Расчет мощности котла на твердом топливе

Каждый владелец загородного дома сталкивается с необходимостью обустройства системы отопления. Она необходима, чтобы температура в помещениях была комфортной не только зимой, но и летом. Многие интересуются, как рассчитать мощность твердотопливного котла. Это объясняется тем, что в некоторых регионах из-за отсутствия газовых коммуникаций (иногда и ЛЭП) приходится использовать дрова, уголь и пр.

Для чего необходимо рассчитывать мощность

По внешнему виду и эксплуатационным характеристикам, указанным в техническом паспорте, можно сделать поверхностное представление о возможностях отопительного оборудования. Мощность — это основной параметр, по которому потребители подбирают агрегат.

Какие факторы нужно учитывать

На выбор агрегата для загородного дома влияют внешние критерии, характеристики самого здания (толщина стен, используемый строительный и отделочный материал, кровля, площадь, объем отапливаемых комнат и пр.).

Состояние помещения

При расчете мощности котла отопления нужно учитывать конструктивные особенности объекта:

• строительные материалы, которые использовались для возведения здания;
• высоту потолков, толщину стен, площадь помещения;
• количество и размер окон;
• параметры входных проемов и дверей;
• конструкцию крыши и материал изготовления;
• внешнюю и внутреннюю отделку дома;
• использование изоляционных материалов.

Обязательно учитывается площадь остекления и теплопроводность здания.

Зависимость от типа горючего

Для твердотопливных агрегатов может использоваться разный вид материалов. После перегорания выдаваемая мощность будет различаться (КПД котла):

1. Уголь: с 490 г получают 5,7 кВт/ч.
2. Дрова: 250 г — 1 кВт/ч.
3. Брикеты из ольхи: 290 г — 3,5 кВт/ч.
4. Опилки: 300 г — 1 кВт/ч.
5. Древесина для изготовления брикетов: 300 г — 3 кВт/ч.

Под каждый из перечисленных материалов предусмотрена своя конструкция печи. Также для достижения максимальной экономии нужно учитывать стоимость топлива.

Свободная площадь

Удельная мощность агрегата берется для нагрева 10 м² помещения. Соответственно, при расчете оборудования учитывается площадь отапливаемых комнат.

Если котел водогрейный

При покупке подобного отопительного агрегата специалисты рекомендуют добавлять к полученной мощности 30%.

Способы расчета

Для поддержания в жилых помещениях комфортной температуры, самостоятельно оборудуя систему отопления, нужно учитывать потери тепла через половое основание, стены, потолок, дверные и оконные конструкции. Должен быть запас мощности на случай сильных морозов.

По объему отапливаемой территории

Формула для расчета тепла:

Q = V × ΔT × K / 850, где

• Q — количество тепловой энергии, кВт/ч;
• V — объем комнаты, м³;
• ΔT — температурная разница внешней и внутренней воздушной среды;
• К — коэффициент потери тепловой энергии;
• 850 — постоянное число для перевода в кВт/ч.

Значения теплового коэффициента для разных объектов:

• улучшенные конструкции зданий (кирпичные стены, толстые полы, двойные стеклопакеты в оконных проемах, изоляция выполнена в 2 слоя) — К = 0,6-0,9;
• стандартные жилые постройки — К = 1-1,9;
• упрощенные конструкции домов с одним слоем теплоизоляции и стандартными окнами — К = 2-2,9;
• деревянные строения — К = 3-4.

При расчете необходимого количества тепла для всех жилых комнат дома нужно учитывать подогрев воды для потребительских нужд семьи.

По площади помещения

При выполнении расчета количества необходимого тепла для комнаты учитывается множество нюансов, поэтому такой способ является более точным.

