При проектировании систем обогрева всех типов строений нужно провести правильные вычисления, а затем разработать грамотную схему отопительного контура. На этом этапе особое внимание следует уделить расчету тепловой нагрузки на отопление. Для решения поставленной задачи важно использовать комплексный подход и учесть все факторы, влияющие на работу системы.
- Тепловая характеристика здания - 0,49 Вт/м³*С.
- Уточняющий коэффициент - 1.
- Оптимальный температурный показатель внутри здания - 22 градуса.
- Оптимальные температурные параметры в помещениях.
- Общую площадь строения.
- Температуру воздуха на улице.
- Площадь и толщина стен - 290 м² и 0,4 м.
- В строении находятся окна (двойной стеклопакет с аргоном) - 45 м² (R =0,76 м²*С/Вт).
- Стены изготовлены из полнотелого кирпича - λ=0,56.
- Здание было утеплено пенополистиролом - d =110 мм, λ=0,036.
Показать всё
Важность параметра
С помощью показателя тепловой нагрузки можно узнать количество теплоэнергии, необходимой для обогрева конкретного помещения, а также здания в целом. Основной переменной здесь является мощность всего отопительного оборудования, которое планируется использовать в системе. Кроме этого, требуется учитывать потери тепла домом.
Идеальной представляется ситуация, в которой мощность отопительного контура позволяет не только устранить все потери теплоэнергии здания, но и обеспечить комфортные условия проживания. Чтобы правильно рассчитать удельную тепловую нагрузку, требуется учесть все факторы, оказывающие влияние на этот параметр:
Оптимальный режим работы системы обогрева может быть составлен только с учетом этих факторов. Единицей измерения показателя может быть Гкал/час или кВт/час.
расчет нагрузки на отопление
Выбор метода
Перед началом проведения расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно определиться с рекомендуемыми температурными режимами для жилого строения. Для этого придется обратиться к нормам СанПиН 2.1.2.2645−10. Исходя из данных, указанных в этом нормативном документе, необходимо обеспечить режимы работы системы обогрева для каждого помещения.
Используемые сегодня способы выполнения расчетов часовой нагрузки на отопительную систему позволяют получать результаты различной степени точности. В некоторых ситуациях требуется провести сложные вычисления, чтобы минимизировать погрешность.
Если же при проектировании системы отопления оптимизация расходов на энергоноситель не является приоритетной задачей, допускается использование менее точных методик.
Расчет тепловой нагрузки и проектирование систем отопления Audytor OZC + Audytor C.O.
Простые способы
Любая методика расчета тепловой нагрузки позволяет подобрать оптимальные параметры системы обогрева. Также этот показатель помогает определиться с необходимостью проведения работ по улучшению теплоизоляции строения. Сегодня применяются две довольно простые методики расчета тепловой нагрузки.
В зависимости от площади
Если в строении все помещения имеют стандартные размеры и обладают хорошей теплоизоляцией, можно воспользоваться методом расчета необходимой мощности отопительного оборудования в зависимости от площади. В этом случае на каждые 10 м 2 помещения должен производиться 1 кВт тепловой энергии. Затем полученный результат необходимо умножить на поправочный коэффициент климатической зоны.
Это самый простой способ расчета, но он имеет один серьезный недостаток - погрешность очень высока. Во время проведения вычислений учитывается лишь климатический регион. Однако на эффективность работы системы обогрева влияет много факторов. Таким образом, использовать эту методику на практике не рекомендуется.
Укрупненные вычисления
Применяя методику расчета тепла по укрупненным показателям, погрешность вычислений окажется меньшей. Этот способ сначала часто применялся для определения теплонагрузки в ситуации, когда точные параметры строения были неизвестны. Для определения параметра применяется расчетная формула:
Qот = q0*a*Vн*(tвн - tнро),
где q0 - удельная тепловая характеристика строения;
a - поправочный коэффициент;
Vн - наружный объем строения;
tвн, tнро - значения температуры внутри дома и на улице.
В качестве примера расчета тепловых нагрузок по укрупненным показателям можно выполнить вычисления максимального показателя для отопительной системы здания по наружным стенам 490 м 2 . Строение двухэтажное с общей площадью в 170 м 2 расположено в Санкт-Петербурге.
Сначала необходимо с помощью нормативного документа установить все нужные для расчета вводные данные:
Предположив, что минимальная температура в зимний период составит -15 градусов, можно все известные величины подставить в формулу - Q =0.49*1*490 (22+15)= 8,883 кВт. Используя самую простую методику расчета базового показателя тепловой нагрузки, результат оказался бы более высоким - Q =17*1=17 кВт/час. При этом укрупненный метод расчета показателя нагрузки учитывает значительно больше факторов:
Также эта методика позволяет с минимальной погрешностью рассчитать мощность каждого радиатора, установленного в отдельно взятом помещении. Единственным ее недостатком является отсутствие возможности рассчитать теплопотери здания.
Расчет тепловых нагрузок, г. Барнаул
Сложная методика
Так как даже при укрупненном расчете погрешность оказывается довольно высокой, приходится использовать более сложный метод определения параметра нагрузки на отопительную систему. Чтобы результаты оказались максимально точными, необходимо учитывать характеристики дома. Среди них важнейшей является сопротивление теплопередачи ® материалов, использовавшихся для изготовления каждого элемента здания - пол, стены, а также потолок.
Эта величина находится в обратной зависимости с теплопроводностью (λ), показывающей способность материалов переносить теплоэнергию. Вполне очевидно, что чем выше теплопроводность, тем активнее дом будет терять теплоэнергию. Так как эта толщина материалов (d) в теплопроводности не учитывается, то предварительно нужно вычислить сопротивление теплопередачи, воспользовавшись простой формулой - R=d/λ.
Рассматриваемая методика состоит из двух этапов. Сначала рассчитываются теплопотери по оконным проемам и наружным стенам, а затем - по вентиляции. В качестве примера можно взять следующие характеристики строения:
Исходя из вводных данных, можно определить показатель сопротивления телепередачи стен - R=0.4/0.56= 0,71 м²*С/Вт. Затем определяется аналогичный показатель утеплителя - R=0,11/0,036= 3,05 м²*С/Вт. Эти данные позволяют определить следующий показатель - R общ =0,71+3,05= 3,76 м²*С/Вт.
