Как правильно провести расчет тепловой энергии на отопление

Система отопления вашего дома должна быть собрана грамотно. Только так можно гарантировать эффективное ее функционирование, экономию топлива, высокую теплоотдачу и бесшумность работы. Все четыре качества определяют степень комфортного проживания зимой внутри дома. Поэтому расчет тепла — это необходимая процедура.

Чтобы правильно провести расчет, нужны знания формул и различных коэффициентов, которые основываются на состоянии дома в целом.

Что нужно для расчета?

Так называемый тепловой расчет проводится в несколько этапов:

1. Сначала необходимо определить тепловые потери самого здания. Обычно теплопотери рассчитываются для помещений, у которых есть хотя бы одна внешняя стена. Этот показатель поможет определить мощность отопительного котла и радиаторов.
2. Затем определяется температурный режим. Здесь надо учитывать взаимосвязь трех позиций, а точнее, трех температур — котла, радиаторов и воздуха в помещении. Оптимальный вариант в той же последовательности — 75С-65С-20С. Он является основой европейского стандарта EN 442.
3. С учетом теплопотерь помещения определяется мощность отопительных батарей.
4. Следующий этап — гидравлический расчет. Именно он позволит точно определить все метрические характеристики элементов системы отопления — диаметр труб, фитингов, запорной арматуры и прочее. Плюс на основе расчета будет выбран расширительный бак и циркуляционный насос.
5. Рассчитывается мощность отопительного котла.
6. И последний этап — это определение общего объема отопительной системы. То есть, сколько теплоносителя понадобится, чтобы заполнить ее. Кстати, объем расширительного бачка тоже будет определяться исходя из этого показателя. Добавим, что объем отопления поможет узнать, хватит ли объема (количества литров) расширительного бака, который встроен в отопительный котел, или придется приобретать дополнительную емкость.

Кстати, по поводу тепловых потерь. Существуют определенные нормы, которые выставлены специалистами в качестве стандарта. Этот показатель, а, точнее, соотношение, определяет будущую эффективную работу всей отопительной системы в целом. Это соотношение равно — 50/150 Вт/м2. То есть здесь используется соотношение мощности системы и отапливаемой площади помещения.

Тепловой расчет

Итак, перед тем как рассчитывать систему отопления собственного дома, вы должны выяснить некоторые данные, которые касаются самой постройки.

Что именно?

• Из проекта дома вы узнаете размеры отапливаемых помещений — высоту стен, площадь, количество оконных и дверных проемов, а также их размеры.
• Как расположен дом относительно сторон света. Не забывайте про среднюю температуру зимой в вашем регионе.
• Из какого материала сооружено само здание. Особое внимание наружным стенам.
• Обязательно определяем составляющие от пола до грунта, куда входит фундамент здания.
• То же самое относится и к верхним элементам, то есть к потолку, кровле и перекрытиям .

Именно эти параметры строения позволят вам перейти к проведению гидравлического расчета. Скажем прямо, вся вышеописанная информация доступна, так что проблем с ее сбором не должно возникнуть.

Формула расчета

Тепловые нагрузки рассчитываются с учетом мощности отопительного агрегата и тепловых потерь здания. Поэтому, чтобы определить мощность проектируемого котла, необходимо теплопотери здания умножить на повышающий коэффициент 1,2. Это своеобразный запас, равный 20%.

Для чего необходим такой коэффициент? С его помощью можно:

• Прогнозировать падение давления газа в магистрали. Ведь зимой потребителей прибавляется, и каждый старается взять топлива больше, чем остальные.
• Варьировать температурный режим внутри помещений дома.

Добавим, что тепловые потери не могут распределяться по всей конструкции здания равномерно. Разность показателей может быть достаточно большой. Вот некоторые примеры:

• Через наружные стены покидает здание до 40% тепла.
• Через полы — до 10%.
• То же самое относится и к крыше.
• Через вентиляционную систему — до 20%.
• Через двери и окна — 10%.

Материалы

Итак, с конструкцией здания разобрались и сделали одно очень важное заключение, что от архитектуры самого дома и места его расположения зависят потери тепла, которые необходимо компенсировать. Но многое также определяется и материалами стен, крыши и пола, а также наличием или отсутствием теплоизоляции. Это немаловажный фактор.

К примеру, определим коэффициенты, снижающие теплопотери, зависящие от оконных конструкций:

• Обычные деревянные окна с обычными стеклами. Для расчета тепловой энергии в данном случае используется коэффициент, равный 1,27. То есть через такой вид остекления происходит утечка тепловой энергии, равной 27% от общего показателя.
• Если установлены пластиковые окна с двухкамерными стеклопакетами, то используется коэффициент 1,0.
• Если установлены пластиковые окна из шестикамернного профиля и с трехкамерным стеклопакетом, то берется коэффициент 0,85.

Идем дальше, разбираясь с окнами. Существует определенная связь площади помещения и площади оконного остекления. Чем больше вторая позиция, тем выше тепловые потери здания. И здесь есть определенное соотношение:

• Если площадь окон по отношению к площади пола имеет всего лишь 10%-ный показатель, то для расчета тепловой мощности системы отопления используется коэффициент 0,8.
• Если соотношение располагается в диапазоне 10-19%, то применяется коэффициент 0,9.
• При 20% — 1,0.
• При 30% —2.
• При 40% — 1,4.
• При 50% — 1,5.

