Расчёт тепловой нагрузки

Для поддержания температурной разницы между внешней окружающей средой и комфортной температурой в комнатах необходимо иметь автономную систему отопления, способную обеспечивать нужный температурный режим в каждой комнате частного дома.

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

Проектирование и тепловой расчёт системы отопления являются важнейшими этапами при организации обогрева жилого дома. Главной задачей этих вычислительных процессов является определение оптимальных параметров для котла и радиаторов отопления.

На первый взгляд может показаться, что теплотехнический расчёт доступен только специалистам-инженерам. Однако с пониманием основ алгоритма действий вы сможете самостоятельно выполнить необходимые вычисления.

В этой статье мы подробно изложим процесс расчета и представим все необходимые формулы. Также для лучшего понимания процесса проведем пример теплового расчета, который можно будет использовать для частного дома.

Тепловой расчёт отопления: общий порядок

Классический тепловой расчёт отопительной системы представляет собой сводный документ, который включает в себя обязательные этапы стандартных методов вычислений.

Однако прежде чем перейти к анализу этих расчётов, следует разобраться с самой концепцией отопительной системы.

Грамотные расчеты и проектирование контуров автономного отопления необходимы, чтобы выбрать оборудование, способное эффективно обогревать дом определенной площади.

Расчеты выполняются на основании данных о самом холодном месяце года, что соответствует периоду максимальной нагрузки на систему отопления.

При выполнении расчетов необходимо учитывать тепловые потери, происходящие через оконные и дверные проемы, а также через связанную с улицей вентиляционную систему.

Особое внимание уделяется теплотехникам строительных конструкций, которые призваны минимизировать потерю тепла.

Независимая система отопления частного дома должна обеспечивать нагрев воздуха, который поступает через открывающиеся окна и двери во время проветривания.

Котел такой независимой системы отопления обязан справляться с восполнением теплопотерь. Его мощность должна быть достаточной для поддержания температурного уровня +20º С в доме.

После подбора оптимального котла по мощности следует выбирать наиболее подходящий агрегат с точки зрения КПД и эксплуатационных расходов.

Для систем с принудительным движением теплоносителя дополнительно проводятся гидравлические расчёты, которые помогают определить насос и оптимальный диаметр труб.

Характеристика системы отопления подразумевает принудительное поступление и непроизвольный отвод тепла в помещении.

Основные задачи для расчёта и проектирования системы отопления включают в себя:

• максимально точное определение тепловых потерь;
• определение количества и условий применения теплоносителя;
• точный подбор компонентов, которые обеспечивают генерацию, перемещение и передачу тепла.

На этапе постройки системы отопления важно собрать большое количество данных о здании или помещении, где будет установлена система отопления. Затем следует провести расчёт тепловых параметров системы и проанализировать результаты арифметических операций.

На основе полученных данных подбираются компоненты системы отопления, после чего происходит закупка, установка и ввод в эксплуатацию.

Отопление представляет собой многокомпонентную систему, которая обеспечивает установленные температурные режимы в помещении или здании. Это является частью инфраструктуры современного жилья.

Следует отметить, что представленный метод теплового расчёта позволяет довольно точно вычислить множество величин, которые описывают будущую систему отопления.

В результате теплового расчёта можно получить следующую информацию:

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

Тепловой расчёт следует рассматривать как практическую задачу, а не как теоретическую концепцию. Полученные результаты рекомендуется использовать при выборе компонентов для системы отопления.

Мощность системы отопления

Расчет тепловой мощности системы отопления является первоочередной задачей, необходимой для обеспечения теплоснабжения квартиры или дома.

Данные о мощности позволяют определить минимальную потребность в тепловой энергии для конкретного объекта, а также вычислить предполагаемые тепловые потери каждый отдельный элемент помещения, что в свою очередь помогает произвести расчёты суточного и годового потребления топлива.

Этот параметр необходим для вычисления количества теплоносителя и выбора котла, который будет обеспечивать необходимый обогрев.

Показатель мощности можно представить как 1 кВт на каждые 10 кв. м.

Такой способ расчета справедлив для капитальных построек, отличающихся хорошей теплоизоляцией и высотой потолков не более 3 метров.

К примеру, если площадь объекта составляет 2000 кв. м, то расчет будет следующим:

2000 / 10 = 200 кВт

Согласно объемам мощности систем отопления можно определить объем теплоносителя, необходимый для корректной работы всего комплекса и всех коммуникаций, ответственных за обогрев здания. Перед заполнением отопительной системы важно знать точное количество теплоносителя, чтобы заранее закупить или подготовить нужный объем. Также желательно ознакомиться с паспортными данными всех устройств отопления и трубопроводов.

