Определение тепловых нагрузок на отопление

Тепловая нагрузка – это количество тепловой энергии, которое необходимо для поддержания требуемой температуры в помещении. В нашей статье рассмотрим, как распределяется тепловая нагрузка, а также ее расчет.

Как распределяется тепловая нагрузка

Рассмотрим водяное отопление: сумма тепловой мощности всех приборов отопления в доме должна равняться максимальной тепловой мощности котла. Чтобы узнать, как распределяется тепловая нагрузка, нужно учитывать некоторые факторы:

1. Расположение в доме. Те помещения, которые расположены в середине дома, теряет меньше тепла, чем помещения, расположенные в торце или углу здания.
2. Высота потолка и площадь помещения.
3. Необходимая температура в помещении. Если помещение расположено в середине дома, то температура должна быть 20°, а помещения, расположенные в торце или углу дома должны иметь температуру 22°. На кухне достаточно 18°, так как расположены электрические или газовые плиты. В ванной комнате должна быть самая высокая температура, она должна быть 25°.
4. Расстояние от источника тепла.
5. Если в отопительной системе используется в качестве источника тепла, конвектор, электрообогреватели т.д., то нужный температурный режим устанавливается на термостате. А если используется воздушное отопление, то при помощи пропускной способности воздушного рукава поступает тепловой поток в помещение. Чтобы его регулировать можно подстроить положение решеток вентиляции с контролем температуры.

Какие факторы влияют на тепловую нагрузку?

На тепловую нагрузку влияют следующие факторы:

• Толщина и материал стен. Стена из газосиликатных блоков и кирпичная стена имеют разные пропускные способности.
• Материал кровли и структура крыши. В утепленном чердаке будет намного меньше теплопотерь, чем в плоской крыше из железобетонных плит.
• Площадь остекления. Естественно, чем больше будет окон, тем больше тепловые потери.
• Вентиляция. В зависимости от производительности вентиляционной системы происходит потеря тепловой энергии, а также потери происходят от отсутствия или наличия системы рекуперации тепла.
• В различных регионах разный уровень инсоляции. Его можно определить степенью поглощения солнечного тепла наружными поверхностями.
• Температура на улице и в помещении, а именно их разница. Разницу можно определить тепловым потоком, который проходит через ограждающие конструкции.

Расчет тепловой нагрузки

Чтобы определить тепловую нагрузку есть несколько методов расчета. Каждый из них имеет свои сложности и нюансы, поэтому лучше воспользоваться ниже перечисленными способами для более точного результата. Рассмотрим три простых способа расчета тепловой нагрузки:

• Метод 1. Есть простой метол расчета, который основан на СНиП. 1 кВт тепловой мощности требуется для обогрева 10 кв.м. помещения. Полученный результат нужно умножить на региональный коэффициент. Рассмотрим некоторые коэффициенты в зависимости от региона: для умеренного климата коэффициент равен от 1,2 до 1,3; для южного региона коэффициент составляет 0,7-0,9; для крайнего северного региона принимает коэффициент от 1,5 до 2;
• Метод 2. Хоть первый метод довольно-таки простой, но он имеет много погрешностей, поэтому опираться только на его результаты не следует. В первую очередь нужно обратить внимание на высотку потолков, которая в каждом помещении разная. Количество дверей и окон в здании также играет немаловажную роль. В квартире будут тепловые потери намного меньше, чем в частном доме. Именно все эти факторы влияют на тепловую нагрузку.
• Выделим некоторую корректировку метода: на 1 кубический метр объема помещения применяется тепловая нагрузка 40 ватт; окно в помещении добавляет к показателю 100 ватт, а дверь 200 ватт; если квартира расположена в углу или торце дома, то она имеет коэффициент от 1,2 до 1,3, а в частном доме применяется коэффициент 1,5;
• Метод 3. Но второй метод, как и первый не является точным. Именно поэтому стоит воспользоваться еще и третьим методом расчета. В данном методе учтены сопротивление стен и потолка, а также разность температур между воздухом в помещении и на улице. Для того чтобы в помещении был постоянный температурный режим необходимо количество тепловой энергии, которое будет совпадать с потерями через ограждающие конструкции и систему вентиляции. Но в этом методе все расчеты упрощены. Через вентиляционную систему теряется примерно от 30 до 40% тепла, через крышу уходит от 10 до 25%, через стены теряется от 20 до 30% тепла, а через пол, который расположен на грунте уходит от 3 до 6 %.

