Как рассчитать котельную? Общий расчет. Точный расчет. Расчет по объему. Расчет теплопотерь. Ошибки при расчетах.

Как рассчитать котельную

Виды котельных

Одной из важнейших функциональных составных любого здания является система отопления. Правильно подобранная и рассчитанная котельная – обязательное условие комфортной жизни. Ниже специалисты компании Котел52 предоставят полный обзор актуальных вопросов, связанных с котельными.

Какие вообще котельные бывают? Как обустроить котельную? Остановимся лишь на наиболее применяемых их видах.

По виду топлива:

• Газовые котельные, главное преимущество которых – экологичность и относительная экономичность. Они довольно просты в устройстве и обслуживании и, что важно, автономны в течение длительного времени.
• Котельные на жидком топливе. Обычное для них топливо – мазут, дизельное топливо и отработанное масло. Они так же просты в обслуживании, их легко и быстро можно ввести в эксплуатацию. В них можно автоматизировать все что можно, и они отличаются высокой производительностью. Единственный сложный момент с такого вида котельными – это должна быть отдельная котельная, оборудованная превосходной вентиляцией, пожаротушением и емкостями для топлива.
• Котельные на твердом топливе. Они работают на угле, дровах, торфе, отходах лесной промышленности. То есть топливо повсеместно доступное, относительное недорогое. При этом для их установки и ввода к эксплуатации необходимы систем топливоподачи и удаления шлаков и золы.
• Водогрейные. Это котельные, к которым мы все привыкли и которые обычно используются в системах отопления и горячего водоснабжения небольших зданий. Как видно из названия, здесь в качестве теплоносителя используется вода. Нагрета она бывает до +110°С;
• Паровые. В них используется пар, и такие котельные чаще можно встретить на промышленных предприятиях. В них пар применяют в производственных процессах.
• Комбинированные. Они совмещают параметры первых двух типов, и также обычно встречаются на промышленных предприятиях.
• Масляные. Редкий тип котельных, использующих в качестве теплоносителя специальное масло и другие жидкости, способные нагреваться до +300°С.

Виды котельных по способу обслуживания:

• Автоматизированные. Котельные, не требующие вмешательства в процессе работы;
• Механизированные. Обустроены простейшими механизированными элементами топливоподготовки, топливоподачи и очистки, что облегчает работу и процесс обслуживания;
• Котельные с ручным обслуживанием. Весь процесс обслуживания осуществляется вручную.

Стандартный перечень требований к котельной

Как сложный технологичный элемент системы отопления здания или комплекса зданий, котельная имеет немало требований к себе. Приведем основные из них.

• Площадь помещения должна составлять не меньше 10 м2. При этом рекомендуется иметь не менее 15 м2. Дополнительно за каждый киловатт мощности к площади котельной следует добавлять 0,2 м3. Потолки в твердотопливных котельных должны быть на высоте не ниже 250 сантиметров.
• Котельная должна иметь отдельный вход, и, разумеется, не должно быть жилым. Также запрещено размещение отопительных помещений под чердаком.
• Обязательный элемент котельной – окно. Его площадь выводится как 0,03 м2 на каждый кубический метр пространства. Это следует из соображения приоритета естественного освещения над электрическим. Если естественного освещения недостаточно, то разрешается иметь искусственное, а также и аварийное освещение.
• Если котельная выполнена как пристройка к главному строению, то при этом она должна примыкать к глухой стене главной постройки. Наименьшее допустимое расстояние от окон и дверей должно составлять не менее метра.
• Помещение выполняется из жароустойчивых материалов. Наилучшее решение для котельных – кирпич или керамическая плитка. При неимении такой возможности допускается штукатурка. Если помещение деревянное, то обязательна противопожарная пропитка и обшивка противопожарными листами. Твердотопливные пиролизные котлы можно ставить только на пол.
• Вентиляционный канал приточного воздуха необходимо выполнить сечением большим, чем сечения дымохода. Эти каналы должны быть постоянно открытыми. Наилучшим решением будет выполнить их в нижней части двери. Объем приточного воздуха составляет сумму объема, необходимого для горения, и объема вытягиваемого воздуха. Обязательно проверьте качество тяги!