Фактические теплопотери стен составят - (1/3,76)*245+(1/0.76)*45= 125,15 Вт. Параметры температур остались без изменений в сравнении с укрупненным расчетом. Очередные вычисления проводятся в соответствии с формулой - 125,15*(22+15)= 4,63 кВт/час.
Расчет тепловой мощности систем отопления
На втором этапе рассчитываются теплопотери вентиляционной системы. Известно, что объем дома равен 490 м³, а плотность воздуха составляет 1,24 кг/м³. Это позволяет узнать его массу - 608 кг. На протяжении суток в помещении воздух обновляется в среднем 5 раз. После этого можно выполнить расчет теплопотерь вентиляционной системы - (490*45*5)/24= 4593 кДж, что соответствует 1,27 кВт/час. Остается определить общие тепловые потери строения, сложив имеющиеся результаты, - 4,63+1,27=5,9 кВт/час.
Прежде чем приступать к закупке материалов и монтажу систем теплоснабжения дома или квартиры, необходимо провести расчет отопления, исходя из площади каждого помещения. Базовые параметры для проектирования обогрева и расчета тепловой нагрузки:
- Площадь;
- Количество оконных блоков;
- Высота потолков;
- Расположение комнаты;
- Теплопотери;
- Теплоотдача радиаторов;
- Климатический пояс (температура наружного воздуха).
Методика, описанная ниже, применяется для расчета количества батарей для площади помещения без дополнительных источников отопления (теплые полы, кондиционеры и т.д.). Рассчитать отопление можно двумя способами: по простой и усложненной формуле.
До начала проектирования теплоснабжения стоит решить, какие именно радиаторы будут устанавливаться. Материал, из которого изготавливаются батареи обогрева:
- Чугун;
- Сталь;
- Алюминий;
- Биметалл.
Оптимальным вариантом считаются алюминиевые и биметаллические радиаторы. Самая высокая тепловая отдача у биметаллических устройств. Чугунные батареи долго нагреваются, но после отключения отопления температура в помещении держится довольно долго.
Простая формула для проектирования количества секции в радиаторе обогрева:
K = Sх(100/R), где:
S – площадь помещения;
R – мощность секции.
Если рассматривать на примере с данными: комната 4 х 5 м, биметаллический радиатор, мощность 180 Вт. Расчет будет выглядеть так:
K = 20*(100/180) = 11,11. Итак, для комнаты площадью 20 м 2 необходимой для установки является батарея с минимум 11-ю секциями. Или, например, 2 радиатора по 5 и 6 ребер. Формула используется для помещений с высотой потолка до 2,5 м в стандартном здании советской постройки.
Однако такой расчет системы отопления не учитывает теплопотери здания, также не берется в расчет температура наружного воздуха дома и количество оконных блоков. Поэтому следует также брать во внимание эти коэффициенты, для окончательного уточнения количества ребер.
Вычисления для панельных радиаторов
В случае когда предполагается установка батареи с панелью вместо ребер, используется следующая формула по объему:
W = 41хV, где W – мощность батареи, V – объем комнаты. Число 41 – норма средней годовой мощности обогрева 1 м 2 жилого помещения.
В качестве примера можно взять помещение площадью 20 м 2 и высотой 2,5 м. Значение мощности радиатора по объему помещения в 50 м 3 будет равно 2050 Вт, или 2 кВт.
Расчет теплопотерь
H2_2Основные потери тепла происходят через стены помещения. Для расчета нужно знать коэффициент теплопроводности наружного и внутреннего материала, из которого построен дом, толщину стены здания, также важна средняя температура наружного воздуха. Основная формула:
Q = S х ΔT /R, где
ΔT – разница температуры снаружи и внутреннего оптимального значения;
S – площадь стен;
R – тепловое сопротивление стен, которое, в свою очередь, рассчитывается по формуле:
R = B/K, где B – толщина кирпича, K – коэффициент теплопроводности.
Пример расчета: дом построен из ракушняка, в камень, находится в Самарской области. Теплопроводность ракушняка в среднем составляет 0,5 Вт/м*К, толщина стены – 0,4 м. Учитывая средний диапазон, минимальная температура зимой -30 °C. В доме, согласно СНИП, нормальная температура составляет +25 °C, разница 55°C.
Если комната угловая, то обе ее стены непосредственно контактируют с окружающей средой. Площадь наружных двух стен комнаты 4х5 м и высотой 2,5 м: 4х2,5 + 5х2,5 = 22,5 м 2 .
R = 0,4/0,5 = 0,8
Q = 22,5*55/0,8 = 1546 Вт.
Кроме того, необходимо учитывать утепление стен помещения. При отделке пенопластом наружной площади теплопотери уменьшаются примерно на 30%. Итак, окончательная цифра составит около 1000 Вт.
Расчет тепловой нагрузки (усложненная формула)
Схема теплопотерь помещений
Чтобы вычислить окончательный расход тепла на отопление, необходимо учесть все коэффициенты по следующей формуле:
КТ = 100хSхК1хК2хК3хК4хК5хК6хК7, где:
S – площадь комнаты;
К – различные коэффициенты:
K1 – нагрузки для окон (в зависимости от количества стеклопакетов);
K2 – тепловой изоляции наружных стен здания;
K3 –нагрузки для соотношения площади окон к площади пола;
K4 – температурного режима наружного воздуха;
K5 – учитывающий количество наружных стен комнаты;
K6 – нагрузки, исходя из верхнего помещения над рассчитываемой комнатой;
K7 – учитывающий высоту помещения.
Как пример, можно рассмотреть ту же комнату здания в Самарской области, утепленную снаружи пенопластом, имеющую 1 окно с двойным стеклопакетом, над которой расположено отапливаемое помещение. Формула тепловой нагрузки будет выглядеть следующим образом:
KT = 100*20*1,27*1*0,8*1,5*1,2*0,8*1= 2926 Вт.
Расчет отопления ориентирован именно на эту цифру.