Рассмотрим некоторые значения термического сопротивления:

1. Кирпичные стены, которые выложены в 3 кирпича имеют сопротивление 0,592м2*с/Вт, в 2,5 кирпича — 0,502, в 2 кирпича – 0,405, в 1 кирпич – 0,187.
2. Стены из газосиликатных блоков имеют сопротивление 0,476 для стены в 20 см, для стены в 30 см – 0,709.
3. Для стены из бревна термическое сопротивление составляет 0,550 для диаметра 25 см, для 20 см – 0,440.
4. Если толщина бревенчатого сруба равна 20 см, то сопротивление будет 0,440, а если 10 см – 0,353.
5. Для деревянного пола сопротивление составляет 1,85, для двойной деревянной двери – 0,21.
6. Для штукатурки толщиной 3 см сопротивление равняется 0,035.
7. Для перекрытия термическое сопротивление равно 1,43.
8. Для каркасной стены толщиной 20 см с утеплением в виде минеральной ваты термическое сопротивление равно 0,703.

Стоит обратить внимание на следующие факторы: твердотопливные котлы не должны работать на мощности, которая меньше номинальной. Рассчитывать тепловую нагрузку на отопление обязательно.

Если выполнить все требования и правила перед устройством отопительной системы, то она будет работать без перебоев, а еще можно сэкономить на лишних затратах.

Что такое тепловая нагрузка на отопление здания

Для обогрева помещения требуются отопительные приборы соответствующей мощности. Расчет тепловой нагрузки на отопление здания позволяет точно установить, какой мощности котел потребуется, какой величины радиаторы нужно ставить и какая схема отопления будет наиболее эффективной. При вычислениях учитывают много факторов.

Понятия тепловой нагрузки

Обогрев помещения – это компенсация теплопотерь. Сквозь стены, фундамент, окна и двери тепло постепенно выводится наружу. Чем ниже температура на улице, тем быстрее происходит передача тепла наружу. Чтобы поддерживать внутри здания комфортную температуру, устанавливают обогреватели. Их производительность должна быть достаточно высокой, чтобы перекрыть теплопотери.

Тепловую нагрузку определяют как сумму теплопотерь здания, равную необходимой мощности отопления. Рассчитав сколько и как дом теряет тепла, узнают мощность отопительной системы. Суммарной величины недостаточно. Комната с 1 окном теряет меньше тепла, чем помещение с 2 окнами и балконом, поэтому показатель рассчитывают для каждой комнаты отдельно.

При вычислениях обязательно учитывают высоту потолка. Если она не превышает 3 м, выполняют расчет по величине площади. Если высота от 3 до 4 м, расход считают по объему.

Факторы, влияющие на ТН

На потерю тепла влияет множество факторов:

• Фундамент – утепленный вариант удерживает тепло в доме, неутепленный пропускает до 20%.
• Стена – у пористого бетона или деревобетона пропускная способность намного ниже, чем у кирпичной стены. Красный глиняный кирпич лучше удерживает тепло, чем силикатный. Важна и толщина перегородки: у стены из кирпича толщиной в 65 см и пенобетона толщиной в 25 см одинаковый уровень теплопотерь.
• Утепление – теплоизоляция существенно меняет картину. Внешнее утепление пенополиуретаном – лист толщиной в 25 мм – равно по эффективности второй кирпичной стене толщиной в 65 см. Отделка пробкой внутри – лист в 70 мм – заменяет 25 см пенобетона. Специалисты не зря утверждают, что эффективное отопление начинается с правильного утепления.
• Крыша – скатная конструкция и утепленный чердак снижают потери. Плоская крыша из железобетонных плит пропускает до 15% тепла.
• Площадь остекления – показатель теплопроводности у стекла очень велик. Какими бы герметичными ни были рамы, сквозь стекло тепло уходит. Чем больше окон и чем больше их площадь, тем выше тепловая нагрузка на здание.
• Вентиляция – уровень теплопотерь зависит от производительности устройства и частоты использования. Система рекуперации позволяет несколько уменьшить потери.
• Разница между температурой на улице и внутри дома – чем она больше, тем выше нагрузка.
• Распределение тепла внутри здания – влияет на показатели для каждой комнаты. Помещения внутри здания остывают меньше: при расчетах комфортной температурой здесь считают величину в +20 С. Торцевые комнаты остывают быстрее – нормальной температурой здесь будет +22 С. На кухне достаточно нагревать воздух до +18 С, так как здесь много других источников тепла: плита, духовка, холодильник.

