Расчет тепловых нагрузок для систем отопления

Проектирование и тепловой расчет системы отопления необходимы для эффективного обогрева дома.
Задачи расчетов — определение оптимальных характеристик котла и радиаторной сети.

На первый взгляд кажется, что теплотехнический расчет доступен лишь инженерам. Однако зная алгоритм, можно провести необходимые вычисления самостоятельно.

Статья раскрывает расчетный процесс с помощью формул и примера тепловых расчетов для индивидуального дома.

Расчет системы отопления по тепловым нагрузкам.

Классический тепловой расчёт отопительной системы — это сжатый техдокумент, содержащий этапы стандартизированных расчётов.

Прежде чем анализировать показатели работы, следует разобраться с определением самого понятия системы отопления.

Отопление функционирует за счет подачи тепла в помещение принудительно и его естественного удаления.

Главные цели расчета и разработки системы отопления.

• Точнее рассчитать теплопотери.
• Определить объем и правила применения теплоносителя.
• Точно подобрать параметры генерации, передачи и отдачи тепла.

При постройке системы отопления Для начала нужно собрать информацию о помещении или здании, в котором будет работать система отопления. Затем необходимо рассчитать тепловые параметры системы и проанализировать полученные данные.

С учетом имеющихся данных подбирают состав системы отопления, после чего осуществляют закупку, монтаж и пуск ее в работу.

Эта методики теплового расчета дает возможность с достаточной точностью рассчитать множество параметров, определяющих функционирование системы отопления в будущем.

После проведения тепловых расчетов станет доступна следующая информация:

• Количество тепловых потерь и показатель мощности котла.
• Количество и вид отопительных приборов для каждой комнаты по отдельности.
• гидравлические характеристики трубопровода;
• объём, скорость теплоносителя, мощность теплового насоса.

Тепловой расчёт – это не просто теории, а практические выводы, применяемые при подборе элементов системы отопления.

Нормы температурных режимов помещений

Чтобы рассчитать параметры системы, нужно понимать порядок ожидаемых результатов и пользоваться стандартизированными характеристиками отдельных табличных величин, которые затем применяются в формулах или служат эталоном.

Вычислив параметры с такими константами, можно быть уверенным в точности найденного динамического или постоянного параметра системы.

Для системы отопления важен стабильный показатель температуры воздуха внутри помещения, который должен сохраняться вне зависимости от времени года и внешних погодных условий.

Регламент санитарных норм и правил устанавливает разную температуру для летнего и зимнего периодов. В летний период за температурный режим помещения отвечает система кондиционирования. Ее расчет подробно описан в… этой статье.

Температуру воздуха в комнатах зимой поддерживает система отопления, поэтому нас интересуют пределы температурных значений и допустимые отступления для этого времени года.

В нормативных документах обычно указываются границы температур, при которых человек чувствует себя комфортно в помещении.

В необитаемых помещениях офисного назначения площадью до ста квадратных метров. ²:

• 22-24°С — оптимальная температура воздуха;
• 1°С — допустимое колебание.

Для офисных помещений общей площадью свыше 100 квадратных метров ² Температура варьируется от 21 до 23 градусов Цельсия. В промышленных зданиях, которые не используются для проживания, температурные режимы существенно различаются в соответствии с назначением сооружения и действующими нормами охраны труда.

В отношении жилых помещений — квартир, домов, усадеб и подобных — существуют температурные диапазоны, регулируемые по желанию обитателей.

Тем не менее, для отдельных комнат жилых домов и квартир имеются:

• 20-22°С Жилое помещение, включая детскую комнату, с допустимой разницей температур ±2°С.
• 19-21°С — кухня, туалет, допуск ±2°С;
• 24-26°С — ванная, душевая, бассейн, допуск ±1°С;
• 16-18°С Помещения: коридоры, прихожая, лестницы, кладовые. Доступ разрешен при температуре не ниже +3°C.

При расчете системы отопления важно учитывать параметры, влияющие на температуру в помещении: влажность (40-60%), концентрацию кислорода и углекислого газа в воздухе (250:1), скорость перемещения воздушных масс (0.13-0.25 м/с) и другие.

Расчёт теплопотерь в доме

Второй закон термодинамики (учебная физика) запрещает самопроизвольную передачу энергии от объектов с меньшей температурой к объектам с большей температурой, как на микро-, так и на макроуровне. Попытка создания равновесия температур между двумя системами является частным случаем этого закона.

Первая система – окружающая среда при -20°С, вторая – здание с температурой +20°С. Согласно этому закону две системы стремятся к равновесию, обмениваясь энергией. Во втором случае будет происходить теплопотеря и охлаждение в первом.

Под теплопотерями понимают неумышленный уход тепла (энергии) от объекта (дома, квартиры). Для обычной квартиры этот процесс менее заметен по сравнению с частным домом, так как квартира расположена внутри здания и граничит с другими жилыми помещениями.

