Правильный расчет тепловой мощности системы отопления по площади помещения

Прежде, чем приступить к монтажу автономной системы отопления в собственном доме или квартире, владельцу недвижимости необходимо иметь проект. Создание его специалистами подразумевает, в том числе, что будет выполнен расчет тепловой мощности для помещения, имеющего определенную площадь и объем. На фото можно увидеть, как может выглядеть отопительная система частного домовладения.

Необходимость расчета тепловой мощности системы отопления

Потребность в вычислении тепловой энергии, необходимой для обогрева комнат и подсобных помещений, связана с тем, что нужно определить основные характеристики системы в зависимости от индивидуальных особенностей проектируемого объекта, включая:

• назначение здания и его тип;
• конфигурацию каждого помещения;
• количество жильцов;
• географическое положение и регион, в котором находится населенный пункт;
• прочие параметры.

Расчет необходимой мощности отопления является важным моментом, его результат используют для вычисления параметров отопительного оборудования, которое планируют установить:

1. Подбор котла в зависимости от его мощности. Эффективность функционирования отопительной конструкции определяется правильностью выбора нагревательного агрегата. Котел должен иметь такую производительность, чтобы обеспечить обогрев всех помещений в соответствии с потребностями людей, проживающих в доме или квартире, даже в наиболее холодные зимние дни. Одновременно при наличии у прибора избыточной мощности часть вырабатываемой энергии не будет востребована, а значит, некоторая сумма денег потратится напрасно.
2. Необходимость согласовывать подключение к магистральному газопроводу. Для присоединения к газовой сети потребуется ТУ. Для этого подают заявку в соответствующую службу с указанием предполагаемого расхода газа на год и оценкой тепловой мощности в сумме для всех потребителей.
3. Выполнение расчетов периферийного оборудования. Расчет тепловых нагрузок на отопление необходим для определения длины трубопровода и сечения труб, производительности циркуляционного насоса, типа батарей и т.д.

Варианты приблизительных расчетов

Выполнить точный расчет тепловой мощности системы отопления довольно сложно, его могут сделать только профессионалы, имеющие соответствующую квалификацию и специальные знания. По этой причине данные вычисления обычно поручают специалистам.

В тоже время существуют и более простые способы, позволяющие приблизительно оценить величину требуемой тепловой энергии и их можно сделать самостоятельно:

1. Нередко применяют расчет мощности отопления по площади (детальнее: «Расчет отопления по площади — определяем мощность отопительных приборов»). Считается, что жилые дома возводятся по проектам, разработанным с учетом климата в определенном регионе, и что в проектных решениях заложено использование материалов, которые обеспечивают требуемый тепловой баланс. Поэтому при расчете принято умножать величину удельной мощности на площадь помещений. Например, для Московского региона данный параметр находится в пределе от 100 до 150 ватт на один «квадрат».
2. Более точный результат будет получен, если учитывать объем помещения и температуру. Алгоритм вычисления включает высоту потолка, уровень комфорта в отапливаемом помещении и особенности дома.

Используемая формула выглядит следующим образом: Q = VхΔTхK/860, где:

V – объем помещения;
ΔT – разница между температурой внутри дома и снаружи на улице;
К – коэффициент теплопотерь.

Поправочный коэффициент позволяет учесть конструктивные особенности объекта недвижимости. Например, когда определяется тепловая мощность системы отопления здания, для строений с обычной кровлей из двойной кирпичной кладки К находится в диапазоне 1,0–1,9.

Метод укрупненных показателей. Во многом похож на предыдущий вариант, но его применяют для вычисления тепловой нагрузки для систем отопления многоквартирных зданий или других больших объектов.

Все три вышеперечисленные способы, позволяющие сделать расчет необходимой теплоотдачи, дают приблизительный результат, который может отличаться от реальных данных или в меньшую, или в большую сторону. Понятно, что монтаж маломощной отопительной системы не обеспечит требуемую степень обогрева.

