известно, что основная часть тепловых потерь (до 40%) приходится на наружные стены, 20% — на оконные системы, по 10% — на крышу и пол.

Остальное тепло уходит через двери и вентиляцию. Очевидно, что расчёт величины нагрузки на отопление обязательно должен учитывать эти особенности распределения тепловой энергии.

Для этого используются соответствующие коэффициенты:

• К1 – учитывает тип окон. Для двухкамерных стеклопакетов его значение равно 1, для трехкамерных – 0,85, для обычного остекления – 1, 27;
• К2 – теплоизоляция стен. Может изменяться от 1 для пенобетона с улучшенной теплопроводностью до 1,5 для кладки в полтора кирпича или бетонных блоков;
• К3 – конфигурация помещения (соотношение площади окон и пола). Естественно, чем больше окон, тем больше тепловой энергии уходит на улицу. При размерах остекления в 20% от площади пола этот коэффициент равен единице, при увеличении доли окон до 50% он также возрастает до 1,5;
• К4 – минимальная уличная температура в течение всего сезона. Здесь логика также очевидна – чем холоднее на улице, тем большие коррективы необходимо вносить в расчет тепловых нагрузок. За единицу берется температура -20 °C, далее прибавляется или вычитается по 0,1 на каждые 5 °C;
• К5 – количество наружных стен. Для одной стены коэффициент равен 1, для двух и трех – 1,2, для четырех – 1,33;
• К6 – тип помещения над рассматриваемой комнатой. Если сверху жилой этаж – то 0,82, если теплый чердак – 0,91, для холодного чердака значение коэффициента равно 1,0;
• К7 – учитывает высоту потолков. Чаще всего это 1,0 для высоты 2,5 м или 1,05 — для 3 м.

Определив все поправочные коэффициенты, можно рассчитать тепловые нагрузки для каждого помещения:

Qi=q*Si*K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7,

где q =100 Вт/м2, а Si – площадь помещения. Из формулы видно, что каждый из указанных коэффициентов увеличивает расчетную величину теплопотерь, если его значение больше единицы, и уменьшает ее в противном случае.

Просуммировав теплопотери всех помещений, получаем общую величину мощности системы отопления:

Q=Σ Qi, i = 1…N,

где N – количество помещений в доме. Эту величину обычно увеличивают на 15–20% для создания запаса тепловой энергии на непредвиденные случаи: очень сильные морозы, нарушение теплоизоляции, разбитое окно и т. д.

Практический пример расчёта

В качестве примера рассмотрим расчет мощности оборудования, необходимой для отопления помещений брусового дома площадью 150 м2, имеющего теплый чердак, три внешние стены и окна из двойных стеклопакетов. Площадь остекления – 25%, высота стен 2,5 м. Температуру на улице в самую холодную пятидневку будем считать равной -28 °C.

Определяем поправочные коэффициенты:

• К1=1,0 (двухкамерный стеклопакет).
• К2=1,25 (материал стен – брус).
• К3=1,1 (для площади остекления 21 — 29%).
• К4=1,16 (считаем методом интерполяции для крайних значений: 1,1 при -25 °C и 1,2 при -30 °C).
• К5=1,22 – три наружные стены.
• К6=0,91 – наверху теплый чердак.
• К7=1,0 – высота потолков 2,5 м.

Считаем полную тепловую нагрузку:

Q=100 Вт/м2*135 м2*1,0*1,25*1,1*1,16*1,22*0,91*1,0 = 23,9 кВт.

Теперь определяем мощность системы отопления: W=Q*1,2 = 28,7 кВт.

Отметим, что если бы для расчета мы использовали упрощенную методику, основанную на учете только площади помещения, то получили 15­–22,5 кВт (100–150 Вт х 150 м2). Система работала бы на пределе, без запаса по мощности. Таким образом, данный пример еще раз подчеркивает важность применения точных методик определения тепловых нагрузок на отопление.