Расход тепла на отопление: формула и корректировки
Исходя из выше сделанных расчетов, для отопления комнаты необходимо 2926 Вт. Учитывая тепловые потери, потребности составляют: 2926 + 1000 = 3926 Вт (KT2). Для расчета количества секций используют следующую формулу:
K = KT2/R, где KT2 – окончательное значение тепловой нагрузки, R – теплоотдача (мощность) одной секции. Итоговая цифра:
K = 3926/180 = 21,8 (округленная 22)
Итак, чтобы обеспечить оптимальный расход тепла на отопление, необходимо поставить радиаторы, имеющие в сумме 22 секции. Нужно учитывать, что самая низкая температура – 30 градусов мороза по времени составляет максимум 2-3 недели, поэтому можно смело уменьшить число до 17 секций (- 25%).
Если хозяев жилья не устраивает такой показатель количества радиаторов, то следует изначально брать во внимание батареи, имеющие большую мощность теплоснабжения. Либо утеплять стены здания и внутри, и снаружи современными материалами. Кроме того, нужно правильно оценить потребности жилья в тепле, исходя из второстепенных параметров.
Существует еще несколько параметров, влияющих на дополнительный расход энергии впустую, что влечет за собой увеличение тепловой потери:
- Особенности наружных стен. Энергии обогрева должно хватить не только для отопления помещения, но и для компенсации потерь тепла. Стена, контактирующая с окружающей средой, со временем от перепадов температуры наружного воздуха начинает пропускать внутрь влагу. Особенно следует хорошо утеплить и провести качественную гидроизоляцию для северных направлений. Также рекомендуется изолировать поверхность домов, находящихся во влажных регионах. Высокий годовой уровень осадков неизбежно приведет к повышению теплопотерь.
- Место установки радиаторов. Если батарея монтирована под окном, то происходит утечка энергии обогрева через его конструкцию. Уменьшить потери тепла поможет установка качественных блоков. Также нужно рассчитывать мощность прибора, установленного в подоконной нише – она должна быть выше.
- Условность годовой потребности тепла для зданий в разных часовых поясах. Как правило, по СНИПам рассчитывается усредненная температура (усредненный годовой показатель) для зданий. Однако потребности в тепле бывают существенно ниже, если, например, на холодную погоду и низким показателям наружного воздуха приходится в общей сложности 1 месяц в году.
Совет! Чтобы максимально снизить потребности в тепле зимой, рекомендуется установить дополнительные источники обогрева воздуха внутри помещения: кондиционеры, передвижные обогреватели и пр.
Спросите у любого специалиста, как правильно организовать систему отопления в здании. При этом не важно - жилой это объект или промышленный. И профессионал ответит, что главное - это точно составить расчеты и грамотно выполнить проектирование. Речь, в частности, идет о расчете тепловой нагрузки на отопление. От этого показателя зависит объем потребления тепловой энергии, а значит, и топлива. То есть экономические показатели стоят рядом с техническими характеристиками.
Выполнение точных расчетов позволяет получить не только полный список необходимой для проведения монтажных работ документации, но и подобрать нужное оборудование, дополнительные узлы и материалы.
Тепловые нагрузки - определение и характеристики
Что обычно подразумевают под термином «тепловая нагрузка на отопление»? Это количество теплоты, которое отдают все приборы отопления, установленные в здании. Чтобы избежать лишних трат на производство работ, а также покупку ненужных приборов и материалов, и необходим предварительный расчет. С его помощью можно отрегулировать правила установки и распределения теплоты по всем помещениям, причем сделать это можно экономично и равномерно.
Но и это еще не все. Очень часто специалисты проводят расчеты, полагаясь на точные показатели. Они касаются размеров дома и нюансов строительства, где учитывается разнообразие элементов здания и их соответствие требованиям теплоизоляции и прочего. Именно точные показатели дают возможность правильно сделать расчеты и, соответственно, получить максимально приближенные к идеалу варианты распределения тепловой энергии по помещениям.
Но нередко случаются ошибки в расчетах, что приводит к неэффективной работе отопления в целом. Подчас приходится переделывать в ходе эксплуатации не только схемы, но и участки системы, что приводит к дополнительным расходам.
Какие же параметры влияют на расчет тепловой нагрузки в целом? Здесь необходимо разделить нагрузку на несколько позиций, куда входят:
- Система центрального отопления.
- Система теплый пол, если таковой установлен в доме.
- Система вентиляции - как принудительной, так и естественной.
- Горячее водоснабжение здания.
- Ответвления на дополнительные бытовые нужды. К примеру, на сауну или баню, на бассейн или душ.
Основные характеристики
Профессионалы не упускают из виду ни одну мелочь, которая может повлиять на правильность расчета. Отсюда и достаточно больший список характеристик системы отопления, которые следует принимать во внимание. Вот только некоторые из них:
- Назначение объекта недвижимости или его тип. Это может быть жилое здание или промышленное. У поставщиков тепловой энергии есть нормы, которые распределяются по типу зданий. Именно они часто становятся основополагающими при проведении расчетов.
- Архитектурная часть здания. Сюда можно включить ограждающие элементы (стены, кровля, перекрытия, полы), их габаритные размеры, толщину. Обязательно учитываются всевозможные проемы - балконы, окна, двери и прочее. Очень важно принять во внимание наличие подвалов и чердаков.
- Температурный режим для каждого помещения в отдельности. Это очень важно, потому что общие требования к температуре в доме не дают точной картины распределения тепла.
- Назначение помещений. В основном это относится к производственным цехам, в которых необходимо более строгое соблюдение температурного режима.
- Наличие специальных помещений. К примеру, в жилых частных домах это могут быть бани или сауны.
- Степень технического оснащения. Учитывается наличие системы вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения, тип используемого отопления.
- Количество точек, через которые проводится отбор горячей воды. И чем больше таких точек, тем большей тепловой нагрузке подвергается система отопления.
- Количество находящихся на объекте людей. От этого показателя зависят такие критерии, как влажность внутри помещений и температура.
- Дополнительные показатели. В жилых помещениях можно выделить количество санузлов, отдельных комнат, балконов. В промышленных зданиях - количество смен работающих, число дней в году, когда работает сам цех в технологической цепочке.
Что включают в расчет нагрузок
Схема отопления
Расчет тепловых нагрузок на отопление проводят еще на стадии проектирования здания. Но при этом обязательно учитывают нормы и требования различных стандартов.