При расчетах тепловой нагрузки многоквартирного дома учитывают материал, толщину и утепление перегородок и перекрытий.

Характеристики объекта для расчета

Тепловая нагрузка на отопление и потеря тепла дома – не одно и то же. Техническое здание нет надобности отапливать так же интенсивно, как жилые помещения. Прежде чем приступать к расчетам, устанавливают следующее:

• Назначение объекта – жилой дом, квартира, школа, спортивный зал, магазин. Требования по обогреву разные.
• Особенности архитектуры – это размеры оконных и балконных проемов, устройство крыши, наличие чердаков и подвалов, этажность здания и прочее.
• Нормы температурного режима – для жилых комнат и офиса они разные.
• Назначение помещения – параметр важен для производственных сооружений, так как для каждого цеха или даже участка требуется разный температурный режим.
• Конструкция внешних ограждений – наружных стен и крыши.
• Уровень техобслуживания – наличие горячего водоснабжения уменьшает теплопотери, интенсивно работающая вентиляция повышает.
• Число людей, постоянно пребывающих в доме – например, воздействует на показатели температуры и влажности.
• Количество точек забора теплоносителя – чем их больше, тем значительнее теплопотери.
• Другие особенности – например, наличие бассейна, сауны, оранжереи или число часов, когда в здании находятся люди.

При вычислении теплопотерь в магазине или в пункте общественного питания учитывают количество оборудования, выделяющего тепло – витрин, холодильников, кухонной техники.

Виды тепловых нагрузок

Тепловые нагрузки носят разный характер. Есть некоторый постоянный уровень теплопотерь, связанный с толщиной стены, конструкцией кровли. Есть временные – при резком снижении температуры, при интенсивной работе вентиляции. Расчет всей тепловой нагрузки учитывает и это.

Сезонные нагрузки

Так называют теплопотери, связанные с погодой. Сюда относят:

• разницу между температурой наружного воздуха и внутри помещения;
• скорость и направление ветра;
• количество солнечного излучения – при высокой инсоляции здания и большом количестве солнечных дней даже зимой дом охлаждается меньше;
• влажность воздуха.

Сезонную нагрузку отличает переменный годовой график и постоянный суточный. Сезонная тепловая нагрузка – это отопление, вентиляция и кондиционирование. К зимним относят 2 первых вида.

В формулах используют не кратковременные резкие изменения температуры и влажности – максимальные, а усредненные: значения, наблюдаемые за 5 самых холодных дней из 5 самых холодных зим за 50 лет.

Постоянные тепловые

К круглогодичным относят горячее водоснабжение и технологические аппараты. Последние имеет значение для промышленных предприятий: варочные котлы, промышленные холодильники, пропарочные камеры выделяют гигантское количество тепла.

В жилых зданиях нагрузка на горячее водоснабжение становится сравнима с отопительной нагрузкой. Величина эта мало изменяется в течение года, но сильно колеблется в зависимости от времени суток и дня недели. Летом расход ГСВ уменьшается на 30%, так как температура воды в холодном водопроводе выше на 12 градусов, чем зимой. В холодное время года потребление горячей воды растет, особенно в выходные дни.

Сухое тепло

Комфортный режим определяется температурой воздуха и влажностью. Эти параметры рассчитывают, руководствуясь понятиями сухого и скрытого тепла. Сухое – это величина, измеряемая специальным сухим термометром. На нее воздействует:

• остекление и дверные проемы;
• солнце и тепловые нагрузки на зимнее отопление;
• перегородки между комнатами с разной температурой, полы над пустым пространством, потолки под чердаками;
• трещины, щели, зазоры в стенах и дверях;
• воздуховоды вне отапливаемых зон и вентиляция;
• оборудование;
• люди.

