Розрахунок теплового навантаження на опалення та суміжних

Як обчислюється розрахункова теплове навантаження на опалення? Які чинники впливають на потребу будинку в тепловій енергії? Яким чином підібрати опалювальні прилади оптимальної потужності? У статті ми постараємося відповісти на ці та деякі інші питання.

Простіше, ще простіше

Відразу обмовимося один нюанс: ця стаття орієнтована на власників приватних будинків і квартир з автономним опаленням. Методики розрахунків систем опалення багатоквартирних будинків досить складні і повинні враховувати масу чинників: роботу вентиляції, розу вітрів, ступінь інсоляції будівлі і багато іншого.

У разі ж, коли мова йде про опалення одного невеликого будинку, теплову потужність простіше підібрати з певним запасом. Ціна кількох додаткових секцій батареї чи здасться руйнівної на тлі загальної вартості будівництва.

Експлуатаційні витрати ж при належній організації не збільшаться зовсім: термостати і дроселі обмежать теплову потужність в теплі дні, коли вона не буде затребуваною.

Отже: наша мета - навчитися виконувати розрахунок навантаження на опалення максимально простими і зрозумілими неспеціалісту способами.

що вважаємо

Нам належить навчитися розраховувати:

• Загальну теплову потужність (Сумарну потужність опалювальних приладів, а в разі автономної системи - ще і потужність котла).
• Потужність окремого опалювального приладу в окремо взятому приміщенні.

Крім того, ми торкнемося кілька суміжних величин:

• Розрахунок кількості теплоносія і обсягу розширювального бака системи опалення.

• Підбір продуктивності циркуляційного насоса.
• Вибір оптимального діаметра розливу.

Загальна теплова потужність

По площі

БНіП півстолітньої давності пропонують найпростішу схему розрахунку, якою багато хто користується донині: на 1 квадратний метр площі опалювального приміщення береться 100 ват тепла. На будинок площею 100 квадратів потрібно 10 КВт. Крапка.

Просто, зрозуміло і занадто неточно.

Причини?

1. БНіП розроблялися для багатоквартирних будинків. Витоку тепла в квартирі, оточеній опалювальними приміщеннями, і в приватному будинку з крижаним повітрям за стінами непорівнянні.
2. Розрахунок вірний для квартир з висотою стелі 2,5 метра. Більш висока стеля збільшить обсяг приміщення, а, отже, і витрати тепла.

1. Через вікна і двері втрачається куди більше теплової енергії, ніж через стіни.
2. Нарешті, буде логічним припустити, що втрати тепла в Сочі і Якутську будуть сильно відрізнятися. Збільшення дельти температур між приміщенням і вулицею в два рази збільшить витрати тепла на опалення рівно вдвічі. Фізика, однако.

За об'ємом

Для приміщень з нормованим тепловим опором огороджуючих конструкцій (для Москви - 3,19 м2 * С / Вт) можна використовувати розрахунок теплової потужності по об'єму приміщення.

• На кубометр опалювального об'єму квартири береться 40 ват тепла. На кубометр об'єму приватного будинку без загальних стін з сусідніми опалювальними будівлями - 60.

• На кожне вікно до базового значення додається 100 ват теплової енергії. На кожну провідну на вулицю двері - 200.
• Отримана потужність множиться на регіональний коефіцієнт:

Давайте ще раз розрахуємо потребу в тепловій потужності опалення для будинку площею 100 квадратів, однак тепер конкретизуємо завдання:

1. Висота стель в 3,2 метра дасть нам внутрішній обсяг будинку в 3,2 * 100 = 320 м3.
2. Базова теплова потужність складе 320 * 60 = 19200 ват.
3. Вікна та двері внесуть свою лепту: 19200+ (100 * 8) + (200 * 2) = 20400 ват.
4. Підбадьорливий холод січня змусить нас використовувати кліматичний коефіцієнт 1,7. 20400 * 1,7 = 34640 ват.

Як неважко помітити, різниця з розрахунком по першій схемі не просто велика - вона разюча.

Що робити, якщо якість утеплення будинку істотно краще або гірше, ніж наказує СНиП Тепловий захист будівель?

За обсягом і коефіцієнту утеплення

Інструкція для цієї ситуації зводиться до використання формули вигляду Q = V * Dt * K / 860, в якій:

• Q - заповітний показник теплової потужності в кіловатах.
• V - Об'єм опалювального приміщення.
• Dt -Дельта температур між приміщенням і вулицею в пік холодів.
• K - коефіцієнт, що залежить від ступеня утеплення будівлі.

Дві змінних вимагають окремих коментарів.