Формула: Q = 0,1 × S × k1 × k2 × k3 ….. k7, где

• норма тепловой энергии — 0,1 кВт/м²;
• S — площадь территории;
• k1 — показатель потерь через оконные конструкции (одинарный стеклопакет — 1,27, двойной — 1, тройной — 0,85);
• k2 — затраты тепла по площади окна (Sw) относительно площади полового основания Sf (при Sw/Sf = 0,1, k2 = 0,8; соответственно, 0,2 к 0,9; 0,3 к 1,0; 0,4 к 1,1 и 0,5 к 1,2);
• k3 — утечка энергии через стены помещения (при использовании изоляционного материала низкого качества — 1,27; применение материала толщиной 15 см или двойной кирпичной кладки — 1,0; для утеплителя высокого качества — 0,854);
• k4 — утеря тепла из-за внешней температуры (при Т=-10°С, k4=0,7, соответственно, -15°С к 0,9; -20°С к 1,1; -25°С к 1,3; -30°С к 1,5);
• k5 — затраты энергии из-за 1 наружной стены — 1,1; 2-х — 1,2; 3-х — 1,3; 4-х — 1,4;
• k6 — дополнительное количество тепла в зависимости от высоты потолка помещения: Н=2,5 м, К=1, соответственно, 3 м к 1,05; 3,5 м к 1,1; 4 м к 1,15; 4,5 м к 1,2;
• k7 — потери энергии в зависимости от конструкции, находящейся над отапливаемой комнатой (холодный чердак — К=1, утепленный — 0,9, обогреваемое помещение — 0,8).

Например, у здания есть 4 наружных стены, оконные проемы оснащены тройными стеклопакетами, параметры которых составляют 30% в сравнении с площадью полового основания. Между потолком и кровельной конструкцией находится холодный чердак.

Расчетная формула: Q = 0,1 × 200 × 0,85 × 1 × 0,854 × 1,3 × 1,4 × 1,05 × 1 = 27,74 кВт/ч.

Полученный показатель увеличивают на количество тепловой энергии, которая понадобиться для ГВС (при наличии подключения данной системы к твердотопливному аппарату).

Расчет для водогрейного котла

Этот показатель получают с помощью следующей формулы:

Qв = с × m × Δt, где

• Qв — энергия, необходимая для водогрейного котла;
• с — удельная теплоемкость жидкости (постоянная величина, равная 4200 Дж/кг*К);
• m — масса воды;
• Δt — температурная разница холодной и нагретой жидкости.

Например, семья из 4 человек потребляет 150 л/день горячей воды. Котел оборудован теплоносителем, способным подогревать жидкость, поступающую из общей коммуникационной системы с Т = 10°С до Т = 80°С. В этом случае разница температур Δt = 80 — 10 = 70°С.

Подставляем все значения в формулу и получаем:

Qв = 4200 Дж/кг*К × 150 кг × 70 °С = 44 100 000 Дж (в переводе 12,25 кВт/ч).

Например, надо подогреть сразу 150 л воды для стирки. Соответственно, косвенный теплообменник имеет емкость 150 л. Поэтому к 28,58 кВт/ч (расход энергии на помещение) нужно дополнительно добавить 12,25 кВт/ч (нагрев воды). При этом значение Qзаг ниже 40,83 кВт/ч, т.е. температура воздуха в комнатах будет меньше расчетных 20°С.

При порционном подогреве жидкости (емкость косвенного теплообменника = 50 л) затраты составят 12,25 кВт/3 = 4,08 кВт/ч. Соответственно, Qзаг = 28,58 + 4,08 = 32,66 кВт/ч. Это и есть необходимая мощность отопительного оборудования для поддержания комнатной температуры выше 20°С и нагревания емкости с водой для бытового пользования.

Как упростить подсчеты

Для удобства определения мощности котла обогрева на 100 м² площади загородного дома берут 10 кВт. Получается минимальное значение, ниже которого не должен быть рассматриваемый параметр приобретаемого агрегата.

Для корректировки полученного показателя нужно использовать специальный климатический коэффициент в зависимости от места размещения отапливаемого объекта:

• южные регионы РФ — 0,7-0,9;
• средняя полоса — 1-1,5;
• Московская область — 1,2-1,5;
• северные территории — 1,5-2.

Соответственно, мощность котла рассчитывается по формуле: Q = Sдома * Kкл + 10-15% (тепловые потери через стены, двери и окна). Но, если потолки в помещениях выше 2,7 м, рекомендуется использовать дополнительный коэффициент поправки. Чтобы получить его значение, нужно фактическую высоту разделить на стандартную.

Что будет, если купить неподходящее по мощности оборудование

Если расчет агрегата сделать неверно, при этом как минимального, так и максимального температурного значения, система будет функционировать под большими нагрузками или промерзать при сильных морозах. Это приведет к быстрому выходу из строя аппарата отопления. Поэтому при покупке такого котла рекомендуется проконсультироваться у специалистов и рассчитать его эксплуатационные характеристики на специальном калькуляторе.