В частных домах через стены, пол, крышу, окна и двери утечка тепла происходит разной интенсивности.

Потребителю доступно рассчитать требуемую мощность отопительной системы, зная объемы тепловых потерь при худших погодных условиях и их характеристики.

Таким образом, объем теплопотерь строения рассчитывается с помощью формулы:

Q=Q_пол+Q_стена+Q_окно+Q_крыша+Q_дверь+…+Q_i, где

Qi — количество тепла, теряемого однотипной оболочкой строения.

Для вычисления каждой части формулы применяется соответствующая формула.

Q=S*∆T/R, где

• Q – тепловые утечки, В;
• S – площадь конкретного типа конструкции, кв. м;
• ∆T Разница температур между воздухом снаружи и внутри помещения, градусы Цельсия.
• R Тепловой коэффициент сопротивления указанного типа конструкции измеряется в метрах. ²*°C/Вт.

Рекомендуется обращаться к вспомогательным таблицам для определения величины теплового сопротивления реальных материалов.

Также тепловое сопротивление можно вычислить по формуле.

R=d/k, где

• R – тепловое сопротивление, (м²*К)/Вт;
• k – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м²*К);
• d – толщина этого материала, м.

В домах с поврежденной кровлей тепло теряется через крышу и чердак. утеплению потолка или теплоизоляции мансардной крыши решают эту проблему.

В доме присутствуют дополнительные виды тепловых потерь: через щели в конструкциях, вентиляцию, вытяжку на кухне, а также при открывании окон и дверей. Однако объём этих потерь незначителен, составляя не более 5% от общего числа основных утечек тепла.

Определение мощности котла

Для поддержания комфортной температуры внутри частного дома требуется автономная система отопления, способная регулировать её в каждой комнате с учётом разницы температур наружного воздуха.

Система отопления основывается на различных… виды котлов: жидко- или твердотопливные, электрические или газовые.

Котел — сердце системы отопления, производящей тепло. Его эффективность определяют характеристики мощности — скорость превращения тепла в заданный промежуток времени.

Вычисления тепловой нагрузки для обогрева позволят определить необходимую мощность котла.

Чтобы определить требуемую мощность котла для типовой квартиры с несколькими комнатами, нужно рассчитать площадь жилья и умножить её на удельную мощность.

Р_котла=(S_{помещения}*Р_{удельная})/10, где

• S_{помещения} — общая площадь отапливаемого помещения;
• Р_{уделльная} Мощность на единицу площади при различных погодных условиях.

Эта формула не берёт во внимание тепловые потери, которые могут быть значительными в частных домах.

Другой подход принимает во внимание этот показатель.

Р_котла=(Q_потерь*S)/100, где

• Р_котла — мощность котла;
• Q_потерь — потери тепла;
• S — отапливаемая площадь.

Мощность котла требуется повысить. Дополнительный запас пригодится при использовании котла для нагрева воды в ванной и на кухне.

Чтобы учесть резерв мощности котла, в последнюю формулу нужно добавить коэффициент запаса К.

Р_котла=(Q_потерь*S*К)/100, где

К Если коэфficient будет равен 1.25, то расчетная мощность котла увеличится на 25 процентов.

Мощность котла позволяет поддерживать заданную температуру воздуха в помещениях здания и обеспечивает наличие начального и дополнительного объема горячей воды.

Особенности подбора радиаторов

Помещения обычно отапливают радиаторами, панелями, системами тёплого пола, конвекторами и другими элементами. Радиаторы – самые популярные детали отопительных систем.

Радиатор отопления — это полая конструкция модульного типа из сплава с высокой теплоотдачей. Изготавливается из стали, алюминия, чугуна, керамики и других сплавов. Принцип действия радиатора состоит в излучении энергии от теплоносителя в помещение через «лепестки».

Существует несколько методик расчёта радиаторов отопления В помещении. Представленный список методов упорядочен по возрастанию точности расчётов.

Варианты вычислений:

1. По площади. N=(S*100)/C, где N — количество секций, S — площадь помещения (м²Значение C (Ватт) — теплоотдача одной секции радиатора, указанная в его паспорте или сертификате. Для нагрева одного квадратного метра требуется тепловой поток 100 Ватт. ² В связи с этим возникает вопрос: как можно учесть высоту потолка помещения при расчётах?
2. По объёмуФормула N=(S*H*41)/C определяет высоту помещения (Н), где S – площадь поверхности, C – коэффициент теплопередачи. Необходимый тепловой поток, равный 41 Вт, предназначен для нагрева 1 метра. ³ (эмпирическая величина).
3. По коэффициентамN = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, где N, S и C аналогично. k1 — учёт количества камер в стеклопакете окна комнаты, k2 — теплоизоляция стен, k3 — соотношение площади окон к площади помещения, k4 — средняя минусовая температура в наиболее холодную неделю зимы, k5 — количество наружных стен комнаты, которые «выходят» на улицу, k6 — тип помещения сверху, k7 — высота потолка.

