РАСЧЕТНАЯ ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Система отопления предназначена для создания в помещениях здания в холодный период года температурной обстановки, соответствующей комфортной и отвечающей требованиям технологического процесса.

Температура помещений зависит от поступлений и потерь тепла, а также от теплозащитных свойств наружных ограждений и расположения обогревающих устройств.

Тепло поступает в помещение от технологического оборудования, нагретых материалов, источников искусственного освещения, людей, а также от технологических процессов, связанных с выделением тепла. В холодный период года помещение теряет тепло через наружные ограждения, на нагревание материалов, транспортных средств и оборудования, поступающих извне. Тепло расходуется на нагревание воздуха, который поступает в помещение через неплотности в ограждениях и для компенсации воздуха, удаляемого технологическим оборудованием и вытяжными системами, если удаление этого воздуха не компенсируется притоком подогретого воздуха приточной вентиляции.

Для определения тепловой мощности системы отопления составляют баланс часовых расходов тепла для расчетных зимних условий в виде.

где Q_ОГР — потери тепла через наружные ограждения;

Q_И.В — расход тепла на нагревание воздуха, поступающего в помещение при инфильтрации и вентиляции;

Q_ТЕХН — дебаланс между расходом тепла на технологические нужды и минимальными технологическими и бытовыми теплопоступлениями.

Расчетная тепловая мощность системы отопления соответствует максимальному дефициту тепла.

Для промышленных зданий в расчет принимают интервал с наименьшими тепловыделениями.

Для гражданских зданий обычно принимают, что в помещении отсутствуют люди, нет искусственного освещения и других бытовых тепловыделений, поэтому определяющими расход тепла являются теплопотери через ограждения и инфильтрация.

В жилых зданиях при определении тепловой мощности системы отопления учитывают теплопотери через ограждающие конструкции, больший из расходов тепла на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещение вследствие инфильтрации или для компенсации нормативного воз­духообмена, а также бытовые теплопоступления в размере, регла­ментируемом СНиП.

Определение потерь тепла через отдельные ограждения. Расчетные потери тепла

Q_т.п, Вт, через отдельные ограждения или их части площадью F определяют по форму

Q_т.п.= (t_в— t₅)nFη=K(t_в— t₅) nFη (1.68)

где t_В — расчетная температура внутри помещения;

t₅ — температура холодной пятидневки для района строительства;

п — коэффициент, учитывающий уменьшение разности температур (см. прил. 4);

η — коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери.

Теплопотери помещения Q_ОГР равны сумме потерь тепла через его наружные ограждения, рассчитанных по формуле (1.68), а также потерь или поступлений тепла через внутренние ограждения, если температура воздуха в соседних помещениях ниже или выше температуры в данном помещении на 5 о С и более.

Коэффициенты теплопередачи К для наружных стен и перекрытий принимают по теплотехническому расчету.

Для теплотехнического расчета окон и балконных дверей в СНиП приведены две таблицы (см. прил. 5 и 6). По одной из них можно определить минимально допустимое или требуемое сопротивление теплопередаче окна R_О ТР в зависимости от назначения помещения и расчетной разности температур t_B — t_Н. В другой таблице даны фактические сопротивления теплопередаче различных конструкций окон и балконных дверей. С помощью этих таблиц можно подобрать конструкцию или определить сопротивление теплопередаче заполнения светового проема известной конструкции

Коэффициент теплопередачи К для наружных дверей определяют в зависимости от их конструкции по приложению 6.

Добавочные теплопотери через ограждения.

Основные теплопотери через ограждения часто оказываются меньше действительных теплопотерь, так как принятая формула не учитывает влияния некоторых факторов. Потери тепла могут заметно изменяться под влиянием инфильтрации и эксфильтрации воздуха через толщу ограждений и щели в них, а также под действием облучения солнцем. Теплопотери помещения в целом могут существенно возрасти (η > I) в результате врывания холодного воздуха через открываемые наружные двери и т. п.

Дополнительные потери тепла обычно учитывают добавками к основным теплопотерям, задаваемыми в процентах к последним. Условно добавки делят на несколько видов по определяющим факторам.

1. Добавка на ориентацию ограждения по странам света. Ее принимают для всех наружных вертикальных ограждений. Величины добавок берут в соответствии со схемой на рис.1.14.

2. Добавка на угловые помещения. Для угловых помещений и помещений, имеющих два и более наружных вертикальных ограждений, средняя радиационная температура ниже, чем для остальных помещений, поэтому для таких помещений температуру внутреннего воздуха принимают выше на 2 о С для жилых зданий, а для зданий другого назначения повышение температуры учитывают 5% добавкой к основным теплопотерям вертикальных наружных ограждений.

