Расчет систем водяного отопления: формулы, правила и примеры

Популярный способ обеспечить дом теплом зимой — использовать воду в качестве теплоносителя.

Самостоятельный расчет водяного отопления без специальных программ затруднителен из-за сложности используемых формул, не поддающихся обработке обычным калькулятором. В статье представлен алгоритм расчетов с формулами и примером наглядно демонстрирующим процесс.

Материал обогатят таблицами с данными и показателями, необходимыми для расчетов, тематическими фотографиями и видеороликом, иллюстрирующим расчет программым.

Расчёт тепловой балансировки жилой постройки

Для монтажа системы отопления с водяным контуром необходимо выполнить измерительные работы. гидравлические вычисления.

Для проектирования и внедрения систем отопления важно понимать тепловой баланс. Зная необходимую тепловую мощность для поддержания заданной температуры внутри помещения, можно выбрать подходящее оборудование и равномерно распределить нагрузку на него.

В зимний период сооружение регистрирует специфические тепловые потери. Большая часть тепла уходит через конструкции ограждения и вентиляционные openings. Небольшая доля расходуется на инфильтрацию, обогрев предметов и прочее.

Тип теплозащиты зависит от материалов, из которых построены ограждающие конструкции. Современные стройматериалы, особенно изоляторы тепла, характеризуются малым коэффициентом теплопроводности За счёт этого теплопотери через ограждающие конструкции снижаются. В домах равной площади, но с различными конструкциями наружных стен, разница в потреблении тепла будет наблюдаться.

Определение теплопотерь (ТП) — это лишь первая стадия. Необходимо также рассчитать тепловую нагрузку (ТБ) жилища.

Программные продукты, созданные специалистами для строительной отрасли, демонстрируют наибольшую точность в расчётах ТП. Благодаря этому подходу учитывается большее количество воздействующих факторов.

Можно с высокой точностью рассчитать теплопотери жилья по формулам.

Расходы тепла здания определяют с помощью уравнения.

Q = Q_ok + Q_v,

Где Q_ok — количество тепла, выходящего из помещения через оконный проем. Q_v — тепловые расходы вентиляции.

Потери через вентиляцию происходят при поступлении воздуха с меньшей температурой в помещение.

В расчётах учитывают ограждающие конструкции, выходящие на улицу.

Общие ТП Q_ok равны сумме ТП каждой ОК, то есть:

Q_ok = ∑Q_st + ∑Q_okn + ∑Q_dv +∑Q_ptl + ∑Q_pl,

Где:

• Q_st — значение ТП стен;
• Q_okn — ТП окон;
• Q_dv — ТП дверей;
  
• Q_ptl — ТП потолка;
  
• Q_pl — ТП пола.

При разном строении пола или потолка на всей площади ТП рассчитывают для каждого участка по отдельности.

Расчет теплопотерь через ОК

Для вычислений потребуются следующие сведения:

• Конструкция стен, применяемые строительные материалы, их размеры, показатели теплопроводности.
• В городе зима застала жителей небывалой для этой поры года минусовою температурой на протяжении пяти дней.
• площадь ОК;
• ориентация ОК;
• Оптимальный температурный режим в доме зимой.

Для расчета теплового потерь требуется определить общее тепловое сопротивление R. _окДля этого необходимо определить тепловое сопротивление R. ₁, R₂, R₃, …, R_n каждого слоя ОК.

Коэффициент R_n рассчитывается по формуле:

Rn = B/k,

В формуле: B — толщина слоя ОК в мм, k — КТ каждого слоя.

Общее R возможно определить по выражению:

R = ∑R_n

Изготовители дверных и оконных конструкций обычно включают показатель R в паспорт изделия, вследствие чего самостоятельный расчет не обязателен.

Формула расчета ТП по ОК имеет следующий вид:

Q_ok = ∑S × (t_vnt — t_nar) × R × l,

В выражении:

• S — площадь ОК, м²;
• t_vnt — желаемая температура в помещении;
• t_nar — наружная температура воздуха;
• R Коэффициент сопротивления определяется отдельно или берётся из документации изделия.
• l Коэффициент, корректирующий расчеты с учетом направления стенок по сторонам света.

