Самостоятельный расчёт индивидуальной системы отопления

Из всех известных на данный момент вариантов для обогрева собственного дома наиболее распространённым видом является индивидуальная система водяного отопления. Масляные радиаторы, камины, печи, тепловентиляторы и обогреватели инфракрасного излучения зачастую используют как вспомогательные приборы.

Система отопления частного дома состоит из отопительных приборов, трубопровода и запорно-регулирующих механизмов, всё это служит для транспортировки тепла от теплогенератора к конечным точкам отопления помещений. Важно понимать, что надёжность, долговечность и эффективность индивидуальной системы отопления зависит от её правильного расчёта и монтажа, а также от качества используемых материалов в данной системе и её грамотной эксплуатации.

Расчёт системы отопления

Рассмотрим подробно упрощённый вариант расчёта системы водяного отопления, в котором мы будем использовать стандартные и общедоступные комплектующие. На рисунке схематически представлена индивидуальная система отопления частного дома на основе одноконтурного котла. Прежде всего, нам необходимо определиться с его мощностью, так как он является основой всех вычислений в дальнейшем. Выполним данную процедуру по описанной ниже схеме.

У нас имеется одноэтажный дом с тремя комнатами, прихожей, коридором, кухней, ванной и туалетом. Зная площадь каждого отдельного помещения и высоту комнат, необходимо произвести элементарные расчёты для того, чтобы вычислить объём всего дома:

• комната 1: 10 м2 · 2,8 м = 28 м3
• комната 2: 10 м2 · 2,8 м = 28 м3
• комната 3: 20 м2 · 2,8 м = 56 м3
• прихожая: 8 м2 · 2,8 м = 22,4 м3
• коридор : 8 м2 · 2,8 м = 22,4 м3
• кухня: 15,5 м2 · 2,8 м = 43,4 м3
• ванная: 4 м2 · 2,8 м = 11,2 м3
• туалет: 3 м2 · 2,8 м = 8,4 м3

Таким образом, мы посчитали объём всех отдельных помещений, благодаря чему теперь можно вычислить общий объём дома, он равен 220 кубическим метрам. Заметьте, мы также посчитали объём коридора, но на самом деле там не указано ни одного отопительного прибора, для чего это нужно? Дело в том, что коридор также будет отапливаться, но пассивным образом, за счёт циркуляции тепла, поэтому нам необходимо внести его в общий список отопления, для того, чтобы расчёт был правильным и дал нужный результат.

Следующий этап расчёта мощности котла мы будем проводить, исходя из необходимого количества энергии на один кубический метр. Для каждого региона существует свой показатель — в наших вычислениях используем 40 Вт на кубический метр, исходя из рекомендаций для регионов европейской части СНГ:

• 40 Вт · 220 м3 = 8800 Вт

Полученную цифру необходимо возвести в коэффициент 1,2, что даст нам 20% запаса мощности для того, чтобы котёл постоянно не работал на полную мощность. Таким образом, мы понимаем, что нам необходим котёл, который способен вырабатывать 10,6 кВт (стандартные одноконтурные котлы выпускаются мощностью 12–14 кВт).

Расчёт радиаторов

В нашем случае мы будем использовать стандартные алюминиевые радиаторы высотой 0,6 м. Мощность каждого ребра такого радиатора при температуре 70 °С составляет 150 Вт. Далее мы посчитаем мощность каждого радиатора и количество условных рёбер:

