Теплове навантаження на опалення та інші розрахункові

Тема цієї статті - визначення теплового навантаження на опалення та інших параметрів, які потребують розрахунку, для автономної опалювальної системи. Матеріал орієнтований насамперед на власників приватних будинків, далеких від теплотехніки і потребують максимально простих формулах і алгоритмах.

Отже, в путь.

Надмірність і точний розрахунок

Варто з самого початку обумовити одну тонкість розрахунків: абсолютно точні значення втрат тепла через підлогу, стелю і стіни, які доводиться компенсувати системі опалення, обчислити практично неможливо. Можна говорити лише про ту чи іншу ступінь достовірності оцінок.

Причина - в тому, що на тепловтрати впливає дуже багато чинників:

• Тепловий опір капітальних стін і всіх верств оздоблювальних матеріалів.
• Наявність або відсутність містків холоду.
• Роза вітрів і розташування будинку на рельєфі місцевості.
• Робота вентиляції (яка, в свою чергу, знову-таки залежить від сили і напряму вітру).
• Ступінь інсоляції вікон і стін.

Є і хороші новини. Практично всі сучасні опалювальні котли і системи розподіленого опалення (теплі підлоги, електричні та газові конвектори тощо) забезпечуються термостатами, дозуючими витрата тепла в залежності від температури в приміщенні.

З практичного боку це означає, що надлишкова теплова потужність вплине лише на режим роботи опалення: скажімо, 5 КВт * год тепла будуть віддані не за одну годину безперервної роботи з потужністю 5 кВт, а за 50 хвилин роботи з потужністю 6 КВт. Наступні 10 хвилин котел або інший нагрівальний прилад проведе в режимі очікування, які не споживаючи електроенергію або енергоносій.

Отже: в разі обчислення теплового навантаження наше завдання - визначити її мінімально допустиме значення.

Єдиний виняток із загального правила пов'язано з роботою класичних твердопаливних котлів і обумовлено тим, що зниження їх теплової потужності пов'язано з серйозним падінням ККД через неповного згоряння палива. Проблема вирішується установкою в контур теплоаккумулятора і дроселюванням опалювальних приладів термоголовки.

Котел після розпалювання працює на повній потужності і з максимальним ККД до повного прогорання вугілля або дров; потім накопичене теплоаккумулятором тепло дозовано витрачається на підтримання оптимальної температури в приміщенні.

Велика частина інших потребують розрахунку параметрів теж допускає деяку надмірність. Втім, про це - у відповідних розділах статті.

перелік параметрів

Отже, що нам, власне, належить вважати?

• Загальну теплове навантаження на опалення будинку. Вона відповідає мінімально необхідної потужності котла або сумарної потужності приладів в розподіленої системі опалення.
• Потреба в теплі окремої кімнати.
• Кількість секцій секційного радіатора і розмір регістра, що відповідає певному значенню теплової потужності.

Зверніть увагу: для готових опалювальних приладів (конвекторів, пластинчастих радіаторів і т.д.) виробники зазвичай вказують повну теплову потужність в супровідній документації.

• Діаметр трубопроводу, здатного в разі водяного опалення забезпечити необхідний тепловий потік.
• Параметри циркуляційного насоса, що рухає теплоносій у контурі з заданими параметрами.
• Розмір розширювального бака, компенсуючого теплове розширення теплоносія.

Перейдемо до формул.

теплове навантаження

Один з основних факторів, що впливають на її значення - ступінь утеплення будинку. СНиП 23-02-2003, який регламентує тепловий захист будівель, нормує цей фактор, виводячи рекомендовані значення теплового опору огороджувальних конструкцій для кожного регіону країни.

Ми наведемо два способи виконання підрахунків: для будівель, що відповідають СНиП 23-02-2003, і ​​для будинків з ненормованим тепловим опором.

Нормоване тепловий опір

Інструкція з розрахунку теплової потужності в цьому випадку виглядає так:

• За базове значення беруться 60 ват на 1 м3 повного (включаючи стіни) обсягу будинку.
• Для кожного з вікон до цього значення додатково додається 100 ват тепла. Для кожної ведучої на вулицю двері - 200 ват.

• Для компенсації збільшуються в холодних регіонах втрат використовується додатковий коефіцієнт.

Давайте як приклад виконаємо розрахунок для будинку розмірами 12 * 12 * 6 метрів з дванадцятьма вікнами і двома дверима на вулицю, розташованого в Севастополі (середня температура січня - + 3С).

1. Опалювальний об'єм складає 12 * 12 * 6 = 864 кубометра.
2. Базова теплова потужність становить 864 * 60 = 51840 ват.
3. Вікна та двері кілька збільшать її: 51840+ (12 * 100) + (2 * 200) = 53440.
4. Виключно м'який клімат, обумовлений близькістю моря, змусить нас використовувати регіональний коефіцієнт, що дорівнює 0,7. 53440 * 0,7 = 37408 Вт. Саме на це значення і можна орієнтуватися.

