Самостоятельный расчет мощности котла и отопительных приборов системы отопления

Отопление является важнейшей инженерной системой, которая планируется непосредственно на этапе проектирования частного дома. Для правильной работы системы отопления (СО), нужно грамотно произвести все расчеты, на основании которых выбрать все необходимые материалы и оборудование. В этой публикации будут рассмотрены методики расчетов и правила выбора основных узлов водяной отопительной системы частного дома.

Выбор котельной установки

Расчет системы отопления дома начинается с подбора котлоагрегата. Первое, что необходимо – это определиться с типом устройства. Сегодня, на отечественном рынке климатической техники представлен широчайший выбор котлоагрегатов для работы на твердом и жидком топливе, электричестве и газе.

1. Установки, использующие уголь, дрова, палеты широко распространены в районах, где существуют проблемы или перебои с подачей природного газа. Современное твердотопливное котельное оборудование достаточно неплохо защищено от возникновения внештатных ситуаций, имеет сравнительно низкую стоимость и высокий КПД. Единственным недостатком таких устройств является отсутствие автоматизации в подачи топлива.
2. Жидкотопливные котлы сравнительно не дороги и надежны. Невысокая популярность данных установок обусловлена сложностью хранения запасов топлива, в условиях частного домовладения. Кроме этого, дизельные котлы достаточно капризны: требуют регулярного обслуживания форсунки; топливный насос высокого давления. Работа данных котлоагрегатов очень зависит от качества и температуры солярки.
3. Электрические отопительные установки имеют огромное преимущество, перед котлами других типов – низкая стоимость. Электричество не является наиболее дешевым энергоресурсом, поэтому, выбирая электрокотел, следует быть готовым к высоким коммунальным расходам.
4. Газовыми котлами, сегодня, оснащены более 75% частных домов в России. Такая популярность связана с высокой производительностью и надежностью оборудования этого типа, а также с низкой стоимостью природного газа. Если у вас есть возможность подключения к газовой магистрали, то для обогрева дома следует выбирать газовую установку.

Следующее, на что следует обращать внимание при выборе котлоагрегата – это вариант его размещения. Тут выбор небогат: напольное или настенное котельное оборудование.

Важно! Следует знать, что жидко – и твердотопливные теплогенераторы, в большинстве своем производятся для напольного монтажа. Выбирая данный тип оборудования следует быть готовым к выделению отдельного помещения в качестве котельной.

Расчет мощности котла для отопления дома – это важный процесс, который следует доверить профессионалам. Если вы решили самостоятельно сделать выбор котельной установки для вашего дома, то можно воспользоваться следующим алгоритмом: на 10 м 2 площади необходим 1 кВт тепловой мощности. Данный вариант расчета очень приблизительный и не предусматривает степень утепления постройки, климатической зоны.

Более точный расчет обеспечивает метод, который учитывает необходимое количество энергии на обогрев 1 м 3 жилища в том или ином регионе.

Для получения достаточно достоверных данных о необходимой мощности котла для обогрева конкретного частного дома нужно сложить объем каждого помещения и умножить полученную цифру на количество ватт для вашего региона. Например, объем всех помещений в доме 300 м 3 . Расположение постройки – Крым. Итак: 300 х 25 = 7500 Вт или 7,5 кВт. Теперь, данное значение лучше увеличить на 20% (для стабильности в работе при пиковых температурах). В результате вычислений, для обогрева искомого дома необходим котел, мощностью 9 кВт.

Более точная методика (которой пользуются специалисты), использует вычисления теплопотерь каждого помещения дома, для компенсации которых и требуется определенное количество тепловой энергии, вырабатываемой котлоагрегатом.

Расчет мощности и количества батарей

Если котел по праву считается «сердцем» все отопительной системы, то радиаторы (используя медицинскую терминологию)– ее «лёгкими». Именно эти отопительные приборы отвечают за нагрев конкретных помещений.

