Как рассчитывать объем теплоносителя в системе отопления

Сталкиваясь с необходимостью монтажа или реконструкции отопления, многие из нас задаются вопросом, как рассчитать достаточное количество рабочей жидкости для эффективной работы отопления. В первую очередь нужно понимать, что общий показатель будет зависеть от суммарного значения объема всех элементов отопительной системы.

Выбор теплоносителя

Чаще всего в качестве рабочей жидкости для систем отопления применяется вода. Впрочем, эффективным альтернативным решением может стать антифриз. Такая жидкость не замерзает при понижении температуры окружающей среды до критической для воды отметки. Несмотря на очевидные преимущества, цена антифриза достаточно высока. Поэтому используют его преимущественно для обогрева незначительных по площади строений.

Заполнение отопительных систем водой нуждается в предварительной подготовке такого теплоносителя. Жидкость должна быть отфильтрована от растворенных минеральных солей. Для этого могут быть использованы специализированные химические реагенты, которые присутствуют в продаже. Более того, из воды в системе отопления должен быть удален весь воздух. В противном случае возможно снижение эффективности обогрева помещений.

Общие расчеты

Определять общую емкость отопления необходимо, чтобы мощности отопительного котла хватило для качественного обогрева всех помещений. Превышение показателей допустимого объема может привести к повышению износа отопительного прибора, а также значительному расходу электроэнергии.

Необходимое количество теплоносителя рассчитывается согласно следующей формуле:
Общий объем = V котла + V радиаторов + V труб + V расширительного бачка

Отопительный котел

Определиться с показателем емкости котла позволяет вычисление мощности нагревательного агрегата. Для этого достаточно взять за основу соотношение, при котором 1 кВт тепловой энергии достаточно для эффективного обогрева 10 м2 жилплощади. Данное соотношение является справедливым при наличии потолков, высота которых составляет не более 3-х метров.

Как только станет известен показатель мощности котла, достаточно отыскать подходящий агрегат в специализированном магазине. Объем оборудования каждый производитель указывает в паспортных данных.

Поэтому в случае выполнения правильного расчета мощности проблем с определением нужного объема не возникнет.

Трубы

Чтобы определить достаточный объем воды в трубах, необходимо вычислить поперечное сечение трубопровода согласно формуле – S = π × R2, где:

• S – поперечное сечение;
• π – постоянная константа, равная 3,14;
• R – внутренний радиус труб.

Рассчитав значение площади поперечного сечения труб достаточно умножить его на общую длину всего трубопровода в системе отопления.

Расширительный бак

Определить, какой емкостью должен обладать расширительный бак, можно, располагая данными о коэффициенте температурного расширения теплоносителя. У воды этот показатель составляет 0,034 при подогреве до 85 оС.

Выполняя расчет достаточно воспользоваться формулой: V-бака = (V сист × K) / D, где:

• V-бака – необходимый объем расширительного бачка;
• V-сист – общий объем жидкости в остальных элементах системы отопления;
• K – коэффициент расширения;
• D – эффективность расширительного бачка (указывается в технической документации).

Радиаторы

В настоящее время существует широкое разнообразие отдельных типов радиаторов для отопительных систем. Помимо функциональных различий все они имеют разную высоту.

Чтобы рассчитать объем рабочей жидкости в радиаторах, необходимо для начала подсчитать их количество. После чего умножить данную сумму на объем одной секции.

Узнать объем одного радиатора можно, воспользовавшись данными из технического паспорта изделия. При отсутствии такой информации можно сориентироваться согласно усредненным параметрам:

• чугунные – 1,5 л на секцию;
• биметаллические – 0,2-0,3 л на секцию;
• алюминиевые – 0,4 л на секцию.

Понять, как правильно рассчитать значение позволит следующий пример. Допустим, имеется 5 радиаторов, изготовленных из алюминия. Каждый обогревательный элемент содержит по 6 секций. Производим расчет: 5×6×0,4 = 12 л.

В итоге

Как видно, расчет емкости отопления сводится к вычислению суммарного значения четырех вышеуказанных элементов.

Определить необходимую емкость рабочей жидкости в системе с математической точностью удается не каждому. Поэтому, не желая выполнять расчет, некоторые пользователи действуют следующим образом. Для начала заполняют систему примерно на 90%, после чего проверяют работоспособность. Далее стравливают скопившийся воздух и продолжают заполнение.