К примеру, теплопотери ограждающих элементов здания. Причем в расчет берутся все помещения в отдельности. Далее, это мощность, которая необходима для нагрева теплоносителя. Приплюсуем сюда количество тепловой энергии, требующейся для нагрева приточной вентиляции. Без этого расчет будет не очень точным. Прибавим также энергию, которая затрачивается на обогрев воды для бани или бассейна. Специалисты обязательно принимают во внимание и дальнейшее развитие теплосистемы. Вдруг через несколько лет вам вздумается устроить в собственном частном доме турецкий хамам. Поэтому необходимо прибавить к нагрузкам несколько процентов - обычно до 10%.
Рекомендация! Рассчитывать тепловые нагрузки с «запасом» необходимо для загородных домов. Именно запас позволит в будущем избежать дополнительных финансовых затрат, которые часто определяются суммами в несколько нулей.
Особенности расчета тепловой нагрузки
Параметры воздуха, а точнее, его температура берутся из ГОСТов и СНиПов. Здесь же подбираются коэффициенты теплопередачи. Кстати, паспортные данные всех видов оборудования (котлы, радиаторы отопления и прочее) берутся в расчет обязательно.
Что обычно включают в традиционный расчет нагрузки тепла?
- Во-первых, максимальный поток тепловой энергии, исходящей от приборов отопления (радиаторов).
- Во-вторых, максимальный расход тепла за 1 час эксплуатации отопительной системы.
- В-третьих, общие тепловые затраты за определенный период времени. Обычно подсчитывают сезонный период.
Если все эти расчеты соизмерить и сопоставить с площадью теплоотдачи системы в целом, то получится достаточно точный показатель эффективности обогрева дома. Но придется учитывать и небольшие отклонения. К примеру, снижение потребления тепла в ночное время. Для промышленных объектов также придется учитывать выходные и праздничные дни.
Методы определения тепловых нагрузок
Проектирование теплого пола
В настоящее время специалисты пользуются тремя основными способами расчета тепловых нагрузок:
- Расчет основных теплопотерь, где учитываются только укрупненные показатели.
- Учитываются показатели, основанные на параметрах ограждающих конструкций. Сюда обычно добавляются потери на нагрев внутреннего воздуха.
- Производится расчет всех систем, которые входят в отопительные сети. Это и отопление, и вентиляция.
Есть еще один вариант, который называется укрупненным расчетом. Его обычно применяют в том случае, когда отсутствуют какие-либо основные показатели и параметры здания, необходимые для стандартного расчета. То есть фактические характеристики могут отличаться от проектных.
Для этого специалисты используют очень простую формулу:
Q max от.=α x V x q0 x (tв-tн.р.) x 10 -6
α - это поправочный коэффициент, зависящий от региона строительства (табличная величина)
V - объем здания по наружным плоскостям
q0 - характеристика отопительной системы по удельному показателю, обычно определяется по самым холодным дням в году
Виды тепловых нагрузок
Тепловые нагрузки, которые используются в расчетах системы отопления и подборе оборудования, имеют несколько разновидностей. К примеру, сезонные нагрузки, для которых присущи следующие особенности:
- Изменение температуры снаружи помещений в течение всего отопительного сезона.
- Метеорологические особенности региона, где построен дом.
- Скачки нагрузки на систему отопления в течение суток. Этот показатель обычно проходит по категории «незначительные нагрузки», потому что ограждающие элементы предотвращают большое давление на отопление в целом.
- Все, что касается тепловой энергии, связанной с системой вентиляции здания.
- Тепловые нагрузки, которые определяются в течение всего года. Например, потребление горячей воды в летней сезон снижается всего лишь на 30-40%, если сравнивать его с зимним временем года.
- Сухое тепло. Эта особенность присуща именно отечественным отопительным системам, где учитывается достаточно большой ряд показателей. К примеру, количество оконных и дверных проемов, количество проживающих или находящихся постоянно в доме людей, вентиляция, воздухообмен через всевозможные щели и зазоры. Для определения этой величины используют сухой термометр.
- Скрытая тепловая энергия. Существует и такой термин, который определяется испарениями, конденсацией и так далее. Для определения показателя используют влажный термометр.
Регуляторы тепловых нагрузок
Программируемый контроллер, диапазон температур — 5-50 C
Современные отопительные агрегаты и приборы обеспечиваются комплектом разных регуляторов, с помощью которых можно изменять тепловые нагрузки, чтобы тем самым избежать провалов и скачков тепловой энергии в системе. Практика показала, что с помощью регуляторов можно не только снизить нагрузки, но и привести систему отопления к рациональному использованию топлива. А это уже чисто экономическая сторона вопроса. Особенно это относится к промышленным объектам, где за перерасход топлива приходится выплачивать достаточно большие штрафы.
Если же вы не уверены в правильности своих расчетов, то воспользуйтесь услугами специалистов.
Давайте рассмотрим еще пару формул, которые касаются разных систем. К примеру, системы вентиляции и горячего водоснабжения. Здесь вам потребуются две формулы:
Qв.=qв.V(tн.-tв.) - это касается вентиляции.
Здесь:
tн. и tв - температура воздуха снаружи и внутри
qв. - удельный показатель
V - внешний объем здания
Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср - для горячего водоснабжения, где
tг.-tх - температура горячей и холодной воды
r - плотность воды
в - отношение максимальной нагрузки к средней, которая определяется ГОСТами
П - количество потребителей
Gср - средний показатель расхода горячей воды
Комплексный расчет
В комплексе с расчетными вопросами обязательно проводят исследования теплотехнического порядка. Для этого применяют различные приборы, которые выдают точные показатели для расчетов. К примеру, для этого обследуют оконные и дверные проемы, перекрытия, стены и так далее.
Именно такое обследование помогает определить нюансы и факторы, которые могут оказать существенное влияние на теплопотери. К примеру, тепловизорная диагностика точно покажет температурный перепад при прохождении определенного количества тепловой энергии через 1 квадратный метр ограждающей конструкции.
Так что практические измерения незаменимы при проведении расчетов. Особенно это касается узких мест в конструкции здания. В этом плане теория не сможет точно показать, где и что не так. А практика укажет, где необходимо применить разные методы защиты от теплопотерь. Да и сами расчеты в этом плане становятся точнее.
Заключение по теме
Расчетная тепловая нагрузка - очень важный показатель, получаемый в процессе проектирования системы отопления дома. Если подойти к делу с умом и провести все необходимые расчеты грамотно, то можно гарантировать, что отопительная система будет работать отлично. И при этом можно будет сэкономить на перегревах и прочих затратах, которых можно просто избежать.