Для начала следует определиться с типом радиаторов, которые вы планируете установить в СО вашего дома. Сегодня, в специализированных магазинах можно приобрести радиаторы:

1. Алюминиевые.
2. Чугунные.
3. Стальные трубчатые.
4. Биметаллические.

Каждый тип батарей имеет разную теплоотдачу, а также свои достоинства и недостатки. Например, чугун имеет высокую теплоемкость и инерционность. Другими словами, долго нагревается и долго остывает. Батареи из данного материала очень «не любят» резких перепадов давления и имеют большую массу. Мощность секции варьируется от 120 до 160 Вт на одну секцию.

Алюминиевые батареи быстро нагреваются и быстро остывают, что не является большим достоинством. Но у данного материала очень неплохая теплоотдача и небольшой вес. Мощность секции от 160 до 210 Вт. Недостатком данного материала является возможность образования гальванических пар, при соприкосновении с другими материалами. Это приводит к коррозийным проявлениям, чаще всего – на алюминиевых батареях. Биметаллические, лишены большинства недостатков, присущих батареям из вышеупомянутых материалов. Единственный минус – из всей номенклатуры они являются наиболее дорогостоящими.

Итак, материал батарей определен, производим расчет радиаторов системы отопления. Наиболее простой метод вычислений основан на рекомендованном количестве энергии, которое зависит от степени теплопотерь здания. Для обогрева 1 м 3 кирпичного дома требуется 34 Вт энергии; для каркасных домов и построек из СИП панелей – 41 Вт; для хорошо утепленного дома – 20 Вт.

1. Вычисляем количество энергии, необходимое для каждой комнаты кирпичного дома. Например, комната, площадью 20 м 2 с высотой потолков 3 м. 20 х 3 = 60 м 3 . 60 х 34 = 2040 Вт или 2,04 кВт.
2. Данное значение необходимо разделить на мощность секции радиатора из выбранного материала. Это даст нужное количество секций, которые смогут передать тепловую энергию в необходимом объеме.

Например, мощность одной секции алюминиевых батарей варьируется от 160 до 210 Вт. Выбираем меньшее значение и производим вычисления: 2040 / 160 = 12,75 или 13 секций.

Расчет необходимого диаметра трубы

Данные вычисления входят в гидродинамический расчет отопительной системы и выполняются специалистами. Есть методика, позволяющая самостоятельно подобрать необходимый диаметр трубопровода, не имея при этом специальных знаний. Способ основан на использования таблиц, в которых отображен рекомендованный диаметр трубы, в зависимости от тепловой нагрузки на участок трубы.

• Первое, что нужно сделать – это нарисовать эскиз отопительного контура с расстановкой радиаторов и указанием их мощности.

• Используя таблицу получаем рекомендованный диаметр трубы: от котлоагрегата до первого радиатора (разветвления в двухтрубных СО); на участках от первого до второго, от второго до третьего радиаторов.

Например: мощность котельной установки – 9 кВт. На участке от котла до первого радиатора через трубопровод проходит весь объем тепла, т.е 9 кВт.

Используя таблицу, ищем в колонке тепловой энергии значение 9000 Вт. В перекрестье находим значения, отображенные на розовой области, которые обозначают рекомендованную скорость перемещения теплоносителя. В верхней части колонки – диаметр трубопровода на данном участке 25 мм. и 32 мм. Выбираем меньший, а значит и более дешевый.

На втором участке контура установлена батарея, мощностью 1500 Вт. Из общей мощности, вычитаем мощность радиатора и получаем значение 7500 Вт. Проводим аналогичные действия с таблицей и получаем те же 25 мм. Далее следует провести аналогичные расчеты для каждого участка контура.

Подбор емкости для компенсации теплового расширения теплоносителя

В принципе, котельной установки, правильно подобранного трубопровода и радиаторов уже практически достаточно для создания простейшей системы отопления. Единственное, чего не хватает – это расширительного бака. Данное устройство является неотъемлемой частью любой СО. Различаются они конструкцией и емкостью.