В процессе эксплуатации отопительной системы происходит естественный спад уровня теплоносителя в результате конвекционных процессов. При этом происходит потеря мощности и производительности котла. Отсюда вытекает необходимость наличия резервной емкости с рабочей жидкостью, откуда можно будет отслеживать убыток теплоносителя и при необходимости производить его пополнение.

Правильный расчет теплоносителя в системе отопления

По совокупности признаков бесспорным лидером среди теплоносителей является обыкновенная вода. Лучше всего использовать дистиллированную воду, хотя подойдет и кипячёная или химически обработанная – для осаждения растворённых в воде солей и кислорода.

Однако если существует вероятность того, что температура в помещении с системой отопления на некоторое время опустится ниже нуля, то вода в качестве теплоносителя не подойдёт. Если она замёрзнет, то при увеличении объёма велика вероятность необратимого повреждения системы отопления. В таких случаях используют теплоноситель на базе антифриза.

Расчет объема теплоносителя – что нужно знать перед началом

Что требуется от идеального переносчика тепла:

• Хорошая передача тепла
• Небольшая вязкость
• Низкая расширяемость при замерзании
• Небольшая текучесть
• Нетоксичность
• Дешевизна

Количество теплоносителя в системе отопления

Теплоноситель нужен после монтажа новой отопительной системы, после её ремонта или реконструкции.

Перед заполнением отопительной системы требуется определить точное количество теплоносителя, для того чтобы заранее купить или подготовить необходимый объём. Нужно собрать информацию про паспортный объем всех отопительных приборов и трубопроводов (детальнее: «Расчет объема системы отопления, включая радиаторы»). Обычно такие данные содержатся на упаковке или в справочной литературе. Объём труб легко высчитывается по их длине и известному сечению.

Для наиболее распространённых элементов теплосетей объёмы теплоносителя таковы:

• Секция современного радиатора (алюминиевого, стального или биметаллического) — 0,45 литра
• Секция радиатора старого типа (чугунного, МС 140-500, ГОСТ 8690-94) – 1.45 литра
• Погонный метр трубы (15 миллиметров внутренний диаметр) — 0,177 литра
• Погонный метр трубы (32 миллиметров внутренний диаметр) — 0,8 литра

Расход теплоносителя в системе отопления можно примерно подсчитать и без суммирования. Можно просто исходить из мощности отопительной системы. Для расчёта используют соотношение, что отопительной системе для передачи одного килоВатта тепла понадобится 15 литров неплоносителя. Нетрудно подсчитать, что для отопительной системы мощностью 75 килоВатт понадобится 75х15=1125 литров теплоносителя. Ещё раз – этот метод приблизительный и не даёт точного объёма. Читайте также: «Как рассчитать систему отопления».

Нам недостаточно подсчитать расход теплоносителя – формула для вычисления объёма расширительного бака также совершенно необходима.

Мало просто просуммировать объёмы составляющих теплосети (радиаторов, котла и трубопроводов). Дело в том, что в процессе нагревания исходной объём жидкости существенно изменяется, а следовательно возрастает давление. Для того, чтобы его скомпенсировать, применяют так называемые расширительные баки.

Их объём вычисляется с использованием следующих показателей и коэффициентов:

Е — так называемый коэффициент расширения жидкости (исчисляется в процентах). Для разных теплоносителей он разный. Для воды он составляет 4%, для антифриза на базе этиленгликоля — 4,4 %.

d — коэффициент эффективности расширительного бака
VS – расчетный расход теплоносителя (просуммированный объём всех составляющих системы теплоснабжения)
V – результат вычисления. Объём расширительного бака.

Формула для расчета — V = (VS x E)/d

Расчет теплоносителя в системе отопления выполнен – пора заливать!

Существуют два варианта заполнения системы, в зависимости от её конструкции:

• Заливка «самотёком» — в высшей точке системы в отверстие вставляется воронка, через которую постепенно заливается теплоноситель. Нужно не забыть в нижней точке системы открыть кран и подставить какую-то ёмкость.
• Принудительная закачка с помощью насоса. Подойдет практически любой электрический насос малой мощности. В процессе заполнения следует контролировать показания манометра, дабы не переборщить с давлением. Очень желательно не забыть открыть воздушные клапаны на батареях.

Расход теплоносителя в системе отопления

Расход в системе теплоносителя подразумевает массовое количество теплоносителя (кг/с), предназначаемое для подачи нужного количества тепла в обогреваемое помещение. Расчет теплоносителя в отопительной системе определяется как частное от деления расчетной тепловой потребности (Вт) помещения (помещений) на теплоотдачу 1 кг теплоносителя для обогрева (Дж/кг). Читайте также: «Как сделать расчет расхода теплоносителя для системы отопления – теория и практика».