Создавать систему отопления в собственном доме или даже в городской квартире – чрезвычайно ответственное занятие. Будет совершенно неразумным при этом приобретать котельное оборудование, как говорится, «на глазок», то есть без учета всех особенностей жилья. В этом вполне не исключено попадание в две крайности: или мощности котла будет недостаточно – оборудование станет работать «на полную катушку», без пауз, но так и не давать ожидаемого результата, либо, наоборот, будет приобретен излишне дорогой прибор, возможности которого останутся совершенно невостребованными.
Но и это еще не все. Мало правильно приобрести необходимый котел отопления – очень важно оптимально подобрать и грамотно расположить по помещениям приборы теплообмена – радиаторы, конвекторы или «теплые полы». И опять, полагаться только лишь на свою интуицию или «добрые советы» соседей – не самый разумный вариант. Одним словом, без определенных расчетов – не обойтись.
Конечно, в идеале, подобные теплотехнические вычисления должны проводить соответствующие специалисты, но это часто стоит немалых денег. А неужели неинтересно попытаться выполнить это самостоятельно? В настоящей публикации будет подробно показано, как выполняется расчет отопления по площади помещения, с учетом многих важных нюансов. По аналогии можно будет выполнить , встроенный в эту страницу, поможет выполнить необходимые вычисления. Методику нельзя назвать совершенно «безгрешной», однако, она все же позволяет получить результат с вполне приемлемой степенью точности.
Простейшие приемы расчета
Для того чтобы система отопления создавала в холодное время года комфортные условия проживания, она должна справляться с двумя основными задачами. Эти функции тесно связаны между собой, и разделение их – весьма условно.
- Первое – это поддержание оптимального уровня температуры воздуха во всем объеме отапливаемого помещения. Безусловно, по высоте уровень температуры может несколько изменяться, но этот перепад не должен быть значительным. Вполне комфортными условиями считается усредненный показатель в +20 °С – именно такая температура, как правило, принимается за исходную в теплотехнических расчетах.
Иными словами, система отопления должна быть способной прогреть определенный объем воздуха.
Если уж подходить с полной точностью, то для отдельных помещений в жилых домах установлены стандарты необходимого микроклимата – они определены ГОСТ 30494-96. Выдержка из этого документа – в размещенной ниже таблице:
| Предназначение помещения | Температура воздуха, °С | Относительная влажность, % | Скорость движения воздуха, м/с | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| оптимальная | допустимая | оптимальная | допустимая, max | оптимальная, max | допустимая, max | |
| Для холодного времени года | ||||||
| Жилая комната | 20÷22 | 18÷24 (20÷24) | 45÷30 | 60 | 0.15 | 0.2 |
| То же, но для жилых комнат в регионах с минимальными температурами от - 31 °С и ниже | 21÷23 | 20÷24 (22÷24) | 45÷30 | 60 | 0.15 | 0.2 |
| Кухня | 19÷21 | 18÷26 | Н/Н | Н/Н | 0.15 | 0.2 |
| Туалет | 19÷21 | 18÷26 | Н/Н | Н/Н | 0.15 | 0.2 |
| Ванная, совмещенный санузел | 24÷26 | 18÷26 | Н/Н | Н/Н | 0.15 | 0.2 |
| Помещения для отдыха и учебных занятий | 20÷22 | 18÷24 | 45÷30 | 60 | 0.15 | 0.2 |
| Межквартирный коридор | 18÷20 | 16÷22 | 45÷30 | 60 | Н/Н | Н/Н |
| Вестибюль, лестничная клетка | 16÷18 | 14÷20 | Н/Н | Н/Н | Н/Н | Н/Н |
| Кладовые | 16÷18 | 12÷22 | Н/Н | Н/Н | Н/Н | Н/Н |
| Для теплого времени года (Норматив только для жилых помещений. Для остальных – не нормируется) | ||||||
| Жилая комната | 22÷25 | 20÷28 | 60÷30 | 65 | 0.2 | 0.3 |
- Второе – компенсирование потерь тепла через элементы конструкции здания.
Самый главный «противник» системы отопления — это теплопотери через строительные конструкции
Увы, теплопотери – это самый серьезный «соперник» любой системы отопления. Их можно свести к определенному минимуму, но даже при самой качественной термоизоляции полностью избавиться от них пока не получается. Утечки тепловой энергии идут по всем направлениям – примерное распределение их показано в таблице:
| Элемент конструкции здания | Примерное значение теплопотерь |
|---|---|
| Фундамент, полы по грунту или над неотапливаемыми подвальными (цокольными) помещениями | от 5 до 10% |
| «Мостики холода» через плохо изолированные стыки строительных конструкций | от 5 до 10% |
| Места ввода инженерных коммуникаций (канализация, водопровод, газовые трубы, электрокабели и т.п.) | до 5% |
| Внешние стены, в зависимости от степени утепленности | от 20 до 30% |
| Некачественные окна и внешние двери | порядка 20÷25%, из них около 10% - через негерметизированные стыки между коробками и стеной, и за счет проветривания |
| Крыша | до 20% |
| Вентиляция и дымоход | до 25 ÷30% |
Естественно, чтобы справиться с такими задачами, система отопления должна обладать определенной тепловой мощностью, причем этот потенциал не только должен соответствовать общим потребностям здания (квартиры), но и быть правильно распределенным по помещениям, в соответствии с их площадью и целым рядом других важных факторов.
Обычно расчет и ведется в направлении «от малого к большому». Проще говоря, просчитывается потребное количество тепловой энергии для каждого отапливаемого помещения, полученные значения суммируются, добавляется примерно 10% запаса (чтобы оборудование не работало на пределе своих возможностей) – и результат покажет, какой мощности необходим котел отопления. А значения по каждой комнате станут отправной точкой для подсчета необходимого количества радиаторов.
Самый упрощённый и наиболее часто применяемый в непрофессиональной среде метод – принять норму 100 Вт тепловой энергии на каждый квадратный метр площади:
Самый примитивный способ подсчета — соотношение 100 Вт/м²
Q = S × 100
Q – необходимая тепловая мощность для помещения;
S – площадь помещения (м²);
100 — удельная мощность на единицу площади (Вт/м²).