Один тип этих устройств связан с атмосферой второй – герметичный. Первые применяют в небольших, чаще всего, гравитационных системах. Герметичные устройства используются в СО с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Расчет расширительного бака системы отопления открытого типа заключается в определении его емкости, которая составляет, обычно, 10% от количества теплоносителя в системе, которое определяется по формуле:

W = π (D 2 /4) L где:

• π – 3,14;
• D – внутренний диаметр участка трубопровода;
• L – длина участка трубопровода.

Совет: Если в СО используется труба только одного диаметра, то в качестве искомого участка следует принимать длину всего контура.

Расчет расширительного бака для закрытой системы отопления более сложный. В нем должны учитываться следующие данные:

• Процент увеличения объема теплоносителя при нагревании. Для воды это значение равно 5%; для других типов антифризов – до 50%. Для наглядности назовем данное значение «УО» — увеличение объема.
• Объем теплоносителя в СО. Для расчетов используем буквенное обозначение «ОВ» — объем воды.
• Максимальное давление в контуре. Дано в документации к котлоагрегату. «ДК» — давление в контуре.
• Давление в камере расширительного бачка. Дано в документации к баку. «ДБ» — давление в бачке.

Далее следует использовать следующий метод вычисления: УО х ОВ х (ДК+1) / ДК – ДБ. Полученное значение и будет искомой величиной емкости бака.

Совет! В данной публикации были рассмотрены наиболее простые методы расчетов наиболее важных элементов водяной СО. Вопрос в целесообразности проведения самостоятельных вычислений остается открытым. Мы рекомендуем – не экономить и обратиться за помощью к профессионалам.

Расчет отопления частного дома

Для климата средней полосы тепло в доме является насущной потребностью. Вопрос отопления в квартирах решается районными котельными, ТЭЦ или тепловыми станциями. А как же быть владельцу частного жилого помещения? Ответ один — установка отопительной техники, необходимой для комфортного проживания в доме, она же — автономная система отопления. Чтобы не получить в результате установки жизненно необходимой автономной станции груду металлолома, к проектированию и монтажу следует отнестись скрупулёзно и с большой ответственностью.

Расчет тепловых потерь

Первый этап расчета заключается в расчете тепловых потерь комнаты. Потолок, пол, количество окон, материал из которых изготовлены стены, наличие межкомнатной или входной двери — все это источники теплопотерь.

Рассмотрим на примере угловой комнаты объемом 24,3 куб. м.:

• площадь комнаты — 18 кв. м. (6 м х 3 м)
• 1 этаж
• потолок высотой 2,75 м,
• наружные стены — 2 шт. из бруса (толщина18 см), обшитые изнутри гипроком и оклеенные обоями,
• окно — 2 шт., 1,6 м х 1,1 м каждое
• пол — деревянный утепленный, снизу — подпол.

Расчеты площадей поверхностей:

• наружных стен за минусом окон: S1 = (6+3) х 2,7 — 2×1,1×1,6 = 20,78 кв. м.
• окон: S2 = 2×1,1×1,6=3,52 кв. м.
• пола: S3 = 6×3=18 кв. м.
• потолка: S4 = 6×3= 18 кв. м.

Теперь, имея все расчеты теплоотдающих площадей, оценим теплопотери каждой:

• Q1 = S1 х 62 = 20,78×62 = 1289 Вт
• Q2= S2 x 135 = 3×135 = 405 Вт
• Q3=S3 x 35 = 18×35 = 630 Вт
• Q4 = S4 x 27 = 18×27 = 486 Вт
• Q5=Q+ Q2+Q3+Q4=2810 Bт

Итого: суммарные теплопотери комнаты в самые холодные дни равны 2,81 кВт. Это число записывается со знаком минус и теперь известно сколько тепла необходимо подать в комнату для комфортной температуры в ней.

Расчет гидравлики

Переходим к наиболее сложному и важному гидравлическому расчету — гарантии эффективной и надежной работы ОС.