Этот способ расчета числа секций является самым точным. При этом округляем любые полученные в результате дробные значения до ближайшего большего целого числа.

Гидравлический расчёт водоснабжения

Рассчет тепла для отопления требует определения объема и скорости движения теплоносителя. Чаще всего роль теплоносителя выполняет вода, находящаяся в жидком или газообразном состоянии.

Объем воды, которую нагревает двухконтурный котел для обеспечения жильцов горячей водой и нагрева теплоносителя, вычисляют, суммируя объем отопительного контура и фактические потребности пользователей в нагретой воде.

Расчёт объёма горячей воды в системе отопления выполняется по следующей формуле:

W=k*P, где

• W — объём носителя тепла;
• P — мощность котла отопления;
• k КПД — показатель расхода топлива, равный 13,5 литра на единицу мощности, с диапазоном от 10 до 15 литров.

В итоге конечная формула выглядит так:

W = 13.5*P

Скорость теплоносителя – это последний показатель, определяющий работу системы отопления и отражающий, насколько быстро жидкость движется по трубам.

Эта величина позволяет определить тип и диаметр трубопровода.

V=(0.86*P*μ)/∆T, где

• P — мощность котла;
• μ — КПД котла;
• ∆T Разница температур между холодной и горячей водой.

Используя вышеизложенные способы гидравлического расчётаВозможен получение фактических параметров, составляющих основу проектируемой системы отопления.

Пример теплового расчёта

Для демонстрации расчета тепловых потерь представлен типовой одноэтажный дом с тремя спальнями, кухней, ванной комнатой, «зимним садом» и кладовыми.

Определим начальные характеристики дома, требуемые для расчетов.

Габариты здания:

• высота этажа — 3 м;
• В здании предусмотрены маленькие окна на фасаде и с тыльной стороны размером 1470 на 1420 миллиметров.
• большое окно фасада 2080*1420 мм;
• входные двери 2000*900 мм;
• Двери задней части (выход на террасу) размером 2000*1400 миллиметров (по 700 мм каждая).

Общая ширина постройки 9.5 м², длинна 16 м²В отопительный сезон будет отапливаться четыре жилых комнаты, санузел и кухня.

Рассчитаем площади разнородных материалов.

• площадь пола — 152 м²;
• площадь крыши — 180 м² При высоте чердака 1,3 метра и ширине прогона 4 метра;
• площадь окон — 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 м²;
• площадь дверей — 2*0.9+2*2*1.4=7.4 м².

Общая площадь наружных стен составит 136,38 квадратных метров. ².

Перейдём к расчету тепловых потерь каждого материала.

• Q_пол=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 Вт;
• Q_крыша=180*40*0.1/0.05=14400 Вт;
• Q_окно=9.22*40*0.36/0.5=265.54 Вт;
• Q_двери=7.4*40*0.15/0.75=59.2 Вт;

А также Q_стена Результат равен 4546. Общая величина тепловых потерь составит 19628,4 Вт.

В итоге подсчитаем мощность котла: Р_котла=Q_потерь*S_{отаплив_комнат}*К/100=19628.4*(10.4+10.4+13.5+27.9+14.1+7.4)*1.25/100=19628.4*83.7*1.25/100=20536.2=21 кВт.

Рассчитаем количество секций радиаторов для одной из комнат. Вычисления для остальных комнат будут аналогичными. Например, угловая комната (слева, внизу схемы) имеет площадь 10,4 м².

Значит, N=(100*к1*к2*к3*к4*к5*к6*к7)/C=(100*10.4*1.0*1.0*0.9*1.3*1.2*1.0*1.05)/180=8.5176=9.

В комнате требуется девять секций радиатора отопления мощностью 180 Вт каждая.

Переходим к расчету объема теплоносителя в системе — W=13,5*P=13,5*21=283,5 л. Значит, скорость теплоносителя будет составлять: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 л.

За час система выполнит полную циркуляцию всего объёма теплоносителя 2,87 раз.

Статьи о тепловом расчете помогут уточнить параметры элементов отопления.

1. Расчёт систем отопления для частных домов: нормы и иллюстрации расчетов.
2. Расчет теплотехники зданий: особенности и формулы для расчетов, с примерами из практики.

Выводы и полезное видео по теме

Расчет отопительной системы для частного дома прост, как указано в данном обзоре.

В тексте приведены все нюансы и принятые методы расчета теплопотерь сооружения.

Один способ определения теплопотерь в обычном жилом доме:

Видео демонстрирует особенности работы системы отопления дома.

Расчет тепловой нагрузки отопительных систем должен быть выполнен с учетом особенностей каждого объекта. Достоверные расчеты позволят снизить затраты на эксплуатацию загородного дома.

Есть ли у вас опыт в проведении теплового расчета для систем отопления? Возникают ли у вас какие-либо вопросы по этой теме? Поделитесь своими мыслями и оставьте комментарии. Блок обратной связи находится ниже.