Оборудование для котельной или как устроена котельная

Котел отопления (твердотопливный)

В котлах нашего производства происходит сгорание древесины с использованием пиролиза. Для этого требуется одна камера сгорания для сжигания древесного газа, образующегося при пиролизе во второй камере.

Бойлер

Бойлер представляет собой бак с расположенной внутри спиралеобразной трубкой. В этом змеевике происходит постоянная циркуляция воды с помощью циркуляционного насоса. Так обеспечивается подогрев воды для горячего водоснабжения. Терморегуляция выполняется посредством термостата. В бойлере обычно предусматриваются два патрубка. Подогретая в котле вода поступает в бойлер через патрубок ввода, а из бойлера через патрубок вывода в контуры отопления. Точная схема зависит от схемы отопления.

Расширительные баки

Расширительные баки предназначены для периодического выпуска воздуха, который всегда содержится в отопительной системе и системе горячего водоснабжения. Эти баки всегда устанавливают в верхней точке системы.

Устройства регулирования

В котельных необходима система регулирования, отвечающая за управление элементами котельной. Такие устройства бывают ручными и автоматическими.

Ручные устройства имеют защитный ограничитель температуры для отключения системы в случае перегрева котла, простейший регулятор и указатель температуры.

Защитный ограничитель температуры присутствует в любом устройстве регулирования, и представляет из себя датчик с настройкой на определенную температуру.

Все автоматические устройства регулирования привязаны к температуре наружного воздуха. Такая автоматика имеет набор кривых зависимости температуры воды в системе отопления от температуры наружного воздуха. В зависимости от погоды снаружи выбирается кривая с оптимальной крутизной, при которой комфортная температура внутри достигается с наименьшими затратами топлива. Также имеется дополнительную регулировка, позволяющая скорректировать температуру котла, если резко изменились условия снаружи. Автоматика также поможет скорректировать показатели, если температура подобрана неправильно.

Автоматика может обеспечивать несколько режимов работы котла. Например, экономичный режим, когда котел автоматически снижает температуру теплоносителя. Или режим защиты от замерзания, при которой обеспечивается лишь минимальная температура воды, чтобы избежать ее замерзания. Параметры могут изменяться в заданных пределах специалистами компании Котел52, но всегда есть возможность сброса до заводских настроек.

Циркуляционный насос

Циркуляционный насос создает необходимый напор в системе отопления. Разумеется, для его работы необходимо электричество. Это может создать определенные неудобства, но в долгосрочной перспективе повышает общий КПД системы и способствует улучшить ее энергоэффективность.

Трубопроводы обвязки котельного оборудования.

Правильно выполненная обвязка равномерно распределяет тепло по контурам, помогает предотвратить перегрев котла и обеспечивает здание горячей водой. Простая обвязка предусматривается для усложненных и дорогих котлов, которые уже включают в себя технологический перечень устройств. Сложная обвязка выполняется самостоятельно после покупки простого котла.

Современная трубная обвязка выполняется из полипропиленовых труб, обычно с армированием из стекловолокна. Это литые монолитные трубы, которые перед монтажом можно вообще не зачищать. Такое решение позволяет быстро их смонтировать и надежно эксплуатировать.

Гравитационная схема основана на разности в давлении воды в котле и воды в контуре. В этой схеме обходятся без циркуляционного насоса. Однако даже при наличии насоса следует проверить систему отопления так, чтобы она могла функционировать без него (в случае отключения электроэнергии).

Работа циркуляционного насоса создает принудительную схему. Насос способствует повышению КПД системы отопления и снижению затрат на топливо.

Запорная арматура

Чаще всего в качестве запорного устройства можно встретить простой шаровой кран. У него лишь два рабочих положения – «открыто» или «закрыто». Это простое устройство с латунным корпусом, в который встроен элемент в виде шара с отверстием. Используются такие устройства для отделения радиаторов от системы для обслуживания, для отключения контуров, для опорожнения и наполнения системы. Также применяются обратные клапаны. Они служат для пропуска воды в одну сторону, и наглухо перекрывать ее движение в обратную. Устанавливаются они обычно в обвязке котлов. Балансировочный вентиль обеспечивает установленный расход воды, который, в свою очередь регулируется с помощью радиаторных термостатов.

