Как правильно рассчитать мощность котла отопления с учетом площади и теплопотерь дома

Комфорт жилища в зимнюю стужу напрямую зависит от обогрева помещения. Для жителей города этот вопрос решен с помощью централизованного отопления, но владельцам частных домов, находящихся в отдалении, приходится искать альтернативу. С вариантами проблем нет, источниками тепла могут быть: электрические, газовые, твердотопливные или жидкотопливные котлы. Но каждый теплогенератор характеризуется основным параметром – тепловой мощностью. Чтобы не ошибиться с выбором, нужно грамотно произвести расчет мощности котла отопления.

Как и зачем производить расчет мощности теплогенератора

Тепловая мощность котла – это количество тепла, которое теплогенератор способен передать теплоносителю за счет сжигания топлива или превращения электрической энергии в тепловую (электрокотлы).

Потери тепла здания происходят через наружные поверхности — ограждающие конструкции. Чтобы поддерживать постоянную температуру внутри помещения, нужно полностью компенсировать тепловые потери. Они зависят от нескольких факторов:

• температуры внешнего и внутреннего воздуха;
• площади поверхности ограждающих конструкций (стен, крыши, полов по грунту), их материала, степени теплоизоляции;
• наличие окон и дверей в здании, их площади, конструкции;
• вентиляции помещений, которая может быть как естественной, так и принудительной с рекуперацией (повторным использованием) тепла удаляемого воздуха.

На заметку.
Котел с недостаточной мощностью не сможет нагреть воздух в помещении до установленного значения. Работа котла с избыточной мощностью вызовет перерасход топлива и менее плавную работу системы отопления. Результат – трата денег и уменьшение эксплуатационного срока теплогенератора.

Как произвести быстрый расчет мощности котла для типового здания

Как мы уже выяснили, главный параметр в подборе мощности котла – это тепловые потери здания. Подробный расчет мощности котла отопления не является сложным, но требует времени для вычислений и поиска информации. Поэтому был разработан упрощенный вариант для ориентировочного подсчета.

Для упрощения вычислений был введен показатель удельной мощности котла с привязкой к климатическим особенностям местности. Для России приняты следующие величины:

• южные области: 0,7-0,9 кВт;
• северные области: 1,5-2,0 кВт;
• центральная часть: 1,2-1,5 кВт.

Эти цифры указывают на необходимое количество тепловой энергии для обогрева 10 м2 площади помещения с высотой потолков 2.5 м. Рассмотрим конкретный пример: нужно отопить частный дом общей площадью 150 м2, расположенный в Московской области.

Мощность котла = 150 (площадь дома) * 1,3/10 (удельная мощность для центральной зоны) = 19,5 кВт.
Важно!
Подобный метод подсчета не учитывает индивидуальных условий (количество окон, дополнительная тепловая изоляция, вентиляция и пр.), поэтому подходит только для ориентировочной оценки. В расчет также не включены затраты энергии на подогрев горячей хозяйственной воды, бассейнов и т.д.

Как произвести детальный расчет мощности отопительного котла

Для точного определения мощности котла, особенно если здание строилось по индивидуальному проекту, где высота потолков более 2.5 м, установлена система вентиляции и много оконных проемов, следует провести подробный расчет тепловых потерь. Он включает в себя: потери тепла через стены, окна, пол, потолки и вентиляцию.

Как рассчитать потери тепла через стены

Основная формула для вычислений:

Qст.= kст.* Sст.(tвн. – tнар.)

• Qст. – тепловые потери стены.
• kст – коэффициент теплопередачи стены (зависит от материала и изоляции стены и рассчитывается по отдельной формуле).
• Sст. – площадь стены (рассчитывают по формуле: высота стены, умноженная на длину).
• tвн. – температура воздуха внутри помещения (принимается 200С.).
• tнар. – самая низкая температура наружного воздуха (это значение индивидуально для каждой области, указывается в справочнике).