Каждая система отопления требует периодического технического обслуживания и ремонта систем теплоснабжения, подобные услуги предлагает компания SVA.

Требования к идеальному теплоносителю

Идеальный теплоноситель для автономных отопительных систем должен соответствовать следующим этим параметрам качества:

• Обладать достаточной теплоемкостью, чтобы эффективно накапливать и передавать тепловую энергию для обогрева помещений.
• Иметь химически нейтральный состав, чтобы не создавать условия для коррозии элементов отопительного оборудования и не разъедать уплотнительные прокладки в местах соединения контуров.
• Поддерживать эксплуатационные процессы в широком температурном диапазоне.
• Не содержать веществ, которые могут оседать в трубах и радиаторах, что приводит к их закоксовыванию.
• Обладать стабильным составом — не распадаться на различные химические составляющие из-за высокой температуры или времени эксплуатации. Его плотность, вязкость, теплоемкость и химическая инертность должны оставаться постоянными.
• Быть безопасным для людей, которые находятся в помещениях, обогреваемых с помощью этого теплоносителя, что подразумевает отсутствие токсичных и горючих веществ.
• Обладать приемлемой ценой.

Разумеется, что после длительной эксплуатации любой трубопровод может загрязняться коррозионными продуктами или накипью, что требует периодической очистки инженерных систем.

Этапы расчета тепловой нагрузки

Существуют различные методики подсчета: от укрупненных расчетов годовых тепловых нагрузок до более точных. Однако последовательность работы при определении расчетной тепловой нагрузки следующая:

1. Сбор исходных данных. На этом этапе специалист должен получить от заказчика следующие документы:
   • Копию плана БТИ.
   • Справка с фактическим количеством пользователей системы отопления.
   • Копия договора на теплоснабжение с энергоснабжающей организацией.
   • Данные о типе системы отопления: однотрубная или двухтрубная.
   • Указание на верхний или нижний розлив теплоносителя.

   На этом этапе также уточняется площадь отапливаемого помещения, наличие вентиляции и горячего водоснабжения. Эти данные помогут точно определить сроки выполнения расчетов и их стоимость.

2. Энергетическое обследование здания с выездом на объект. Специалисты выезжают на объект для проведения полного аудита здания и системы отопления. Для этого мастера делают фотографии, производят замеры и составляют схемы. Измеряются диаметры подводящих и отводящих труб, определяется материал всех труб и составляется список используемого оборудования.
3. На основании собранных данных производится расчет в соответствии с нормами. Рассчитываются не только системы отопления, но и горячего водоснабжения с учетом вентиляции.
4. Формирование технического отчета. В него включаются следующие элементы:
   • Исходные данные о объекте.
   • Точки ввода горячего водоснабжения.
   • Схема расположения конвекторов отопления.
   • Заключение по проведенному энергоаудиту, включая сводную таблицу с фактическими максимальными тепловыми нагрузками и запланированными по договору.
   • Сам расчет тепловых нагрузок.
   • Различные приложения: планы зданий по этажам, спецификация с установленным оборудованием, удостоверение членства в СРО энергоаудитора.
5. Согласование проектной документации и расчетов с теплоснабжающей организацией.
6. При необходимости, если расчет показывает изменение тепловой нагрузки, с организацией заключается новый договор на предоставление тепла или вносятся корректировки в существующий договор.

Важно помнить, что для расчета годовой тепловой нагрузки воздуха необходимо учитывать его объем, массу и температурные условия. Для анализа годовой тепловой нагрузки на стены следует учитывать теплопроводность материалов, их толщину и разницу температур внутри и снаружи помещения.

Варианты расчета нагрузки

Чтобы обеспечить комфортные условия проживания путем создания нормативной температуры в помещениях, недостаточно только понимать, что мощность тепла — это характеристика, которая связывает отданное и потребляемое тепло. Важно знать и уметь применять популярные методы расчета нагрузки.

Для определения необходимого параметра (нагрузки) должен быть вычислен общий расход теплоты. Количество такой энергии должно быть достаточно для нагрева дома (воздуха в помещениях) хотя бы до нормативного уровня. Для решения поставленной задачи проводится расчёт тепловых нагрузок на отопление, который можно произвести одним из трех распространенных методов. Каждый из этих способов отличается по сложности, соответственно, точность полученных результатов будет различаться.

Расчет требуемого параметра выполняется следующим образом:

• по потерям теплоты через наружные конструкции и затратам на нагрев воздуха, подаваемого через вентиляцию.
• по площади: такой метод применяется, когда высота потолков не превышает 3 метров;
• по объему: данный метод актуален в случае, если высота перекрытий составляет более 3 метров.