Полы на бетонном фундаменте, подземные стены при расчетах не учитываются.

Скрытое тепло

Этот параметр определяет влажность воздуха. Источником выступает:

• оборудование – нагревает воздух, снижает влажность;
• люди – источник влажности;
• потоки воздуха, проводящие сквозь трещины и щели в стенах.

Обычно вентиляция не влияет на сухость помещения, однако есть исключения.

Методики расчета тепловой нагрузки на отопление здания

Чтобы рассчитать необходимую тепловую нагрузку, данные о нормах температуры и влажности берут из ГОСТ и СНиП. Там же есть сведения о коэффициентах теплопередачи разных материалов и конструкций. При расчетах обязательно учитывают паспортные данные радиаторов, отопительного котла, другого оборудования.

В вычисления включают:

• поток тепловой энергии радиатора – максимальное значение;
• максимальный расход за 1 час при работе отопительной системы;
• тепловые затраты за сезон.

Приблизительное значение дает соотношение расчетных данных с площадью дома или комнат. Однако такой подход не учитывает конструкционные особенности здания.

Вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей

Метод применяют, когда точные характеристики здания невозможно установить. Чтобы рассчитать тепловую нагрузку, используют формулу.

• q° – удельный тепловой показатель строения по проекту или стандартной таблице. Для зданий разного назначения – жилой многоквартирный дом, гараж, лаборатория – он разный.
• а – поправочный коэффициент, разный для разных климатических зон.
• Vн – внешний объем строения, м³.
• Tвн и Tнро – температура внутри дома и снаружи.

Метод позволяет рассчитать показатели для всей постройки и для каждой зоны или комнаты. Однако формула не включает данные о теплопроводности материалов, из которых построен дом, а показатели для дерева, пенобетона и камня сильно отличаются.

Определение теплоотдачи отопительно-вентиляционного оборудования

Чтобы получить более достоверный результат, используют расчет по стенам и окнам и дополнительно вычисляют тепловую нагрузку вентиляции. Расчеты производят в несколько этапов:

• рассчитывают площадь стен и остекления;
• вычисляют сопротивление теплопередачи, используя данные справочника;
• рассчитывают коэффициент по типу утеплителя – данные тоже есть в строительном справочнике, можно уточнить в паспорте изделий;
• вычисляют уровень теплопотерь через окна;
• расчетные величины умножают на сумму температур (внутри и снаружи здания) и получают суммарный расход тепла.

Расчет тепловой вентиляционной нагрузки выполняют по формуле Qv=c*m*(Tv-Tn), где:

• Qv – расход тепла вентиляцией;
• с – теплоемкость воздуха;
• m – масса воздуха: в среднем для нормальной вентиляции необходим объем воздуха, равный утроенной квадратуре комнаты; массу получают, умножив величину на плотность воздуха;
• Tv-Tn – разница между внешней и внутренней температурой.

Общий показатель получают, просуммировав расчетные теплопотери здания и потери через вентиляцию.

Вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций

Если для расчетов использовать теоретические данные – показатели по теплопотерям каждого материала – результат все равно оказывается не совсем точным. В вычислениях невозможно учесть количество и величину трещин и зазоров, работу освещения и прочее.

Самый точный результат обеспечивает тепловизионное обследование здания. Выполняется процедура в темное время суток, при выключенном освещении. Рекомендуют убрать на время ковры и мебель, чтобы не искажать показания.

Обследование выполняют в 3 этапа:

• с помощью тепловизора изучают помещение изнутри, тщательно обследуют углы и стыки;
• измеряют потери снаружи – так учитываются все особенности материалов и архитектуры;
• данные прибора переносят в компьютер, рассчитывают результат.

По итогам обследования составляют рекомендации: по утеплению, реконструкции, выбору отопительных приборов.

Современные котлы оборудуются регуляторами мощности. Это устройства, которые поддерживают производительность на установленном уровне, но предупреждают скачки и провалы во время работы. На использование энергоресурсов существуют лимиты: при превышении установленного значения плата за газ или электричество увеличивается. РТН ограничивает расход энергии топлива.