• комната 1: 28 м3 · 40 Вт · 1,2 = 1344 Вт. Округляем до 1500 и получаем 10 условных рёбер, но поскольку у нас два радиатора, оба под окнами, мы возьмём один с 6-ю рёбрами, второй с 4-мя.
• комната 2: 28 м3 · 40 Вт · 1,2 = 1344 Вт. Округляем до 1500 и получаем один радиатор с 10-ю рёбрами.
• комната 3: 56 м3 · 40 Вт · 1,2 = 2688 Вт Округляем до 2700 и получаем три радиатора: 1-й и 2-й по 5 рёбер, 3-й (боковой) — 8 рёбер.
• прихожая: 22,4 м3 · 40 Вт · 1,2 = 1075,2 Вт. Округляем до 1200 и получаем два радиатора по 4 ребра.
• ванная: 11,2 м3 · 45 Вт · 1,2 = 600 Вт. Тут температура должна быть немного выше, получается 1 радиатор с 4-мя рёбрами.
• туалет: 8,4 м3 · 40 Вт · 1,2 = 403,2 Вт. Округляем до 450 и получаем три ребра.
• кухня: 43,4 м3 · 40 Вт · 1,2 = 2083,2 Вт. Округляем до 2100 и получаем два радиатора по 7 рёбер.

В конечном результате мы видим, что нам необходимо 12 радиаторов общей мощностью:

• 900 + 600 + 1500 + 750 + 750 + 1200 + 600 + 600 + 600 + 450 + 1050 + 1050 = 10,05 кВт

Исходя из последних расчётов, видно, что наша индивидуальная система отопления без проблем справится с возложенной на неё нагрузкой.

Выбор труб

Трубопровод для системы индивидуального отопления является средой для транспортировки тепловой энергии (в частности, нагретой воды). На отечественном рынке трубы для монтажа систем представлены в трёх основных видах:

Металлические трубы имеют ряд значительных недостатков. Кроме того, что они обладают большим весом и требуют специального оборудования для монтажа, а также наличие опыта, они ещё подвержены коррозии и могут накапливать статическое электричество. Хороший вариант — медные трубы, они способны выдерживать температуру до 200 градусов и давление около 200 атмосфер. Но медные трубы отличаются спецификой в монтаже (требуется специальное оборудование, серебряный припой и большой опыт работы), кроме того их стоимость очень велика. Самым популярным вариантом считаются пластиковые трубы. И вот почему:

• они имеют алюминиевую основу, которая с двух сторон покрыта пластмассой, благодаря чему они обладают огромной прочностью;
• они абсолютно не пропускают кислород, что позволяет свести к нулю процесс образования коррозии на внутренних стенках;
• благодаря алюминиевому армированию у них очень низкий коэффициент линейного расширения;
• пластиковые трубы антистатичны;
• обладают малым гидравлическим сопротивлением;
• не требуется специальных навыков для монтажа.

Монтаж системы

Первым делом нам требуется установить секционные радиаторы. Их надо размещать строго под окнами, тёплый воздух от радиатора будет препятствовать проникновению холодного воздуха из окна. Для монтажа секционных радиаторов не понадобится никакого специального оборудования, лишь перфоратор и строительный уровень. Необходимо строго придерживаться одного правила: все радиаторы в доме должны быть смонтированы строго на одном горизонтальном уровне, от этого параметра зависит общая циркуляция воды в системе. Также соблюдайте вертикальное расположение рёбер радиатора.

После монтажа радиаторов можно приступать к прокладке труб. Необходимо заранее промерить общую длину труб, а также посчитать количество всевозможных фитингов (колен, тройников, заглушек и пр.). Для монтажа пластиковых труб понадобится всего три инструмента — рулетка, ножницы для труб и паяльник. На большинстве таких труб и фитингов есть лазерная перфорация в виде насечек и направляющих линий, что даёт возможность по месту выполнять монтаж правильно и ровно. Работая с паяльником, следует придерживаться только одного правила — после того как вы расплавили и состыковали концы изделий, ни в коем случае не прокручивайте их, если с первого раза не получилось припаять ровно, иначе возможна течь в этом месте. Лучше заранее потренируйтесь на кусочках, которые пойдут в отходы.

Дополнительные приборы

По статистике система с пассивной циркуляцией воды будет исправно функционировать, если площадь помещения не превышает 100–120 м2. В противном случае необходимо использовать специальные насосы. Конечно, существует ряд котлов, в которые уже встроены насосные системы и они сами обеспечивают циркуляцию воды по трубам, если у вас не такой, то следует приобрести его отдельно.

