Тепловая нагрузка на отопление особенности расчета

При создании системы отопления (далее – СО) в частном одноэтажном или двухэтажном доме, как и в любом другом здании, крайне важно правильно рассчитать общую нагрузку на неё, что поможет подобрать теплосиловое оборудование, идеально подходящее по своей мощности и возможностям. Для этого проводится специальный тепловой расчет. Многие консультанты в магазинах для экономии времени предлагают рассчитать необходимую мощность оборудования, используя формулы, учитывающие площадь и объем помещений дома. Однако мы рассмотрим более точный способ расчета тепловой нагрузки, который используется профессиональными проектировщиками и дает более объективные и точные данные. Конечно, мы не будем слишком углубляться в расчеты, и представим упрощенную версию, которая также демонстрирует отличные результаты.

Всю нагрузку на СО частного дома можно разделить на 3 основных вида. Немалая часть тепла из помещений выводится наружу через стены, кровлю и полы, и эти потери нужно учитывать в расчете. Следующим видом нагрузки являются нагрев воздушных масс, используемых для вентиляции комнат. Если для подогрева воды для хозяйственных нужд вы также используете котел, и не планируете установить для системы горячего водоснабжения (ГВС) отдельный нагреватель, то и это также является нагрузкой на СО. В этой статье мы детально рассмотрим все виды нагрузок, и расскажем, как правильно провести расчет мощности для каждого из них, а также вычислить общее значение нагрузки СО всего дома.

Расчет теплопотерь через наружные стены, пол и кровлю

Чтобы определить количество теряемого тепла через внешние строительные конструкции, рассмотрим соответствующую формулу из регламентированного СНиП:

Q – расход тепловой энергии, который теряется через строительные конструкции. Измеряется в Вт;
R – сопротивление материала конструкций теплопотерям. Измеряется в м2·0С/Вт;
tB – желаемая температура в помещении. Измеряется в 0С;
tH – среднее значение температуры окружающей среды (улицы). Принимается среднее значение 5-ти самых холодных дней. Измеряется в 0С;
S – площадь строительной конструкции. Измеряется в м2;

Для справки. В рассматриваемой нами методике предусматривается расчет теплопотерь для всех помещений дома отдельно. Для большей наглядности и упрощения нашего расчёта, будем рассчитывать всё здание как единую комнату. Также для прощения примем желаемую температуру внутри здания 200С-210С.

Кровельное покрытие, стены, двери, окна, полы изготовлены из различных материалов и имеют разные толщины, поэтому искомая нами общая площадь всей строительной конструкции (в формуле обозначена S) будет состоять из суммы площадей всех типов наружных ограждений. Поэтому нам нужно найти площади стен, окон, кровли, пола и дверей, после чего найти их сумму. Что касается параметра tH, определяющего усредненное значение самой низкой температуры в вашем регионе проживания, то его вы и так прекрасно знаете. А вот чтобы найти параметр R (сопротивление теплопередаче), нужно воспользоваться формулой:

R – сопротивление материала конструкций тепловым потерям. Измеряется в м20С/Вт;
δ – толщина материала конструкции. Измеряется в м;
λ – табличный коэффициент теплопроводности определенного материала ограждающих конструкций. Измеряется в Вт/(м·0С).

Примечание. Указанное в формуле значение λ нет необходимости рассчитывать, и его можно узнать из справочников. Если вам нужно найти значение коэффициента теплопроводности для установленных пластиковых окон, то эту информацию вы можете узнать у производителя. Для вашего удобства ниже приводим таблицу с указанием этого коэффициента наиболее часто используемых материалов. Обратите внимание, что для получения точного результата необходимо выбирать значение коэффициента для «эксплуатационной влажности».

Для большей наглядности давайте рассчитаем тепловые потери через кирпичную стену в 2 кирпича (0,25 м) площадью 10 м2. Примем разницу температур между значением внутри дома в помещениях и снаружи – 450С. Подставим вышеуказанные значения в формулу:

R=0,25/0,44=0,57 (м2·0С/Вт)

Q=1/0,57×45×10=789 (Вт)

Если стена имеет дополнительные теплоизоляционные покрытия или состоит из различных материалов, то с помощью данной формулы нужно рассчитать тепловые потери для всех слоев и участков, после чего все полученные результаты нужно суммировать, получив тем самым общую теплопотерю стены.

Тепловые потери окон и кровли рассчитываются так же, как и в случае со стенами. Что касается полов, то здесь ситуация несколько сложнее. Для начала нужно нарисовать общий план здания, после чего его необходимо разбить на участки шириной по 2 метра. Пример такой разбивки продемонстрирован на рисунке ниже:

После создания плана и его разбивки на зоны, нужно найти площади всех участков и подставить полученные значения в формулу для расчета тепловых потерь. Когда значения для всех зон будут найдены, нужно сложить их всех, и таким образом мы получим общую тепловую потерю через пол. Параметр R необходимо брать из нормативов в зависимости от зоны (I, II, III, IV). Значения параметра R для разных зон представлена в таблице ниже:

Расходы тепловой энергии на вентиляцию воздуха

Как бы мы не утепляли стены, окна, кровлю и пол, холодный воздух из улицы все равно тем или иным путем будет проникать в помещения. Это означает, что на его обогрев также нужно отдельно затрачивать определенную энергию, и это обстоятельство обязательно нужно учитывать при расчете необходимой мощности отопительного оборудования. В частных домах обязательно должна быть приточно-вытяжная вентиляция. Тяга в дымоходе теплового генератора и в вентиляционных каналах обеспечивает необходимый воздухообмен.