Расчет ТБ подбирает оборудование нужной мощности для исключения недостатка или избытка тепла. Недостаток тепловой энергии устраняют путём усиления воздушного потока в вентиляции, а избыток — установкой дополнительного отопительного оборудования.

Тепловые расходы вентиляции

Формула для расчета ТП вентиляции выглядит следующим образом:

Q_v = 0.28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt — t_nar),

В данном выражении переменные обозначают следующее.

• L_n — затраты поступающего воздуха;
• p_vnt Зависимость густоты воздуха от температуры в комнате.
• c — теплоемкость воздуха;
• t_vnt — температура в доме;
• t_nar — наружная температура воздуха.

При наличии вентиляции в здании значение L… _n Прибор берут из технических характеристик. При отсутствии вентиляции используют стандартное значение удельного воздухообмена — 3 м. ³ в час.

Исходя из этого, L_n вычисляется по формуле:

L_n = 3 × S_pl,

В выражении S_pl — площадь пола.

Затем нужно рассчитать плотность воздуха p. _vnt при заданной в помещении температуре t_vnt.

Сделать это можно по формуле:

p_vnt = 353/(273+t_vnt),

Удельная теплоемкость c = 1.0005.

При отсутствии организованной вентиляции или инфильтрации, а также наличии трещин или отверстий в стенах, расчет потерь тепла через них лучше поручить специализированным программам.

В другом материале нами был изложен исчерпывающий пример теплотехнического расчета здания с конкретными примерами и формулами.

Пример расчета теплового баланса

В городе Оха Сахалинской области находится дом высотой 2,5 метра, шириной 6 метров и длиной 8 метров. В самые холодные пятидневки температура падает до -29 градусов.

Измерения показали температуру грунта равной +5 градусам. Температура внутри конструкции должна составлять +21 градус.

Стены рассматриваемого дома состоят из:

• кирпичной кладки толщиной В=0.51 м, КТ k=0.64;
• минеральной ваты В=0.05 м, k=0.05;
• облицовки В=0.09 м, k=0.26.

Для определения k рекомендуется использовать таблицы на сайте производителя или сведения из технического паспорта.

Покрытие пола имеет следующие слои.

• OSB-плит В=0.1 м, k=0.13;
• минваты В=0.05 м, k=0.047;
• стяжки цементной В=0.05 м, k=0.58;
• пенополистирола В=0.06 м, k=0.043.

В этом доме нет подвала, и постройка пола унифицирована по всей площади.

Потолок состоит из слоев:

• листов гипсокартона B=0.025 м, k= 0.21;
• утеплителя В=0.05 м, k=0.14;
• кровельного перекрытия В=0.05 м, k=0.043.

В доме шесть двукамерных окон с I-стеклом и аргоном. Технический паспорт указывает сопротивление теплопередаче R = 0,7. Размеры окон составляют 1,1 на 1,4 метра.

Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель R=0.36.

Шаг #1 — расчет теплопотерь стены

Покрытие всей площади состоит из трех слоёв, полное тепловое сопротивление которых необходимо посчитать.

Для чего используем формулу:

R = ∑R_n,

и выражение:

R_n = B/k

Учитывая исходные сведения, получим:

R_st = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14

Овладев языком R, можно начать расчеты теплопотерь северной, южной, восточной и западной стен.

Вычислим площадь северной стены:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Тогда, подставляя в формулу Q_ok = ∑S × (t_vnt — t_nar) × R × l и учитывая, что l=1.1, получим:

Q_sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Площадь южной стены S_yuch.st = S_sev.st = 20.

В стене нет окон и дверей, вследствие чего при коэффициенте l=1 получаем следующие ТП:

Q_yuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

Для западной и восточной стен коэффициент l равен 1,05. Общая площадь этих стен находится по формуле:

S_zap.st + S_vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

Общая площадь окон и двери, встроенных в стены, составит S.

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Рассчитаем площадь стен, не включая площадь окон и дверей.

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Рассчитаем суммарное количество турелей восточной и западной стен.