В свою очередь, избыток мощности у отопительного оборудования приведет к быстрому износу приборов, перерасходу топлива, электроэнергии, а соответственно и денежных средств. Подобные расчеты обычно применяют в несложных случаях, например, при выборе котла.

Точное вычисление тепловой мощности

Степень теплоизоляции и ее эффективность зависят от того, насколько качественно она сделана и от конструктивных особенностей зданий. Основная часть теплопотерь приходится на наружные стены (примерно 40%), затем следуют оконные конструкции (около 20%), а крыша и пол – это 10%. Остальное тепло покидает дом через вентиляцию и двери.

Поэтому расчет тепловой мощности системы отопления должен учитывать данные нюансы.

Для этого используют поправочные коэффициенты:

• К1 зависит от типа окон. Двухкамерным стеклопакетам соответствует 1, обычному остеклению – 1,27, трехкамерному окну – 0,85;
• К2 показывает степень теплоизоляции стен. Находится в пределе от 1 (пенобетон) до 1,5 для бетонных блоков и кладки в 1,5 кирпича;
• К3 отражает соотношение между площадью окон и пола. Чем больше оконных рам, тем сильнее потери тепла. При 20% остекления коэффициент равен 1, а при 50% он увеличивается до 1,5;
• К4 зависит от минимальной температуры снаружи здания на протяжении отопительного сезона. За единицу принимают температуру -20 °C, а затем на каждые 5 градусов прибавляют или вычитают 0,1;
• К5 учитывает количество наружных стен. Коэффициент для одной стены равен 1, если их две или три, тогда он составляет 1,2, когда четыре – 1,33;
• К6 отражает тип помещения, которое находится над определенной комнатой. При наличии сверху жилого этажа величина поправки – 0,82, теплого чердака – 0,91, холодного чердака — 1,0;
• К7 – зависит от высоты потолков. Для высоты 2,5 метра это 1,0, а для 3-х метров — 1,05.

Когда все поправочные коэффициенты известны, делают расчет мощности системы отопления для каждого помещения, используя формулу:

• Qi=qхSiхK1хK2хK3хK4хK5хK6хK7, где q =100 Вт/м², а Si – площадь комнаты.

Расчетная величина увеличивается, если коэффициент больше 1 или уменьшает, если он меньше единицы. Узнав данный параметр для каждого помещения, узнают величину мощности всей отопительной системы согласно формуле: Q=Σ Qi, i = 1…N, где N – это общее количество помещений в здании (прочитайте также: «Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь»).

Как правило, для обеспечения запаса тепловой энергии на всевозможные непредвиденные случаи результат увеличивают на 15–20%. Это могут быть сильнейшие морозы, разбитое окно, поврежденная теплоизоляция и т.д.

Пример выполнения расчета

Поправочные коэффициенты в данном случае будут равны:

• К1 (двухкамерный стеклопакет) = 1,0;
• К2 (стены из бруса) = 1,25;
• К3 (площадь остекления) = 1,1;
• К4 (при -25 °C -1,1, а при 30°C) = 1,16;
• К5 (три наружные стены) = 1,22;
• К6 (сверху теплый чердак) = 0,91;
• К7 (высота помещения) = 1,0.

В результате полная тепловая нагрузка будет равна:

Q=100 Вт/ м²х135 м²х1,0х1,25х1,1х1,16х1,22х0,91х1,0 = 23,9 кВт.

В итоге мощность отопительной системы составит: W=Qх1,2 = 28,7 кВт.

В том случае, когда бы использовался упрощенный метод вычислений, основанный на расчете мощности отопления согласно площади, то результат был бы совсем иной:

100–150 Вт х150м² = 15–22,5 кВт

Отопительная система функционировала бы без запаса по мощности — на пределе. Приведенный пример является подтверждением важности применения точных способов, позволяющих определять тепловые нагрузки на отопление.

Пример расчета тепловой мощности системы отопления на видео:

Мощность системы отопления

Правильно рассчитанная мощность системы отопления позволяет без усилий обогревать дом и обеспечивает функциональность всех элементов системы. Чтобы ее определить

, необходимо рассчитать мощность котла, учитывая при этом площадь дома и теплопотери, а также учесть характеристики и теплоотдачу остальных составляющих системы.