Например, комната 3.2 × 5,5 м
S = 3,2 × 5,5 = 17,6 м²
Q = 17,6 × 100 = 1760 Вт ≈ 1,8 кВт
Способ, очевидно, очень простой, но весьма несовершенный. Стоит сразу оговориться, что он условно применим только при стандартной высоте потолков – примерно 2.7 м (допустимо – в диапазоне от 2.5 до 3.0 м). С этой точки зрения, более точным станет расчет не от площади, а от объема помещения.
Понятно, что в этом случае значение удельной мощности рассчитано на кубический метр. Его принимают равным 41 Вт/м³ для железобетонного панельного дома, или 34 Вт/м³ — в кирпичном или выполненном из других материалов.
Q = S × h × 41 (или 34)
h – высота потолков (м);
41 или 34 – удельная мощность на единицу объема (Вт/м³).
Например, та же комната, в панельном доме, с высотой потолков в 3.2 м:
Q = 17,6 × 3,2 × 41 = 2309 Вт ≈ 2,3 кВт
Результат получается более точным, так как уже учитывает не только все линейные размеры помещения, но даже, в определенной степени, и особенности стен.
Но все же до настоящей точности он еще далек – многие нюансы оказываются «за скобками». Как выполнить более приближенные к реальным условиям расчеты – в следующем разделе публикации.
Возможно, вас заинтересует информация о том, что собой представляют
Проведение расчетов необходимой тепловой мощности с учетом особенностей помещений
Рассмотренные выше алгоритмы расчетов бывают полезны для первоначальной «прикидки», но вот полагаться на них полностью все же следует с очень большой осторожностью. Даже человеку, который ничего не понимает в строительной теплотехнике, наверняка могут показаться сомнительными указанные усредненные значения – не могут же они быть равными, скажем, для Краснодарского края и для Архангельской области. Кроме того, комната - комнате рознь: одна расположена на углу дома, то есть имеет две внешних стенки, а другая с трех сторон защищена от теплопотерь другими помещениями. Кроме того, в комнате может быть одно или несколько окон, как маленьких, так и весьма габаритных, порой – даже панорамного типа. Да и сами окна могут отличаться материалом изготовления и другими особенностями конструкции. И это далеко не полный перечень – просто такие особенности видны даже «невооруженным глазом».
Одним словом, нюансов, влияющих на теплопотери каждого конкретного помещения – достаточно много, и лучше не полениться, а провести более тщательный расчет. Поверьте, по предлагаемой в статье методике это будет сделать не так сложно.
Общие принципы и формула расчета
В основу расчетов будет положено все то же соотношение: 100 Вт на 1 квадратный метр. Но вот только сама формула «обрастает» немалым количеством разнообразных поправочных коэффициентов.
Q = (S × 100) × a × b× c × d × e × f × g × h × i × j × k × l × m
Латинские буквы, обозначающие коэффициенты, взяты совершенно произвольно, в алфавитном порядке, и не имеют отношения к каким-либо стандартно принятым в физике величинам. О значении каждого коэффициента будет рассказано отдельно.
- «а» - коэффициент, учитывающий количество внешних стен в конкретной комнате.
Очевидно, что чем больше в помещении внешних стен, тем больше площадь, через которую происходит тепловые потери. Кроме того, наличие двух и более внешних стен означает еще и углы – чрезвычайно уязвимые места с точки зрения образования «мостиков холода». Коэффициент «а» внесет поправку на эту специфическую особенность комнаты.
Коэффициент принимают равным:
— внешних стен нет (внутреннее помещение): а = 0,8 ;
— внешняя стена одна : а = 1,0 ;
— внешних стен две : а = 1,2 ;
— внешних стен три: а = 1,4 .
- «b» - коэффициент, учитывающий расположение внешних стен помещения относительно сторон света.
Возможно, вас заинтересует информация о том, какие бывают
Даже в самые холодные зимние дни солнечная энергия все же оказывает влияние на температурный баланс в здании. Вполне естественно, что та сторона дома, которая обращена на юг, получает определенный нагрев от солнечных лучей, и теплопотери через нее ниже.
А вот стены и окна, обращённые на север, Солнца «не видят» никогда. Восточная часть дома, хотя и «прихватывает» утренние солнечные лучи, какого-либо действенного нагрева от них все же не получает.
Исходя из этого, вводим коэффициент «b»:
— внешние стены комнаты смотрят на Север или Восток : b = 1,1 ;
— внешние стены помещения ориентированы на Юг или Запад : b = 1,0 .
- «с» - коэффициент, учитывающий расположение помещения относительно зимней «розы ветров»
Возможно, эта поправка не столь обязательна для домов, расположенных на защищенных от ветров участках. Но иногда преобладающие зимние ветры способны внести свои «жесткие коррективы» в тепловой баланс здания. Естественно, что наветренная сторона, то есть «подставленная» ветру, будет терять значительно больше тела, по сравнению с подветренной, противоположной.
По результатам многолетних метеонаблюдений в любом регионе составляется так называемая «роза ветров» - графическая схема, показывающая преобладающие направления ветра в зимнее и летнее время года. Эту информацию можно получить в местной гидрометеослужбе. Впрочем, многие жители и сами, без метеорологов, прекрасно знают, откуда преимущественно дуют ветра зимой, и с какой стороны дома обычно наметает наиболее глубокие сугробы.
Если есть желание провести расчеты с более высокой точностью, то можно включить в формулу и поправочный коэффициент «с», приняв его равным:
— наветренная сторона дома: с = 1,2 ;
— подветренные стены дома: с = 1,0 ;
— стена, расположенные параллельно направлению ветра: с = 1,1 .
- «d» - поправочный коэффициент, учитывающий особенности климатических условий региона постройки дома
Естественно, количество теплопотерь через все строительные конструкции здания будет очень сильно зависеть от уровня зимних температур. Вполне понятно, что в течение зимы показатели термометра «пляшут» в определенном диапазоне, но для каждого региона имеется усредненный показатель самых низких температур, свойственных наиболее холодной пятидневке года (обычно это свойственно январю). Для примера – ниже размещена карта-схема территории России, на которой цветами показаны примерные значения.
Обычно это значение несложно уточнить в региональной метеослужбе, но можно, в принципе, ориентироваться и на свои собственные наблюдения.
