Приложение 12 (обязательное). расчет теплового потока и расхода теплоносителя в системе водяного отопления

Как сделать тепловой расчет более точным

Важно учесть, что подобный расчет, по представленной выше формуле, не будет учитывать тепловые потери, связанные с размещением помещений, имеющимся утеплением и типом ограждающих конструкций. Не стоит забывать, что угловые дома, где присутствуют большие окна и высокие потолки, требуют больше тепла, чем те, что не имеют внешних ограждений и обладают небольшой величиной комнат

Поэтому, чтобы более точно можно было произвести расчет мощности для системы отопления своего жилища, следует использовать формулу такого типа:

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

Таблица теплового расчета.

Она расшифровывается следующим образом:

Вт/м2 – параметр удельной величины тепловых потерь.

S – общая площадь дома, м2;

K1 – параметр коэффициента тепловых потерь для окон:

обычное остекление – 1,27;
окно с 2 стеклопакетами – 1,0;
окно с 3 стеклопакетами – 0,85.

К2 – параметр коэффициента тепловых потерь для стен:

обычная теплоизоляция – 1,27;
утеплитель имеет толщину более 150 мм или стена представлена двойной кладкой – 1,0;
отличная теплоизоляция – 0,85.

К3 – параметр коэффициента соотношения всех площадей окон и имеющегося в доме пола:

10% – 0,8;
20% – 0,9;
30% – 1,0;
40% – 1,1;
50% – 1,2.

K4 – параметр коэффициента температуры на улице:

-10oC – 0,7;
-15oC – 0,9;
-20oC – 1,1;
-25oC – 1,3;
-35oC – 1,5.

K5 – количеств стен, которые выходят наружу:

1 – 1,1;
2 – 1,2;
3 – 1,3;
4 – 1,4.

К6 – помещение, находящееся над отапливаемым:

чердак без утепления – 1,0;
чердак с утеплением – 0,9;
помещение, которое отапливается (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 для данной формулы, чтобы вам было максимально легко ее понять. Возьмем все те же значения, что и в первом примере. Итак, вот следующие данные:

Схема отопительной системы пола.

S – общая площадь дома, 250 м2;
K1 – параметр коэффициента тепловых потерь для окон с обычным двойным остеклением составляет у нас 1,0;
К2 – параметр коэффициента тепловых потерь для стен с хорошей теплоизоляцией составляет 1,0;
К3 – параметр коэффициента соотношения площадей пола и окон представляет 20% , а значит, составляет 0,9;
K4 – параметр коэффициента для наружной температуры, возьмем в данном примере Калининград (-18oC), поэтому он будет равен 0,9;
K5 – количество стен, которые выходят наружу (в нашем случае 4), здесь будет следующее значение: 1,4;
К6 – помещение, находящееся над отапливаемым (это утепленный чердак), поэтому здесь будет такое значение: 0,9;
K7 – параметр высоты помещений с потолками в 4,0 будет равен 1,15.

Теперь производим согласно этим цифрам расчет по формуле:
Qт (кВт/час)= (100 Вт/м2*S(м2)*K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7)/1000.

И у нас получается следующее: 100*250*1*1*0,9*0,9*1,4*0,9*1,15/1000=23,2.

Поскольку вторая формула учитывает гораздо больше параметров, то здесь мощность отопительной системы получилась абсолютно другой, более точной. Поэтому рекомендуется производить расчеты и по ней. Это позволит осуществить сравнение полученных данных и выбрать среднюю величину, которая будет наиболее приемлемой.

Ясно, что произвести тепловой расчет мощности для своей тепловой системы очень важно

При этом осуществить его можно и самостоятельно, беря во внимание озвученные параметры и приведенные значения. Обязательно в ходе этого необходимо использовать проверенные формулы

Желательно выполнять расчет сразу по двум. Только так будут получены наиболее реальные значения при определении минимальной мощности для отопительной системы.

Методика расчета

Для проведения расчета или перерасчета тепловой нагрузки на отопление зданий, уже эксплуатируемых или вновь подключаемых к системе отопления проводят следующие работы:

Сбор исходных данные об объекте.
Проведение энергетического обследования здания.
На основании полученной после обследования информации производится расчет тепловой нагрузки на отопление, ГВС и вентиляцию.
Составление технического отчета.
Согласование отчета в организации, предоставляющей теплоэнергию.
Заключение нового договора или изменение условий старого.

Сбор исходный данных об объекте тепловой нагрузки

Какие данные необходимо собрать или получить:

Договор (его копия) на теплоснабжение со всеми приложениями.
Справка оформленная на фирменном бланке о фактической численности сотрудников (в случае производственного зданий) или жителей (в случае жилого дома).
План БТИ (копия).
Данные по системе отопления: однотрубная или двухтрубная.
Верхний или нижний розлив теплоносителя.

