Тепловой расчёт системы отопления: правила расчета тепловой нагрузки

Что нужно для расчета

Так называемый тепловой расчет проводится в несколько этапов:

Сначала необходимо определить тепловые потери самого здания. Обычно теплопотери рассчитываются для помещений, у которых есть хотя бы одна внешняя стена. Этот показатель поможет определить мощность отопительного котла и радиаторов.
Затем определяется температурный режим. Здесь надо учитывать взаимосвязь трех позиций, а точнее, трех температур — котла, радиаторов и воздуха в помещении. Оптимальный вариант в той же последовательности — 75С-65С-20С. Он является основой европейского стандарта EN 442.
С учетом теплопотерь помещения определяется мощность отопительных батарей.
Следующий этап — гидравлический расчет. Именно он позволит точно определить все метрические характеристики элементов системы отопления — диаметр труб, фитингов, запорной арматуры и прочее. Плюс на основе расчета будет выбран расширительный бак и циркуляционный насос.
Рассчитывается мощность отопительного котла.
И последний этап — это определение общего объема отопительной системы. То есть, сколько теплоносителя понадобится, чтобы заполнить ее. Кстати, объем расширительного бачка тоже будет определяться исходя из этого показателя. Добавим, что объем отопления поможет узнать, хватит ли объема (количества литров) расширительного бака, который встроен в отопительный котел, или придется приобретать дополнительную емкость.

Кстати, по поводу тепловых потерь. Существуют определенные нормы, которые выставлены специалистами в качестве стандарта. Этот показатель, а, точнее, соотношение, определяет будущую эффективную работу всей отопительной системы в целом. Это соотношение равно — 50/150 Вт/м². То есть здесь используется соотношение мощности системы и отапливаемой площади помещения.

Расчет системы отопления дома

Расчёт систем отопления частного дома – самое первое, с чего начинается проектирование такой системы. Мы будем говорить с вами о системе воздушного отопления – именно такие системы проектирует и устанавливает наша компания как в частных домах, так и в коммерческих зданиях и производственных помещениях. Отопление воздухом имеет массу преимуществ по сравнению с традиционными системами водяного отопления – более подробно об этом вы можете прочитать здесь.

Для чего необходим предварительный расчет отопления в частном доме? Это требуется для выбора правильной мощности необходимого отопительного оборудования, позволяющей реализовать систему отопления, сбалансировано обеспечивающую теплом соответствующие помещения частного дома. Грамотный выбор оборудования и правильный расчёт мощности системы отопления частного дома позволят рационально компенсировать теплопотери от ограждающих конструкций и притока уличного воздуха на нужды вентиляции. Сами формулы для такого расчета достаточно сложны – поэтому мы предлагаем Вам воспользоваться онлайн расчетом (выше), или заполнив анкету (ниже) – в таком случае расчет произведет наш главный инженер, и эта услуга – совершенно бесплатная.

Как рассчитать отопление частного дома?

С чего начинается такой расчет? Во-первых, требуется определить максимальные теплопотери объекта (в нашем случае – это частный загородный дом) при наихудших погодных условиях (такой расчет ведется с учетом самой холодной пятидневки для данного региона). Рассчитывать систему отопления частного дома на коленке не получится – для этого используют специализированные формулы расчета и программы, позволяющие построить расчет на основе исходных данных о конструкции дома (стен, окон, кровли и т.д.). В результате полученных данных выбирается оборудование, полезная мощность которого должна быть больше или равна рассчитанному значению. В ходе расчёта системы отопления выбирается нужная модель канального воздухонагревателя (обычно это газовый воздухонагреватель, хотя мы можем использовать и другие типы обогревателей – водяной, электрический). Затем вычисляется максимальная производительность обогревателя по воздуху – иными словами, какой объем воздуха вентилятор данного оборудования нагнетает в единицу времени. Следует помнить, что производительность оборудования отличается в зависимости от предусмотренного режима его использования: так, например, при кондиционировании производительность больше, чем при отоплении. Поэтому если в перспективе планируется использовать кондиционер, то за исходное значение нужной производительности необходимо принимать расход воздуха именно в этом режиме – если же нет, то достаточно только значения в режиме отопления.

