Тепловой расчёт системы отопления

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%.

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

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

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.

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.

Цели гидравлического расчета

Цели гидравлического расчета заключаются в следующем:

1. Подобрать оптимальные диаметры трубопроводов.
2. Увязать давления в отдельных ветвях сети.
3. Выбрать циркуляционный насос для системы отопления.

Раскроем подробнее каждый из этих пунктов.

1. Подбор диаметров трубопроводов

Сергей Булкин

Чем меньше диаметр трубопровода, тем больше сопротивление оказывается потоку теплоносителя из-за трения о стенки трубопровода и местных сопротивлений на поворотах и ответвлениях. Поэтому для малых расходов, как правило, берутся малые диаметры трубопроводов, для больших расходов, соответственно, большие диаметры, за счёт чего можно ограниченно отрегулировать систему.

Если система разветвлённая – есть короткая и длинная ветка, то на длинной ветке идёт большой расход, а на короткой – меньший. В этом случае короткая ветка должна выполняться из труб меньших диаметров, а длинная ветка должна выполняться из труб большего диаметра.

И, по мере уменьшения расхода, от начала к концу ветки диаметры труб должны уменьшаться так, чтобы скорость теплоносителя была примерно одинакова.

2. Увязка давлений в отдельных ветвях сети

Увязка может производиться подбором соответствующих диаметров труб или, если возможности этого способа исчерпаны, то за счёт установки регуляторов расхода давления или регулировочных вентилей на отдельных ветвях.

Сергей Булкин

Частично мы, как это описано выше, можем увязать давление с помощью подбора диаметров трубопроводов. Но не всегда это удаётся сделать. Например, если берём самый маленький диаметр трубопровода на короткой ветке, а сопротивление в нём все равно недостаточно большое, тогда весь поток воды будет идти через короткую ветку, не заходя в длинную. В этом случае требуется дополнительная регулировочная арматура.

Регулировочная арматура может быть разной.

Бюджетный вариант — ставим регулировочный вентиль — т.е. вентиль с плавной регулировкой, который имеет градацию в настройке. Каждый вентиль имеет свою характеристику. При гидравлическом расчёте проектировщик смотрит, какое давление необходимо погасить, и определяется так называемая невязка давлений между длинной и короткой ветками. Тогда по характеристике вентиля проектировщик определяет, на сколько оборотов этот вентиль,  от полностью закрытого положения, надо будет открыть. Например, на 1, на 1.5 или на 2 оборота. В зависимости от степени открытия вентиля будет добавляться разное сопротивление.

Более дорогой и сложный вариант регулировочной арматуры — т.н. регуляторы давления и регуляторы расхода. Это устройства, на которых мы задаём необходимый расход или необходимый перепад давлений, т.е. падение давлений на этой ветке. В этом случае устройства сами контролируют работу системы и, если расход не соответствует требуемому уровню, то они открывают сечение, и расход увеличивается. Если расход слишком большой, то сечение перекрывается. Аналогично происходит и с давлением.

Если все потребители после ночного понижения теплоотдачи одновременно открыли утром свои отопительные приборы, то теплоноситель попытается, в первую очередь, поступать в ближние к тепловому пункту приборы, а до дальних дойдет спустя часы. Тогда сработает регулятор давления, прикрывая ближайшие ветки и, тем самым, обеспечит равномерное поступление теплоносителя во все ветки.

Самые продвинутые и дорогие системы – когда на каждую ветку ставится регулятор расхода и регулятор перепада давления, т.к. в этом случае контролируются оба параметра.

3. Подбор циркуляционного насоса по давлению (напору) и по расходу (подаче)

Сергей Булкин

Расчетные потери давления в главном циркуляционном кольце (с небольшим запасом) определят напор для циркуляционного насоса. А расчетный расход насоса – это суммарный расход теплоносителя по всем ветвям системы. Насос подбирается по напору и по расходу.

Эти данные (напор и расход) прописаны в технических характеристиках циркуляционного насоса. Насос подбирается по двум параметрам, которые мы определяем в ходе гидравлического расчёта.

Если в системе стоит несколько циркуляционных насосов, то в случае их последовательного монтажа у них суммируется напор, а расход будет общим. Если насосы работают параллельно, то у них суммируется расход, а напор будет одинаковым.

Важно: Определив в ходе гидравлического расчёта потери давления в системе, можно выбрать циркуляционный насос, который оптимально будет соответствовать параметрам системы, обеспечивая оптимум затрат – капитальных (стоимость насоса) и эксплуатационных (стоимость электроэнергии на циркуляцию)

Нормы температурных режимов помещений

Перед проведение любых расчётов параметров системы необходимо, как минимум, знать порядок ожидаемых результатов, а также иметь в наличии стандартизированные характеристики некоторых табличных величин, которые необходимо подставлять в формулы или ориентироваться на них.

Выполнив вычисления параметров с такими константами, можно быть уверенным в достоверности искомого динамического или постоянного параметра системы.