Некоторые советы по наполнению системы отопления теплоносителем на видео:

Как сделать расчет расхода теплоносителя для системы отопления – теория и практика

На этапе проектирования отопительной системы, в контуре которой циркулирует вода, возникают ситуации, когда нужно выполнить расчет расхода теплоносителя. Этот показатель требуется для того, чтобы подобрать правильный объём расширительного бачка, который напрямую зависит от мощности системы.

Более того, высчитывают и необходимую мощность. Ведь важно знать заранее, сможет ли отопительное оборудование справиться с обогревом помещения. И здесь так же понадобится формула расхода теплоносителя.

Как выбрать циркуляционный насос

Уютным жильё не назовёшь, если в нём будет холодно. И не важно, какая в доме мебель, отделка или внешний вид в целом. Всё начинается с тепла, а оно невозможно без создания системы отопления.

Недостаточно купить «навороченный» нагревательный агрегат и современные дорогие радиаторы — для начала нужно продумать и распланировать по деталям систему, которая будет поддерживать в помещении оптимальный температурный режим. И не важно, относится ли это к дому, где постоянно живут люди, или это большой загородный дом, маленькая дача. Без тепла жилым помещение не будет и находиться в нём будет не комфортно.

Для достижения хорошего результата нужно понимать, что и как делать, какие имеются нюансы в отопительной системе, и как они повлияют на качество обогрева.

Когда делают монтаж индивидуальной системы отопления, нужно предусматривать все возможные детали её работы. Она должна выглядеть как единый сбалансированный организм, требующий минимума вмешательства со стороны человека. Мелких деталей тут нет – важным является параметр каждого устройства. Это может быть мощность котла или диаметр и тип трубопровода, вид и схема подключений отопительных приборов.

Без циркуляционного насоса сегодня не обходится ни одна современная отопительная система.

Два параметра, по которым выбирают этот прибор:

• Q — показатель расхода теплоносителя за 60 минут, выраженный в кубометрах.
• Н — показатель напора, который выражен в метрах.

Многие технические статьи и нормативные документы, а так же производители прибора пользуются обозначением Q.

Заводы-изготовители, которые производят запорную арматуру, обозначают расход воды в системе отопления буквой G. Это создаёт небольшие сложности при расчётах, если не учитывать такие расхождения в технических документах. В данной статье будет применяться буква Q.

Как сделать расчёт

При выборе насоса нужно знать, какое количество тепла дом отдаёт в окружающую среду. Какая тут связь? Дело в том, что теплоноситель, нагретый до определённого температурного режима, циркулируя по системе, постоянно отдаёт часть тепла в наружные стены. Это и есть теплопотери домовладения.

Насос помогает в нужном режиме циркулировать жидкости по трубам и радиаторам. Следует выяснить тот минимум теплоносителя, который будет перекачивать насос. Всё взаимосвязано: количество теплоносителя — тепловая энергия — работа циркуляционного насоса. Если тепловой энергии не хватит для компенсации теплопотерь, то система будет не эффективной.

Получается, что для того, чтобы решить задачу, нужно выяснить пропускную способность, которую может «потянуть» насос. Другими словами, необходимо рассчитать расход теплоносителя.

Но у этого параметра другое название, так как он, кроме насоса, зависит ещё от двух факторов: степени нагрева теплоносителя и пропускной способности водяного контура.

Таким образом, чтобы рассчитать расход теплоносителя в системе отопления, выясняют тепловые потери домовладения.

• находят тепловые потери дома;
• выясняют среднюю температуру теплоносителя;
• делают расчет расхода теплоносителя по тепловой нагрузке, где учитываются теплопотери.

На заметку. Электрической энергии циркуляционный насос потребляет немного. Излишних финансовых расходов бояться не надо. Даже не самый мощный ИБП поможет переждать несколько часов без электричества в экстренной ситуации. А если в паре с насосом стоит современный котёл с электроникой, то можно не волноваться за перебои с электричеством.

Как выяснить теплопотери

Чтобы выяснить теплопотери дома в количественном выражении, существует специальная формула. С её помощью вычисляется мощность теплового излучения во внешнюю среду каждого квадратного метра площади стен, поверхностей пола и потолка.