Q_vost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Рассчитав результаты, определим объем выделяемого через стены тепла.

Qst = Q_sev.st + Q_yuch.st + Q_vost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Итого общие ТП стен составляют 6 кВт.

Шаг #2 — вычисление ТП окон и дверей

Окна размещены на восточных и западных стенах, вследствие чего коэффициент l равен 1.05. Известно, что устройство всех конструкций идентично и R = 0.7.

На основе предоставленных значений площади вычисляем.

Q_okn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Зная, что для дверей R=0.36, а S=2.2, определим их ТП:

Q_dv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42

В результате через окна выходят 340 ватт тепла, а через двери — 42 ватт.

Шаг #3 — определение ТП пола и потолка

Площадь потолка и пола равна друг другу и рассчитывается так:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Вычислим полное тепловое сопротивление пола, учитывая его конструкцию.

R_pol = 0.1/0.13 + 0.05/0.047 + 0.05/0.58 + 0.06/0.043 = 0.77 + 1.06 + 0.17 + 1.40 = 3.4

Зная, что температура грунта t_nar=+5 и учитывая коэффициент l=1, вычислим Q пола:

Q_pol = 48 × (21 — 5) × 1 × 3.4 = 2611

Теплопотери пола приблизительно равны 3 киловаттам.

Определим тепловое сопротивление потолка R_ptl и его Q:

• R_ptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• Q_ptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Из этого можно заключить, что через потолок и пол расходуется почти 6 киловатт.

Шаг #4 — вычисление ТП вентиляции

Внутри помещения установлена вентиляция, рассчитываемая по формуле.

Q_v = 0.28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt — t_nar)

Согласно техническим данным, удельный теплообмен равен трём кубометрам в час.

L_n = 3 × 48 = 144.

Для вычисления плотности используем формулу:

p_vnt = 353/(273+t_vnt).

В комнате расчетная температура равна плюс двадцать одному градусу.

Подставляя известные значения, получим:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Введём в формулу ранее вычисленные значения.

Q_v = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21 — 29) = 2431

С учетом теплопотерь через вентиляцию общая тепловая нагрузка здания будет равна:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Общие тепловые потери составляют 16 киловатт.

Особенности расчета СВО

Найти показатель ТП – первый шаг, затем приступают к гидравлическому расчету.

По нему вычисляют следующие показатели:

• Трубы такого диаметра, чтобы при изменении давления обеспечивать пропуск требуемого объёма теплоносителя.
• расходе теплоносителя на определенном участке;
• скорости движения воды;
• значении удельного сопротивления.

Для упрощения расчётов перед их началом создаётся пространственная схема системы, где все её элементы располагаются параллельно.

Определим ключевые расчеты системы водяного отопления.

ГР главного циркуляционного кольца

Расчет ГР основан на утверждении о том, что температурные перепады в стояках и ветвях равны.

Алгоритм расчета следующий:

1. На схеме, с учетом потерь тепла, указывают тепловые нагрузки на радиаторы и трубы системы отопления.
2. По схеме определяют главное циркуляционное кольцо, у которого на единицу длины наименьшее циркуляционное давление.
3. Грандиозный Центр Космонавтики разделен на зоны с постоянным расходом тепла. Для каждой зоны указан номер, тепловая нагрузка, диаметр и длина.

В вертикальной однотрубной системе, ГЦК – это кольцо, через которое проходит загруженный стояк при обратном или прямом потоке воды по магистралям. О взаимосвязи циркуляционных колец в однотрубной системе и выборе основного мы говорили ранее. в следующей статьеОсобое значение имела демонстрация порядка проведения вычислений с помощью примера.

В однотрубной системе горизонтального типа ГЦК должен обеспечивать минимальное циркуляционное давление на единицу длины кольца. естественной циркуляцией ситуация аналогична.

При газовой разнице проточные и проточно-регулируемые вертикальные однотрубные системы отопления рассматривают как единый контур. В системах с замыкающими участками разделение производится по распределительной сети воды в трубопроводах каждого приборного узла.