Термостатический клапан регулирует подачу воды через батарею в зависимости от температуры в помещении. Устанавливается обычно в комплекте с выносным терморегулятором для управления расходом воды.

Если необходимо регулировать температуру путем смешения двух потоков разной уровня нагрева, то необходимо предусмотреть трехходовой клапан. Это латунный корпус с тремя патрубками с управляемым штоком, управляемый термостатическим приводом.

Элементы подключения отопительного котла к дымоходу.

С учетом высоких температур газов на выходе из котла, рекомендуется использовать стальные или керамические дымоходы.

При эксплуатации кирпичного дымохода Вы можете встретить множество проблем, связанных прежде всего с образованием конденсата и сложной очисткой. Поэтому в последнее время все чаще можно встретить нержавеющую сталь. Такие дымоходы имеют небольшой вес, просты при монтаже и обслуживании, при этом не требуется фундамент.

Дымоходы можно разделить на одностенные (на них тоже образуется конденсат на внутренней поверхности, поэтому при сильных морозах дымоход может замерзнуть) и двухстенные (труба в трубе, и между ними теплоизоляция, что исключает образование конденсата и повышает стоимость)

Необходимо верно подобрать длину и диаметр дымохода. Это критично для корректной работы всей котельной установки. Это можно легко определить на стадии проектирования с помощью специалистов компании Котел52. Их рекомендации приведены ниже

Таблица 1 – Зависимость габаритов дымохода от мощности котла

Тепловой расчёт системы отопления: как грамотно сделать расчет нагрузки на систему

Проектирование и тепловой расчет системы отопления – обязательный этап при обустройстве обогрева дома. Основная задача вычислительных мероприятий – определение оптимальных параметров котла и системы радиаторов.

Согласитесь, на первый взгляд может показаться, что проведение теплотехнического расчета под силу только инженеру. Однако не все так сложно. Зная алгоритм действий, получится самостоятельно выполнить необходимые вычисления.

В статье подробно изложен порядок расчета и приведены все нужные формулы. Для лучшего понимания, мы подготовили пример теплового вычисления для частного дома.

Тепловой расчёт отопления: общий порядок

Классический тепловой расчёт отопительной системы являет собой сводный технический документ, который включает в себя обязательные поэтапные стандартные методы вычислений.

Но перед изучением этих подсчётов основных параметров нужно определиться с понятием самой системы отопления.

Система отопления характеризуется принудительной подачей и непроизвольным отводом тепла в помещении.

Основные задачи расчёта и проектирования системы отопления:

• наиболее достоверно определить тепловые потери;
• определить количество и условия использования теплоносителя;
• максимально точно подобрать элементы генерации, перемещения и отдачи тепла.

При постройке системы отопления необходимо первоначально произвести сбор разнообразных данных о помещении/здании, где будет использоваться система отопления. После выполнить расчёт тепловых параметров системы, проанализировать результаты арифметических операций.

На основании полученных данных подобирают компоненты системы отопления с последующей закупкой, установкой и вводом в эксплуатацию.

Примечательно, что указанная методика теплового расчёта позволяет достаточно точно вычислить большое количество величин, которые конкретно описывают будущую систему отопления.

В результате теплового расчёта в наличии будет следующая информация:

• число тепловых потерь, мощность котла;
• количество и тип тепловых радиаторов для каждой комнаты отдельно;
• гидравлические характеристики трубопровода;
• объём, скорость теплоносителя, мощность теплового насоса.

Тепловой расчёт – это не теоретические наброски, а вполне точные и обоснованные итоги, которые рекомендуется использовать на практике при подборе компонентов системы отопления.

Нормы температурных режимов помещений

Перед проведение любых расчётов параметров системы необходимо, как минимум, знать порядок ожидаемых результатов, а также иметь в наличии стандартизированные характеристики некоторых табличных величин, которые необходимо подставлять в формулы или ориентироваться на них.

