Правильный расчет тепловой мощности системы отопления по площади помещения

Прежде, чем приступить к монтажу автономной системы отопления в собственном доме или квартире, владельцу недвижимости необходимо иметь проект. Создание его специалистами подразумевает, в том числе, что будет выполнен расчет тепловой мощности для помещения, имеющего определенную площадь и объем. На фото можно увидеть, как может выглядеть отопительная система частного домовладения.

Необходимость расчета тепловой мощности системы отопления

Потребность в вычислении тепловой энергии, необходимой для обогрева комнат и подсобных помещений, связана с тем, что нужно определить основные характеристики системы в зависимости от индивидуальных особенностей проектируемого объекта, включая:

• назначение здания и его тип;
• конфигурацию каждого помещения;
• количество жильцов;
• географическое положение и регион, в котором находится населенный пункт;
• прочие параметры.

Расчет необходимой мощности отопления является важным моментом, его результат используют для вычисления параметров отопительного оборудования, которое планируют установить:

1. Подбор котла в зависимости от его мощности. Эффективность функционирования отопительной конструкции определяется правильностью выбора нагревательного агрегата. Котел должен иметь такую производительность, чтобы обеспечить обогрев всех помещений в соответствии с потребностями людей, проживающих в доме или квартире, даже в наиболее холодные зимние дни. Одновременно при наличии у прибора избыточной мощности часть вырабатываемой энергии не будет востребована, а значит, некоторая сумма денег потратится напрасно.
2. Необходимость согласовывать подключение к магистральному газопроводу. Для присоединения к газовой сети потребуется ТУ. Для этого подают заявку в соответствующую службу с указанием предполагаемого расхода газа на год и оценкой тепловой мощности в сумме для всех потребителей.
3. Выполнение расчетов периферийного оборудования. Расчет тепловых нагрузок на отопление необходим для определения длины трубопровода и сечения труб, производительности циркуляционного насоса, типа батарей и т.д.

Варианты приблизительных расчетов

Выполнить точный расчет тепловой мощности системы отопления довольно сложно, его могут сделать только профессионалы, имеющие соответствующую квалификацию и специальные знания. По этой причине данные вычисления обычно поручают специалистам.

В тоже время существуют и более простые способы, позволяющие приблизительно оценить величину требуемой тепловой энергии и их можно сделать самостоятельно:

1. Нередко применяют расчет мощности отопления по площади (детальнее: «Расчет отопления по площади — определяем мощность отопительных приборов»). Считается, что жилые дома возводятся по проектам, разработанным с учетом климата в определенном регионе, и что в проектных решениях заложено использование материалов, которые обеспечивают требуемый тепловой баланс. Поэтому при расчете принято умножать величину удельной мощности на площадь помещений. Например, для Московского региона данный параметр находится в пределе от 100 до 150 ватт на один «квадрат».
2. Более точный результат будет получен, если учитывать объем помещения и температуру. Алгоритм вычисления включает высоту потолка, уровень комфорта в отапливаемом помещении и особенности дома.

Используемая формула выглядит следующим образом: Q = VхΔTхK/860, где:

V – объем помещения;
ΔT – разница между температурой внутри дома и снаружи на улице;
К – коэффициент теплопотерь.

Поправочный коэффициент позволяет учесть конструктивные особенности объекта недвижимости. Например, когда определяется тепловая мощность системы отопления здания, для строений с обычной кровлей из двойной кирпичной кладки К находится в диапазоне 1,0–1,9.

Метод укрупненных показателей. Во многом похож на предыдущий вариант, но его применяют для вычисления тепловой нагрузки для систем отопления многоквартирных зданий или других больших объектов.

Все три вышеперечисленные способы, позволяющие сделать расчет необходимой теплоотдачи, дают приблизительный результат, который может отличаться от реальных данных или в меньшую, или в большую сторону. Понятно, что монтаж маломощной отопительной системы не обеспечит требуемую степень обогрева.