Итак, коэффициент «d», учитывающий особенности климата региона, для наших расчетом в принимаем равным:
— от – 35 °С и ниже: d = 1,5 ;
— от – 30 °С до – 34 °С: d = 1,3 ;
— от – 25 °С до – 29 °С: d = 1,2 ;
— от – 20 °С до – 24 °С: d = 1,1 ;
— от – 15 °С до – 19 °С: d = 1,0 ;
— от – 10 °С до – 14 °С: d = 0,9 ;
— не холоднее – 10 °С: d = 0,7 .
- «е» - коэффициент, учитывающий степень утепленности внешних стен.
Суммарное значение тепловых потерь здания напрямую связано со степенью утепленности всех строительных конструкций. Одним из «лидеров» по теплопотерям являются стены. Стало быть, значение тепловой мощности, необходимое для поддержания комфортных условий проживания в помещении, находится в зависимости от качества их термоизоляции.
Значение коэффициента для наших расчетов можно принять следующее:
— внешние стены не имеют утепления: е = 1,27 ;
— средняя степень утепления – стены в два кирпича или предусмотрена их поверхностная термоизоляция другими утеплителями: е = 1,0 ;
— утепление проведено качественно, на основании проведенных теплотехнических расчетов: е = 0,85 .
Ниже по ходу настоящей публикации будут даны рекомендации о том, как можно определить степень утепленности стен и иных конструкций здания.
- коэффициент «f» - поправка на высоту потолков
Потолки, особенно в частных домах, могут иметь различную высоту. Стало быть, и тепловая мощность на прогрев того или иного помещения одинаковой площади будет различаться еще и по этому параметру.
Не будет большой ошибкой принять следующие значения поправочного коэффициента «f»:
— высота потолков до 2.7 м: f = 1,0 ;
— высота потоков от 2,8 до 3,0 м: f = 1,05 ;
— высота потолков от 3,1 до 3,5 м: f = 1,1 ;
— высота потолков от 3,6 до 4,0 м: f = 1,15 ;
— высота потолков более 4,1 м: f = 1,2 .
- « g» - коэффициент, учитывающий тип пола или помещение, расположенное под перекрытием.
Как было показано выше, пол является одним из существенных источников теплопотерь. Значит, необходимо внести некоторые корректировки в расчет и на эту особенность конкретного помещения. Поправочный коэффициент «g» можно принять равным:
— холодный пол по грунту или над неотапливаемым помещением (например, подвальным или цокольным): g = 1,4 ;
— утепленный пол по грунту или над неотапливаемым помещением: g = 1,2 ;
— снизу расположено отапливаемое помещение: g = 1,0 .
- « h» - коэффициент, учитывающий тип помещения, расположенного сверху.
Нагретый системой отопления воздух всегда поднимается вверх, и если потолок в помещении холодный, то неизбежны повышенные теплопотери, которые потребуют увеличения необходимой тепловой мощности. Введём коэффициент «h», учитывающий и эту особенность рассчитываемого помещения:
— сверху расположен «холодный» чердак: h = 1,0 ;
— сверху расположен утепленный чердак или иное утепленное помещение: h = 0,9 ;
— сверху расположено любое отапливаемое помещение: h = 0,8 .
- « i» - коэффициент, учитывающий особенности конструкции окон
Окна – один из «магистральных маршрутов» течек тепла. Естественно, многое в этом вопросе зависит от качества самой оконной конструкции. Старые деревянные рамы, которые раньше повсеместно устанавливались во всех домах, по степени своей термоизоляции существенно уступают современным многокамерным системам со стеклопакетами.
Без слов понятно, что термоизоляционные качества этих окон — существенно различаются
Но и между ПВЗХ-окнами нет полного единообразия. Например, двухкамерный стеклопакет (с тремя стеклами) будет намного более «теплым» чем однокамерный.
Значит, необходимо ввести определенный коэффициент «i», учитывающий тип установленных в комнате окон:
— стандартные деревянные окна с обычным двойным остеклением: i = 1,27 ;
— современные оконные системы с однокамерным стеклопакетом: i = 1,0 ;
— современные оконные системы с двухкамерным или трехкамерным стеклопакетом, в том числе и с аргоновым заполнением: i = 0,85 .
- « j» - поправочный коэффициент на общую площадь остекления помещения
Какими бы качественными окна ни были, полностью избежать теплопотерь через них все равно не удастся. Но вполне понятно, что никак нельзя сравнивать маленькое окошко с панорамным остеклением чуть ли ни на всю стену.
Потребуется для начала найти соотношение площадей всех окон в комнате и самого помещения:
х = ∑ S ок / S п
∑ S ок – суммарная площадь окон в помещении;
S п – площадь помещения.
В зависимости от полученного значения и определяется поправочный коэффициент «j»:
— х = 0 ÷ 0,1 → j = 0,8 ;
— х = 0,11 ÷ 0,2 → j = 0,9 ;
— х = 0,21 ÷ 0,3 → j = 1,0 ;
— х = 0,31 ÷ 0,4 → j = 1,1 ;
— х = 0,41 ÷ 0,5 → j = 1,2 ;
- « k» - коэффициент, дающий поправку на наличие входной двери
Дверь на улицу или на неотапливаемый балкон — это всегда дополнительная «лазейка» для холода
Дверь на улицу или на открытый балкон способна внести свои коррективы в тепловой баланс помещения – каждое ее открытие сопровождается проникновением в помещение немалого объема холодного воздуха. Поэтому имеет смысл учесть и ее наличие – для этого введем коэффициент «k», который примем равным:
— двери нет: k = 1,0 ;
— одна дверь на улицу или на балкон: k = 1,3 ;
— две двери на улицу или на балкон: k = 1,7 .