Ненормований тепловий опір

Що робити, якщо якість утеплення будинку помітно краще або гірше рекомендованого? В цьому випадку для оцінки теплового навантаження можна використовувати формулу виду Q = V * Dt * K / 860.

У ній:

• Q - заповітна теплова потужність в кіловатах.
• V - опалювальний обсяг в кубометрах.
• Dt - різниця температур між вулицею і будинком. Зазвичай береться дельта між рекомендованим СНиП значенням для внутрішніх приміщень (+18 - + 22С) і середнім мінімумом вуличної температури в найбільш холодний місяць за останні кілька років.

Уточнимо: розраховувати на абсолютний мінімум в принципі правильніше; однак це буде означати надлишкові витрати на котел і опалювальні прилади, повна потужність яких буде затребувана лише раз в кілька років. Ціна незначного заниження розрахункових параметрів - деяке падіння температури в приміщенні в пік холодів, яке нескладно компенсувати включенням додаткових обігрівачів.

• К - коефіцієнт утеплення, який можна взяти з наведеної нижче таблиці. Проміжні значення коефіцієнта виводяться аппроксимацией.

Давайте повторимо обчислення для нашого будинку в Севастополі, уточнивши, що його стіни являють собою кладку товщиною 40 см з черепашника (пористої осадової породи) без зовнішньої обробки, а скління виконано однокамерними склопакетами.

1. Коефіцієнт утеплення приймемо рівним 1,2.
2. Обсяг будинку ми вирахували раніше; він дорівнює 864 м3.
3. Внутрішню температуру приймемо рівної рекомендованим СНиП для регіонів з нижнім піком температур вище -31С - +18 градусів. Щоб дізнатися про мінімумі люб'язно підкаже всесвітньо відома інтернет-енциклопедія: він дорівнює -0,4С.
4. Розрахунок, таким чином, буде мати вигляд Q = 864 * (18 - -0,4) * 1,2 / 860 = 22,2 КВт.

Як легко помітити, підрахунок дав результат, що відрізняється від отриманого за першим алгоритмом в півтора рази. Причина, насамперед у тому, що середній мінімум, використаний нами, помітно відрізняється від абсолютного мінімуму (близько 25С). Збільшення дельти температур в півтора рази рівно в стільки ж разів збільшить оціночну потребу будівлі в теплі.

гігакалорії

У розрахунках кількості теплової енергії, одержуваної будівлею або приміщенням, поряд з кіловат-годинами використовується ще одна величина - гігакалорія. Вона відповідає кількості тепла, необхідного для нагрівання 1000 тонн води на 1 градус при тиску в 1 атмосферу.

Як перерахувати кіловати теплової потужності в гігакалорії споживаного тепла? Все просто: одна гігакалорія дорівнює 1162,2 КВт * год. Таким чином, при пікової потужності джерела тепла в 54 КВт максимальна годинна навантаження на опалення складе 54 / 1162,2 = 0,046 Гкал * год.

Корисно: для кожного регіону країни місцевою владою нормується споживання тепла в Гкал на квадратний метр площі протягом місяця. Середнє по РФ значення - 0,0342 Гкал / м2 на місяць.

кімната

Як підрахувати потребу в теплі для окремої кімнати? Тут використовуються ті ж схеми розрахунків, що для будинку в цілому, з єдиною поправкою. Якщо до кімнати примикає опалювальне приміщення без власних опалювальних приладів, воно включається в розрахунок.

Так, якщо до кімнати розміром 4 * 5 * 3 метра примикає коридор розміром 1,2 * 4 * 3 метра, теплова потужність опалювального приладу розраховується для обсягу в 4 * 5 * 3 + 1,2 * 4 * 3 = 60 + 14, 4 = 74,4 м3.

опалювальні прилади

секційні радіатори

У загальному випадку інформацію про тепловому потоці на одну секцію завжди можна знайти на сайті виробника.

Якщо він невідомий, можна орієнтуватися на наступні приблизні значення:

• Чавунна секція - 160 Вт.
• Біметалічна секція - 180 Вт.
• Алюмінієва секція - 200 Вт.

Як завжди, є ряд тонкощів. При бічному підключенні радіатора з 10 і більше секціями розкид температур між ближніми до підводці і кінцевими секціями буде досить значним.

Втім: ефект зведеться нанівець, якщо підводки підключити діагонально або знизу вниз.

Крім того, зазвичай виробники опалювальних приладів вказують потужність для цілком конкретної дельти температур між радіатором і повітрям, що дорівнює 70 градусам. Залежність теплового потоку від Dt лінійна: якщо батарея на 35 градусів гаряче повітря, теплова потужність батареї буде рівно вдвічі менші, ніж заявлена.