Дельта температур береться між запропонованої СНиП температурою житлового приміщення (+18 для регіонів з нижньою межею зимових холодів до -31С і +20 - для зон з більш сильними морозами) і середнім мінімумом найбільш холодного місяця. Орієнтуватися на абсолютний мінімум не варто: рекордні холоди рідкісні і, вибачте за мимовільний каламбур, погоди не роблять.

Коефіцієнт утеплення можна вивести аппроксимацией даних з такої таблиці:

Давайте ще раз виконаємо розрахунок теплових навантажень на опалення для нашого будинку в Тинді, уточнивши, що він утеплений пенопластовой шубою товщиною 150 мм і захищений від негоди вікнами з потрійними склопакетами.

Власне, інакше сучасні будинки в умовах Крайньої Півночі не будуються.

1. Температуру всередині будинку приймемо рівної +20 С.
2. Середній мінімум січня послужливо підкаже загальновідома інтернет-енциклопедія. Він дорівнює 33С.
3. Таким чином, Dt = 53 градуси.
4. Коефіцієнт утеплення візьмемо рівним 0,7: описане нами утеплення близько до верхньої межі ефективності.

Q = 320 * 53 * 0,7 / 860 = 13,8 КВт. Саме на це значення і варто орієнтуватися при виборі котла.

Підбір потужності опалювального приладу

Як обчислити теплове навантаження на ділянку контура, відповідний окремо взятому приміщенню?

Простіше простого: виконавши розрахунок за однією з наведених вище схем, але вже для обсягу кімнати. Скажімо, на кімнату площею 10 м2 буде припадати рівно 1/10 загальної теплової потужності; згідно з розрахунком за останньою схемою вона дорівнює 1380 ват.

Як підібрати опалювальний прилад з потрібними характеристиками?

У загальному випадку - просто-напросто вивчивши документацію на придивились вами радіатор або конвектор. Виробники зазвичай вказують значення теплового потоку для окремої секції або всього приладу.

Нюанс: тепловий потік зазвичай вказується для 70-градусної дельти температур між теплоносієм і повітрям в кімнаті. Зменшення цієї дельти вдвічі спричинить за собою дворазове падіння потужності.

Якщо в силу якихось причин документація і сайт виробника недоступні, можна орієнтуватися на такі середні значення:

Окремо варто обумовити розрахунок тепловіддачі регістра.

Для горизонтальної труби круглого перетину вона розраховується за формулою Q = Pi * Dн * L * k * Dt, в якій:

• Q - теплова потужність в ватах;
• Pi - число пі, прийняте рівним 3,1415;
• Dн - зовнішній діаметр секції регістра в метрах.
• L - довжина труби в метрах.
• k - коефіцієнт теплопровідності, який для сталевої труби береться рівним 11,63 Вт / м2 * С;
• Dt - дельта температур між теплоносієм і повітрям в кімнаті.

Типовий регістр складається з декількох секцій. При цьому всі вони, крім першої, знаходяться в висхідному потоці теплого повітря, що зменшує параметр Dt і прямо впливає на тепловіддачу. Саме тому для другої і інших секцій використовується додатковий коефіцієнт 0,9.

Супроводимо прикладом і цей розрахунок.

Давайте обчислимо теплову потужність чотирьохсекційного регістра довжиною три метри, виконаного з труби з зовнішнім діаметром 208 мм, при температурі теплоносія 70 градусів і температурі повітря в кімнаті 20 градусів.

1. Потужність першої секції складе 3,1415 * 0,208 * 3 * 11,63 * 50 = 1140 ват (з округленням до цілого числа).
2. Потужність другої і інших секцій дорівнює 1140 * 0,9 = 1026 ват.
3. Повна теплова потужність регістра - 1140+ (1026 * 3) = 4218 ват.

Обсяг розширювального бака

Це один з параметрів, які потребують розрахунку в автономній опалювальній системі. Розширювальний бак повинен вмістити надлишок теплоносія при його температурному розширенні. Ціна його недостатнього обсягу - постійне спрацьовування запобіжного клапана.

Однак: завищений обсяг бачка ніяких негативних наслідків не має.

У найпростішому варіанті розрахунку бак береться рівним 10% загальної кількості теплоносія в контурі. Як дізнатися кількість теплоносія?

Ось пара простих рішень:

• Система заповнюється водою, після чого та зливається в будь-яку мірний посуд.
• Крім того, в збалансованій системі обсяг теплоносія в літрах приблизно дорівнює 13-кратної потужності котла в кіловатах.

Складніша (але і дає більш точний результат) формула розрахунку бачка виглядає так:

V = (Vt х E) / D.

У ній:

• V - шуканий обсяг бака в літрах.
• Vt - обсяг теплоносія в літрах.
• Е - коефіцієнт розширення теплоносія при максимальній робочій температурі контуру.
• D - коефіцієнт ефективності бака.