На следующем этапе расчёт систем воздушного отопления частного дома сводится к правильному определению конфигурации воздухораспределительной системы и расчёту сечений воздуховодов. Для наших систем мы используем бесфланцевые прямоугольные воздуховоды прямоугольного сечения – они просты в сборке, надежны и удобно располагаются в пространстве между конструктивными элементами дома. Поскольку воздушное отопление является низконапорной системой, то при ее построении необходимо учитывать определённые требования, например, минимизировать количество поворотов воздуховода – как магистрального, так и оконечных веток, идущих к решёткам. Статическое сопротивление трассы не должно превышать 100 Па. На основе производительности оборудования и конфигурации воздухораспределительной системы рассчитывается нужное сечение магистрального воздуховода. Количество оконечных веток определяется исходя из количества подающих решёток, необходимых для каждого конкретного помещения дома. В системе воздушного отопления дома обычно используются стандартные подающие решётки размером 250х100 мм с фиксированной пропускной способностью – она вычисляется с учетом минимальной скорости движения воздуха на выходе. Благодаря такой скорости в помещениях дома не ощущается движение воздуха, отсутствуют сквозняки и посторонний шум.

Конечная стоимость отопления частного дома рассчитывается после окончания этапа проектирования на основании спецификации с перечнем устанавливаемого оборудования и элементов системы воздухораспределения, а также дополнительных устройств контроля и автоматики. Чтобы произвести первоначальный расчет стоимости отопления, вы можете воспользоваться анкетой на расчет стоимости системы отопления ниже:

онлайн-калькулятором

Расчет мощности котла и теплопотерь.

Собрав все необходимые показатели, приступайте к калькуляции. Конечный результат укажет количество расходуемого тепла и сориентирует вас на выбор котла. При расчете теплопотерь за основу берутся 2 величины:

Разница температуры снаружи и внутри здания (ΔT);
Теплозащитные свойства объектов дома (R);

Для выявления расхода тепла ознакомимся с показателями сопротивления теплопередачи некоторых материалов

Таблица 1. Теплозащитные свойства стен

Материал и толщина стены	Сопротивление теплопередаче
Кирпичная стена толщина в 3 кирпича (79 сантиметров) толщина в 2.5 кирпича (67 сантиметров) толщина в 2 кирпича (54 сантиметров) толщина в 1 кирпича (25 сантиметров)	0.592 0.502 0.405 0.187
Сруб из бревна Ø 25 Ø 20	0.550 0.440
Сруб из бруса Толщина 20см. Толщина 10см.	0.806 0.353
Каркасная стена (доска +минвата + доска) 20 см.	0.703
Стена из пенобетона 20см. 30см.	0.476 0.709
Штукатурка (2-3 см)	0.035
Потолочное перекрытие	1.43
Деревянные полы	1.85
Двойные деревянные двери	0.21

Данные в таблице указаны с температурной разницей 50 °(на улице -30°,а в помещение +20°)

Таблица 2. Тепловые расходы окон

Тип окна	R_T	q. Вт/	Q. Вт
Обычное окно с двойными рамами	0.37	135	216
Стеклопакет (толщина стекла 4 мм) 4-16-4 4-Ar16-4 4-16-4К 4-Ar16-4К	0.32 0.34 0.53 0.59	156 147 94 85	250 235 151 136
Двухкамерный стеклопакет 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	0.42 0.44 0.53 0.60 0.45 0.47 0.55 0.67 0.47 0.49 0.58 0.65 0.49 0.52 0.61 0.68 0.52 0.55 0.65 0.72	119 114 94 83 111 106 91 81 106 102 86 77 102 96 82 73 96 91 77 69	190 182 151 133 178 170 146 131 170 163 138 123 163 154 131 117 154 146 123 111

RT — сопротивление теплопередачи;

Вт/м^2 – количество тепла, которое расходуется на один кв. м. окна;

четные цифры указывают на воздушное пространство в мм;

Ar — зазор в стеклопакете заполнен аргоном;

К – окно имеет наружное тепловое покрытие.

Имея в наличии стандартные данные о теплозащитных свойствах материалов, и определив перепад температур легко рассчитать тепловые потери. На пример:

Снаружи — 20°С., а внутри +20°С. Стены построены из бревна диаметром 25см. В этом случае

R = 0.550 °С· м2/ Вт. Тепловой расход будет равен 40/0.550=73 Вт/ м2

Теперь можно приступить к выбору источника тепла. Существуют несколько видов котлов:

Электрические котлы;
Газовые котлы
Нагреватели на твердом и жидком топливе
Гибридные (электрические и на твердом топливе)

Перед тем как приобрести котел, вы должны знать, какая мощность потребуется для поддержания благоприятной температуры в доме. Для этого существуют два способа определения:

Расчет мощности по площади помещений.