На отечественном рынке их выбор очень велик, к тому же они отвечают всем необходимым требованиям — потребляют мало электроэнергии, бесшумны и малогабаритны. Монтируют циркуляционные насосы на концах веток отопления. Таким образом, насос прослужит дольше, так как он не будет находиться под прямым воздействием горячей воды.

Из всего вышеперечисленного становится ясно, что с монтажом подобной системы без труда справятся два или три человека, для этого не требуется обладать специальными профессиональными навыками, главное, уметь пользоваться элементарными строительными инструментами. В нашей статье мы рассмотрели систему индивидуального отопления, собранную с помощью стандартных комплектующих, их цена и общедоступность позволят почти каждому у себя дома смонтировать аналогичную систему отопления.

Теплотехнический расчет здания: специфика и формулы выполнения вычислений + практические примеры

При эксплуатации здания нежелателен как перегрев, так и промерзание. Определить золотую середину позволит теплотехнический расчет, который не менее важен, чем вычисление экономичности, прочности, стойкости к огню, долговечности.

Исходя из теплотехнических норм, климатических характеристик, паро – и влагопроницаемости осуществляется выбор материалов для сооружения ограждающих конструкций. Как выполнить этот расчет, рассмотрим в статье.

Цель теплотехнического расчета

От теплотехнических особенностей капитальных ограждений здания зависит многое. Это и влажность конструктивных элементов, и температурные показатели, которые влияют на наличие или отсутствие конденсата на межкомнатных перегородках и перекрытиях.

Расчет покажет, будут ли поддерживаться стабильные температурные и влажностные характеристики при плюсовой и минусовой температуре. В перечень этих характеристик входит и такой показатель, как количество тепла, теряющегося ограждающими конструкциями строения в холодный период.

Нельзя начинать проектирование, не имея всех этих данных. Опираясь на них, выбирают толщину стен и перекрытий, последовательность слоев.

Теплотехнический расчет ставит перед собой цели определить:

1. Идентичны ли конструкции заявленным запросам с точки зрения тепловой защиты?
2. Настолько полно обеспечивается комфортный микроклимат внутри здания?
3. Обеспечивается ли оптимальная тепловая защита конструкций?

Основной принцип — соблюдение баланса разности температурных показателей атмосферы внутренних конструкций ограждений и помещений. Если его не соблюдать, тепло будут поглощать эти поверхности, а внутри температура останется очень низкой.

На внутреннюю температуру не должны существенно влиять изменения теплового потока. Эту характеристику называют теплоустойчивостью.

Путем выполнения теплового расчета определяют оптимальные пределы (минимальный и максимальный) габаритов стен, перекрытий по толщине. Это является гарантией эксплуатации здания на протяжении длительного периода как без экстремальных промерзаний конструкций, так и перегревов.

Параметры для выполнения расчетов

Чтобы выполнить теплорасчет, нужны исходные параметры.

Зависят они от ряда характеристик:

1. Назначения постройки и ее типа.
2. Ориентировки вертикальных ограждающих конструкций относительно направленности к сторонам света.
3. Географических параметров будущего дома.
4. Объема здания, его этажности, площади.
5. Типов и размерных данных дверных, оконных проемов.
6. Вида отопления и его технических параметров.
7. Количества постоянных жильцов.
8. Материала вертикальных и горизонтальных оградительных конструкций.
9. Перекрытия верхнего этажа.
10. Оснащения горячим водоснабжением.
11. Вида вентиляции.

Учитываются при расчете и другие конструктивные особенности строения. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций не должна способствовать чрезмерному охлаждению внутри дома и снижать теплозащитные характеристики элементов.

Потери тепла вызывает и переувлажнение стен, а кроме того, это влечет за собой сырость, отрицательно влияющую на долговечность здания.

В процессе расчета, прежде всего, определяют теплотехнические данные стройматериалов, из которых изготавливаются ограждающие элементы строения. Помимо этого, определению подлежит приведенное сопротивление теплопередачи и сообразность его нормативному значению.

Формулы для производства расчета

Утечки тепла, теряемого домом, можно разделить на две основные части: потери через ограждающие конструкции и потери, вызванные функционированием вентиляционной системы. Кроме того, тепло теряется при сбросе теплой воды в канализационную систему.