Определение коэффициента теплопередачи стены:

Как рассчитать потери тепла через окна

Формула расчета для окон схожа с предыдущей: Qокон.= kокон.* Sст.(tвн. – tнар.). Значение букв осталось прежним, необходимо только заменить слово «стена» «окном».

Расчет коэффициента теплопередачи окна производится по формуле:

Расчет тепловых потерь производится только для стен, потолков и полов, соприкасающихся с наружным воздухом. Внутренние перегородки не влияют на потери тепла.

Как рассчитать потери тепла через пол и потолок

Расчеты для пола и потолка проводятся так же, как и для стен:

Такой расчет подойдет для пола, установленного над грунтом (на лагах или над неотапливаемым подвалом). Если пол соприкасается с грунтом, то коэффициент теплопередачи рассчитывается по другой формуле:

1. Rc – разделение пола по зонам, каждая из которых имеет свое значение: первая зона = 2.1, вторая зона = 4.3, третья зона = 8.6.

1. d – толщинаутепляющего слоя.
2. λ – коэффициент теплопроводности утеплителя.

Как посчитать потери тепла, связанные с вентиляцией помещения

Этот расчет проводится только в комнатах с вентиляцией. Производится он по формуле:

1. Q – количество тепла, необходимое для нагрева приточного холодного воздуха.
2. Lп – расход воздуха, удаляемого из помещения (принимается 3 м3/час на каждый м2 площади).
3. р – плотность воздуха = 1.1.
4. С – удельная теплоемкость воздуха = 1.
5. tр – внутренняя температура воздуха.
6. tи – температура приточного воздуха из системы вентиляции.
7. k – коэффициент учета встречного теплового потока = 1.

На заметку: Обложившись справочниками и потратив время, можно произвести точный расчёт теплопотерь здания самостоятельно. Но сделать грамотный проект системы отопления в целом неспециалисту очень сложно, если вообще возможно. Правильное решение — поручить проектирование профессиональному теплотехнику, который определит теплопотери и адекватно подберёт теплогенератор по мощности.

Подбор мощности котла по результатам расчетов

Определив тепловые потери стен, окон, потолков и пола, все значения необходимо суммировать, и в результате получится общая величина теплопотерь здания, измеряемая в киловаттах (кВт.). Эта же единица используется для измерения тепловой мощности теплогенераторов. Мощность котла подбирается с запасом в 10-15% от общей мощности теплопотерь здания. При наличии бассейна, гидромассажной ванны большого объёма, подогрева вентилируемого воздуха приточно-вытяжной системы от отопления тепловые потребности этого оборудования суммируются с цифрой, полученной расчётом теплопотерь.

Расчет мощности и количества секций радиаторов

Посчитать мощность и количество секций радиатора для отдельного помещения можно следующим образом:

1. Вычисляется объем комнаты: длина*ширина*высота.
2. Тепловые потери комнаты мы уже вычисляли, поэтому можно воспользоваться теми же данными. Если помещение не имеет наружных перегородок, то принимается среднее значение 41 Вт. для каждого м3 объема комнаты. Делаем расчет: объем комнаты умножаем на 41 Вт и получим необходимое количество тепла для обогрева. Для примера: объем комнаты 50 м3*41Вт=2050 Вт.
3. Каждая секция алюминиевого радиатора передает воздуху 150 Вт. Чтобы передать 2050 Вт, понадобится: 2050/150=13,7 секций. Число округляется до 14.

Подобный расчет поможет подобрать теплогенератор по площади жилища, с учетом всех особенностей здания. Но в процессе вычислений легко допустить ошибку. Безоглядно доверять онлайн-калькуляторам для расчета мощности котла отопления тоже не стоит. Чтобы не пришлось платить дважды, лучше обратиться за помощью к профильным специалистам.

Видео: расчет мощности котла отопления

Расчет мощности котлов отопления для частного дома

Комфортность пребывания людей в помещениях, особенно в зимнее время года, во многом зависит от температуры окружающего их воздуха. Поэтому среди инженерных коммуникаций, обустраиваемых в жилых помещениях, система отопления занимает первое место. В городских условиях вопросы обогрева квартир чаще всего решаются в централизованном порядке, однако в домах частной застройки их владельцам приходится обустраивать автономные системы отопления, основным элементом которых является водогрейный котел. Именно от технико-экономических характеристик последнего зависит эффективность работы всей системы.

