Перед тем как выбрать котел, целесообразно произвести расчет объема воды в отопительной системе. Это нужно для определения, какой объем воды сможет прогреть ваш котел или другой источник тепла. Приблизительный расчет основывается на соотношении, согласно которому на каждый киловатт мощности котла требуется 15 литров воды.
Как рассчитать отопление в частном доме: Расчет системы отопления частного дома, правила и примеры расчета
(или что вы получите за свои деньги и почему это важно)
Тепловой расчет, или определение теплопотерь, является основой для последующего проектирования инженерных систем здания и для принятия решений по некоторым архитектурным и конструктивным узлам еще на самых ранних стадиях проектирования.
В этом примере я продемонстрирую, какие исходные данные необходимы для расчета теплопотерь, основные этапы выполнения расчета, а также некоторые важные особенности, назначение и дальнейшее использование результатов теплового расчета.
Исходные данные и актуальные задачи
Итак, у нас есть двухэтажный дом, построенный из сип-панелей, общей площадью 125 квадратных метров. Мы располагаем подробными конструктивными чертежами с размерами помещений, окон, дверей, высотой этажей и так далее. Стены дома изготовлены из СИП панелей толщиной 174 мм. С внешней стороны стены утеплены минеральной ватой толщиной 50 мм, которая обеспечивает тепло- и звукоизоляцию. С внутренней стороны все наружные стены покрыты фольгированным пенополиуританом толщиной 5 мм. Так как решение относительно чистовой отделки еще не принято, в расчетах этот слой не учитывается, однако отсутствие отделки в будущем только улучшит тепловые характеристики помещений. Снаружи дом оформлен вентилируемым фасадом с зазором в 50 мм между минеральной ватой и облицовкой.
Рис.1 Фасад дома
Дом находится на винтовых чеках, поднятых на 500 мм над уровнем земли. Пол первого этажа выполнен из СИП толщиной 224 мм. Перекрытия между этажами и чердаком сделаны по балкам 50х200 мм и утеплены минеральной ватой. Крыша четырехскатная, неэксплуатируемая с холодным чердаком.
Дом будет использоваться круглый год, однако постоянно в нем будут проживать 1-2 человека, а в выходные и праздничные дни количество жильцов может возрастать до 6-8 человек. Таким образом, задача заключается в том, чтобы обеспечить возможность постоянного отопления помещений на первом этаже, в то время как помещения второго этажа будут обогреваться лишь по необходимости. Для этого перекрытие между этажами должно быть утепленным и предусматривать возможность полной изоляции первого этажа от второго.
Рис.2 Планировка 1-го этажа Рис.3 Планировка 2-го этажа
На данном этапе строительства требуется:
- в конечном итоге выбрать систему отопления для данного дома. Предполагается, что предпочтение будет отдано водяной системе отопления с конвекторами, но также рассматривается возможность установки электрических конвекторов;
- определить, достаточно ли будет электрического котла для круглогодичного отопления дома или стоит рассмотреть вопрос подключения газа с установкой газового котла;
- выбрать основные оборудование, включая мощность котла и марки отопительных приборов.
Определение площади ограждающих конструкций и их термического сопротивления
Для выполнения теплового расчета в первую очередь необходимо вычислить площади всех ограждающих конструкций. Для этого нужно определить размеры стен, пола, потолка, а также дверных и оконных проемов, выраженные в квадратных метрах. Стены и перекрытия каркасных и СИП-панельных домов имеют неоднородную структуру с деревянными стойками, которые занимают всю толщину стены и создают дополнительные мостики холода. Влияние этих мостиков достаточно значительно, и их не следует игнорировать. Кроме того, проводя тепловые расчеты, я обнаружил, что даже 5 мм слоя подложки из вспененного полиуретана на внутренней стене существенно снижает теплопотери через мостики холода. Поэтому как специалист в области теплотехники я настоятельно рекомендую такой подход при внутренней отделке СИП-домов.
Далее для каждой ограждающей конструкции необходимо рассчитать термическое сопротивление R, выраженное в м²·°С/Вт. Для этого можно использовать онлайн-калькуляторы или справочные таблицы для определения коэффициентов теплоотдачи как для внутренних, так и для наружных поверхностей. Термическое сопротивление является наглядной характеристикой ограждающих конструкций: чем больше его значение, тем лучше теплоизоляция, соответственно, теплопотери в доме будут меньше.