По статистике принято считать, что для нагрева 10 м2 требуется 1 кВт теплоэнергии. Формула применима в случае, когда высота потолка не более 2,8 м и дом средне утеплен. Суммируем площадь всех комнат.

Получаем, что W=S×Wуд/10, где W- мощность теплогенератора, S-общая площадь здания, а Wуд является удельной мощность, которая в каждом климатическом поясе своя. В южных регионах она 0,7-0,9 кВт, в центральных 1-1,5 кВт, а на севере от 1,5 кВт до 2 кВт. Допустим, котел в доме площадью 150 кв.м, который находится в средних широтах должен обладать мощностью 18-20кВт. Если потолки выше стандартных 2,7м, например, 3м, в этом случае 3÷2,7×20=23 (округляем)

Расчет мощности по объему помещений.

Этот тип вычислений можно произвести, придерживаясь строительных норм и правил. В СНиП прописан расчет мощности отопления в квартире. Для кирпичного дома на 1 м3 приходится 34 Вт, а в панельном – 41 Вт. Объем жилья определяется умножением площади на высоту потолка. Например, площадь апартаментов 72 кв.м., а высота потолков 2,8 м. Объем будет равен 201,6 м3. Так, для квартиры в кирпичном доме мощность котла будет равна 6,85 кВт и 8,26 кВт в панельном. Правка возможна в следующих случаях:

На 0.7, когда этажом выше или ниже находится неотапливаемая квартира;
На 0.9, если ваша квартира на первом или последнем этаже;
Коррекция производится при наличии одной внешней стены на 1,1, две – на 1,2.

24 Гидравлический расчет трубопроводов систем отопления с естественной циркуляцией

Естественноециркуляционное давление, возникающеев системах водяного отопления, в общемслучае можно рассматривать как суммудвух величин: давления , возникающегоза счет охлаждения воды в отопительныхприборах, и давления , вызываемогоохлаждением воды в теплопроводах.

Гидравлическийрасчет выполняют по пространственнойсхеме системы отопления, вычерчиваемойобычно в аксонометрической проекции.На схеме системы выявляют циркуляционноекольцо, делят его на участки и наносяттепловые нагрузки. В циркуляционноекольцо могут быть включены один(двухтрубная система) или несколько(однотрубная система) отопительныхприборов и всегда теплогенератор.

Участкомназывают трубу постоянного диаметра содним и тем же расходом теплоносителя.Последовательно соединенные участки,образующие замкнутый контур циркуляцииводы через теплогенератор, составляютциркуляционное кольцо системы.

25 Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления с искусственной циркуляцией

Расчетноециркуляционное давление в системе сискусственной циркуляцией складываетсяиз давления ∆рнас,создаваемого насосом, и естественногодавления ∆ре

∆рр=∆рнас+∆ре=∆рнас+Б(∆ре.пр+∆ре.тр) (3.4)

где Б– коэффициент, определяющий долюмаксимального естественного давления,которую целесообразно учитывать врасчетных условиях; для двухтрубных иоднотрубных горизонтальных систем0,4-0,5, для одно-трубных 1.

-давление возникающее за счет охлажденияводы в отопительных приборах;

-давлениевызываемоеохлаждением воды в теплопроводах.

Гидравлическийрасчет выполняют по пространственнойсхеме системы отопления, вычерчиваемойобычно в аксонометрической проекции.На схеме системы выявляют циркуляционныекольца, делят их на участки и наносяттепловые нагрузки. В циркуляционноекольцо могут быть включены один(двухтрубная система) или несколько(однотрубная система) отопительныхприборов и всегда теплогенератор, атакже побудитель циркуляции теплоносителяв насосной системе отопления.

https://youtube.com/watch?v=gQWOqXNAxXc

26. Понятие о горизонтальных систем отопления

Порасположению труб,соединяющихотопительные приборы, системы бываютгоризонтальные, в которых трубы,соединяющие приборы, расположеныгоризонтальнои называются ветвями, и вертикальные,в которых трубы, соединяющие приборы,располагаются вертикально и называютсястояками.

Теплопроводы– трубы систем центрального отопленияпредназначенные для подачи в приборыи отвода из них необходимого количестватеплоносителя. Теплопроводыгоризонтальных систем, кроме магистралей,стояков и подводок, имеют еще игоризонтальные ветви.