Расчет систем отопления (часть 2 -Теплотехнический расчет здания)

Основой для определения тепловой нагрузки систем отопления является процедура проведения теплотехнического расчета конструкций здания с учетом всех конструктивных особенностей используемых строительных материалов и их теплоизоляционных свойств. В расчетах также учитывается ориентация здания по сторонам света, наличие естественной или механической систем вентиляции и многие другие факторы теплового баланса помещений.

Методы расчета тепловой нагрузки системы отопления

1. Расчет потерь тепла по площади помещений.
2. Определение величины теплопотерь исходя из наружного объема здания.
3. Точный теплотехнический расчет всех конструкций жилого дома с учетом теплофизических коэффициентов материалов.

Расчет потерь тепла по площади помещений

Первым методом расчета тепловой нагрузки системы отопления пользуются для укрупненного определения мощности системы отопления всего дома и общего понимания количества и типа радиаторов, а также мощности котельного оборудования.

Так как метод не учитывает регион строительства (расчетную наружную температуру зимой), количество потерь тепла через фундаменты, крыши или нестандартное остекление, то количество потерь тепла, рассчитанное укрупненным методом исходя из площади помещения, может быть как больше, так и меньше фактических значений.

Источники теплопотерь здания

А при использовании современных теплоизоляционных материалов мощность котельного оборудования может быть определена с большим запасом.

Таким образом, при устройстве систем отопления возникнет большой перерасход материалов и будет приобретено более дорогостоящее оборудование.

Поддержание комфортной температуры в помещениях будет возможно только при условии, что будет установлена современная автоматика, которая не допустит перегрева помещений выше комфортных температур.

В худшем случае, мощность системы отопления может быть занижена и дом в самые холодные дни не будет прогрет.

Тем не менее, этим способом определения мощности систем отопления пользуются достаточно часто. Следует только понимать, в каких случаях такие укрупненные расчеты приближены к реальности.

Итак, формула для укрупненного определения количества теплопотерь выглядит следующим образом:

При использовании первого метода для укрупненного метода расчета тепловой мощности следует ориентироваться на следующие рекомендации:

• В случае, когда в расчетном помещении из наружных ограждающих конструкций имеются одно окно и одна наружная стена, а высота потолков менее трех метров, то на 1м2 отапливаемой площади приходится 100 Вт тепловой энергии.
• При расчете углового помещения с двумя оконными конструкциями или балконными блоками либо помещение высотой более трех метров, то в диапазон удельной тепловой энергии на 1 м2 составляет от 120 до 150 Вт.
• Если же прибор отопления в будущем планируется устанавливать под окном в нише либо декорировать защитными экранами, поверхность радиаторов и, следовательно, их мощность необходимо увеличить на 20-30%. Это обусловлено тем, что тепловая мощность радиаторов будет частично тратиться на прогрев дополнительных конструкций.

Расчет тепловой мощности исходя из объема помещения

Этот метод определения тепловой нагрузки на системы отопления наименее универсален, чем первый, так как предназначен для расчетов помещений с высокими потолками, но при этом не учитывает, что воздух под потолком всегда теплее, чем в нижней части комнаты и, следовательно, количество потерь тепла будет различаться зонально.

Тепловая мощность системы отопления для здания или помещения с потолками выше стандартных рассчитывается исходя из следующего условия:

Q=V*41 Вт (34 Вт), где V – наружный объем помещения в м?, А 41 Вт – удельное количество тепла, необходимое для обогрева одного кубометра здания стандартной постройки (в панельном доме). Если строительство ведется с применением современных строительных материалов, то удельный показатель теплопотерь принято включать в расчеты со значением 34 Ватт.

При использовании первого или второго метода расчета теплопотерь здания укрупненным методом можно пользоваться поправочными коэффициентами, которые в некоторой степени отражают реальность и зависимость потерь тепла зданием в зависимости от различных факторов.

• тройной пакет 0,85,
• двойной 1,0,
• двойной переплет 1,27.