Единицами расчета гидравлической системы являются:

• диаметр трубопровода на участках отопительной системы;
• величины давлений сети в разных точках;
• потери давления теплоносителя;
• гидравлическая увязка всех точек системы.

Перед расчетом нужно предварительно выбрать конфигурацию системы, тип трубопровода и регулирующей/запорной арматуры. Затем определиться с видом приборов отопления и их расположением в доме. Составить чертеж индивидуальной системы отопления с указанием номеров, длины расчетных участков и тепловых нагрузок. В заключении выявить основное кольцо циркуляции, включающее поочередные отрезки трубопровода, направленные к стояку (при однотрубной системе) или к самому уделенному прибору отопления (при двухтрубной системе) и обратно к источнику тепла.

При любом режиме эксплуатации СО необходимо обеспечить бесшумность работы. В случае отсутствия неподвижных опор и компенсаторов на магистралях и стояках возникает механический шум из-за температурного удлинения. Использование медных или стальных труб способствует распространению шума по всей системе отопления.

Из-за значительной турбулизации потока, который возникает при увеличенном движении теплоносителя в трубопроводе и усиленном дросселировании потока воды регулирующим клапаном, возникает гидравлический шум. Поэтому, учитывая возможность возникновения шума, необходимо на всех этапах гидравлического расчета и конструирования — подбор насосов и теплообменников, балансовых и регулирующих клапанов, анализ температурных удлинений трубопровода — выбирать соответствующие для заданных исходных условий оптимальное оборудование и арматуру.

Изготовить отопление в частном доме возможно и самостоятельно. Возможные варианты представлены в данной статье: https://teplo.guru/sistemy/varianty-otopleniya-doma-svoimi-rukami.html

Перепады давления в СО

Гидравлический расчет включает имеющиеся перепады давления на вводе отопительной системы:

• диаметры участков СО
• регулирующие клапаны, которые устанавливаются на ветках, стояках и подводках приборов отопления;
• разделительные, перепускные и смесительные клапаны;
• балансовые клапаны и величины их гидравлической настройки.

При пуске отопительной системы балансовые клапаны настраиваются на схемные параметры настройки.

На схеме отопления обозначается расчетная тепловая нагрузка каждого из отопительных приборов, которая равна тепловой расчетной нагрузке помещения, Q4. В случае наличия более одного прибора необходимо разделить величину нагрузки между ними.

Далее необходимо определить основное циркуляционное кольцо. В однотрубной системе количество колец равно числу стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления. Клапаны баланса предусматривают для каждого кольца циркуляции, поэтому количество клапанов в однотрубной системе равно числу вертикальных стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления. В двухтрубной СО балансовые вентили располагают на обратной подводке прибора отопления.

Санитарные нормы и правила, касающиеся отопления в частном доме, представлены здесь: https://teplo.guru/normy/snipy-po-otopleniyu.html

Расчет циркуляционного кольца включает:

• систему с попутным движением воды. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления более нагруженного стояка;
• систему с тупиковым движением теплоносителя. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном и удаленном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления нагруженного удаленного стояка;
• горизонтальную систему, где кольцо располагается в более нагруженной ветви 1-го этажа.

Необходимо из двух направлений расчета гидравлики основного кольца циркуляции выбрать одно.

При первом направлении расчета, диаметр трубопровода и потери давления в кольце циркуляции определяются по задаваемой скорости движения воды на каждом участке основного кольца с последующим подбором насоса циркуляции. Напор насоса Pн, Па определяется в зависимости от вида отопительной системы:

• для вертикальных бифилярных и однотрубных систем: Рн = Pс. о. — Ре
• для горизонтальных бифилярных и однотрубных, двухтрубных систем:Рн = Pс. о. — 0,4Ре

• Pс.о — потери давления в основном кольце циркуляции, Па;
• Ре — естественное циркуляционное давление, которое возникает вследствие понижения температуры теплоносителя в трубах кольца и приборах отопления, Па.