Выполнив вычисления параметров с такими константами, можно быть уверенным в достоверности искомого динамического или постоянного параметра системы.

Для системы отопления одним из таких глобальных параметров является температура помещения, которая должна быть постоянной в независимости от периода года и условий окружающей среды.

Согласно регламенту санитарных нормативов и правил есть различия в температуре относительно летнего и зимнего периода года. За температурный режим помещения в летний сезон отвечает система кондиционирования, принцип ее расчета подробно изложен в этой статье.

А вот комнатная температура воздуха в зимний период обеспечивается системой отопления. Поэтому нам интересны диапазоны температур и их допуски отклонений для зимнего сезона.

В большинстве нормативных документов оговариваются следующие диапазоны температур, которые позволяют человеку комфортно находиться в комнате.

Для нежилых помещений офисного типа площадью до 100 м 2 :

• 22-24°С – оптимальная температура воздуха;
• 1°С – допустимое колебание.

Для помещений офисного типа площадью более 100 м 2 температура составляет 21-23°С. Для нежилых помещений промышленного типа диапазоны температур сильно отличаются в зависимости от предназначения помещения и установленных норм охраны труда.

Что же касаемо жилых помещений: квартир, частных домов, усадеб и т. д. существуют определённые диапазоны температуры, которые могут корректироваться в зависимости от пожеланий жильцов.

И всё же для конкретных помещений квартиры и дома имеем:

• 20-22°С – жилая, в том числе детская, комната, допуск ±2°С –
• 19-21°С – кухня, туалет, допуск ±2°С;
• 24-26°С – ванная, душевая, бассейн, допуск ±1°С;
• 16-18°С – коридоры, прихожие, лестничные клетки, кладовые, допуск +3°С

Важно отметить, что есть ещё несколько основных параметров, которые влияют на температуру в помещении и на которые нужно ориентироваться при расчёте системы отопления: влажность (40-60%), концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе (250:1), скорость перемещения воздушных масс (0.13-0.25 м/с) и т. п.

Расчёт теплопотерь в доме

Согласно второму началу термодинамики (школьная физика) не существует самопроизвольной передачи энергии от менее нагретых к более нагретым мини- или макрообъектам. Частным случаем этого закона является “стремление” создания температурного равновесия между двумя термодинамическими системами.

Например, первая система – окружающая среда с температурой -20°С, вторая система – здание с внутренней температурой +20°С. Согласно приведённого закона эти две системы будут стремиться уравновеситься посредством обмена энергии. Это будет происходить с помощью тепловых потерь от второй системы и охлаждения в первой.

Под теплопотерями подразумевают непроизвольный выход тепла (энергии) от некоторого объекта (дома, квартиры). Для обычной квартиры этот процесс не так “заметен” в сравнении с частным домом, поскольку квартира находиться внутри здания и “соседствует” с другими квартирами.

В частном доме через внешние стены, пол, крышу, окна и двери в той или иной степени “уходит” тепло.

Зная величину теплопотерь для самых неблагоприятных погодных условий и характеристику этих условий, можно с высокой точностью вычислить мощность системы отопления.

Итак, объём утечек тепла от здания вычисляется по следующей формуле:

Qi – объём теплопотерь от однородного вида оболочки здания.

Каждая составляющая формулы рассчитывается по формуле:

Q=S*∆T/R, где

• Q – тепловые утечки, В;
• S – площадь конкретного типа конструкции, кв. м;
• ∆T – разница температур воздуха окружающей среды и внутри помещения, °C;
• R – тепловое сопротивление определённого типа конструкции, м 2 *°C/Вт.

Саму величину теплового сопротивления для реально существующих материалов рекомендуется брать из вспомогательных таблиц.

Кроме того, тепловое сопротивление можно получить с помощью следующего соотношения:

R=d/k, где

• R – тепловое сопротивление, (м 2 *К)/Вт;
• k – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м 2 *К);
• d – толщина этого материала, м.

В старых домах с отсыревшей кровельной конструкцией утечки тепла происходят через верхнюю часть постройки, а именно через крышу и чердак. Проведение мероприятий по утеплению потолка или теплоизоляции мансардной крыши решают эту проблему.

