Самостоятельный расчет тепловой нагрузки на отопление: часовых и годовых показателей

Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

Зачем нужно знать этот параметр

Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

• Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
• Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
• Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

Выбор методики расчета

Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где q° — удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, Vн – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Таблица удельных тепловых характеристик зданий

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн ) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

Точные расчеты тепловой нагрузки

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R)? Это величина, обратная теплопроводности (λ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

R=d/λ

Расчет по стенам и окнам

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

• Площадь стен – 280 м². В нее включены окна – 40 м²;
• Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56). Толщина наружных стен – 0,36 м. Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи — R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт;
• Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм. Для него λ=0,036. Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт;
• Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
• Сопротивление теплопередачи окон — 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.

При какой температуре включают отопление в квартирах норматив отопления

Что будет, если в отопительный период отключат отопление

В интересах коммунальных служб следить за тем, чтобы отопление подавалась весь отопительный сезон. В противном случае, государством предусмотренные некоторые санкции.

Правила, относительно отключение теплоэнергии в отопительный сезон:

• Во время отопительного сезона, отсутствие тепла в доме в месяц не должно превышать 24 часов;
• Если без отопления в помещении температура +12 градусов, то в единовременно отопление может быть отключено не более 16 часов;
• При показателях температуры в помещении +10 градусов, отключить отопление не могут более чем на 8 часов;
• Единовременное отключение отопление при температуре +8 градусов возможно лишь на 2 часа.

При превышении таких норм, вы можете обратиться в коммунальные службы. За каждый час превышения ваша оплата отопления будет снижаться на 0,15%.

Длительность — отопительный сезон

Длительность отопительного сезона для средних широт СССР составляет 150 — 180 дней в году, а для южных районов снижается до 60 дней. Относительно небольшое число часов работы отопительно-вентиляционных потребителей в течение года является второй отличительной их характеристикой.

Длительность конкретного отопительного сезона обычно отличается от средней продолжительности, зафиксированной в нормах. Холодной осенью, например, начинают отопление зданий раньше установленного среднего срока и продолжительность отопительного сезона увеличивается.

Ввиду длительности отопительного сезона в большинстве районов нашей страны и важности благоустройства жилищ трудящихся вопрос о санитарно-гигиенических условиях, создаваемых системой отопления, получает исключительное значение.

Так как годовая экономия прямо пропорциональна длительности отопительного сезона и средней за отопительный сезон наружной температуре, то автоматизация должна производиться в первую очередь в котельных, расположенных в более суровых климатических поясах.

В табл. 17 приведены данные о длительности отопительных сезонов и удельном весе отопительных котельных в каждом из климатических поясов.

Полученные формулы устанавливают функциональную зависимость расхода газа от длительности отопительного сезона , средней за отопительный сезон наружной температуры, внутренней температуры, поддерживаемой в помещениях, расхода воды в циркуляционной системе и других факторов, определяющих тепловые потери здания, характера и качества основного технологического оборудования и топлива.

В результате статистической обработки табл. 17 получаем среднюю по стране длительность отопительного сезона и, равную 227 дням.

Так как эта территория включает в себя основной диапазон изменения длительности отопительных сезонов , то большинство остальных районов страны, находящихся на территории других союзных республик, может быть включено в какой-либо из этих климатических поясов.

На рис. 36 приведены зависимости полной годовой экономии средств АЭ от длительности отопительного сезона при различном числе автоматизированных котельных соответственно при применении электрической и пневматической систем автоматики. Скорость ветра при этом полагаем около 5 м / сек.

Интегральный график суммарной нагрузки района.

Если известен годовой расход теплоты на отопление, то, зная длительность отопительного сезона , легко определить средний расход теплоты, Максимальный расход теплоты на отопление можно для ориентировочных расчетов принимать равным удвоенному среднему расходу.

Ап — количество котельных в каждом из условных климатических поясов, где соответствующие длительности отопительных сезонов могут быть приняты постоянными.

Так, например, для г. Киева с / н.р. — 21 С при длительности отопительного сезона 3 600 ч продолжительность стояния температур наружного воздуха от — 5 до — 10 С составляет 660 ч от — 10 до — 15 С 300 ч и от — 15 да — 21 С 150 ч В силу этого от водогрейных котлов, которые включаются в работу лишь после полного использования тепловой мощности отборов, обычно отпускается 15 — 20 % всего годового отпуска тепла от ТЭЦ.

На рис. 37 приведены зависимости сроков окупаемости капитальных затрат на автоматизацию отопительных котельных от длительности отопительного сезона .

В таблице добавлены два климатических пояса, включающих некоторые южные районы страны, имеющие незначительную длительность отопительного сезона .

От чего зависит начало подачи тепла

При какой температуре включают отопление – такой вопрос интересует потребителей каждую осень, ведь нет желания мерзнуть в доме из-за того, что осенняя непогода началась раньше положенного времени. Если в жилом помещении длительное время сохраняется низкая средняя температура, это влияет на здоровье жильцов, состояние предметов обстановки и самого дома
.

• Определенное время нормативы определяли начало отопления с октября месяца по всей стране. Но на такой большой площади климатические условия в городах и селах разные, зависят от климатического пояса. И поэтому порядок начала сезона был изменен, как и его длительность.
• Какие месяцы входят в период отопления? Это также зависит от региона. В жарких областях топить нужно только несколько месяцев, холодная часть страны нуждается в обогреве домов почти весь год (месяцев десять).

По закону поставщики теплоэнергии должны включать системы для обогрева жилых домов, если на улице больше 5 дней температура воздуха не выше 8 градусов тепла.

Но правила и порядок отопительного сезона учитывают и другие важные факторы. Даже если в начале осени или поздней весной на улице холодно, но синоптики дают прогноз скорого потепления, батареи могут оставаться холодными
. В межотопительный период очень редко запускают систему отопления, это связано с большими расходами.

Официальное постановление о начале сезона централизованного отопления квартир и домов – руководство к действию для коммунальных предприятий населенного пункта. Перед выходом такого постановления специалисты высчитывают наиболее благоприятное начало периода, для этого они фиксируют по нескольку раз в сутки данные среднесуточной температуры наружного воздуха, изучают информацию от метеорологов, синоптиков.

По этой же причине поставщики не проводят отключения тепла до того, пока не установиться нужная температура на улице.