Расчет мощности системы отопления

Производится расчет мощности ситемы отопления при подборе оборудования и материалов для монтажа системы. Наиболее важным является мощность котла. При ее недостатке, котел будет работать под постоянной нагрузкой, что повлияет на его ресурс работы и приведет к поломке определенных деталей. К тому же, для пуска и разогрева котла требуется больше горючего, чем для его работы при поддержании требуемой температуры, а значит расходы на его функционирование увеличатся. Если же мощность будет чрезмерной, нагрев теплоносителя будет производиться быстрее и топливо не будет дожигаться до конца, что особенно актуально для твердотопливного котла. В дымоходе, который не успеет за столь короткое время должным образом прогреться, будет образовываться и скапливаться конденсат, что может привести к его поломке.

Мощность котла отопления рассчитывается по нескольким параметрам, главным из которых считается отапливаемая площадь. Существует условный расчет, который определяет, что на каждые 10 м 2 требуется 1кВт мощности. Но кроме этого, необходимо учитывать природно-климатические условия региона, для каждого из которых существуют специальные коэффициенты, рассчитанные исходя из наиболее низких температур в зимнее время. Они составляют от 0,6 до 2. Первый показатель применяется, когда расчет монтажа отопления производится для южных регионов, а последний – для северных.

Что влияет на потри тепла в доме

На потери тепла влияет множество факторов, к каждому из которых также разработаны коэффициенты:

• Высота потолков. Если потолки свыше 2,5 м, требуется производить расчет не по площади дома, а по кубатуре. На каждый 1 м 3 потребуется 40 Вт тепловой мощности;
• Качество утепления. Если здание грамотно утеплено, коэффициент не применяется. В противном случае, действуют коэффициенты в зависимости от материала стен: из бетона и блоков – 1,25-1,5, из бревен и бруса – 1,25, из кирпича – 1,1-1,25, из пеноблоков – 1;
• Количество окон и дверей. На каждое окно необходимо прибавить к мощности котла по 100 Вт, наружных дверей – по 200 Вт;
• Качество стеклопакетов. Типовые с деревянной рамой – 0,2, пластиковые однокамерные – 0,1, двухкамерные — 0,07, энергосберегающие – 0,057;
• Расположение комнат. Расчет мощности котла лучше делать для каждой комнаты, при этом учитывать коэффициент 0,1-0,3 для внутренних помещений, 1 – для комнаты с одной наружной стеной, 1,15 – с двумя и 1,22 – с тремя;

Расчет мощности системы отопления — взять «про запас»

Итак, определив предварительную мощность по площади дома и применив все поправочные коэффициенты, получаем мощность котла, необходимую для отопления конкретного здания. Специалисты рекомендуют к конечному результату применить еще коэффициент 1,2, т.е. прибавить 20% «на запас». Он необходим для покрытия возможных теплопотерь, которые не были учтены в расчетах.

Расчет отопления зависит также от типа котла. Так, для двухконтурного к конечному результату применяется еще и коэффициент 1,5. Такой запас мощности необходим для обеспечения контура ГВС.

Немаловажно учитывать материал, из которого изготовлены радиаторы. Обладающие большей теплопроводностью стальные, алюминиевые или биметалические быстрее нагреваются и отдают тепло комнатам (мощность одной секции — 200 Вт). Чугунные радиаторы медленно нагреваются, но способны дольше аккумулировать тепло (мощность одной секции — 150 Вт). Количество секций определяется исходя из мощности котла или по площади дома и факторов, перечисленных выше. Для утепленного дома со стандартной высотой потолков потребуется 1 секция металлического радиатора на каждые 1,8-2 м 2 или 1 секция чугунного на каждые 1,1-1,3 м 2 .