Потери через ограждающие конструкции

Для материалов, из которых устроены ограждающие конструкции, нужно найти величину показателя теплопроводности Кт (Вт/м х градус). Они есть в соответствующих справочниках.

Теперь, зная толщину слоев, по формуле: R = S/Кт, высчитывают термическое сопротивление каждой единицы. Если конструкция многослойная, все полученные значения складывают.

Руководствуясь такой методикой, к учету принимают тот момент, что материалы, составляющие конструкции, имеют неодинаковую структуру. Также учитывается, что поток тепла, проходящий сквозь них, имеет разную специфику.

Для каждой отдельной конструкции теплопотери определяют по формуле:

Q = (A / R) х dT

• А — площадь в м².
• R — сопротивление конструкции теплопередаче.
• dT — разность температур снаружи и изнутри. Определять ее нужно для самого холодного 5- дневного периода.

Выполняя расчет таким образом, можно получить результат только для самого холодного пятидневного периода. Общие теплопотери за весь холодный сезон определяют путем учета параметра dT, учитывая температуру не самую низкую, а среднюю.

Далее, высчитывают количество энергии, необходимой для компенсации потерь тепла, ушедшего как через ограждающие конструкции, так и через вентиляцию. Оно обозначается символом W.

Для этого есть формула:

W = ((Q + Qв) х 24 х N)/1000

В ней N — длительность отопительного периода в днях.

Недостатки расчета по площади

Расчет, основанный на площадном показателе, не отличается большой точностью. Здесь не принят во внимание такой параметр, как климат, температурные показатели как минимальные, так и максимальные, влажность. Из-за игнорирования многих важных моментов расчет имеет значительные погрешности.

Часто стараясь перекрыть их, в проекте предусматривают «запас».

Если все же для расчета выбран этот способ, нужно учитывать следующие нюансы:

1. При высоте вертикальных ограждений до трех метров и наличии не более двух проемов на одной поверхности, результат лучше умножить на 100 Вт.
2. Если в проект заложен балкон, два окна либо лоджия, умножают в среднем на 125 Вт.
3. Когда помещения промышленные или складские, применяют множитель 150 Вт.
4. В случае расположения радиаторов вблизи окон, их проектную мощность увеличивают на 25%.

Формула по площади имеет вид:

Q=S х 100 (150) Вт.

Здесь Q — комфортный уровень тепла в здании, S — площадь с отоплением в м². Числа 100 или 150 — удельная величина тепловой энергии, расходуемой для нагрева 1 м².

Потери через вентиляцию дома

Ключевым параметром в этом случае является кратность воздухообмена. При условии, что стены дома паропроницаемые, эта величина равна единице.

Предусматривается полное обновление воздуха внутри здания за один час. Здания, построенные по стандарту DIN, имеют стены с пароизоляцией, поэтому здесь кратность воздухообмена принимают равной двум.

Есть формула, по которой определяют теплопотери через систему вентиляции:

Qв = (V х Кв : 3600) х Р х С х dT

Здесь символы обозначают следующее:

1. Qв — теплопотери.
2. V — объем комнаты в мᶾ.
3. Р — плотность воздуха. еличина ее принимается равной 1,2047 кг/мᶾ.
4. Кв — кратность воздухообмена.
5. С — удельная теплоемкость. Она равна 1005 Дж/кг х С.

По итогам этого расчета можно определить мощность теплогенератора отопительной системы. В случае слишком высокого значения мощности выходом из ситуации может стать устройство вентиляции с рекуператором. Рассмотрим несколько примеров для домов из разных материалов.

Пример теплотехнического расчета №1

Рассчитаем жилой дом, находящийся в 1 климатическом районе (Россия), подрайон 1В. Все данные взяты из таблицы 1 СНиП 23-01-99. Наиболее холодная температура, наблюдающаяся на протяжении пяти дней обеспеченностью 0,92 — tн = -22⁰С.