И это только окна. А есть еще влияние материалов, которые использовались в строительстве дома, на тепловые нагрузки. Расположим их в таблице, где стеновые материалы будут располагаться с уменьшением тепловых потерь, а значит, их коэффициент будет также снижаться:

Как видите, разница от используемых материалов существенная. Поэтому еще на стадии проектирования дома необходимо точно определиться с тем, из какого материала он будет возводиться. Конечно, многие застройщики строят дом на основе бюджета, выделенного на строительство. Но при таких раскладках стоит пересмотреть его. Специалисты уверяют, что лучше вложиться первоначально, чтобы впоследствии пожинать плоды экономии от эксплуатации дома. Тем более что система отопления зимой составляет одну из главных статей расхода.

Размеры комнат и этажность здания

Итак, продолжаем разбираться в коэффициентах, влияющих на формулу расчета тепла. Как влияют размеры помещения на тепловые нагрузки?

• Если высота потолков в вашем доме не превышает 2,5 метра, то в расчете учитывается коэффициент 1,0.
• При высоте 3 м уже берется 1,05. Незначительная разница, но она существенно влияет на тепловые потери, если общая площадь дома достаточно велика.
• При 3,5 м — 1,1.
• При 4,5 м —2.

А вот такой показатель, как этажность постройки, влияет на теплопотери помещения по-разному. Здесь необходимо учитывать не только количество этажей, но и место помещения, то есть, на каком этаже оно расположено. К примеру, если это комната на первом этаже, а сам дом имеет три-четыре этажа, то для расчета используется коэффициент 0,82.

При перемещении помещения в верхние этажи повышается и показатель теплопотерь. К тому же придется учитывать чердак — утеплен он или нет.

Как видите, чтобы точно подсчитать тепловые потери здания, необходимо определиться с различными факторами. И их все обязательно надо учитывать. Кстати, нами были рассмотрены не все факторы, снижающие или повышающие тепловые потери. Но сама формула расчета будет в основном зависеть от площади отапливаемого дома и от показателя, который называется удельным значением тепловых потерь. Кстати, в данной формуле оно стандартное и равно 100 Вт/м2. Все остальные составляющие формулы — коэффициенты.

Гидравлический расчет

Итак, с теплопотерями определились, мощность отопительного агрегата подобрана, остается лишь определиться с объемом необходимого теплоносителя, а, соответственно, и с размерами, а также материалами используемых труб, радиаторов и запорной арматуры.

В первую очередь определяем объем воды внутри отопительной системы. Для этого потребуются три показателя:

1. Общая мощность отопительной системы.
2. Разница температур на выходе и входе в отопительный котел.
3. Теплоемкость воды. Этот показатель стандартный и равен 4,19 кДж.

Формула такова — первый показатель делим на два последних. Кстати, этот тип расчета может быть использован для любого участка системы отопления. Здесь важно разбить магистраль на части, чтобы в каждой скорость движения теплоносителя была одинаковой. Поэтому специалисты рекомендуют делать разбивку от одной запорной арматуры до другой, от одного радиатора отопления к другому.

Теперь переходим к расчету потерь напора теплоносителя, которые зависят от трения внутри трубной системы. Для этого используются всего две величины, которые в формуле перемножаются между собой. Это длина магистрального участка и удельные потери трения.

А вот потери напора в запорной арматуре рассчитываются совершенно по другой формуле. В ней учитываются такие показатели, как:

• Плотность теплоносителя.
• Его скорость в системе.
• Суммарный показатель всех коэффициентов, которые присутствуют в данном элементе.

Чтобы все три показателя, которые выведены формулами, подходили к стандартным величинам, необходимо правильно подобрать диаметры труб. Для сравнения приведем пример нескольких видов труб, чтобы было понятно, как их диаметр влияет на тепловую отдачу.

1. Металлопластиковая труба диаметром 16 мм. Ее тепловая мощность варьируется в диапазоне 2,8-4,5 кВт. Разность показателя зависит от температуры теплоносителя. Но учитывайте, что это диапазон, где установлены минимальный и максимальный показатель.
2. Та же труба с диаметром 32 мм. В этом случае мощность варьируется в пределах 13-21 кВт.
3. Труба из полипропилена. Диаметр 20 мм — диапазон мощности 4-7 кВт.
4. Та же труба диаметром 32 мм — 10-18 кВт.

И последнее — это определение циркуляционного насоса. Чтобы теплоноситель равномерно распределялся по всей отопительной системе, необходимо, чтобы его скорость была не меньше 0,25 м/сек и не больше 1,5 м/сек. При этом давление не должно быть выше 20 МПа. Если скорость теплоносителя будет выше максимально предложенной величины, то трубная система будет работать с шумом. Если скорость будет меньше, то может произойти завоздушивание контура.

Заключение по теме

Для обычных потребителей, неспециалистов, не понимающих нюансов и особенностей теплотехнических расчетов, все, что было описано выше — тема непростая и где-то даже непонятная. И это на самом деле так. Ведь разобраться во всех тонкостях подбора того или иного коэффициента достаточно сложно. Вот почему расчет тепловой энергии, а точнее, расчет ее количества, если такая необходимость возникает, лучше доверить инженеру-теплотехнику. Но и не делать такой расчет нельзя. Вы сами смогли убедиться, что от него зависит достаточно широкий ряд показателей, которые влияют на правильность монтажа отопительной системы.

Как обойти норматив потребления тепловой энергии на отопление и сэкономить

Как грамотно выполнить расчет тепловых нагрузок на отопление

Как провести расчет батарей отопления собственной квартиры?

Как провести расчет расширительного бака для отопления

Расчет мощности отопления коттеджа — как все сделать правильно