Если вы обратитесь за информацией о том, как рассчитать тепловую нагрузку от вентиляционной системы, то увидите, что в нормативных документах представлена довольно объемная и сложная методика. Однако есть и более легкая формула, которой пользуются специалисты, и которая позволяет получить точные результаты. Именно с ней мы и будем работать:

QВЕНТ – тепловые потери из-за нагрева приточного воздуха. Измеряется в Вт;
с – теплоемкость воздуха (для простоты расчетов принимается 0,28 Вт/(кг·0С));
m – масса воздушной смеси, которая поступает в помещение снаружи. Измеряется в кг;
Δt – разница температуры окружающей среды и внутри дома. Измеряется в 0С.

Как видно из этой формулы, основные трудности при подсчётах могут возникнуть при определении нагреваемой воздушной массы. При естественном виде вентиляции довольно проблематично точно определить, какое количество воздуха попадает внутрь помещений. Чтобы упростить себе задачу, можно узнать нужное значение этого параметра из нормативной литературы, поскольку большая часть частных домов строится по типовым проектам с заложенными объемами воздухообмена. Согласно нормативной документации, воздух в комнатах в среднем должен полностью обновляться примерно раз в 60 минут. Учитывая это, прибавляем объем всех комнат здания (рассчитываем самостоятельно), объем расходов воздуха на одну газовую плиту (согласно нормативам – 100 м3/ч) и на каждый сантехнический узел (по нормативам – 25 м3/ч).

Итак, мы узнали объемы воздушных масс, но нам требуется знать их массу, чтобы найти нагрузку на СО от вентиляции. Для этого нужно пересчитать определенный нами объем воздуха в массу, используя его плотность, которая несколько меняется в зависимости от температуры. Данные можно взять из таблицы ниже:

Для примера предположим, что вычисленный нами объем приточного воздуха – 350 м3/ч, температура внутри здания составляет +200С, а температура окружающей среды составляет -200С. Используя таблицу, можем высчитать воздушную массу:

m = 350×1,394=488 (кг)

Узнав массу, можем вычислить и теплонагрузку на СО от вентиляции:

QВЕНТ = 0,28×488×40 = 5465, 6 (Вт)

Для большего удобства полученный результатам можем округлить и представить в виде: 5,5 кВт.

Есть вопросы? Получите профессиональную консультацию бесплатно!

Ваши данные в безопастности, согластно 152 ФЗ РФ.
Отправляя данную форму,вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности персональных данных.

Нагрузка от нагрева воды для нужд системы ГВС

Расчет теплонагрузки на СО от дополнительного нагрева воды для хозяйственных нужд производится наиболее просто и быстро. С той лишь разницей, что теперь требуется произвести расчет количества тепла, затрачиваемого на подогрев воды. Значение теплоемкости воды берем из справочной литературы – 4,187 кДж/кг·0С или 1,16 Вт/кг·0С. Как показывает практика и многочисленные отзывы домовладельцев, для среднестатистической семьи, состоящей из 4-х человек, на 24 часа вполне достаточно будет 100 литров воды (для простоты расчетов принимаем 100 л = 100 кг), нагретой до температуры 550С. Теперь нам достаточно подставить все эти значения в формулу, и мы найдем искомые теплопотери:
QГВС = 1,16×100×(55-10) = 5220 Вт

Полученный результат округляем, и получаем значение теплопотерь от нагрева воды в сутки 5,2 кВт.

Примечание. При проведении расчетов принимаем, что температура холодной воды из водопровода составляет 100С, а 1 л воды считаем равным 1 кг.

Стоит отметить, что единицу мощности отопительного оборудования всегда относят к одному часу, но полученное значение теплового расхода на систему ГВС относится к целым суткам. Можно подумать, что это значение можно разделить на 24, однако её нужно прибавлять к общему значению тепловых потерь в таком же её виде. Почему? Дело в том, что вряд ли вы захотите подолгу ждать горячую воду, и она должна быть всегда под рукой. Именно поэтому тепловой генератор должен иметь запас мощности.

Заключение

В магазинах отопительной техники, да и во многих статьях в сети, часто для расчета необходимой мощности отопительных приборов используют традиционный метод по площади. Однако представленный нами расчет, несмотря на кажущуюся трудность, позволяет получить более точные результаты. Да и расчеты не такие уж и сложные, учитывая, какую пользу вы получите от их результатов. После проведения расчета полученный результат необходимо умножить (обязательно!) на коэффициент запаса. Минимальное значение такого коэффициента – 1,2, но часто его увеличивают до 1,4. После этого можно уже заняться подбором котельного оборудования, мощности которого гарантированно хватит на обогрев вашего дома и для нормальной работы системы ГСВ, если она использует котел. На размещенном ниже видео представлен еще один метод расчета теплонагрузок согласно нормативным документам.