Средние значения следующие:

• 100 Ватт на 1 кв. метр площади для обычных кирпичных стен со стандартной внутренней отделкой;
• более 100 Ватт для плохо утеплённых стен;
• 80 Ватт для перекрытий с наружной и внутренней теплоизоляцией и современными стеклопакетами.

Для того, чтобы вывести эти показатели, пользуются формулой или данными таблицы.

На заметку. Стены, чердачные перекрытия и подвалы иногда утепляют не правильно, при этом расходуют большое количество теплоизолирующих материалов впустую. По правилам, утепляют не изнутри, а снаружи, чтобы избежать скопления конденсата, ухудшающего тепловые характеристики здания.

Точный расчёт теплопотерь

С помощью специальной величины, которая характеризует тепловой поток и измеряется в кКал/час, выясняют тепловые потери дома.

Эта величина показывает, сколько тепла уходит через стены здания при определённом температурном режиме внутри дома.

Данный показатель рассматривают в прямой зависимости от архитектурных особенностей здания, строительных материалов, из которых оно построено, толщины и степени теплоизоляции стен, потолка и пола. Оказывает влияние площадь остекления, качество теплоизоляторов и соблюдение технологии при их монтаже.

То есть теплопотери складываются из многих элементов.

Формула следующая: G = Sх1/Pох(Тв- Тн)к, где:

• G — величина, которую выражают в кКал/ч;
• Po — показатель сопротивления при теплопередаче;
• Тв иТн — разница температурного режима внутри и снаружи;
• к — коэффициент, который показывает, насколько теряется тепло, он у каждого заграждения свой.

Так как температура на улице и в помещении меняется в течение отопительного сезона, величины берут средние. Учитывается и тот факт, что у каждого региона с разными климатическими условиями показатель свой.

В данной формуле используются конкретные величины, все они известны. По ней можно узнать тепловые потери любого здания.

Понижающий коэффициент и значение сопротивления Pо относятся к категории нормативно-справочной информации.

Так, например, могут понадобиться следующие коэффициенты:

• 1 — если под чистовыми полами грунт или деревянные лаги;
• 0,9 — для чердачных перекрытий, где кровельным материалом являются сталь, черепица на обрешётке, асбоцемент (либо крыша без чердака с вентиляцией);
• 0,8 — материалы кровли те же, но настил сплошной;
• 0,75 — чердачные перекрытия, где кровля из любого рулонного материала;
• 0,7 — для внутренних стен, которые выходят в соседнее неотапливаемое помещение без наружных стен;
• 0,4 — для внутренних стен, которые соединяют с соседним неотапливаемым помещением, у которого есть наружные стены, и для полов над погребом, углублённом в грунт;
• 0,75 — полы над погребом, устроенном выше грунта;
• 0,6 — поверхности над подвалами, расположенными либо ниже грунта, либо не выше одного метра над ним.
• Аналогично можно подобрать коэффициенты для других ситуаций.

На заметку. Когда выбирают проект дома, хорошо заранее продумать варианты, как сделать так, чтобы периметр внешних холодных стен был минимальным. Существует прямая зависимость: чем больше площадь наружных стен, тем выше потери тепла. У домов с большим количеством выступающих элементов теряется много тепла.

Могут понадобиться следующие значения сопротивления:

• 0,38 — при сплошной кирпичной кладке с толщиной стен в 13,5 см, 0,57 — с толщиной кладки 26,5 см, 0,76 — 39,5 см, 0,94 — 52,5 см, 1,13 — 65,5 см.
• 0,9 — при сплошной кладке с воздушной прослойкой при толщине 43,5 см, 1,09 — 56,5 см, 1,28 — 65,5 см;
• 0,89 — при сплошной кладке из декоративного кирпича с толщиной в 39,5 см, 1,2 — 52,5 см, 1,4 — 65,5 см.
• 1,03 — для сплошной кладки, где термоизоляционный слой с толщиной в 39,5см, 1,49 — 52,5 см;
• 1,33 — для деревянных стен из дерева (не бруса) с толщиной в 200 мм, 1,45 — 220 мм, 1,56 — 240 мм;
• 1,18 — для стен из бруса с толщиной 150 мм, 1,28 — 180 мм, 1,32 — 200 мм;
• 0,69 — для чердачных перекрытий из железобетонных плит с утеплителем с толщиной в 100 мм, 0,89 — 150 мм.

Эти показатели берут для формулы расхода воды на отопление.