1. Наличие окон и входных дверей увеличивает величину потерь тепла дома на 100 и 200 Ватт соответственно.
2. Теплоизоляционные характеристики наружных стен и их воздухопроницаемость:

• современные теплоизоляционные материалы 0,85
• стандарт (два кирпича и утеплитель) 1,0,
• низкие теплоизоляционные свойства или незначительная толщина стен 1,27-1,35.

1. Процентное отношение площади окон к площади помещения: 10%-0,8, 20%—0,9, 30%—1,0, 40%—1,1, 50%—1,2.
2. Расчет для индивидуального жилого дома должен производиться с поправочным коэффициентом порядка 1,5 в зависимости от типа и характеристик используемых конструкций пола и кровли.
3. Расчетная температура наружного воздуха в зимний период (для каждого региона своя, определяется нормативами): -10 градусов 0,7, -15 градусов 0,9, -20 градусов 1,10, -25 градусов 1,30, -35 градусов 1,5.
4. Тепловые потери так же растут в зависимости от увеличения количества наружных стен по следующей зависимости: одна стена – плюс 10% от тепловой мощности.

Но, тем не менее, определить какой метод даст точный и действительно верный результат тепловой мощности отопительного оборудования можно лишь после выполнения точного и полного теплотехнического расчета здания.

Теплотехнический расчет индивидуального жилого дома

Приведенные выше методики укрупненных расчетов больше всего ориентированы на продавцов или покупателей радиаторов систем отопления, устанавливаемых в типовых многоэтажных жилых домах.

Но когда речь идет о подборе дорогостоящего котельного оборудования, о планировании системы отопления загородного дома, в котором кроме радиаторов будут установлены системы напольного отопления, горячего водоснабжения и вентиляции, пользоваться этими методиками крайне не рекомендуется.

Каждый владелец индивидуального жилого дома или коттеджа еще на стадии строительства достаточно скрупулезно подходит к разработке строительной документации, в которой учитываются все современные тенденции использования строительных материалов и конструкций дома.

Они обязательно должны не быть типовыми или морально устаревшими, а изготовлены с учетом современных энергоэффективных технологий. Следовательно, и тепловая мощность системы отопления должна быть пропорционально ниже, а суммарные затраты на устройство системы обогрева дома значительно дешевле.

Эти мероприятия позволяют в дальнейшем при использовании отопительного оборудования снижать затраты на потребление энергоресурсов.

Расчет теплопотерь выполняется в специализированных программах либо с использованием основных формул и коэффициентов теплопроводности конструкций, учитывается влияние инфильтрации воздуха, наличие или отсутствие систем вентиляции в здании.

Расчет заглубленных цокольных помещений, а также крайних этажей производится по отличной от основных расчетов методике, которая учитывает неравномерность остывания горизонтальных конструкций, то есть потери тепла через крышу и пол.

Выше приведенные методики этот показатель не учитывают.

Теплотехнический расчет выполняется, как правило, квалифицированными специалистами в составе проекта на систему отопления в результате которого производится дальнейший расчет количества и мощность приборов отопления, мощность отдельного оборудования, подбор насосов и другого сопутствующего оборудования.

Исходные данные:

• Помещение с обмером по наружным габаритам 3000х3000;
• Окно размерами 1200х1000.

Целью расчета является определение удельной мощности системы отопления, необходимой для нагрева 1м?.

Результат:

• Qуд при т/изоляции 100 мм составляет 103 Вт/м?
• Qуд при т/изоляции 150 мм составляет 81 Вт/м?
• Qуд при т/изоляции 200 мм составляет 70 Вт/м?

Как видно из расчета, наибольшие потери тепла составляют для жилого дома с наименьшей толщиной изоляции, следовательно, мощность котельного оборудования и радиаторов будет выше на 47% чем при строительстве дома с теплоизоляцией в 200 мм.