В свою очередь, избыток мощности у отопительного оборудования приведет к быстрому износу приборов, перерасходу топлива, электроэнергии, а соответственно и денежных средств. Подобные расчеты обычно применяют в несложных случаях, например, при выборе котла.

Точное вычисление тепловой мощности

Степень теплоизоляции и ее эффективность зависят от того, насколько качественно она сделана и от конструктивных особенностей зданий. Основная часть теплопотерь приходится на наружные стены (примерно 40%), затем следуют оконные конструкции (около 20%), а крыша и пол – это 10%. Остальное тепло покидает дом через вентиляцию и двери.

Поэтому расчет тепловой мощности системы отопления должен учитывать данные нюансы.

Для этого используют поправочные коэффициенты:

• К1 зависит от типа окон. Двухкамерным стеклопакетам соответствует 1, обычному остеклению – 1,27, трехкамерному окну – 0,85;
• К2 показывает степень теплоизоляции стен. Находится в пределе от 1 (пенобетон) до 1,5 для бетонных блоков и кладки в 1,5 кирпича;
• К3 отражает соотношение между площадью окон и пола. Чем больше оконных рам, тем сильнее потери тепла. При 20% остекления коэффициент равен 1, а при 50% он увеличивается до 1,5;
• К4 зависит от минимальной температуры снаружи здания на протяжении отопительного сезона. За единицу принимают температуру -20 °C, а затем на каждые 5 градусов прибавляют или вычитают 0,1;
• К5 учитывает количество наружных стен. Коэффициент для одной стены равен 1, если их две или три, тогда он составляет 1,2, когда четыре – 1,33;
• К6 отражает тип помещения, которое находится над определенной комнатой. При наличии сверху жилого этажа величина поправки – 0,82, теплого чердака – 0,91, холодного чердака — 1,0;
• К7 – зависит от высоты потолков. Для высоты 2,5 метра это 1,0, а для 3-х метров — 1,05.

Когда все поправочные коэффициенты известны, делают расчет мощности системы отопления для каждого помещения, используя формулу:

• Qi=qхSiхK1хK2хK3хK4хK5хK6хK7, где q =100 Вт/м², а Si – площадь комнаты.

Расчетная величина увеличивается, если коэффициент больше 1 или уменьшает, если он меньше единицы. Узнав данный параметр для каждого помещения, узнают величину мощности всей отопительной системы согласно формуле: Q=Σ Qi, i = 1…N, где N – это общее количество помещений в здании (прочитайте также: «Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь»).

Как правило, для обеспечения запаса тепловой энергии на всевозможные непредвиденные случаи результат увеличивают на 15–20%. Это могут быть сильнейшие морозы, разбитое окно, поврежденная теплоизоляция и т.д.

Пример выполнения расчета

Поправочные коэффициенты в данном случае будут равны:

• К1 (двухкамерный стеклопакет) = 1,0;
• К2 (стены из бруса) = 1,25;
• К3 (площадь остекления) = 1,1;
• К4 (при -25 °C -1,1, а при 30°C) = 1,16;
• К5 (три наружные стены) = 1,22;
• К6 (сверху теплый чердак) = 0,91;
• К7 (высота помещения) = 1,0.

В результате полная тепловая нагрузка будет равна:

Q=100 Вт/ м²х135 м²х1,0х1,25х1,1х1,16х1,22х0,91х1,0 = 23,9 кВт.

В итоге мощность отопительной системы составит: W=Qх1,2 = 28,7 кВт.

В том случае, когда бы использовался упрощенный метод вычислений, основанный на расчете мощности отопления согласно площади, то результат был бы совсем иной:

100–150 Вт х150м² = 15–22,5 кВт

Отопительная система функционировала бы без запаса по мощности — на пределе. Приведенный пример является подтверждением важности применения точных способов, позволяющих определять тепловые нагрузки на отопление.

Пример расчета тепловой мощности системы отопления на видео:

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 .