В соответствии со СНиП отопительный период (zоп) продолжается 148 суток. Усредненная температура на протяжении отопительного периода при среднесуточных температурных показателях воздуха на улице 8⁰ — tот = -2,3⁰. Температура снаружи в отопительный сезон — tht = -4,4⁰.

Оговорено условие, что в комнатах дома должна быть обеспечена температура 22⁰. Дом имеет два этажа и стены толщиной 0,5 м. Высота его — 7 м, габариты в плане — 10 х 10 м. Материал вертикальных ограждающих конструкций — теплая керамика. Для нее коэффициент теплопроводности — 0,16 Вт/м х С.

В качестве наружного утеплителя, толщиной 5 см, использована минеральная вата. Значение Кт для нее — 0,04 Вт/м х С. Количество оконных проемов в доме — 15 шт. по 2,5 м² каждое.

Теплопотери через стены

Прежде всего, нужно определить термическое сопротивление как керамической стены, так и утеплителя. В первом случае R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 кв. м х С/Вт. Во втором — R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 кв. м х С/Вт. В целом для вертикальной ограждающей конструкции: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 кв. м х С/Вт.

Так как теплопотери имеют прямо пропорциональную взаимосвязь с площадью ограждающих конструкций, рассчитываем площадь стен:

А = 10 х 4 х 7 – 15 х 2,5 = 242,5 м²

Теперь можно определить потери тепла через стены:

Qс = (242,5 : 4.375) х (22 – (-22)) = 2438,9 Вт.

Теплопотери через горизонтальные ограждающие конструкции рассчитывают аналогично. В итоге все результаты суммируют.

Если подвал под полом первого этажа отапливается, пол можно не утеплять. Стены подвала все же лучше обшить утеплителем, чтобы тепло не уходило в грунт.

Определение потерь через вентиляцию

Чтобы упростить расчет, не учитывают толщину стен, а просто определяют объем воздуха внутри:

V = 10х10х7 = 700 мᶾ.

При кратности воздухообмена Кв = 2, потери тепла составят:

Qв = (700 х 2) : 3600) х 1,2047 х 1005 х (22 – (-22)) = 20 776 Вт.

Qв = (700 х 1) : 3600) х 1,2047 х 1005 х (22 – (-22)) = 10 358 Вт.

Эффективную вентиляцию жилых домов обеспечивают роторные и пластинчатые рекуператоры. КПД у первых выше, он достигает 90%.

Пример теплотехнического расчета №2

Требуется произвести расчет потерь сквозь стену из кирпича толщиной 51 см. Она утеплена 10-сантиметровым слоем минеральной ваты. Снаружи – 18⁰, внутри — 22⁰. Габариты стены — 2,7 м по высоте и 4 м по длине. Единственная наружная стена помещения ориентирована на юг, внешних дверей нет.

Для кирпича коэффициент теплопроводности Кт = 0,58 Вт/мºС, для минеральной ваты — 0,04 Вт/мºС. Термическое сопротивление:

R1 = 0,51 : 0,58 = 0,879 кв. м х С/Вт. R2 = 0,1 : 0,04 = 2,5 кв. м х С/Вт. В целом для вертикальной ограждающей конструкции: R = R1 + R2 = 0.879 + 2,5 = 3.379 кв. м х С/Вт.

Площадь внешней стены А = 2,7 х 4 = 10,8 м²

Потери тепла через стену:

Qс = (10,8 : 3.379) х (22 – (-18)) = 127,9 Вт.

Для расчета потерь через окна применяют ту же формулу, но термическое сопротивление их, как правило, указано в паспорте и рассчитывать его не нужно.

Если в доме окна с размерами 1,5 х 1,5 м ² энергосберегающие, ориентированы на Север, а термическое сопротивление равно 0,87 м2°С/Вт, то потери составят:

Qо = (2,25 : 0,87) х (22 – (-18)) = 103,4 т.

Пример теплотехнического расчета №3

Выполним тепловой расчет деревянного бревенчатого здания с фасадом, возведенным из сосновых бревен слоем толщиной 0,22 м. Коэффициент для этого материала — К=0,15. В этой ситуации теплопотери составят:

R = 0,22 : 0,15 = 1,47 м² х ⁰С/Вт.