- « l» - возможные поправки на схему подключения радиаторов отопления
Возможно, кому-то это покажется несущественной мелочью, но все же – почему бы сразу не учесть планируемую схему подключения радиаторов отопления. Дело в том, что их теплоотдача, а значит, и участие в поддержании определенного температурного баланса в помещении, достаточно заметно меняется при разных типах врезки труб подачи и «обратки».
| Иллюстрация | Тип врезки радиатора | Значение коэффициента «l» |
|---|---|---|
 | Подключение по диагонали: подача сверху, «обратка» снизу | l = 1.0 |
 | Подключение с одной стороны: подача сверху, «обратка» снизу | l = 1.03 |
 | Двухстороннее подключение: и подача, и «обратка» снизу | l = 1.13 |
 | Подключение по диагонали: подача снизу, «обратка» сверху | l = 1.25 |
 | Подключение с одной стороны: подача снизу, «обратка» сверху | l = 1.28 |
 | Одностороннее подключение, и подача, и «обратка» снизу | l = 1.28 |
- « m» - поправочный коэффициент на особенности места установки радиаторов отопления
И, наконец, последний коэффициент, который также связан с особенностями подключения радиаторов отопления. Наверное, понятно, что если батарея установлена открыто, ничем не загораживается сверху и с фасадной части, то она будет давать максимальную теплоотдачу. Однако, такая установка возможна далеко не всегда – чаще радиаторы частично скрываются подоконниками. Возможны и другие варианты. Кроме того, некоторые хозяева, стараясь вписать приоры отопления в создаваемый интерьерный ансамбль, скрывают их полностью или частично декоративными экранами – это тоже существенно отражается на тепловой отдаче.
Если есть определенные «наметки», как и где будут монтироваться радиаторы, это также можно учесть при проведении расчетов, введя специальный коэффициент «m»:
| Иллюстрация | Особенности установки радиаторов | Значение коэффициента "m" |
|---|---|---|
| Радиатор расположен на стене открыто или не перекрывается сверху подоконником | m = 0,9 | |
| Радиатор сверху перекрыт подоконником или полкой | m = 1,0 | |
| Радиатор сверху перекрыт выступающей стеновой нишей | m = 1,07 | |
| Радиатор сверху прикрыт подоконником (нишей), а с лицевой части - декоративным экраном | m = 1,12 | |
| Радиатор полностью заключен в декоративный кожух | m = 1,2 |
Итак, с формулой расчета ясность есть. Наверняка, кто-то из читателей сразу возьмется за голову – мол, слишком сложно и громоздко. Однако, если к делу подойти системно, упорядочено, то никакой сложности нет и в помине.
У любого хорошего хозяина жилья обязательно есть подробный графический план своих «владений» с проставленными размерами, и обычно – сориентированный по сторонам света. Климатические особенности региона уточнить несложно. Останется лишь пройтись по всем помещениям с рулеткой, уточнить некоторые нюансы по каждой комнате. Особенности жилья - «соседство по вертикали» сверху и снизу, расположение входных дверей, предполагаемую или уже имеющуюся схему установки радиаторов отопления – никто, кроме хозяев, лучше не знает.
Рекомендуется сразу составить рабочую таблицу, куда занести все необходимые данные по каждому помещению. В нее же будет заноситься и результат вычислений. Ну а сами вычисления поможет провести встроенный калькулятор, в котором уже «заложены» все упомянутые выше коэффициенты и соотношения.
Если какие-то данные получить не удалось, то можно их, конечно, в расчет не принимать, но в этом случае калькулятор «по умолчанию» подсчитает результат с учетом наименее благоприятных условий.
Можно рассмотреть на примере. Имеем план дома (взят совершенно произвольный).
Регион с уровнем минимальных температур в пределах -20 ÷ 25 °С. Преобладание зимних ветров = северо-восточные. Дом одноэтажный, с утепленным чердаком. Утепленные полы по грунту. Выбрана оптимальное диагональное подключение радиаторов, которые будут устанавливаться под подоконниками.
Составляем таблицу примерно такого типа:
| Помещение, его площадь, высота потолка. Утепленность пола и "соседство" сверху и снизу | Количество внешних стен и их основное расположение относительно сторон света и "розы ветров". Степень утепления стен | Количество, тип и размер окон | Наличие входных дверей (на улицу или на балкон) | Требуемая тепловая мощность (с учетом 10% резерва) |
|---|---|---|---|---|
| Площадь 78,5 м² | 10,87 кВт ≈ 11 кВт | |||
| 1. Прихожая. 3,18 м². Потолок 2.8 м. Утеленный пол по грунту. Сверху - утепленный чердак. | Одна, Юг, средняя степень утепления. Подветренная сторона | Нет | Одна | 0,52 кВт |
| 2. Холл. 6,2 м². Потолок 2.9 м. Утепленный пол по грунту. Сверху - утепленный чердак | Нет | Нет | Нет | 0,62 кВт |
| 3. Кухня-столовая. 14,9 м². Потолок 2.9 м. Хорошо утепленный пол по грунту. Свеху - утепленный чердак | Две. Юг-Запад. Средняя степень утепления. Подветренная сторона | Два, однокамерный стеклопакет, 1200 × 900 мм | Нет | 2.22 кВт |
| 4. Детская комната. 18,3 м². Потолок 2.8 м. Хорошо утепленный пол по грунту. Сверху - утепленный чердак | Две, Север - Запад. Высокая степень утепления. Наветренная | Два, двухкамерный стеклопакет, 1400 × 1000 мм | Нет | 2,6 кВт |
| 5. Спальная. 13,8 м². Потолок 2.8 м. Хорошо утепленный пол по грунту. Сверху - утепленный чердак | Две, Север, Восток. Высокая степень утепления. Наветренная сторона | Одно, двухкамерный стеклопакет, 1400 × 1000 мм | Нет | 1,73 кВт |
| 6. Гостиная. 18,0 м². Потолок 2.8 м. Хорошо утепленный пол. Сверху -утепленный чердак | Две, Восток, юг. Высокая степень утепления. Параллельно направлению ветра | Четыре, двухкамерный стеклопакет, 1500 × 1200 мм | Нет | 2,59 кВт |
| 7. Санузел совмещенный. 4,12 м². Потолок 2.8 м. Хорошо утепленный пол. Сверху -утепленный чердак. | Одна, Север. Высокая степень утепления. Наветренная сторона | Одно. Деревянная рама с двойным остеклением. 400 × 500 мм | Нет | 0,59 кВт |
| ИТОГО: |
Затем, пользуясь размешенным ниже калькулятором производим расчет для каждого помещения (уже с учетом 10% резерва). С использованием рекомендуемого приложения это не займет много времени. После этого останется просуммировать полученные значения по каждой комнате – это и будет необходимая суммарная мощность системы отопления.
Результат по каждой комнате, кстати, поможет правильно выбрать требуемое количество радиаторов отопления – останется только разделить на удельную тепловую мощность одной секции и округлить в большую сторону.