В доме существуют ещё несколько видов тепловых потерь через щели в конструкциях, систему вентиляции, кухонную вытяжку, открывания окон и дверей. Но учитывать их объём не имеет смысла, поскольку они составляют не более 5% от общего числа основных утечек тепла.

Определение мощности котла

Для поддержки разницы температур между окружающей средой и температурой внутри дома необходима автономная система отопления, которая поддерживает нужную температуру в каждой комнате частного дома.

Базисом системы отопления выступают разные виды котлов: жидко- или твердотопливные, электрические или газовые.

Котел – это центральный узел системы отопления, который генерирует тепло. Основной характеристикой котла есть его мощность, а именно скорость преобразования количество теплоты за единицу времени.

Произведя расчеты тепловой нагрузки на отопление получим требуемую номинальную мощность котла.

Для обычной многокомнатной квартиры мощность котла вычисляется через площадь и удельную мощность:

• S_{помещения}– общая площадь отапливаемого помещения;
• Р_{уделльная}– удельная мощность относительно климатических условий.

Но эта формула не учитывает тепловые потери, которых достаточно в частном доме.

Существует иное соотношение, которое учитывает этот параметр:

Р_котла=(Q_потерь*S)/100, где

• Р_котла– мощность котла;
• Q_потерь– потери тепла;
• S – отапливаемая площадь.

Расчетную мощность котла необходимо увеличить. Запас необходим, если планируется использование котла для подогрева воды для ванной комнаты и кухни.

Дабы предусмотреть запас мощности котла в последнюю формулу надо добавить коэффициент запаса К:

Р_котла=(Q_потерь*S*К)/100, где

К – будет равен 1.25, то есть расчётная мощность котла будет увеличена на 25%.

Таким образом, мощность котла предоставляет возможность поддерживать нормативную температуру воздуха в комнатах здания, а также иметь начальный и дополнительный объём горячей воды в доме.

Особенности подбора радиаторов

Стандартными компонентами обеспечения тепла в помещении являются радиаторы, панели, системы “тёплый” пол, конвекторы и т. д. Самыми распространёнными деталями отопительной системы есть радиаторы.

Тепловой радиатор – это специальная полая конструкция модульного типа из сплава с высокой теплоотдачей. Он изготавливается из стали, алюминия, чугуна, керамика и других сплавов. Принцип действия радиатора отопления сводится к излучению энергии от теплоносителя в пространство помещения через “лепестки”.

Существует несколько методик расчёта радиаторов отопления в комнате. Нижеприведённый перечень способов отсортирован в порядке увеличения точности вычислений.

1. По площади. N=(S*100)/C, где N – количество секций, S – площадь помещения (м 2 ), C – теплоотдача одной секции радиатора (Вт, берётся из тех паспорта или сертификата на изделие), 100 Вт – количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м 2 (эмпирическая величина). Возникает вопрос: а каким образом учесть высоту потолка комнаты?
2. По объёму. N=(S*H*41)/C, где N, S, C – аналогично. Н – высота помещения, 41 Вт – количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м 3 (эмпирическая величина).
3. По коэффициентам. N=(100*S*к1*к2*к3*к4*к5*к6*к7)/C, где N, S, C и 100 – аналогично. к1 – учёт количества камер в стеклопакете окна комнаты, к2 – теплоизоляция стен, к3 – соотношение площади окон к площади помещения, к4 – средняя минусовая температура в наиболее холодную неделю зимы, к5 – количество наружных стен комнаты (которые “выходят” на улицу), к6 – тип помещения сверху, к7 – высота потолка.

Это максимально точный вариант расчёта количества секций. Естественно, что округление дробных результатов вычислений производится всегда к следующему целому числу.

Гидравлический расчёт водоснабжения

Безусловно, “картина” расчета тепла на отопление не может быть полноценной без вычисления таких характеристик, как объём и скорость теплоносителя. В большинстве случаев теплоносителем выступает обычная вода в жидком или газообразном агрегатном состоянии.