Все эти данные обязательны, т.к. на их основе будет производиться расчет тепловой нагрузки, так же вся информация попадет в итоговый отчет. Исходные данные, кроме того, помогут определиться со сроками и объемами работа. Стоимость же расчета всегда индивидуальна и может зависеть от таких факторов как:

площадь отапливаемых помещений;
тип системы отопления;
наличия горячего водоснабжения и вентиляции.

Энергетическое обследование здания

Энергоаудит подразумевает выезд специалистов непосредственно на объект. Это необходимо для того, чтобы провести полный осмотр системы отопления, проверить качество ее изоляции. Так же во время выезда собираются недостающие данные об объекте, которые невозможно получить кроме как по средствам визуального осмотра. Определяются типы используемых радиаторов отопления, их месторасположение и количество. Рисуется схема и прикладываются фотографии. Обязательно осматриваются подводящие трубы, измеряется их диаметр, определяется материал, из которого они изготовлены, как эти трубы подведены, где расположены стояки и т.п.

В результат такого энергетического обследования (энергоаудита) заказчик получит на руки подробный технический отчет и на основании этого отчета уже и будет проихводиться расчет тепловых нагрузок на отопление здания.

Технический отчет

Технический отчет по расчету тепловой нагрузки должен состоять из следующих разделов:

Исходные данные об объекте.
Схема расположения радиаторов отопления.
Точки вывода ГВС.
Сам расчет.
Заключение по результатам энергоаудита, которое должно включать сравнительную таблицу максимальных текущих тепловых нагрузок и договорных.
Приложения.
1. Свидетельство членства в СРО энергоаудитора.
2. Поэтажный план здания.
3. Экспликация.
4. Все приложения к договору по энергоснабжению.

После составления, технический отчет обязательно должен быть согласован с теплоснабжающей организацией, после чего вносятся изменения в текущий договор или заключается новый.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Таблица поправочных коэффициентов для различных климатических зон России

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где q° – удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, Vн – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Таблица удельных тепловых характеристик зданий

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн ) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Как рассчитать расход

Значение представляет собой количество теплоносителя в килограммах, которое тратится в секунду. Оно используется для передачи температуры в помещение посредством радиаторов. Для расчёта необходимо знать потребление котла, которое расходуется на обогрев одного литра воды.

G = N / Q, где:

N — мощность котла, Вт.
Q — теплота, Дж/кг.

Величину переводят в кг/час, умножая на 3600.

Формула для расчёта необходимого объёма жидкости

Повторное заполнение труб требуется после ремонта или перестройки обвязки. Для этого находят количество воды, нужное системе.

Обычно достаточно собрать паспортные данные и сложить их. Но также можно найти его вручную. Для этого считают длину и сечение труб.

Числа перемножаются и добавляются к батареям. Объём секций радиатора составляет:

Алюминиевого, стального или сплава — 0,45 л.
Чугунного — 1,45 л.

А также есть формула, по которой можно примерно определить общее количество воды в обвязке:

V = N * V_кВт, где:

N — мощность котла, Вт.
V_кВт— объём, которого достаточно для передачи одного киловатта тепла, дм 3 .

Это позволяет посчитать только ориентировочное число, поэтому лучше свериться с документами.

Для полной картины также нужно посчитать объём воды, вмещаемой прочими компонентами обвязки: расширительным баком, насосом и т. д.

Внимание! Особенно важен бак: он компенсирует давление, которое повышается из-за расширения жидкости при нагреве. В первую очередь нужно определиться с используемым веществом:

В первую очередь нужно определиться с используемым веществом:

вода имеет коэффициент расширения 4%;

Формула для расчёта:

V = (V_s * E)/D, где:

E — коэффициент расширения жидкости, указанный выше.
V_s — расчётный расход всей обвязки, м 3 .
D — эффективность бака, указанная в паспорте устройства.

Найдя эти значения, их нужно просуммировать. Обычно получается четыре показателя объёма: труб, радиаторов, нагревателя и бака.

При помощи полученных данных можно осуществить создание системы отопления и заполнить её водой. Процесс залива зависит от схемы:

«Самотёком» выполняется из высшей точки трубопровода: вставляют воронку и пускают жидкость. Это делают не спеша, равномерно. Предварительно внизу открывают кран, и подставляют ёмкость. Это помогает избежать образования воздушных пробок. Применяется, если отсутствует принудительный ток.
Принудительная — требует насоса. Подойдёт любой, хотя лучше использовать циркуляционный, который затем применяют в отоплении. В течение процесса нужно снимать показания манометра, чтобы избежать повышения давления. И также обязательно открывают воздушные клапаны, что помогает с выпуском газа.

Как посчитать минимальный расход теплоносителя

Вычисляются также, как затраты жидкости в час на обогрев помещений.

Его находят в перерыв между отопительными сезонами как число, зависящее от горячего водоснабжения. Существует две формулы, применяемых в расчётах.

Если в системе нет принудительной циркуляции ГВС, или она отключена из-за периодичности работы, то расчёт выполняют с учётом среднего расхода:

Q_гср — среднее значение теплоты, которое передаёт система за час работы в неотопительный сезон, Дж.