Недостатки:-необходимость установки компенсаторовтепловых удлинений при большойпротяженности отдельных горизонтальныхветок; — усложнение эксплуатациивследствие образования воздушных пробоки необходимости устройства воздушныхкранов на каждом отопительном приборе

Преимущества:-возможность поэтажного подключения/отключениятепла; — ветви можно проложить в стяжкепола — такая схема позволяет использоватьрадиаторы с нижним подключением; -повышение эстетической привлекательностипомещения

-возможностьустановки индивидуальных теплосчетчиков.

Горизонтальнаясистема отопления можетиметь две разные схемы, которые различаютсяпо способу подключения радиаторов:лучевая схема и последовательная.

Сутьпервого типа состоит в одновременнойподаче теплоносителя к каждому радиаторуотдельно.Преимуществом можно назвать то, что притакой схеме все лучи системы будут иметьпримерно равную температуру нагревании.К недостаткам такой системы можноотнести излишний расход материала.

Сутьвторого способа подключения состоит втом, что для всех отопительных радиаторовимеется общая пара труб. К преимуществампоследовательной схемы относятся то,что температура во всей системе можетлегко регулироваться, как, собственно,и температура в каждом отдельномпомещении. Такая система требует меньшихзатрат.

Прирасчете горизонтальных однотрубныхсистем отопления с естественнойциркуляцией величину разности естественныхдавлений (Па), возникающей в циркуляционныхкольцах отдельных веток системыопределяют:

h– высотаот середины нагревателя до гориз. веткисоответствующего этажа

,–плотностьобратной и горячей воды

Расчёт системы отопления

Рассмотрим подробно упрощённый вариант расчёта системы водяного отопления, в котором мы будем использовать стандартные и общедоступные комплектующие. На рисунке схематически представлена индивидуальная система отопления частного дома на основе одноконтурного котла. Прежде всего, нам необходимо определиться с его мощностью, так как он является основой всех вычислений в дальнейшем. Выполним данную процедуру по описанной ниже схеме.

У нас имеется одноэтажный дом с тремя комнатами, прихожей, коридором, кухней, ванной и туалетом. Зная площадь каждого отдельного помещения и высоту комнат, необходимо произвести элементарные расчёты для того, чтобы вычислить объём всего дома:

комната 1: 10 м2 · 2,8 м = 28 м3
комната 2: 10 м2 · 2,8 м = 28 м3
комната 3: 20 м2 · 2,8 м = 56 м3
прихожая: 8 м2 · 2,8 м = 22,4 м3
коридор : 8 м2 · 2,8 м = 22,4 м3
кухня: 15,5 м2 · 2,8 м = 43,4 м3
ванная: 4 м2 · 2,8 м = 11,2 м3
туалет: 3 м2 · 2,8 м = 8,4 м3

Таким образом, мы посчитали объём всех отдельных помещений, благодаря чему теперь можно вычислить общий объём дома, он равен 220 кубическим метрам. Заметьте, мы также посчитали объём коридора, но на самом деле там не указано ни одного отопительного прибора, для чего это нужно? Дело в том, что коридор также будет отапливаться, но пассивным образом, за счёт циркуляции тепла, поэтому нам необходимо внести его в общий список отопления, для того, чтобы расчёт был правильным и дал нужный результат.

Следующий этап расчёта мощности котла мы будем проводить, исходя из необходимого количества энергии на один кубический метр. Для каждого региона существует свой показатель — в наших вычислениях используем 40 Вт на кубический метр, исходя из рекомендаций для регионов европейской части СНГ:

40 Вт · 220 м3 = 8800 Вт

Полученную цифру необходимо возвести в коэффициент 1,2, что даст нам 20% запаса мощности для того, чтобы котёл постоянно не работал на полную мощность. Таким образом, мы понимаем, что нам необходим котёл, который способен вырабатывать 10,6 кВт (стандартные одноконтурные котлы выпускаются мощностью 12–14 кВт).

Отопительные устройства

Секционные радиаторы

В общем случае данные о тепловом потоке на одну секцию неизменно возможно обнаружить сайте производителя.

Если он малоизвестен, возможно ориентироваться на следующие приблизительные значения:

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

Как неизменно, имеется последовательность тонкостей. При боковом подключении радиатора с 10 и более секциями разброс температур между ближними к подводке и концевыми секциями будет очень большим.