Самая низкая температура пятидневки — -18⁰, для комфорта в доме задана температура 21⁰. Разница составит 39⁰. Если исходить из площади 120 м², получится результат:

Qс = 120 х 39 : 1,47 = 3184 Вт.

Для сравнения определим потери кирпичного дома. Коэффициент для силикатного кирпича — 0,72.

R = 0,22 : 0,72 = 0,306 м² х ⁰С/Вт.
Qс = 120 х 39 : 0,306 = 15 294 Вт.

В одинаковых условиях деревянный дом более экономичный. Силикатный кирпич для возведения стен здесь не подходит вовсе.

Строители и архитекторы рекомендуют обязательно делать теплорасчет при устройстве отопления для грамотного подбора оборудования и на стадии проектирования дома для выбора подходящей системы утепления.

Пример теплорасчета №4

Дом будет построен в Московской области. Для расчета взята стена, созданная из пеноблоков. Как утеплитель применен экструдированный пенополистирол. Отделка конструкции — штукатурка с двух сторон. Структура ее — известково-песчаная.

Пенополистирол имеет плотность 24 кг/мᶾ.

Относительные показатели влажности воздуха в комнате — 55% при усредненной температуре 20⁰. Толщина слоев:

• штукатурка — 0,01 м;
• пенобетон — 0,2 м;
• пенополистирол — 0,065 м.

Задача — отыскать нужное сопротивление теплопередаче и фактическое. Необходимое Rтр определяют, подставив значения в выражение:

Rтр=a х ГСОП+b

где ГОСП — это градусо-сутки сезона отопления, а и b — коэффициенты, взятые из таблицы №3 Свода Правил 50.13330.2012. Поскольку здание жилое, a равно 0,00035, b = 1,4.

ГСОП высчитывают по формуле, взятой из того же СП:

ГОСП = (tв – tот) х zот.

В этой формуле tв = 20⁰, tот = -2,2⁰, zот — 205 — отопительный период в сутках. Следовательно:

ГСОП = ( 20 – (-2,2)) х 205 = 4551⁰ С х сут.;

Rтр = 0,00035 х 4551 + 1,4 = 2,99 м2 х С/Вт.

Используя таблицу №2 СП50.13330.2012, определяют коэффициенты теплопроводности для каждого пласта стены:

• λб1 = 0,81 Вт/м ⁰С;
• λб2 = 0,26 Вт/м ⁰С;
• λб3 = 0,041 Вт/м ⁰С;
• λб4 = 0,81 Вт/м ⁰С.

Полное условное сопротивление теплопередаче Rо, равно сумме сопротивлений всех слоев. Рассчитывают его по формуле:

Подставив значения получают: Rо усл. = 2,54 м2°С/Вт. Rф определяют путем умножения Rо на коэффициент r, равный 0.9:

Rф = 2,54 х 0,9 = 2,3 м2 х °С/Вт.

Результат обязывает изменить конструкцию ограждающего элемента, поскольку фактическое тепловое сопротивление меньше расчетного.

Существует множество компьютерных сервисов, ускоряющих и упрощающих расчеты.

Теплотехнические расчеты напрямую связаны с определением точки росы. Что это такое и как найти ее значение узнаете из рекомендуемой нами статьи.

Выводы и полезное видео по теме

Выполнение теплотехнического расчета при помощи онлайн-калькулятора:

Правильный теплотехнический расчет:

Грамотный теплотехнический расчет позволит оценить результативность утепления наружных элементов дома, определить мощность необходимого отопительного оборудования.

Как результат, можно сэкономить при покупке материалов и нагревательных приборов. Лучше заранее знать, справиться ли техника с нагревом и кондиционированием строения, чем покупать все наугад.

Оставляйте, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, размещайте фото по теме статьи в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как теплотехнический расчет помог вам выбрать обогревательное оборудование нужной мощности или систему утепления. Не исключено, что ваша информация пригодится посетителям сайта.