3. Добавка на врывание холодного воздуха. Для входов, не оборудованных воздушно-тепловыми завесами (наружные двери с кратковременным открыванием при n этажах в здании), ее принимают равной:

60 n % при тройных дверях с двумя тамбурами,

80 п % — при двойных дверях с одним тамбуром и

65 п% — при одинарных дверях.

В промышленных зданиях добавку на врывание холодного воз­духа через ворота, не имеющие тамбура и шлюза, если они открыты менее 15 мин в 1 ч, принимают

В общественных зданиях независимо от их этажности при проходе через двери

до 500— 600 чел в 1 ч принимают добавку в размере 500%.

4. Добавка на высоту. Ее вводят для помещении общественных зданий высотой более 4 м. Расчетные значения теплопотерь всех ограждений увеличивают на 2% на каждый метр высо­ты но добавка должна быть не более 15%. Эта добавка учитывает увеличение теплопотерь в верхней части помещения в результате повышения температуры воздуха. Для лестничных клеток добавку на высоту не принимают. В промышленных зданиях необходимо производить специальный расчет распределения температуры по высоте, который определит теплопотери через стены и перекрытия.

Расход тепла на нагревание холодного воздуха.

В производственных помещениях расход тепла на нагревание холодного воздуха, поступающего вследствие инфильтрации через притворы окон, фонарей, дверей, ворот, доходит до 30—40% основных теплопотерь. Учитывая столь большую величину этих затрат тепла, при расчете теплопотерь производственных помещений делают специальный подсчет затрат тепла на нагрев поступающего в помещение холодного воздуха. Такой же расчет выполняют для крупных общественных зданий.

Количество тепла Q, Вт, необходимое для нагрева массового расхода G, кг/°С, наружного воздуха, имеющего температуру t_Н до температуры в рабочей зоне помещения t_В, равно:

где с — удельная теплоемкость воздуха, равная 1,005 кДж/(кг·°С).

Расход поступающего наружного воздуха G определяют по формуле

где а — поправочный коэффициент для двойных переплетов металлических а = 0,65; для двойных переплетов деревянных а = 0,5;

для деревянных притворов ворот и дверей а = 2;

j — расход воздуха, проникающего в помещение через 1 м притвора, кг/ч, принимаемый по табл. 1.6.

Для жилых и общественных зданий, оборудованных естественной вытяжной вентиляцией, количество тепла на нагревание наружного воздуха следует определять по расходу воздуха, поступающего в помещения путем инфильтрации, а для жилых комнат — по большей из двух величин:

а) расход воздуха, поступающего путем инфильтрации;

б) расход воздуха, обеспечивающий минимальный нормативный воздухообмен.

Количество тепла на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещения жилых и общественных зданий путем инфильтрации Q_И Вт, следует определять по формуле

где F — расчетная площадь окон, м 2 ;

G_O — расход воздуха, поступающего в помещения путем инфильтрации через 1 м 2 окон и балконных дверей, кг/(м 2 • ч);

А» коэффициент, учитывающий подогрев воздуха тепловым потоком, принимаемый равным для окон с раздельными пере­плетами 0,8, адля спаренных переплетов 1.

Значение G₀ определяют по формуле

G₀= (1.74)

где А и Б — параметры, принимаемые по табл. 1.5;

ρ_Н — плотность наружного воздуха, кг/м 3 ;

Δр — разность давлений воздуха у наружной и внутренней поверхностей наружных ограждающих конструкций здания, Па, определяемая, по формуле

Δр=9,81(h_y.m -h_n)( ρ_Н – 1,27)+1,4(βυ) 2 ρ_Н (1.75)

здесь h_y.m — высота устья вытяжной шахты над уровнем земли, м;

h_n — высота центра рассматриваемого элемента ограждения над уровнем земли, м;

β — тот же поправочный коэффициент, что и в формуле (1.51);

υ — расчетная скорость ветра, м/с.

Количество тепла на нагревание наружного воздуха в объеме, обеспечивающем минимальный нормативный воздухообмен в жилых комнатах, Вт, следует определять по формуле

Q_H= = 1,005( )F_ж (1.76)

где l_В — нормативный воздухообмен, принимаемый равным 3 м 3 /ч на I м 2 жилом площади;

t_B — температура внутреннего воздуха, о С;

t_Н А — расчетная вентиляционная температура наружного воздуха о С;

F_Ж — площадь жилой комнаты, м 2 .

В тепловом балансе, определяющем установочную мощность системы отопления жилых зданий, по СНиП, необходимо учитывать бытовые тепловыделения Q_БЫТ в количестве 21 Вт на 1 м 2 площади жилых комнат и кухонь;

где F — площадь жилых комнат и кухонь, м 2 .

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.