По данным производителей, термическое сопротивление для окон, установленных в доме, равно Rокна=0,67 м²·°С/Вт, а для входной утепленной двери Rдвери =1,04 м²·°С/Вт. Заметьте, что достаточно высокое термическое сопротивление двери оказалось эффективным: как показала дальнейшая эксплуатация дома, одной такой двери достаточно, чтобы не допустить промерзания и образования слежавшегося инея внутри даже при температуре -30 °С на улице. Изначально в прихожей планировалось установить две двери для повышения теплоэффективности, но позже выяснилось, что вторая дверь нужна только для декоративных целей.
Теплопотери частного дома
Тепло в здании теряется из-за разницы температур воздуха внутри и снаружи дома. Теплопотери увеличиваются по мере увеличения площади ограждающих конструкций (окон, крыши, стен, фундамента).
Тепловая энергия также теряется из-за применяемых в ограждающих конструкциях материалов и их размеров. Например, теплопотери через тонкие стены больше, чем через толстые.
Основная цель тепловых расчетов заключается в правильно рассчитанном выборе отопительного агрегата, который должен компенсировать потери тепла в холодный период года.
Для выбора необходимого оборудования сначала суммируются теплопотери через все ограждающие конструкции.
В расчетах также учитываются утечки тепла через неплотно прилегающие оконные створки и дверные полотна, а также тепло, необходимое для подогрева воздуха, поступающего снаружи.
Для помещений, где предусмотрена механическая вентиляция, обеспечивающая приток свежего воздуха, следует учитывать потребность в энергии для его подогрева.
Если в планах стоит использование двухконтурного котла как основного элемента для отопления и подогрева воды для системы ГВС, в вычислениях учитывается необходимая энергия на эти цели.
Тщательно проведенные расчеты обязательно принимают в учет тип топлива и его энергетическую эффективность.
Все расчеты корректируются с учетом метода устройства контуров отопления; при скрытой прокладке систем необходим учет нагрева строительных конструкций.
При расчетах для открытых схем отопления, открывающихся в атмосферу через незамкнутый расширительный бак, необходимо также учесть потери энергии из-за остывания теплоносителя.
Система отопления частного дома с двумя агрегатами
Эффективный расчет отопления частного дома обязательно учитывает материалы, использованные при строительстве ограждающих конструкций.
Например, стена из дерева и стена из кирпича одинаковой толщины будут проводить тепло с разной эффективностью — тепло через деревянные конструкции теряется медленнее. Некоторые материалы лучше пропускают тепло (металл, кирпич, бетон), а другие хуже (дерево, минеральная вата, пенополистирол).
На атмосферу внутри жилого помещения непосредственно влияет внешняя воздушная среда. Стены, оконные и дверные проемы, крыша и фундамент зимой отводят тепло из дома и компенсируют это холодом. На них приходится 70-90% общих теплопотерь коттеджа.
Стены, крыша, окна и двери — все это способствует утечке тепла наружу в зимний период. Для более наглядного представления можно воспользоваться тепловизором, который покажет участки утечек тепла.
Постоянные утечки тепловой энергии за отопительный сезон также происходят через вентиляцию и канализацию.
При расчетах теплопотерь для индивидуального жилого строительства эти данные обычно игнорируют. Тем не менее, включение теплопотерь через системы вентиляции и канализации в общий тепловой расчет дома является правомерным и целесообразным решением.
Значительное снижение теплопотерь, происходящих через строительные конструкции и дверные/оконные проемы, можно достичь с помощью грамотно устроенной теплоизоляции.
Произвести расчет автономного контура отопления загородного дома без оценки теплопотерь его ограждающих конструкций невозможно. Просто невозможно определить необходимую мощность отопительного котла, способного обогреть коттедж даже в самые сильные морозы.
Расчет мощности отопительного котла
Котел в системе отопления предназначен для компенсации теплопотерь здания. Кроме того, в случае двухконтурной системы или при оснащении котла бойлером косвенного нагрева, он также должен согревать воду для санитарных нужд.
Вычислив суточные потери тепла и расход горячей воды, можно точно определить необходимую мощность котла для конкретного коттеджа с его характеристиками ограждающих конструкций.
Одноконтурный котел предназначен только для нагрева теплоносителя для отопительной системы.
Для определения мощности отопительного котла необходимо рассчитать затраты тепловой энергии, поступающей через фасадные стены, а также на нагрев сменяющегося воздушного пространства внутри помещений.