Как рассчитать мощность котла

Мощность отопительного котла – это основной показатель, характеризующий его возможности, связанные с оптимальным обогревом помещений во время пиковых нагрузок. Здесь главное – грамотно рассчитать, сколько тепла понадобится для их обогрева. Только в этом случае удастся правильно подобрать котел для отопления частного дома по мощности.

Для расчета мощности котла для дома применяют различные методики, в которых за основу берутся площадь или объем отапливаемых помещений. Совсем недавно необходимую мощность отопительного котла определяли при помощи так называемых домовых коэффициентов, установленных для разного вида домов в пределах (Вт/м. кв.):

• 130…200 – дома, не имеющие теплоизоляции;
• 90…110 – дома с частично утепленным фасадом;
• 50…70 – дома, построенные по технологиям ХХI века.

Расчет мощности котла по геометрическим размерам помещения

Ориентировочно рассчитать мощность котла для отопления дома можно по его площади. Используют при этом формулу:

• Wкот – расчетная мощность котла, кВт;
• S – общая площадь отапливаемого помещения, м. кв.;
• Wуд – удельная мощность котла, которая приходится на каждые 10 м. кв. отапливаемой площади.

В общем случае принимают, что в зависимости от региона, в котором находится помещение, величина удельной мощности котла составляет (кВт\м. кв.):

• для южных районов – 0,7…0,9;
• для районов средней полосы – 1,0…1,2;
• для Москвы и Московской области – 1,2…1,5;
• для северных районов – 1,5…2,0.

Если предполагается, что в помещении будет установлен двухконтурный котел, который кроме обогрева должен обеспечивать пользователей горячей водой, полученную расчетную мощность необходимо увеличить на 25%.

Если высота отапливаемых помещений превышает 2,5 м., то полученный результат корректируют, умножая его на коэффициент Кв. Кв = Н/2,5, где Н — фактическая высота помещения, м.

В этом случае конечная формула выглядит следующим образом: P = (S*Wуд/10)*Кв

Эта методика расчета необходимой мощности, которой должен обладать отопительный котел, подходит для небольших зданий с утепленным чердаком, наличием теплоизоляции стен и окон (двойные стеклопакеты) и т. д. В остальных случаях результат, полученный в результате приблизительного расчета, может привести к тому, что приобретенный котел не сможет работать в штатном режиме. При этом избыточная или недостаточная мощность способствует появлению ряда нежелательных для пользователя проблем:

• снижение технико-экономических показателей работы котла;
• сбой в работе систем автоматики;
• быстрый износ деталей и комплектующих;
• образование конденсата в дымоходе;
• засорение дымохода продуктами неполного сгорания топлива и пр.;

Для получения более точных результатов нужно принимать во внимание величину фактических теплопотерь через отдельные элементы зданий (окон, дверей, стен и пр.).

Уточненный расчет мощности котла

Расчет системы отопления, включающей в свой состав отопительный котел, должен осуществляться индивидуально для каждого объекта. Кроме его геометрических размеров, важно учесть ряд таких параметров:

• наличие принудительной вентиляции;
• климатический пояс;
• наличие горячего водоснабжения;
• степень утепления отдельных элементов объекта;
• наличие чердака и подвала и пр.

• Qt – теплопотери объекта, кВт.
• Кзап – коэффициент запаса, на величину которого рекомендуется увеличить расчетную мощность объекта. Как правило, его величина находится в пределах 1,15…1,20 (15-20%).

Прогнозируемые потери тепла определяются по формулам:

Qt = V*ΔT*Kp/860, V = S*H; где:

• V – объем помещения, м. куб.;
• ΔT – разница между наружной и внутренней температурой воздуха, °С;
• Кр – коэффициент рассеивания, зависящий от степени теплоизоляции объекта.