На расчет отопления также влияет материал, из которого смонтирована система отопления. Если для монтажа выбраны металлические трубы, стоит учесть, что они также нагреваются и отдают тепло в комнаты. Используя их, можно сократить количество секций радиаторов в помещениях. Пластиковый или пропиленовый трубопровод теплоотдачей обладает в минимальной степени, но чаще применяется благодаря современному дизайну и простоте монтажа.

Тепловая мощность системы отопления.

Система отопления предназначена для создания в помещении в холодное время года температурного режима, соответствующего комфортным условиям.

Для проектирования системы отопления необходимо определить его тепловую мощность. Она определяется как разность между тепловыми потерями и тепловыми поступлениями помещения (тепловой баланс).

5.1.2 Потери тепла через ограждающие конструкции.

Ограждающими конструкциями называются такие части здания, которые ограждают внутренний объем здания от наружного воздуха. Наружные стены (НС), пол (ПЛ), потолок верхнего этажа (ПТ), окна (О), двери (Д) и т.п.

5.1.3 Для определения потерь отдельными помещениями и зданием в целом необходимо иметь следующие исходные данные:

— планы этажей и характерные разрезы по зданию со всеми строительными размерами;

— выкопировку из генплана с обозначением сторон света и розы ветров;

— назначение каждого помещения;

— конструкцию всех наружных ограждений, обоснованную теплотехническим расчетом (теплотехнический расчет наружных стен, пола, потолка студент выполняет самостоятельно).

5.1.4 Все отапливаемые помещения на планах следует обозначать порядковыми номерами (начиная с №01 и далее – помещения подвала; с №101 и далее – помещения первого этажа; с №201 и далее – помещения второго этажа и т.д.). Нумеруют помещения слева направо и сверху вниз. Лестничные клетки нумеруются отдельно заглавными буквами или римскими цифрами.

5.1.5 Тепловые потери помещений через ограждающие конструкции разделяются условно на основные и добавочные. Их определяют, суммируя потери через каждое отдельное ограждение с округлением до 10 Вт по формуле:

(5.1)

Где, – расчетная площадь ограждения, м;

R₀ – общее сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, м 2 /Вт о С;

– расчетная температура внутри помещения, о С (приложение 20);

– расчетная температура наружного воздуха, о С (приложение 8 [13]);

– добавочные потери в долях от основных потерь;

– коэффициент теплопередачи данной ограждающей конструкции, равный = 1/R_o , Вт о С/м 2 .

5.1.6 Измерение площади поверхности наружного ограждения F, м 2 , производят по чертежам плана и разреза здания. План типового этажа и разрез здания выполняют в пояснительной записке в одну линию с указанием проёмов в наружных ограждениях и всех размеров.

Величину F для потолков и полов определяют по размерам между осями внутренних стен и от внутренней поверхности наружных стен, для окон и дверей – по наименьшим размерам строительных проемов в свету. В настоящей проекте принять F окна = 3,0 м 2 , F двери = 4,0 м 2

Высоту стен первого этажа принимают при не отапливаемом подвале от уровня нижней поверхности конструкции пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа. Высоту стен второго этажа – от уровня чистого пола второго этажа до уровня чистого пола третьего этажа и т.д. Высоту стен верхнего этажа принимают от отметки чистого пола верхнего этажа до верха утепляющего слоя чердачного перекрытия.

Длину наружных стен не угловых помещений определяют по размерам между осями внутренних стен, а угловых помещений – по размеру от внешних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен.

Теплопотери через наружные ограждения (Q, Вт), определяют для каждого помещения. Для этого подсчитывают теплопотери через каждую наружную ограждающую конструкцию, имеющуюся в этом помещении, а именно: через наружные стены (НС), пол (Пл), потолок (Пт), двойные окна (ДО), двойную дверь (ДД). Потери через пол определяют только для первого этажа, через потолок – для помещений верхнего этажа. Для лестничной клетки определяют потери через стены, пол, окна, дверь и потолок. Высоту наружной стены лестничной клетки принимают от уровня отмостки до верха карниза здания.