Расчет мощности твердотопливных котлов

При выборе твердотопливного котла нужно предусматривать мощность. От нее зависит, сможет ли устройство создать необходимое количество тепла для всего дома или нет. Нежелательно выбирать слишком мощный котёл, потому, что он будет работать в режиме экономии, а это скажется на уменьшении КПД.

Чтобы сделать правильный выбор твердотопливного котла, нужно знать два показателя:

1. Количество тепла, необходимое для отопления помещения и нагрева воды.
2. Реальную мощность прибора.

Расчет мощности в зависимости от объема помещения

Формула расчета такова:

Q = VxΔTxK/850,

• где Q – количество тепла, определенное в кВт/ч4;
• V – объем помещения (единица измерения куб. м);
• ΔT является разницей между температурой снаружи и температурой в помещении;
• К – корректирующий коэффициент, учитывающий теплопотери;
• цифра 850 используется для того, чтобы перевести произведение вышеуказанных трех показателей в кВт/час.

К может иметь такие значения:

1. 3-4 – для помещений, представляющих собой упрощенную деревянную конструкцию или здание, сделанное из профлиста.
2. 2-2,9 – для зданий, имеющих небольшую теплоизоляцию. Конструкция таких домов является упрощенной, толщина стены равна длине 1 кирпича, окна и крыша имеют простое строение.
3. 1-1,9 – для домов, конструкция которых является стандартной. Кирпичная кладка двойная, количество простых окон небольшое. Крыша имеет обычную кровлю.
4. 0,6-0,9 – для домов с улучшенной конструкцией, двойной теплоизоляцией кирпичных стен, окнами с двойным стеклопакетом, толстой основой пола, крышей, сделанной из хорошего теплоизоляционного материала.

Расчет тепла для ГВС

Чтобы рассчитать, сколько тепла нужно потратить на подогрев воды, нужно использовать формулу Qв = с*m*Δt:

• где с является удельной теплоемкостью воды (показатель всегда равен 4200 Дж/кг*К);
• m – масса воды в кг;
• Δt разница температур между нагретой водой и поступившей из водопровода.

Qв = 4200*150*70 = 44 100 000 Дж или же 12,25 кВт/ч.

Далее поступают так:

1. Если 150 л надо нагреть за один раз, емкость косвенного бойлера составляет 150 л, то 12,25 кВт/ч добавляют к 28,58 кВт/ч. Это нужно делать потому, что при Qзаг, меньшим 40,83 , в помещении будет холоднее расчетных 20 °С.
2. Если вода должна нагреваться порциями, объем косвенного бойлера равен 50 л, то 12,25 делят на 3 и добавляют своими руками к 28,58. Qзаг будет равен 32,67 кВт/ч. Это и является мощностью устройства для системы отопления.

Расчет по площади

Он является более точным, поскольку учитывает большее число факторов. Расчет производится по формуле:

Q = 0,1*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7, где:

0,1 кВт является нормой тепла на 1 кв. м;

S – площадь отапливаемого дома;

k1 демонстрирует потерю тепла, вызванную конструкцией окон. Имеет значение:

• 1,27 – если окна имеют одно стекло;
• 1,0 – если имеются окна с двойным стеклопакетом;
• 0,85 – если стоят окна с тройным стеклом.

k2 демонстрирует потерю тепла, вызванную площадью окна (Sw). Является отношением Sw к площади пола Sf. Его значения такие:

• 0,8 при Sw/Sf = 0,1;
• 0,9 при Sw/Sf = 0,2;
• 1 при Sw/Sf = 0,3;
• 1,1 при Sw/Sf = 0,4;
• 1,2 при Sw/Sf = 0,5.

k3 является коэффициентом потери тепла через стены. Бывает таким:

• 1,27 при очень плохой теплоизоляции;
• 1 в домах со стеной в 2 кирпича или утеплителем, толщина которого составляет 15 см;
• 0,854 при хорошей теплоизоляции.

k4 показывает потерю тепла в зависимости от температуры воздуха за пределами дома (tз). Имеет такие значения:

• 0,7, если tз = -10 °С;
• 0,9 для tз = -15 °С;
• 1,1 для tз = -20 °С;
• 1,3 для tз = -25 °С;
• 1,5 для tз = -30 °С.

k5 демонстрирует потерю тепла через наружные стены. Является таким:

• 1,1 для помещений с одной внешней стеной;
• 1,2 для 2 внешних стен;
• 1,3 для 3 внешних стен;
• 1,4 для здания с 4 внешними стенами.