Коэффициент рассеивания выбирается исходя из типа здания и степени его теплоизоляции.

• Объекты без теплоизоляции: ангары, деревянные бараки, сооружения из гофрированного железа и пр. – Кр = 3,0…4,0.
• Здания с низким уровнем теплоизоляции: стены в один кирпич, деревянные окна, шиферная или железная крыша – Кр принимают равным в пределах 2,0…2,9.
• Дома со средней степенью теплоизоляции: стены в два кирпича, небольшое количество окон, стандартная крыша и т. д. – Кр составляет 1,0…1,9.
• Современные, хорошо утепленные здания: теплый пол, окна с двойными стеклопакетами и т. д. – Кр находится в диапазоне 0,6…0,9.

Чтобы облегчить потребителю поиск отопительного котла, многие производители размещают на своих сайтах и сайтах дилеров специальные калькуляторы. С их помощью, введя в соответствующие поля необходимую информацию, можно с большой долей вероятности определить, на какую площадь рассчитан, например, котел мощностью 24 кВт.

Как правило, такой калькулятор осуществляет расчет по следующим данным:

• усредненное значение температуры наружного воздуха в самую холодную неделю в зимнее время года;
• температура воздуха внутри объекта;
• наличие или отсутствие горячего водоснабжения;
• данные о толщине наружных стен и перекрытий;
• материалы, из которых выполнены перекрытия и наружные стены;
• высота потолков;
• геометрические размеры всех наружных стен;
• количество окон, их размеры и подробное описание;
• информация о наличии или отсутствии принудительной вентиляции.

Обработав полученные данные, калькулятор выдаст заказчику искомую мощность отопительного котла, а также укажет тип и марку агрегата, удовлетворяющего запросу. Пример расчета линейки газовых котлов, предназначенных для обогрева домов разной площади, приведен в таблице:

Примечание к столбцу 11: Нс – навесной атмосферный котел, А – котел напольного типа, Нд – турбированный котел настенного типа.

По приведенным выше методикам осуществляют расчет мощности газового котла. Однако их вполне можно применять и для расчета мощностных характеристик водогрейных агрегатов, работающих на других видах топлива.

Учет теплопотерь

Приступая к разработке системы автономного отопления, необходимо в первую очередь выяснить, сколько тепла уходит на улицу при самых сильных морозах через так называемые ограждающие конструкции. К ним относятся стены, окна, пол и крыша. Только определив величину теплопотерь, можно будет озаботиться подбором источника тепла соответствующей мощности. При этом нужно учесть, что потеря теплоты зданием в зимнее время года происходит не только через ограждающие конструкции. Значительная часть генерируемого тепла (до 30%) расходуется на нагрев холодного воздуха, поступающего с улицы за счет естественной вентиляции.

Общее количество тепла, необходимое для обогрева помещения определяют по формуле:

Q = Qконстр + Qвозд, где:

• Qконстр – количество тепла, теряемого через однотипную конструкцию, Вт;
• Qвозд – количество тепла, расходуемого на подогрев воздуха, поступающего с улицы, Вт.

Суммируя полученные в результате расчетов величины определяют общую тепловую нагрузку на систему отопления всего здания.

Все обмеры осуществляют по внешней стороне здания, в обязательном порядке захватывая его углы. В противном случае расчет теплопотерь будет неточным.

В помещениях существуют и другие пути утечки тепла, например через кухонную вытяжку, открытые двери и окна, щели в конструкциях и пр. Однако количество тепла, потерянного по этим причинам, практически не превышает 5% от величины общих тепловых потерь и поэтому при расчетах не учитывается.

Расчет потерь тепла через ограждающие конструкции

Сложность расчета заключается в том, что его нужно провести для каждого помещения отдельно, внимательно осматривая, измеряя и оценивая состояние каждого его элемента, соседствующего с окружающей средой. Только в этом случае можно учесть все тепло, уходящее из дома.