Скажімо, при температурі повітря в кімнаті, яка дорівнює + 20С, і температурі теплоносія в + 55С потужність алюмінієвої секції стандартного розміру буде дорівнює 200 / (70/35) = 100 ватам. Для того, щоб забезпечити потужність в 2 КВт, знадобиться 2000/100 = 20 секцій.

регістри

Окремо в списку опалювальних приладів стоять саморобні регістри.

Виробники зі зрозумілих причин не можуть вказати їх теплову потужність; проте її нескладно вирахувати своїми руками.

• Для першої секції регістра (горизонтальної труби відомих розмірів) потужність дорівнює добутку її зовнішнього діаметра і довжини в метрах, дельти температур між теплоносієм і повітрям в градусах і постійного коефіцієнта 36,5356.
• Для подальших секцій, які перебувають у висхідному потоці теплого повітря, використовується додатковий коефіцієнт 0,9.

Давайте розберемо черговий приклад - обчислимо значення теплового потоку для чотирирядного регістра з діаметром секції 159 мм, довжиною 4 метри і температурою в 60 градусів в кімнаті з внутрішньою температурою + 20С.

1. Дельта температур в нашому випадку дорівнює 60-20 = 40С.
2. Переводимо діаметр труби в метри. 159 мм = 0,159 м.
3. Обчислюємо теплову потужність першої секції. Q = 0,159 * 4 * 40 * 36,5356 = 929,46 ват.
4. Для кожної наступної секції потужність буде дорівнює 929,46 * 0,9 = 836,5 Вт.
5. Сумарна потужність складе 929,46 + (836,5 * 3) = 3500 (з округленням) ват.

Діаметр трубопроводу

Як визначити мінімальне значення внутрішнього діаметра труби розливу або підводки до опалювального приладу? Чи не станемо лізти в нетрі і скористаємося таблицею, що містить готові результати для різниці між подачею і обратку в 20 градусів. Саме це значення характерно для автономних систем.

Максимальна швидкість потоку теплоносія не повинна перевищувати 1,5 м / с, щоб уникнути появи шумів; частіше орієнтуються на швидкість в 1 м / с.

Скажімо, для котла потужністю 20 КВт мінімальний внутрішній діаметр розливу при швидкості потоку в 0,8 м / с буде дорівнює 20 мм.

Зверніть увагу: внутрішній діаметр близький до ДУ (умовного проходу) сталевої труби. Пластикові та металопластикові труби зазвичай маркуються зовнішнім діаметром, який на 6-10 мм більше внутрішнього. Так, поліпропіленова труба розміром 26 мм має внутрішній діаметр 20 мм.

Циркуляційний насос

Нам важливі два параметра насоса: його натиск і продуктивність. У приватному будинку при будь-якому розумному протяжності контуру цілком достатньо мінімального для найбільш дешевих насосів напору в 2 метри (0,2 кгс / см2): саме це значення перепаду забезпечує циркуляцію системи опалення багатоквартирних будинків.

Необхідна продуктивність обчислюється за формулою G = Q / (1,163 * Dt).

У ній:

• G - продуктивність (м3 / год).
• Q - потужність контуру, в який встановлюється насос (КВт).
• Dt - перепад температур між прямим і зворотним трубопроводами в градусах (в автономній системі типово значення Dt = 20С).

Для контуру, теплове навантаження на який становить 20 кіловат, при стандартній дельті температур розрахункова продуктивність складе 20 / (1,163 * 20) = 0,86 м3 / год.

Розширювальний бак

Один з параметрів, які потребують розрахунку для автономної системи - обсяг розширювального бачка.

Точний розрахунок ґрунтується на досить довгому ряді параметрів:

• Температурі і типі теплоносія. Коефіцієнт розширення залежить не тільки від ступеня нагріву батарей, а й від того, чим вони заповнені: водно-гліколеві суміші розширюються сильніше.
• Максимально робочому тиску в системі.
• Тиску зарядки бачка, що залежить, в свою чергу, від гідростатичного тиску контуру (висоти верхньої точки контуру над розширювальним баком).

Є, однак, один нюанс, що дозволяє сильно спростити розрахунок. Якщо заниження обсягу бачка призведе в кращому випадку до постійного спрацьовування запобіжного клапана, а в гіршому - до руйнування контуру, то його надлишковий обсяг нічим не зашкодить.

Саме тому зазвичай береться бак з літражем, рівним 1/10 сумарної кількості теплоносія в системі.

Підказка: щоб дізнатися обсяг контуру, достатньо заповнити його водою і злити її в мірний посуд.

висновок

Сподіваємося, що наведені схеми обчислень спростять життя читачеві і позбавлять його від багатьох проблем. Як завжди, прикріплене до статті відео запропонує його увазі додаткову інформацію.

Успіхів!