Инфильтрация воздуха или вентиляция зданий

Все здания в особенности жилые имеют свойство «дышать», то есть проветриваться различными способами. Это обусловлено созданием разряженного воздуха в помещениях за счет устройства вытяжных каналов в конструкциях дома либо дымоходов. Как известно, вентиляционные каналы создаются в зонах с повышенными выделениями загрязнений, таких как, кухни, ванные комнаты и санузлы.

То есть при правильном воздухообмене приточный воздух поступает в помещение через окно, вентиляционный клапан или приточную решетку и удаляется в кухнях и санузлах.

При расчете теплопотерь знания имеет принципиальное значение, какой способ вентиляции жилых помещений будет выбран:

• Устройство механической вентиляции с подогревом приточного воздуха.
• Инфильтрация — неорганизованный воздухообмен через неплотности в стенах, при открывании окон или при использовании заранее установленных воздушных клапанов в конструкции стен или оконных стеклопакетах.

В случае применения в жилом здании сбалансированной системы вентиляции (когда объем приточного воздуха больше или равен вытяжному, то есть исключаются любые прорывания холодного воздуха в жилые помещения) воздух, поступающий в жилые помещения, предварительно прогревается в вентиляционной установке. При этом мощность, необходимая для нагрева вентиляции, учитывается в расчете мощности котельного оборудования.

Расчет вентиляционной тепловой нагрузки производится по формуле:

Qвент= c*p*L*(t1-t2) где, Q – количество тепла, необходимое для нагрева приточного воздуха, Вт; с – теплоемкость воздуха, Дж/кг*град p — плотность воздуха, кг/м3 L – расход приточного воздуха, м3/час t1 и t2 – начальная и конечная температуры воздуха, град.

Если в жилых помещениях отсутствует организованный воздухообмен, то при расчете теплопотерь здания производится учет тепла, затрачиваемого системой отопления на нагрев инфильтрационного воздуха. При этом обогрев воздуха, поступающего в помещения осуществляется радиаторами систем отопления, то есть учитывается в их тепловой нагрузке.

Если в помещениях установлены герметичные стеклопакеты без встроенных воздушных клапанов, то потери тепла на нагрев воздуха, тем не менее учитываются. Это обусловлено тем, что в случае кратковременного проветривания, поступивший холодный воздух все равно требуется нагревать.

Для более комфортной вентиляции встраивается приточный стеновой клапан.

Учет количества инфильтрационной тепловой энергии производится по нескольким методикам, а в тепловом балансе здания в расчет принимается наибольшее из значений.

Например, количество тепла на нагрев воздуха, проникающего в помещения для компенсации естественной вытяжки, определяется по формуле:

Qинф=0,28*L*p*c*(tнар-tпом), где, с – теплоемкость воздуха, Дж/кг*град p — плотность воздуха, кг/м? tнар – температура наружного воздуха, град, tпом – расчетная температура помещения, град, L – количество инфильтрационного воздуха, м?/час.

Количество воздуха, поступающего в зимний период в жилые помещения, как правило, обусловлено работой естественных вытяжных систем, поэтому в одном случае принимается равным объему вытягиваемого воздуха.

Количество вытяжки в жилых помещениях определяется согласно СНиП 41-01-2003 по нормативным показателям удаления воздуха от плит и санитарных приборов.

• От кухонной плиты – электрической 60 м?/час или газовой 90 м?/час;
• Из ванны и санузлов по 25 м?/час

Во втором случае данный показатель инфильтрации определяется исходя из санитарной нормы свежего наружного воздуха, который должен поступать в помещение для обеспечения оптимального и качественного состава воздушной среды в жилых помещениях. Этот показатель определяется по удельной характеристике: 3 м?/час на 1м? жилой площади.

За расчетное значение принимается наибольший расход воздуха и соответственно большее количество теплопотерь на инфильтрацию.

Похожие публикации:

1. Как сделать лестницу на крыльцо
2. Димер или диммер как правильно
3. Из чего сделать отмостку вокруг дома дешево
4. Как выглядят счетчики на газ