По результатам произведенных замеров определяется площадь S каждого элемента ограждающих конструкций, которая затем вставляется в базовую формулу для расчета количества теряемой тепловой энергии:

Qконстр = 1/R*(Tв-Tн)*S*(1+Σβ), R = δ/λ; где:

• R – термическое сопротивление материала конструкции, м. кв.°С/Вт;
• δ – теплопроводность материала конструкции, Вт/м°С);
• λ – толщина материала конструкции, м;
• S – площадь наружного ограждения, м. кв.;
• Tв – температура воздуха внутри помещения, °С;
• Tн – самая низкая температура воздуха в зимнее время года, °С;
• β – теплопотери, которые зависят от ориентации здания.

Если конструкция состоит из нескольких материалов, например, стена из кирпича с утеплителем, величина термического сопротивления R рассчитывается отдельно для каждого из этих материалов, а затем суммируется.

Теплопотери, зависящие от ориентации здания, выбираются исходя из того, куда ориентирован ограждающий элемент:

• на северную сторону – β = 0,1;
• на запад или юго-восток – β = 0,05;
• на юг и ли юго-запад – β = 0.

Расчет тепловых потерь через элементы ограждающих конструкций осуществляют для каждого помещения в здании, а затем суммируя их, получают прогнозируемую величину общих потерь тепла в нем. После этого переходят к расчету в следующем помещении. В результате проведенной работы владелец дома сможет выявить пути максимальной утечки тепла и устранить причины их появления.

Расчет тепла, расходуемого на подогрев вентиляционного воздуха

Количество тепла, которое расходуется на подогрев вентиляционного воздуха, достигает в отдельных случаях 30% от общих потерь тепловой энергии. Это достаточно большая величина, игнорировать которую нецелесообразно. Для расчета количества тепла, которое вынужденно будет расходоваться на подогрев приточного воздуха, используется формула:

• c – теплоемкость воздушной смеси, величина которой составляет 0,28 Вт/кг°С;
• m – массовый расход воздуха, поступающего в помещение с улицы, кг.

Массовый расход воздуха, поступающий в помещение извне, определяют, принимая, что воздух обновляется во всем доме 1 раз в течении часа. В этом случае, сложив объемы всех помещений, получают объемную величину расхода воздуха. Затем, используя значение плотности воздуха, его объем переводят в массу. Здесь нужно учесть тот факт, что плотность воздуха зависит от его температуры.

Температура приточного воздуха ºС	— 25	— 20	— 15	— 10	-5	0	+ 5	+ 10
Плотность, кг/м3	1,422	1,394	1,367	1,341	1,316	1,290	1,269	1,247

Подставляя все известные величины в вышеприведенную формулу, определяют количество теплоты, необходимое для подогрева приточного воздуха.

Часто встречаемые ошибки

Расчет автономной системы отопления – это сложный процесс, состоящий из нескольких взаимосвязанных, поэтапно проводимых процедур:

1. Расчет тепловых потерь объекта.
2. Определение температурного режима отдельных помещений и здания в целом.
3. Расчет мощности отопительных радиаторных батарей.
4. Гидравлический расчет отопительной системы.
5. Расчет мощности отопительного котла.
6. Определение общего объема системы автономного отопления.

Тепловой расчет системы отопления – это не теоретические изыскания, а точный и обоснованный результат, практическая реализация которого позволит правильно подобрать все необходимые компоненты и обустроить эффективную систему отопления, без проблем функционирующую в течение многих лет.

Основная ошибка, которую совершают многие владельцы частных домов – игнорирование некоторых этапов расчета. Они считают, что для решения вопроса достаточно выбрать котел помощнее, ориентируясь лишь на данные ориентировочного расчета его мощности по площади помещения. Такой подход грозит излишними эксплуатационными затратами и часто приводит к тому, что котел будет работать постоянно, радиаторные батареи будут горячими, а в помещении будет холодно. В этом случае необходимо вернуться к первоначальному состоянию и произвести полный расчет системы отопления. Только после этого можно приступить к устранению недостатков, вызванных критическими ошибками в расчетах.