Для помещений разнообразного назначения существуют эталонные стандарты температурных режимов жилых и нежилых помещений. Эти нормы закреплены в так называемых ГОСТах

Для системы отопления одним из таких глобальных параметров является температура помещения, которая должна быть постоянной в независимости от периода года и условий окружающей среды.

Согласно регламенту санитарных нормативов и правил есть различия в температуре относительно летнего и зимнего периода года. За температурный режим помещения в летний сезон отвечает система кондиционирования, принцип ее расчета подробно изложен в этой статье.

А вот комнатная температура воздуха в зимний период обеспечивается системой отопления. Поэтому нам интересны диапазоны температур и их допуски отклонений для зимнего сезона.

В большинстве нормативных документов оговариваются следующие диапазоны температур, которые позволяют человеку комфортно находиться в комнате.

Для нежилых помещений офисного типа площадью до 100 м2:

• 22-24°С – оптимальная температура воздуха;
• 1°С – допустимое колебание.

Для помещений офисного типа площадью более 100 м2 температура составляет 21-23°С. Для нежилых помещений промышленного типа диапазоны температур сильно отличаются в зависимости от предназначения помещения и установленных норм охраны труда.

Комфортная температура помещения у каждого человека “своя”. Кто-то любит чтобы было очень тепло в комнате, кому-то комфортно когда в комнате прохладно – это всё достаточно индивидуально

Что же касаемо жилых помещений: квартир, частных домов, усадеб и т. д. существуют определённые диапазоны температуры, которые могут корректироваться в зависимости от пожеланий жильцов.

И всё же для конкретных помещений квартиры и дома имеем:

• 20-22°С – жилая, в том числе детская, комната, допуск ±2°С –
• 19-21°С – кухня, туалет, допуск ±2°С;
• 24-26°С – ванная, душевая, бассейн, допуск ±1°С;
• 16-18°С – коридоры, прихожие, лестничные клетки, кладовые, допуск +3°С

Важно отметить, что есть ещё несколько основных параметров, которые влияют на температуру в помещении и на которые нужно ориентироваться при расчёте системы отопления: влажность (40-60%), концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе (250:1), скорость перемещения воздушных масс (0.13-0.25 м/с) и т. п

Гидравлический расчет системы отопления: главные цели и задачи выполнения данного действия

Эффективность отопительной системы вовсе не гарантируют качественные трубы и высокопроизводительный теплогенератор.

Наличие ошибок, допущенных при монтаже, может свести на нет работу котла, работающего на полную мощность: либо в помещениях будет холодно, либо затраты на энергоносители будут неоправданно высокими.

Поэтому важно начинать с разработки проекта, одним из важнейших разделов которого является гидравлический расчет системы отопления

Расчет гидравлики водяной системы отопления

Теплоноситель циркулирует по системе под давлением, которое не является постоянной величиной. Оно снижается из-за наличия сил трения воды о стенки труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Домовладелец также вносит свою лепту, корректируя распределение тепла по отдельным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева теплоносителя повышается и наоборот – падает при ее снижении.

Чтобы избежать разбалансировки отопительной системы, необходимо создать условия, при которых к каждому радиатору поступает столько теплоносителя, сколько необходимо для поддержания заданной температуры и восполнения неизбежных теплопотерь.

Главной целью гидравлического расчета является приведение в соответствие расчетных расходов по сети с фактическими или эксплуатационными.

На данном этапе проектирования определяются:

• диаметр труб и их пропускная способность;
• местные потери давления по отдельным участкам системы отопления;
• требования гидравлической увязки;
• потери давления по всей системе (общие);
• оптимальный расход теплоносителя.

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

1. Собрать исходные данные и систематизировать их.
2. Выбрать методику расчета.

Первым делом проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и выполняет теплотехнический расчет. В итоге у него появляется информация о количестве тепла, необходимом для каждого помещения. После этого выбираются отопительные приборы и источник тепла.

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

На стадии разработки принимается решение о типе отопительной системы и особенностях ее балансировки, подбираются трубы и арматура. По окончании составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указанием:

• мощности радиаторов;
• расхода теплоносителя;
• расстановки теплового оборудования и пр.

Расчет диаметра труб

Расчет сечения труб должен опираться на результаты теплового расчета, обоснованные экономически:

• для двухтрубной системы – разность между tr (горячим теплоносителем) и to (охлажденным – обраткой);
• для однотрубной – расход теплоносителя G, кг/ч.

Кроме того, в расчете должна учитываться скорость движения рабочей жидкости (теплоносителя) — V . Ее оптимальная величина находится в диапазоне 0,3-0,7 м/с. Скорость обратно пропорциональна внутреннему диаметру трубы.

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

Для расчетов потребуется еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она обозначается буквой Q, измеряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Кроме вышеперечисленных исходных данных для расчета потребуются параметры отопительной системы – длина каждого участка с указанием приборов, подключенных к нему. Эти данные для удобства можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Таблица параметров участков

Зачем нужна гидравлическая балансировка?