В горизонтальных трубах скорость теплоносителя принимают от 0,25 м/с, для возможности удаления воздуха из них. Оптимальная расчетная движения теплоносителя в трубах из стали до 0,5 м/с, полимерных и медных — до 0,7 м/с.

После расчета основного кольца циркуляции производят расчет остальных колец путем определения известного давления в них и подбора диаметров по примерной величине удельных потерь Rср.

Применяется направление в системах с местным теплогенератором, в СО при зависимом (при недостаточном давлении на вводе тепловой системы) или независимом присоединении к тепловым СО.

Второе направление расчета заключается в подборе диаметра трубы на расчетных участках и определении потерь давления в кольце циркуляции. Рассчитывается по изначально заданной величине циркуляционного давления. Диаметры участков трубопровода подбирают по примерной величине удельных потерь давления Rср. Этот принцип применяется в расчетах отопительных систем с зависимым присоединением к тепловым сетям, с естественной циркуляцией.

Для исходного параметра расчета нужно определить величину имеющегося циркуляционного перепада давления PP, где PP в системе с естественной циркуляцией равно Pe, а в насосных системах — от вида отопительной системы:

• в вертикальных однотрубных и бифилярных системах: PР = Рн + Ре
• в горизонтальных однотрубных, двухтрубных и бифилярных системах: PР = Рн + 0,4.Ре

Расчет трубопроводов СО

Следующей задачей расчета гидравлики является определение диаметра трубопровода. Расчет производится с учетом циркуляционного давления, установленном для данной СО, и тепловой нагрузки. Следует отметить, что в двухтрубных СО с водяным теплоносителем главное циркуляционное кольцо располагается в нижнем приборе отопления, более нагруженного и удаленного от центра стояка.

По формуле Rср = β*?рр/∑L; Па/м определяем среднее значение на 1 метр трубы удельной потери давления от трения Rср, Па/м, где:

• β — коэффициент, учитывающий часть потери давления на местные сопротивления от общей суммы расчётного циркуляционного давления (для СО с искусственной циркуляцией β=0,65);
• рр — имеющееся давление в принятой СО, Па;
• ∑L — сумма всей длины расчётного кольца циркуляции, м.

Расчет количества радиаторов при водяном отоплении

Формула расчета

В создании уютной атмосферы в доме при водяной системе отопления необходимым элементом являются радиаторы. При расчете учитываются общий объем дома, конструкция здания, материал стен, вид батарей и другие факторы.

Например: один кубометр кирпичного дома с качественными стеклопакетами потребует 0,034 кВт; из панели — 0,041 кВт; возведенные согласно всех современных требований — 0,020 кВт.

Расчет производим следующим образом:

• определяем тип помещения и выбираем вид радиаторов;
• умножаем площадь дома на указанный тепловой поток;
• делим полученное число на показатель теплового потока одного элемента (секции) радиатора и округляем результат в большую сторону.

Например: комната 6x4x2,5 м панельного дома (тепловой поток дома 0,041 кВт), объем комнаты V = 6x4x2,5 = 60 куб. м. оптимальный объем теплоэнергии Q = 60×0, 041 = 2,46 кВт3, количество секций N = 2,46 / 0,16 = 15,375 = 16 секций.

Характеристики радиаторов

Тип радиатора

Тип радиатора	Мощность секции	Коррозийное воздействие кислорода	Ограничения по Ph	Коррозийное воздействие блуждающих токов	Давление рабочее/ испытательное	Гарантийный срок службы (лет)
Чугунный	110	—	6.5 — 9.0	—	6−9 /12−15	10
Алюминиевый	175−199	—	7— 8	+	10−20 / 15−30	3−10
Трубчатый Стальной	85	+	6.5 — 9.0	+	6−12 / 9−18.27	1
Биметаллический	199	+	6.5 — 9.0	+	35 / 57	3−10

Правильно проведя расчет и монтаж из высококачественных комплектующих, вы обеспечите ваш дом надежной, эффективной и долговечной индивидуальной системой отопления.