Конкретные расчёты

Допустим, нужно сделать расчёт для домовладения площадью 150 кв. м. Если принять, что на 1 квадратный метр теряется 100 Ватт тепла, получаем: 150х100=15 кВатт тепловых потерь.

Как соотносится это значение с циркуляционным насосом? При тепловых потерях происходит постоянный расход тепловой энергии. Для поддержания температурного режима в помещении необходимо большее количество энергии, чем для его компенсации.

Для расчёта циркуляционного насоса для системы отопления, следует понимать, какие у него функции. Это устройство выполняет следующие задачи:

• создать напор воды, достаточный для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление узлов системы;
• перекачать по трубам и радиаторам такой объем горячей воды, который требуется для эффективного прогрева домовладения.

То есть, для того, чтобы система заработала, нужно подогнать тепловую энергию к радиатору. И эту функцию выполняет циркуляционный насос. Именно он стимулирует подачу теплоносителя к приборам отопления.

Следующая задача: какое количество воды, согретой до нужной температуры, надо доставить к радиаторам за определённый период времени, при этом компенсируя все теплопотери? Ответ выражается в количестве перекачанного теплоносителя в единицу времени. Это и будет называться мощностью, которой обладает циркуляционный насос. И наоборот: можно определить примерный расход теплоносителя по мощности насоса.

Данные, которые для этого нужны:

• Количество тепловой энергии, необходимой для того, чтобы компенсировать теплопотери. Для данного домовладения площадью 150 кв. метров эта цифра 15 кВт.
• Удельная теплоёмкость воды, которая выступает в роли теплоносителя — 4200 Дж на 1 килограмм воды, на каждый градус температуры.
• Дельта температур между водой на подаче из котла и на последнем отрезке трубопровода в обратке.

Считается, что в нормальных условиях это последнее значение не бывает больше 20 градусов. В среднем берут 15 градусов.

Формула для того, чтобы рассчитать насос, следующая: G/(cх(Т1-Т2))= Q

• Q — это расходование теплоносителя в отопительной системе. Столько жидкости при определённой температуре нужно доставить циркуляционному насосу к отопительным приборам в единицу времени, чтобы теплопотери были компенсированы. Нецелесообразно приобретать устройство, у которого мощность больше. Это приведёт только к повышенному расходу электричества.
• G — теплопотери дома;
• Т2 — температура теплоносителя, вытекающая из теплообменника котла. Это именно тот уровень температуры, который нужен для обогрева помещения (примерно 80 градусов);
• Т1 — температура теплоносителя на обратном трубопроводе при входе в котёл (чаще всего 60 градусов);
• с — это удельная теплоёмкость воды (4200 Джоулей на кг).

При вычислении с помощью указанной формулы получается цифра 2,4 кг/с.

Теперь нужно перевести этот показатель на язык производителей циркуляционных насосов.

1 килограмм воды соответствует 1 кубическому дециметру. Один кубический метр равен 1000 кубических дециметров.

Получается, что в секунду насос перекачивает воду следующим объёмом:

Далее нужно перевести секунды в часы:

Итоги

Таким образом, выполнив расчет расхода воды на отопление, можно узнать, какой мощности насос следует приобретать в конкретном случае. Переплачивать не имеет смысла, это не экономно и не повлияет на тепловые характеристики системы обогрева. Если циркуляционный насос рассчитать не правильно, то он не потянет нужный объём теплоносителя, более того — быстро выйдет из строя.

В среднем мощность, которой обладают циркуляционные насосы, составляет 10 куб. м/ч. В этом значении заложен запас мощности, поэтому температуру в помещении можно увеличивать без опасения, что насос выйдет из строя. На необходимость изменения температуры жилища могут влиять непредвиденные ситуации, например, аномальные морозы.

Правильно сбалансированная отопительная система, которая работает по принципу принудительной циркуляции, покажет высокий КПД. Это окупит монтаж насоса и затраченное электричество.

Вот и ответ на вопрос, зачем нужно делать расчет расхода теплоносителя в системе отопления.

В идеале, всеми расчетами должны заниматься специалисты с инженерным образованием. Но не всегда есть возможность найти специалиста. Используя формулы и таблицы, можно сделать расчёт и самостоятельно. После того, как будет определена мощность циркуляционного насоса нужной производительности, его можно подобрать в каталоге.

Если появятся сомнения в расчётах, то нужно обратить внимание на приборы, у которых производительность регулируется. В таком случае небольшие неточности в расчётах уже не будут иметь столь принципиального значения.