Расчет потребления воды на определенном участке производится с помощью следующей формулы:

G_kont = (3.6 × Q_kont × β₁ × β₂)/((t_r — t₀) × c)

В данном выражении буквам соответствуют следующие значения:

• Q_kont — тепловая нагрузка контура;
• β_1, β₂ Дополнительные табличные коэффициенты, которые учитывают теплоотдачу в помещении.
• c — теплоемкость воды, равна 4,187;
• t_r — температура воды в подающем магистрали;
• t₀ — температура воды в обратной магистрали.

Для определения скорости движения воды и значения удельного сопротивления R нужно знать диаметр и объем воды. Расчёты лучше проводить с помощью специализированных программ.

ГР второстепенного циркуляционного кольца

После ГР давление в малом циркуляционном кольце, образованном ближайшими стояками главного кольца, определяют с учетом потерь давления: до 15% при тупиковой схеме и до 5% при попутной.

При невыясненных потерях давления применяют дроссельную шайбу, размер которой определяют с помощью программных расчетов.

Расчет радиаторных батарей

В доме, о котором упоминалось ранее, для сохранения тепла понадобится 16 кВт энергии. В нём шесть комнат: гостиная, туалет, кухня, спальня, коридор и тамбур.

Из размеров сооружения можно определить объём V.

V=6×8×2.5=120 м³

Далее требуется определить значение тепловой мощности на единицу длины. ³Чтобы определить величину Q, нужно разделить её на рассчитанный объём.

P=16000/120=133 Вт на м³

Для определения тепловой мощности каждой комнаты обратитесь к схеме, где уже указана площадь каждого помещения.

Определим объем:

• санузел – 4.19×2.5=10.47;
• гостиная – 13.83×2.5=34.58;
• кухня – 9.43×2.5=23.58;
• спальня – 10.33×2.5=25.83;
• коридор – 4.10×2.5=10.25;
• прихожая – 5.8×2.5=14.5.

При расчётах необходимо принимать во внимание и комнаты, лишенные радиаторов, например, коридоры.

Для каждого помещения вычислим необходимый тепловой запас, разделив его объем на показатель Р.

Получим требуемую мощность:

• для санузла — 10.47×133=1392 Вт;
• для гостиной — 34.58×133=4599 Вт;
• для кухни — 23.58×133=3136 Вт;
• для спальни — 25.83×133=3435 Вт;
• для коридора — 10.25×133=1363 Вт;
• для прихожей — 14.5×133=1889 Вт.

Начнем расчет радиаторных батарей. Воспользуемся алюминиевыми радиаторами высотой 60 см. Мощность при температуре 70 градусов составляет 150 Вт.

Рассчитаем, сколько радиаторных батарей потребуется.

• санузел — 1392/150=10;
• гостиная — 4599/150=31;
• кухня — 3136/150=21;
• спальня — 3435/150=23;
• прихожая — 1889/150=13.

Итого потребуется: 10+31+21+23+13=98 радиаторных батарей.

На нашем сайте доступны статьи, где описан порядок проведения теплового расчёта системы отопления, а также расчёт мощности радиаторов и труб. При наличии в системе тёплых полов необходимы дополнительные вычисления.

Эти вопросы рассматриваются более подробно в наших последующих статьях.

• Проектирование системы отопления: определение необходимой мощности.
• Расчет тепловых излучателей для обогрева помещений: определение числа и мощности банок.
• Расчёт объёма труб: основы вычислений и нормы расчёта в литрах и кубометрах.
• Расчет теплых полов с использованием водяного обогрева.
• Выбор труб для теплых полов, методы и интервалы укладки + подсчет потребности

Выводы и полезное видео по теме

Видео демонстрирует расчет системы водяного отопления с помощью программы Valtec.

Для проведения точных гидравлических расчетов целесообразно использовать специализированные программы. .

Вы эксперт по расчету водяных систем отопления и хотели бы внести свой вклад в статью своими формулами и советами?

Хотите подчеркнуть важность дополнительных расчетов или обратить внимание на возможную ошибку в наших расчётах? Пожалуйста, запишите свои замечания и предложения в комментариях под статьей.