Но: эффект сведется на нет, в случае если подводки подключить диагонально либо снизу вниз.

Помимо этого, в большинстве случаев производители отопительных устройств показывают мощность для в полной мере конкретной дельты температур между воздухом и радиатором, равной 70 градусам. Зависимость теплового потока от Dt линейна: в случае если батарея на 35 градусов горячее воздуха, тепловая мощность батареи будет ровно в два раза меньше заявленной.

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

Регистры

Особняком в перечне отопительных устройств стоят самодельные регистры.

Производители по понятным обстоятельствам не смогут указать их тепловую мощность, но ее несложно вычислить своими руками.

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

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

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

Исходные данные для теплового расчета системы отопления

Прежде чем приступать к подсчетам и работе с данными, их необходимо получить

Здесь для тех владельцев загородных домов, которые прежде не занимались проектной деятельностью, возникает первая проблема – на какие характеристики стоит обратить свое внимание. Для вашего удобства они сведены в небольшой список, представленный ниже

Площадь постройки, высота до потолков и внутренний объем.
Тип здания, наличие примыкающих к нему строений.
Материалы, использованные при возведении постройки – из чего и как сделаны пол, стены и крыша.
Количество окон и дверей, как они обустроены, насколько качественно утеплены.
Для каких целей будут использоваться те или иные части здания – где будут располагаться кухня, санузел, гостиная, спальни, а где – нежилые и технические помещения.
Продолжительность отопительного сезона, средний минимум температуры в этот период.
«Роза ветров», наличие неподалеку других строений.
Местность, где уже построен или только еще будет возводиться дом.
Предпочтительная для жильцов температура тех или иных помещений.
Расположение точек для подключения к водопроводу, газу и электросети.

Теплопотери в доме

Мероприятия по теплоизоляции, приведенные на изображении выше, помогут существенно уменьшить количество энергии и теплоносителя, необходимого для обогрева жилого дома

Температурные режимы помещений

Перед проведение любых расчётов параметров системы необходимо, как минимум, знать порядок ожидаемых результатов, а также иметь в наличии стандартизированные характеристики некоторых табличных величин, которые необходимо подставлять в формулы или ориентироваться на них. Выполнив вычисления параметров с такими константами, можно быть уверенным в достоверности искомого динамического или постоянного параметра системы.

Для помещений разнообразного назначения существуют эталонные стандарты температурных режимов жилых и нежилых помещений. Эти нормы закреплены в так называемых ГОСТах

Для системы отопления одним из таких глобальных параметров является температура помещения, которая должна быть постоянной в независимости от периода года и условий окружающей среды.

Согласно регламенту санитарных нормативов и правил есть различие в температуре относительно летнего и зимнего периода года. За температурный режим помещения в летний сезон отвечает система кондиционирования, а вот комнатная температура воздуха в зимний период обеспечивается системой отопления. То бишь нам интересны диапазоны температур и их допуски отклонений для зимнего сезона.

В большинстве нормативных документов оговариваются следующие диапазоны температур, которые позволяют человеку комфортно находиться в комнате. Для нежилых помещений офисного типа площадью до 100 м 2 :

оптимальная температура воздуха 22-24°С
допустимое колебание 1°С

Для помещений офисного типа площадью более 100 м 2 температура составляет 21-23°С. Для нежилых помещений промышленного типа диапазоны температур сильно отличаются в зависимости от предназначения помещения и установленных норм охраны труда.

Комфортная температура помещения у каждого человека «своя». Кто-то любит чтобы было очень тепло в комнате, кому-то комфортно когда в комнате прохладно — это всё достаточно индивидуально

Что же касаемо жилых помещений: квартир, частных домов, усадеб и т. д. существуют определённые диапазоны температуры, которые могут корректироваться в зависимости от пожеланий жильцов. И всё же для конкретных помещений квартиры и дома имеем:

жилая, в том числе детская, комната 20-22°С, допуск ±2°С
кухня, туалет 19-21°С, допуск ±2°С
ванная, душевая, бассейн 24-26°С, допуск ±1°С
коридоры, прихожие, лестничные клетки, кладовые 16-18°С, допуск +3°С

Важно отметить, что есть ещё несколько основных параметров, которые влияют на температуру в помещении и на которые нужно ориентироваться при расчёте системы отопления: влажность (40-60%), концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе (250:1), скорость перемещения воздушных масс (0.13-0.25 м/с) и т. п