На заметку! В настоящее время активно используются онлайн-сервисы, которые позволяют быстро выполнять расчет тепловой нагрузки на отопление здания, и калькуляторы, существенно упрощающие данный процесс. Однако полученные результаты необходимо обязательно проверять. Только так возможно добиться точности вычисления количества необходимой тепловой энергии.

Теплотехники и проектировщики рассчитывают теплоснабжение согласно установленным правилам СНиП. Эта сложная методика применяется исключительно профессионалами в данной области. Расчет производится с использованием различных справочных данных, а полученный результат обладает точностью около 95%.

Расчеты по площади или объему представляют собой более простые методы. Они основаны на использовании удельной тепловой характеристики, что делает их достаточно простыми в исполнении. Однако эти методы не позволяют достичь такой точности, как при вычислениях теплопотерь.

Расчет расходуемой теплоты по площади

Отопительная нагрузка определяется приблизительно по простой методике, которая состоит из следующих шагов:

1. Первым этапом нужно измерить периметр дома со стороны улицы и вычислить его площадь. При наличии проектной документации можно использовать соответствующие данные.
2. Полученный результат следует умножить на 100 Вт.
3. Затем подбирается котельный агрегат, принимая во внимание коэффициент запаса, который обычно составляет от 1,2 до 1,3.

Тем не менее, лучше воспользоваться другой методикой расчёта, которая обеспечит более точную среднюю тепловую мощность, учитывая расположение помещений, регион постройки и количество окон.

Если высота комнат не превышает 3 метров, сначала вычисляется их суммарная площадь. Полученное значение умножается на коэффициент, который рассматривает климатические условия в данной местности. Этот коэффициент равен 1 в тех районах, где климат умеренный. Для южных регионов он составляет 0,7, а для северных зон — от 1,5 до 2.

Видео описание

В этом обучающем видео профессионал поясняет, что необходимо учитывать при расчете необходимого количества тепла (мощности котла) для отопления объекта:

Расчет количества тепла по объему помещений

Если высота потолков в помещениях составляет 3 метра или более, то расчёт необходимого количества тепловой энергии для отопления не следует выполнять по площади. Это приведет к неточным результатам. Для правильного вычисления следует использовать укрупненные показатели удельного расхода тепла, известные на 1 м³ пространства в конкретной комнате.

Ориентировочная средняя тепловая мощность, формула которой практически идентична формуле, используемой для расчета тепла по площади, позволит быстро подобрать котел для конкретного дома. Различие лишь в использовании общего объёма вместо суммарной площади постройки.

Для расчета тепла по объему используются следующие значения удельного расхода:

• для помещений без наружных стен или с одной наружной стеной — 35 Вт/м³;
• для угловой комнаты с одним стеклопакетом — 40 Вт/м³;
• для помещения с двумя наружными стенами и окнами — 45 Вт/м³.

На заметку! Для этого метода также применяются климатические коэффициенты соответственно местности, как и для формулы, которая позволяет рассчитывать количество тепловой энергии по площади.

Используя этот метод, получаемые результаты окажутся выше, так как формула учитывает, что с високими потолками в помещении остается больше воздуха, который также надо будет нагревать. В связи с этим потребуется более мощное отопительное оборудование. Если же при расчете объемов учитывать высоту потолков, равную 2,7 м, результаты будут аналогичными тем, что можно получить методом, основанным на площади.

Выполнение теплового расчета

Для того чтобы определить минимальную требуемую мощность отопительной системы в жилом помещении, вы можете воспользоваться упрощенной формулой:

Qт (кВт/час) = V*∆T*K/860.

Эта формула расшифровывается следующим образом:

• Qт – тепловая нагрузка помещений, где должна проводиться отопление;
• V – общий объем обогреваемого дома (ширина, длина и высота), м³;
• ∆T – разница температур между наружным воздухом и температурой внутри помещения, °С;
• K – коэффициент тепловых потерь дома;
• 860 – перевод полученного значения в кВт/ч для удобства выбора оборудования, которое будет входить в систему отопления.

Могут возникнуть сложности с вычислением отдельных параметров, например, коэффициента тепловых потерь здания. Он зависит от степени теплоизоляции помещений и типа конструкции самого здания. Чтобы не запутаться в этих данных, можно использовать следующие рекомендованные параметры для упрощенного расчета мощности системы отопления. Они выглядят следующим образом:

• для деревянных домов с минимальной теплоизоляцией, обычными окнами и плоской крышей — K от 3,0 до 4,0;
• для домов с одинарной кирпичной кладкой с малой теплоизоляцией, упрощенной конструкцией крыши и окон — K от 2,0 до 2,9;
• для зданий из двойной кирпичной кладки с невысокой теплоизоляцией и стандартной крышей — K от 1,0 до 1,9;
• для абсолютно утеплённых кирпичных домов с двойными стеклопакетами, высококачественной крышей и высококачественными полами — K от 0,6 до 0,9.