K6 показывает, сколько требуется дополнительного тепла в зависимости от высоты потолка (Н). Его значения такие:

• 1 для Н = 2,5 м;
• 1,05 для Н = 3,0 м;
• 1,1 для Н = 3,5 м;
• 1,15 для Н = 4,0 м;
• 1,2 для Н = 4,5 м.

k7 определяет потери тепла в зависимости от типа помещения, размещаемого над отапливаемой комнатой. Бывает таким:

• 0,8 для отапливаемых помещений;
• 0,9 для теплого чердака;
• 1 для холодного чердака.

Q = 0,1*200*0,85*1*0,854*1,3*1,4*1,05*1 = 27,74 кВт/ч. Эту цифру надо повысить, добавив своими руками количество тепла, необходимого для ГВС.

Реальная мощность котла длительного горения

Многие приборы созданы под конкретный тип горючего. Если в них сжигать другие виды топлива, то их КПД будет меньше.

Расчет мощности будет проведен на основе пиролизного котла Viessmann Vitoligno 100-S 60. Его особенности таковы:

1. Работает на дровах.
2. За 1 час в камере загрузки сгорает от 6 до 15 кг дров.
3. Его номинальная мощность составляет 60 кВт.
4. Объем загрузочной камеры составляет 294 л.
5. КПД составляет 87%

Пусть владелец планирует сжигать в нем осиновые дрова. 1 кг таких дров выдает 2,82 кВт/ч. Если за 1 час котел сжигает 15 кг, то он выделяет 2,82*15*0,87 = 36,801 кВт/ч тепла (0,87 является КПД). Такого прибора для отопления дома с бойлером на 150 л не хватит, а для ГВС с бойлером на 50 л – вполне. Чтобы получить цифру 32,67 кВт/ч, нужно за 1 час сжечь 13,31 кг осиновых дров (32,67/(2,82*0,87) = 13,31). Это в случае, если рассчитывать потребность в тепле по объему.

Можно посчитать, за какое время сгорит полная загрузка дров. 1 л таких дров весит 0,143 кг. В камере помещается 294*0,143 = 42 кг дров. Этого запаса хватит на время, превышающее 3 часа. Это мало, поэтому нужно выбрать агрегат со вдвое большей топкой или же найти иное устройство, например, пеллетное.

Некоторые твердотопливные приборы для системы отопления рассчитаны на разные виды топлива. Например, котел «Стропува». В нем можно сжигать уголь, дрова и топливо пеллетного типа. Реальная мощность при использовании различного топлива будет разной. Расчет такого показателя делают своими руками, используя энергоэффективность каждого вида топлива. После осуществляют выбор лучшего из них.

Энергоэффективность различных видов топлива

1. Сгорание 1 кг сухих опилок или мелкой хвойной стружки выдает 3,2 кВт/ч. 1 л весит 1,137 кг.
2. Ольховые брикеты лучше – 3,5 кВт/ч. Вес 1 л – 0,285 кг.
3. Брикеты из твердолиственных деревьев выдают 3,1 кВт/ч. 1 л весит 0,31 кг.
4. Эффективность каменного угля ДПК равняется 4,85 кВт/ч. Вес 1 л – 0,4 кг.
5. 1 кг СООМ дает 5,58 кВт/ч тепла. Вес 1 л – 0,403 кг.
6. Антрацит даёт 5,68 кВт/ч. 1 л имеет вес 0,485 кг.
7. Белорусский торф – 2,36 кВт/ч. Вес 1 л – 0,34 кг.

Некоторые производители указывают общее время горения одной загрузки и не пишут, сколько топлива сгорает за 1 час. В таком случае нужно рассчитать:

1. Вес горючего, которое может поместиться в топке.
2. Количество тепла, которое выделит это топливо. Его корректируют на КПД.
3. Количество тепла, которое выделяется за один час. Вышеуказанную цифру делят на время сгорания всего объема горючего.

Конечная цифра и является реальной мощностью твердотопливного котла для системы отопления, которую он может выдать за 1 час.