$ — коэффициент изменения расхода воды летом и зимой. Принимается соответственно равным 0,8 или 1,0.

T_п — температура в подаче.

T_об3 — в обратке при параллельном подключении нагревателя.

C — теплоёмкость воды, принимают равной 10 -3 , Дж/°С.

Температуры принимают равными соответственно 70 и 30 градусам Цельсия.

Если есть принудительная циркуляция ГВС или с учётом нагрева воды ночью:

Q_цг — расход теплоты для прогрева жидкости, Дж.

Значение этого показателя принимают равным (K_тп * Q_гср) / (1 + K_тп), где K_тп — коэффициент потери тепла трубами, а Q_гср — средний показатель расхода мощности на воду в час.

T_п — температура подачи.

T_об6 — обратки, измеренная после котла, циркулирующего жидкость по системе. Она равна пять плюс минимально допустимая в точке водоразбора.

Специалисты берут числовое значение коэффициента K_тпиз следующей таблицы:

Определение потерь тепла через наружные ограждения

Для начала представим формулу из СНиП, по которой производится расчет тепловой энергии, теряемой через строительные конструкции, отделяющие внутреннее пространство дома от улицы:

Q = 1/R х (tв – tн) х S, где:

Q – расход тепла, уходящего через конструкцию, Вт;
R – сопротивление передаче тепла сквозь материал ограждения, м2ºС / Вт;
S – площадь этой конструкции, м2;
tв – температура, которая должна быть внутри дома, ºС;
tн – средняя уличная температура за 5 самых холодных дней, ºС.

Площадь для каждого вида наружного ограждения вычисляется отдельно, для чего измеряются окна, двери, стены и полы с кровлей. Так делается, потому что они изготовлены из разных материалов различной толщины. Так что расчет придется делать отдельно для всех видов конструкций, а результаты потом просуммировать. Самую холодную уличную температуру в своем районе проживания вы наверняка знаете из практики. А вот параметр R придется рассчитать отдельно по формуле:

R = δ / λ, где:

λ – коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/(мºС);
δ – толщина материала в метрах.

В качестве примера подсчитаем, сколько тепла потеряет 10 м2 кирпичной стены толщиной 250 мм (2 кирпича) при разнице температур снаружи и в доме 45 ºС:

R = 0.25 м / 0.44 Вт/(м · ºС) = 0.57 м2 ºС / Вт.

Q = 1/0.57 м2 ºС / Вт х 45 ºС х 10 м2 = 789 Вт или 0.79 кВт.

Если стена состоит из разных материалов (конструкционный материал плюс утеплитель), то их тоже надо считать отдельно по приведенным выше формулам, а результаты суммировать. Таким же образом просчитываются окна и кровля, а вот с полами дело обстоит иначе. Первым делом необходимо нарисовать план здания и разбить его на зоны шириной 2 м, как это сделано на рисунке:

Теперь следует вычислить площадь каждой зоны и поочередно подставить в главную формулу. Вместо параметра R нужно взять нормативные значения для зоны I, II, III и IV, указанные ниже в таблице. По окончании расчетов результаты складываем и получаем общие потери тепла через полы.

Формула расчета

Нормативы расхода тепловой энергии

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:

Вид строительного материала	Коэффициент
Бетонные блоки или стеновые панели	От 1,25 до 1,5
Деревянный сруб	1,2
Стена в полтора кирпича	1,5
В два с половиной кирпича	1,1
Блоки из пенобетона	1,0

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

Схема системы отопления

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.

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.

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.

Фундамент из монолитной железобетонной плиты (20 см), наружные стены — бетон (25 см) со штукатуркой, крыша — перекрытия из деревянных балок, кровля — металлочерепица и минеральная вата (10 см)

Габариты здания. Высота этажа 3 метра. 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. Для точного расчёта теплопотерь на стенах из площади внешних стен нужно вычесть площадь всех окон и дверей — это совсем другой тип материала со своим тепловым сопротивлением

Начинаем с расчёта площадей однородных материалов:

площадь пола 152 м 2
площадь крыши 180 м 2 (учитывая высоту чердака 1.3 метра и ширину прогона — 4 метра)
площадь окон 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 м 2
площадь дверей будет равна 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:

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:

Скорость теплоносителя будет составлять:

В результате полный оборот всего объёма теплоносителя в системе будет эквивалентен 2.87 раза в один час.

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.

Однозначно можно сказать, что температура окружающей среды зависит от широты на которой расположен частный дом. А разница температур влияет на количество утечек тепла от здания

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:

где Qi — объём теплопотерь от однородного вида оболочки здания. Каждая составляющая формулы рассчитывается по формуле:

где Q – тепловые утечки (Ватты), S – площадь конкретного типа конструкции (м 2 ), ∆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:

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. Если утеплить чердачное пространство и крышу, то общие потери тепла от дома можно значительно уменьшить

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.