Необходимые данные о теплопотерях выражаются в кВт·ч за сутки. В случае условного дома, приведенного в качестве примера, результаты таковы:
271,512 + 45,76 = 317,272 кВт·ч,
где: 271,512 — суточные потери тепла через внешние стены; 45,76 — суточные потери тепла на нагрев приточного воздуха.
Исходя из этого, необходимая мощность котла будет следующей:
317,272 : 24 (часа) = 13,22 кВт
Однако такой котел будет находиться под постоянной высокой нагрузкой, что снизит его срок службы. В особенно морозные дни расчетная мощность котла может быть недостаточной, поскольку при значительном перепаде температур между внутренним и наружным воздухом теплопотери здания резко возрастают.
Поэтому не стоит выбирать котел, основываясь только на усредненных расчетах тепловой энергии — в суровые морозы он может не справиться с задачей.
Рациональным подходом будет увеличение требуемой мощности котлового оборудования на 20%:
13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 кВт
Для вычисления необходимой мощности второго контура котла, отвечающего за подогрев воды для бытовых нужд, следует разделить месячное потребление тепла от канализационных потерь на число дней в месяц и на 24 часа:
493,82 : 30 : 24 = 0,68 кВт
По итогам расчетов оптимальная мощность котла для нашего коттеджа составляет 15,86 кВт для отопительного контура и 0,68 кВт для нагревательного.
Какой котел лучше выбрать для дома?
Котлы для отопления представляют собой главный компонент всей системы, и именно они обеспечивают тепло в вашем доме, поэтому их выбор требует особого подхода. По типу топлива котлы подразделяются на:
- электрические;
- твердотопливные;
- жидкотопливные;
- газовые.
Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки.
- Электрические котлы не получили массового распространения, главным образом из-за высокой стоимости и дороговизны их обслуживания. Тарифы на электроэнергию оставляют желать лучшего, существует вероятность обрывов линий электропередач, в результате чего ваш дом может остаться без отопления.
- Твердотопливные котлы часто применяются в отдаленных деревнях и поселках, где нет централизованных коммуникационных сетей. Они нагревают воду с помощью дров, брикетов и угля. Данный тип характеризуется недостатком — необходимостью постоянного контроля над наличием топлива, так как если оно закончится, отопление прекратится. Современные модели решают эту проблему за счет автоматических податчиков, однако цена таких устройств значительно выше.
- Жидкотопливные котлы, как правило, используют дизельное топливо. Они обладают высокой производительностью благодаря значительному КПД топлива, однако высокая цена на сырье и необходимость в резервуарах для хранения дизельного топлива ограничивают круг потенциальных покупателей.
- Оптимальным решением для загородного дома можно считать газовые котлы, так как их небольшой размер, низкая цена на газ и высокая теплоотдача сделали их популярными среди населения.
Как выбрать трубы для отопления?
Системы отопления требуют труб, которые пробрасывают тепло во все обогревательные устройства в доме. В зависимости от материала изготовления они делятся на:
- металлические;
- металлопластиковые;
- пластиковые.
Металлические трубы имеют ряд недостатков, включая сложность монтажа (из-за необходимости сварки швов), подверженность коррозии, больший вес и высокую стоимость. Однако их преимущество заключается в высокой прочности, стойкости к перепадам температур и способности выдерживать большое давление. Их применение скорее целесообразно в многоквартирных домах, нежели в частном строительстве.
Полимерные трубы из металлопластика и полипропилена схожи по своим характеристикам. Они легкие, пластиковые, не подвержены коррозии, подавляют шумы, имеют невысокую цену. Единственное различие у первых заключается в наличии алюминиевой прослойки между двумя слоями пластика, что увеличивает их теплопроводность. Поэтому трубы из металлопластика применяются для отопления, в то время как пластиковые лучше подойдут для водоснабжения.
Температурный режим для частного дома с котлом отопления
- 75 °С — температура на выходе из отопительного прибора, газового или электрического котла;
- 65 °С — температура обратки на входе в котел;
- 20 °С — температура воздуха в помещении.
Для Москвы и Подмосковья необходимо рассчитывать 40 Вт на кубометр или 100 Вт на квадратный метр, чтобы в доме было тепло. Для Санкт-Петербурга или Ленинградской области этот показатель может быть немного выше из-за повышенной влажности и ветров. При этом одно ребро радиатора в норме имеет мощность примерно 120-160 Вт, если на него подается теплоноситель с температурой +70 °С, а примерно 5 °С теряется на теплопотери в системе.
Разводка отопления
Перед установкой системы отопления в частном доме необходимо определиться с типом разводки. Она может быть вертикальной или горизонтальной.