Расчет объема воды, подогреваемой двухконтурным котлом для обеспечения жильцов горячей водой и нагрева теплоносителя, производится путем суммирования внутреннего объема отопительного контура и реальных потребностей пользователей в нагретой воде.

Объём горячей воды в отопительной системе рассчитывается по формуле:

W=k*P, где

• W – объём носителя тепла;
• P – мощность котла отопления;
• k – коэффициент мощности (количество литров на единицу мощности, равен 13.5, диапазон – 10-15 л).

В итоге конечная формула выглядит так:

W = 13.5*P

Скорость теплоносителя – заключительная динамическая оценка системы отопления, которая характеризует скорость циркуляции жидкости в системе.

Эта величина помогает оценить тип и диаметр трубопровода:

V=(0.86*P*μ)/∆T, где

• P – мощность котла;
• μ – КПД котла;
• ∆T – разница температур между подаваемой водой и водой обратном контуре.

Используя вышеизложенные способы гидравлического расчёта, удастся получить реальные параметры, которые являются “фундаментом” будущей системы отопления.

Пример теплового расчёта

В качестве примера теплового расчёта в наличии есть обычный 1-этажный дом с четырьмя жилыми комнатами, кухня, санузел, “зимний сад” и подсобные помещения.

Обозначим исходные параметры дома, необходимые для проведения расчетов.

• высота этажа – 3 м;
• малое окно фасадной и тыльной части здания 1470*1420 мм;
• большое окно фасада 2080*1420 мм;
• входные двери 2000*900 мм;
• двери тыльной части (выход на террасу) 2000*1400 (700 + 700) мм.

Общая ширина постройки 9.5 м 2 , длинна 16 м 2 . Отапливаться будут только жилые комнаты (4 шт.), санузел и кухня.

Начинаем с расчёта площадей однородных материалов:

• площадь пола – 152 м 2 ;
• площадь крыши – 180 м 2 , учитывая высоту чердака 1.3 м и ширину прогона – 4 м;
• площадь окон – 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 м 2 ;
• площадь дверей – 2*0.9+2*2*1.4=7.4 м 2 .

Площадь наружных стен будет равна 51*3-9.22-7.4=136.38 м 2 .

Переходим к расчёту теплопотерь на каждом материале:

А также Q_стена эквивалентно 136.38*40*0.25/0.3=4546. Сумма всех теплопотерь будет составлять 19628.4 Вт.

В итоге подсчитаем мощность котла: Р_котла=Q_потерь*S_{отаплив_комнат}*К/100=19628.4*(10.4+10.4+13.5+27.9+14.1+7.4)*1.25/100=19628.4*83.7*1.25/100=20536.2=21 кВт.

Расчёт количества секций радиаторов произведём для одной из комнат. Для всех остальных вычисления аналогичны. Например, угловая комната (слева, нижний угол схемы) площадь 10.4 м2.

Для этой комнаты необходимо 9 секций радиатора отопления с теплоотдачей 180 Вт.

Переходим к расчёту количества теплоносителя в системе – W=13.5*P=13.5*21=283.5 л. Значит, скорость теплоносителя будет составлять: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 л.

В результате полный оборот всего объёма теплоносителя в системе будет эквивалентен 2.87 раза в один час.

Подборка статей по тепловому расчету поможет определиться с точными параметрами элементов отопительной системы:

Выводы и полезное видео по теме

Простой расчёт отопительной системы для частного дома представлен в следующем обзоре:

Все тонкости и общепринятые методики просчёта теплопотерь здания показаны ниже:

Ещё один вариант расчёта утечек тепла в типичном частном доме:

В этом видео рассказывается об особенностях циркуляции носителя энергии для обогрева жилища:

Тепловой расчёт отопительной системы носит индивидуальный характер, его необходимо выполнять грамотно и аккуратно. Чем точнее будут сделаны вычисления, тем меньше переплачивать придется владельцам загородного дома в процессе эксплуатации.

Имеете опыт выполнения теплового расчета отопительной системы? Или остались вопросы по теме? Пожалуйста, делитесь своим мнением и оставляйте комментарии. Блок обратной связи расположен ниже.