При подсчете площадей ограждающих конструкций линейные размеры принимают с погрешностью до 0,1 м, а величины площадей – 0,1 м 2 . Теплопотери подсчитываются с точностью до 10 Вт.

Теплопотери между внутренними помещениями определяются, если разность нормируемых расчётных температур более 3 0 С. В жилых зданиях не определяются.

5.1.7 Приведенное сопротивление (R_о) ограждающих конструкций принимают исходя из санитарно-гигиенических условий по формуле 5.6 и условий энергосбережения по таблице 1б * [12]. Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) определять по формуле:

ГСОП = (tв – tот.п.)∙Zот.п.

(5.2)

где – t_в– температура воздуха внутри помещения, принимаемая по нормам проектирования. Приложение 14, 15, 16.

t_от.п. и Z_от.п. – средняя температура, о С, и продолжительность отопительного периода.

Приведенное сопротивление должно быть не менее значения требуемого сопротивления R_о тр , определяемого по формуле:

,

(5.3)

где t_н Б –расчетная зимняя температура наружного воздуха, принимаемая по таблице приложения 8 [13] параметры Б.

n –коэффициент ,принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху по таблице 3 * [12].

– нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения, принимаемый по таблице 2 * [12].

— коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 4* [12].

По заданию стена многослойная: конструктивный слой, штукатурка и изоляция. Толщина конструктивного слоя для всех одинаковая 0,51 или 0,64 м (окончательно уточняется преподавателем при выдаче задания). Толщина слоя штукатурки 0,02 м. Необходимо подобрать толщину слоя изоляции.

Термическое сопротивление R, м 2 _* 0 С/Вт одного слоя многослойной ограждающей конструкции следует определять по формуле:

(5.4)

где δ- толщина слоя, м;

λ- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м_* 0 С, принимаемый по приложению 3 * [12] в зависимости от условий эксплуатации наружного ограждения.

Термическое сопротивление R_к многослойной ограждающей конструкции следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

(5.5)

где R₁, R₂, …. , R_i – термическое сопротивление отдельных слоев, определяемые по формуле (7.7).

Сопротивление теплопередаче R₀, м 2 _* 0 С/Вт ограждающей конструкции следует определять по формуле:

(5.6)

где α_в – что и в формуле (5.3);

R_к – термическое сопротивление, определяемое по формуле (5.5) или (5.6);

α_н – коэффициент теплопередачи (для заданных условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 6 * [12].

Коэффициент теплопередачи К, В/м 2 _* 0 С, определяют по формуле:

(5.7)

Для определения условий эксплуатации необходимо:

— по таблице 1 стр.2 [12] принять влажностной режим внутри помещения в зависимости от температуры и влажности внутреннего воздуха,

— определить по приложению 1* стр.17 [12] зону влажности места застройки,

— по приложению 2 стр.17 [12] определить условия эксплуатации ограждения (А или Б).

5.1.8 Добавочные потери тепла β через ограждающие конструкции принимаются в долях от основных потерь. В жилых и общественных зданиях:

а) через стены, окна, двери обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад принимается в размере 0,1; на юго-восток и запад – в размере 0,05;

б) через наружные двери не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, при высоте здания Н, м от отмостки до верха карниза:

0,27_*Н – при двойных дверях с тамбуром между ними;

0,34_*Н – при двойных дверях без тамбура;

0,22_*Н – при одинарных дверях.

5.2 Определение толщины изоляционного слоя, требуемого термического сопротивления основных ограждений.

Определяем приведенное общее требуемое термическое сопротивление наружной стены по таблице 1б * [12] и по формуле (5.6). Принимаем для дальнейших расчетов наибольшее значение R₀ тр . Подставляем это значение в формулу (5.6), учитывая, что

	(5.8)
	(5.9)

В этом уравнении часть величин дана, часть величин определяется из таблиц, кроме толщины изоляционного слоя (δ_изл), которое определяется из эмпирического уравнения

Пользуясь таблицей 1б * и формулой (1.6) определим требуемое термическое сопротивление пола, потолка, окон и дверей.