Вертикальные схемы с верхней подачей горячей воды применяются при естественной циркуляции и низком давлении в системе. При этом максимально используется разница во гидростатическом давлении между холодным и теплым сегментами.
Такие схемы могут функционировать даже при отключении насоса. При отоплении с естественной циркуляцией разводку с нижней подачей практически не применяют. Одним из преимуществ вертикальной разводки является меньшая суммарная длина используемых труб, что делает ее более подходящей для двух- или трёх этажных зданий.
Горизонтальная разводка лучше подходит для одноэтажного дома. В домах с большим количеством этажей, эта схема может хорошо вписываться в интерьер, если вертикальная система не соответствует дизайнерским решениям.
В зависимости от количества стояков различаются однотрубные и двухтрубные системы. У этих вариантов есть свои плюсы и минусы.
Однотрубная система функционирует по принципу замкнутого трубопровода для циркуляции тепла. В этой схеме работа происходит следующим образом: жидкость проходит через котел, затем по стояку достигает верхней части системы.
После этого она попадает в расширительный бак и распределяется между радиаторами. Первые радиаторы получают максимально горячую воду, остальные — частично остывшую. Жидкость движется по одному контур.
Существует два вида: открытые и закрытые системы. В открытой системе имеется расширительный бачок, где жидкость соприкасается с атмосферой. В закрытой системе бак изолирован.
Рис. 2 Виды систем отопления
Плюсы
Невысокая стоимость отопительных элементов
Простой и быстрый монтаж
Минимальный риск поломки
Минусы
Постепенное снижение температуры воды
Необходимость использования радиаторов с большим количеством колен
Сложность замены компонентов в случае поломки
Двухтрубная система отличается тем, что в ней имеется два контура: один предназначен для подачи горячей жидкости к радиаторам, а другой — для возврата остывшего теплоносителя в котел. Также выделяют открытые и закрытые типы систем.
Закрытые конструкции более безопасны и практичны из-за применения мембранных емкостей в качестве резервуара. С их помощью можно добавлять или отключать радиаторы или целые секции нагревательных приборов. Для заполнения системы отопления закрытого типа, как правило, используется электрический насос.
Плюсы
Одинаковая температура воды во всех радиаторах
Если один или два радиатора выйдут из строя, система продолжит работать
Можно подключить любое количество радиаторов в зависимости от пропускной способности труб
Минусы
Высокая стоимость монтажа и компонентов системы
Может не вписываться в общий интерьер
Процесс установки занимает значительно больше времени
Тонкости монтажа отопительной системы
При проектировании системы отопления необходимо заранее планировать зонирование. Помните, чем дальше котел от размещаемого помещения, тем хуже его прогрев. Поэтому размещайте котел ближе к детской, столовой или кухне.
Учитывайте истинную мощность радиаторов. Большинство из них рассчитаны на отопление квартир, где температура подачи составляет 90 градусов. В частном доме фактическая температура будет находиться в диапазоне от 80 до 70 градусов.
Перед началом установки следует рассчитать теплопотери. Теплотехнический расчет проводится с учетом 5 самых холодных дней в году. Эти данные можно найти в СНиПах в разделе “Климатология” или обратиться к специалисту. Это будет иметь значение для выбора оборудования и материала для труб.
Чтобы система отопления функционировала корректно, рекомендуем воспользоваться услугами профессионалов. Рекомендуется проводить установку в следующем порядке:
- монтаж котла;
- установка дымохода;
- размещение оборудования;
- обвязка системы.
Обновляйте воду в системе не реже одного раза в семь лет. Если используете антифриз, то его следует менять каждые 3-4 года, в зависимости от рекомендаций. При замене теплоносителя не забудьте промыть всю систему.
Выбирайте радиаторы по ширине, равной 70% от площади окна. Соблюдение этого условия поможет сохранить тепло в доме. Это могут обеспечить панельные батареи.
Используйте терморегуляторы с функцией таймера. Таким образом, вы сможете сэкономить до 40% энергии, используемой для отопления.
Не устанавливайте панельные радиаторы, если у вас в системе используется антифриз, так как со временем они могут протекать.
Если у вас нет опыта монтажа, лучше обратиться к профессионалам. Стоимость работ составляет от 30 до 40% от цены оборудования. Оптимальный вариант — нанять компанию, которая разработает проект, поможет закупить материалы со скидкой и установит систему “под ключ”. При выборе исполнителя уточните, есть ли гарантия на выполненные работы.