Чтобы рассчитать разницу температур между улицей и помещением (∆T), необходимо учитывать климатические условия вашего региона и уровень комфорта, который должна поддерживать система отопления. Для упрощения расчетов можно воспользоваться СНиП 2.04.05-91, согласно которому расчетная внутренняя температура жилого здания колеблется между +18 и +26 °C. Для наружной температуры также следует учитывать экономику вашего региона, воспользовавшись приведенными ниже данными (город: °С):

• Москва: -28;
• Санкт-Петербург: -26;
• Киев: -22;
• Новороссийск: -13;
• Ялта: -6;
• Калининград: -18;
• Новгород: -27;
• Севастополь: -11;
• Одесса: -18;
• Ростов: -22;
• Краснодар: -19;
• Запорожье: -22;
• Львов: -19;
• Екатеринбург: -35;
• Харьков: -23;
• Самара: -30;
• Днепропетровск: -25;
• Казань: -32;
• Нижний Новгород: -30;
• Минск: -25;
• Каунас: -22;
• Вильнюс: -23.

Для большей ясности теперь приведем пример расчета по данному примеру. У нас имеется объем комнат (V), равный 250 м³, разница температур (∆T) составляет 18°С, параметр коэффициента тепловых потерь (K) равен 1. Теперь сделаем расчеты с использованием формулы:

Как сделать тепловой расчет более точным

Важно заметить, что подобное вычисление, выполненное по приведенной форме, не учитывает тепловые потери, которые могут быть связаны с расположением помещений, типом утепления и конструкций ограждений. Не следует забывать, что угловые дома с большими окнами и высокими потолками требуют большей теплопотери, чем аналогичные строения, не имеющие наружных конструкций и обладающие меньшими помещениями. Поэтому для более точного расчета мощности отопительной системы жилого помещения следует использовать следующую формулу:

Qт (кВт/час) = (100 Вт/м² * S(м²) * K1 * K2 * K3 * K4 * K5 * K6 * K7) / 1000.

В этой формуле параметры означают:

• Вт/м² – показатель удельной величины тепловых потерь;
• S – общая площадь жилого дома, м²;
• K1 – коэффициент тепловых потерь для окон:
  • обычное остекление — 1,27;
  • окно с двойным стеклопакетом — 1,0;
  • окно с тремя стеклопакетами — 0,85.
• K2 – коэффициент тепловых потерь для стен:
  • обычная теплоизоляция – 1,27;
  • утеплитель от 150 мм или стена двойной кладки – 1,0;
  • отличная теплоизоляция – 0,85.
• K3 – коэффициент соотношения площадей окон и пола:
  • 10% – 0,8;
  • 20% – 0,9;
  • 30% – 1,0;
  • 40% – 1,1;
  • 50% – 1,2.
• K4 – коэффициент температуры на улице:
  • -10 °C – 0,7;
  • -15 °C – 0,9;
  • -20 °C – 1,1;
  • -25 °C – 1,3;
  • -35 °C – 1,5.
• K5 – количество стен, которые выходят наружу:
  • 1 – 1,1;
  • 2 – 1,2;
  • 3 – 1,3;
  • 4 – 1,4.
• K6 – помещение, находящееся над отапливаемым:
  • чердак без утепления – 1,0;
  • чердак с утеплением – 0,9;
  • отапливаемое помещение (следующий этаж дома) – 0,8.
• K7 – параметр высоты помещений:
  • от 2,5 м -1,0;
  • от 3,0 м -1,05;
  • от 3,5 м – 1,1;
  • от 4,0 м – 1,15;
  • от 4,5 м – 1,2.

Теперь приведем пример использования данной формулы, чтобы вы лучше смогли понять её. У нас имеются следующие значения:

Схема отопительной системы пола.

• S – общая площадь дома составляет 250 м²;
• K1 – коэффициент тепловых потерь для окон с обычным двойным остеклением= 1,0;
• K2 – коэффициент тепловых потерь для стен с хорошей теплоизоляцией = 1,0;
• K3 – коэффициент соотношения площадей окон и пола составляет 20%, соответственно = 0,9;
• K4 – коэффициент для наружной температуры, к примеру, для Калининграда (-18 °C) = 0,9;
• K5 – количество стен, которые выходят наружу (в данном случае это 4) = 1,4;
• K6 – помещение над отапливаемым (теплый чердак) = 0,9;
• K7 – параметр высоты помещений с потолками 4,0 м = 1,15.