І в цьому випадку пара параметрів потребує коментарів.

Коефіцієнт розширення води, яка найчастіше виступає в якості теплоносія, при нагріванні з вихідної температури в + 10С можна взяти з наступної таблиці:

Корисно: водно-гліколеві суміші, що використовуються в якості антифризів для опалювальних контурів, розширюються при нагріванні кілька сильніше. Різниця досягає 0,45% при нагріванні на 100 градусів 30-процентного розчину гліколю.

Коефіцієнт ефективності розширювального бачка обчислюється за такою формулою: D = (Pv - Ps) / (Pv + 1).

У ній:

• Pv - максимально допустимий робочий тиск в контурі. На нього виставляється спрацювання запобіжного клапана. Як правило, воно вибирається рівним 2,5 атмосфери.
• Ps - тиск зарядки бака. Воно зазвичай відповідає висоті водяного стовпа в контурі над баком. Скажімо, в системі опалення, де верх радіаторів на другому поверсі височить над баком, змонтованим в підвалі, на 5 метрів, бак заряджається тиском в 0,5 атмосфери (що відповідає п'ятиметровому напору).

Давайте як приклад виконаємо своїми руками розрахунок бачка для наступних умов:

• Об'єм теплоносія в контурі дорівнює 400 літрам.
• Теплоносій - вода, що нагрівається котлом з 10 до 70 градусів.
• Запобіжний клапан виставлений на 2,5 кгс / см2.
• Розширювальний бак накачаний повітрям до тиску в 0,5 кгс / см2.

Отже:

1. Коефіцієнт ефективності бака дорівнює (2,5-0,5) / (2,5 + 1) = 0,57.

1. Коефіцієнт розширення води при нагріванні на 60 градусів дорівнює 2,25%, або 0,0225.
2. Бак повинен мати мінімальний обсяг в 400 * 0,0225 / 0,57 = 16 (з округленням до найближчого значення з лінійки розмірів бачків) літрів.

насос

Як підібрати оптимальний напір і продуктивність насоса?

З напором все просто. Мінімального його значення в 2 метри (0,2 кгс / см2) досить для контуру будь-якої розумної протяжності.

Довідка: система опалення багатоквартирного будинку функціонує при перепаді між сумішшю і обраткой саме в два метри.

Продуктивність може бути розрахована за найпростішою схемою: весь обсяг контуру повинен обертатися тричі за годину. Так, для наведеного нами вище кількості теплоносія в 400 літрів розумний мінімум продуктивності циркуляційного насоса опалювальної системи при робочому напорі має дорівнювати 0,4 * 3 = 1,2 м3 / год.

Для окремих ділянок контура, снабжающихся власним насосом, його продуктивність може бути розрахована за формулою G = Q / (1,163 * Dt).

У ній:

• G - заповітне значення продуктивності в кубометрах на годину.
• Q - теплова потужність ділянки системи опалення в кіловатах.
• 1,163 - константа, середня теплоємність води.
• Dt - різниця температур між подає і зворотним трубопроводами в градусах за шкалою Цельсія.

Підказка: в автономних системах вона зазвичай береться рівною 20 градусам.

Так, для контуру з тепловою потужністю в 5 кіловат при 20-градусній дельті між подачею і обратку потрібен насос з продуктивністю не менше 5 / (1,163 * 20) = 0,214 м3 / год.

Діаметр труб

Як підібрати оптимальний діаметр розливу в контурі з відомою тепловою потужністю?

Тут допоможе формула D = 354 * (0,86 * Q / Dt) / v.

У ній:

• D - внутрішній діаметр труби в сантиметрах.
• Q - теплова потужність контуру в кіловатах.
• Dt - дельта температур між подачею і зворотним трубопроводом. Нагадаємо, що типове значення Dt для автономної опалювальної системи - 20 С.
• v - швидкість потоку. Діапазон її значень - від 0,6 до 1,5 м / с. При більш низькій швидкості зростає різниця температур між першими і останніми радіаторами в контурі; при більш високій - стають помітними гідравлічні шуми.

Давайте обчислимо мінімальний діаметр для горезвісного контуру потужністю 5 кВт при швидкості води в трубах, що дорівнює 1 м / с.

D = 354 * (0,86 * 5/20) / 1 = 4,04 мм. З практичного боку це означає, що можна брати труби мінімально доступного розміру і не боятися повільної циркуляції в них.

висновок

Сподіваємося, що велика кількість формул і сухих цифр не втомило шановного читача. Як завжди, прикріплене відео запропонує його увазі додаткову тематичну інформацію. Успіхів!