Независимо от типа смонтированной отопительной системы, она должна доставлять рассчитанное проектировщиком количество теплоносителя, который в свою очередь должен нагреть радиатор до необходимой температуры. При этом через каждый из теплообменников должно пройти столько рабочей жидкости, сколько указано в разработанном проекте теплоснабжения дома. Согласно же законам гидродинамики, большее количество рабочей среды пойдет по пути минимального сопротивления, то есть к ближайшему к нагревательной установке теплообменнику.

Различия в температуре и количестве протекающей через теплообменник горячей воды приведет не только к различиям в температурном режиме разных помещений, но и увеличению нагрузки на котел отопления.

Когда нужно выполнять гидравлическую балансировку?

К гидравлической балансировке системы отопления следует прибегать в следующих случаях:

1. Близко расположенные к нагревательному аппарату радиаторы заметно горячее «последних» в гидравлической системе нагрева помещений, что заметно как на ощупь, так и по показаниям комнатного термометра или личностным ощущениям.
2. В отопительный сезон один или несколько теплообменников издает шум в виде журчания протекающей в нем рабочей жидкости.
3. Расположенные в бетонной стяжке трубы системы отопления «теплый пол» прогреваются неравномерно.
4. При наладке системы отопления, которая собрана без разработанного инженером-теплотехником проекта и услуг профессиональных монтажников.

Но если система отопления функционирует без нареканий, то пытаться улучшить ее работу самостоятельно не следует, так как из-за неопытности домовладельцы добиваются прямо противоположного результата. Так же не стоит начинать балансировать систему отопления, если в ней возникли какие-либо неполадки (разрыв мембраны в расширительном бачке, засор балансировочной или радиаторной запорной арматуры, завоздушенность батарей, появление протечек и так далее). В начале необходимо устранить проблему и, вполне вероятно, нужда в регулировке отпадет.

Производим расчет мощности котла отопления

При выполнении расчета отопительной системы, прежде всего, необходимо как можно точнее определить требуемую мощность котла, так как именно от этого показателя будет зависеть эффективность ее работы, с точки зрения обеспечения необходимого температурного режима в помещениях жилого дома.

Если мощность будет меньше необходимой, то в доме будет недостаточно тепло, а при чрезмерной мощности котла, будет необоснованный перерасход топлива, что приведет к лишним финансовым затратам.

Чтобы определить какой должна быть оптимальная мощность отопительного котла надо знать:

• общую площадь помещений, которые предполагается отапливать, обозначаемую через букву S;
• удельную мощность котла на каждые 10 кубометров помещения, обозначают W уд.

Причем, данную величину нужно откорректировать в соответствие с природно-климатическими условиями местности, где расположено строение.

Обратите внимание, что обычно на практике значение удельной мощности, определяют из диапазонов, установленных для конкретных климатических зон. Так, для южных регионов удельная мощность должна быть в диапазоне 0,7 – 0,9 кВт., для Средней полосы — 1,2 — 1,5 кВт., а для Севера — от 1,5-2,0 кВт

Так, для южных регионов удельная мощность должна быть в диапазоне 0,7 – 0,9 кВт., для Средней полосы — 1,2 — 1,5 кВт., а для Севера — от 1,5-2,0 кВт

Так, для южных регионов удельная мощность должна быть в диапазоне 0,7 – 0,9 кВт., для Средней полосы — 1,2 — 1,5 кВт., а для Севера — от 1,5-2,0 кВт.

Для упрощения вычислений можно удельную мощность принять равной единице. Таким образом, получим правило для выбора требуемой мощности котла, по которому на каждые 100 кв. метров площади отапливаемого помещения необходимо 10 кВт.

Расчет отопления для жилого строения во многом определяет водяное отопление какого типа будет выбрано.

При выборе надо руководствоваться величиной площади дома.

В случае если она более 100 кв. метров, то принудительную циркуляцию теплоносителя, например, воды можно обеспечить только путем установления циркуляционного насоса.

Для домов с меньшей площади установка насоса не потребуется, так как в этом случае возможно использование отопительных систем, действующих по принципу естественной циркуляцией.

Исходные данные для проектирования системы отопления

Чтобы произвести расчет расхода тепла на отопление, нужен, во-первых, проект дома.

План дома позволяет получить практически все исходные данные, которые нужны для определения теплопотерь и нагрузки на отопительную систему

Он должен содержать внутренние и наружные размеры каждого помещения, окон, наружных дверных проёмов. Внутренние двери остаются без внимания, поскольку на тепловые потери они не оказывают никакого влияния.

Во-вторых, понадобятся данные о расположении дома по отношению к сторонам света и районе строительства – климатические условия в каждом регионе свои, и то, что подходит для Сочи, не может быть применено к Анадырю.

В-третьих, собираем информацию о составе и высоте наружных стен и материалах, из которых изготовлены пол (от помещения до земли) и потолок (от комнат и наружу).

После сбора всех данных можно приступать к работе. Расчет тепла на отопление можно выполнить по формулам за один-два часа. Можно, конечно, воспользоваться специальной программой от компании Valtec.

Для расчёта теплопотерь отапливаемых помещений, нагрузки на систему отопления и теплоотдачи от отопительных приборов в программу достаточно внести только исходные данные. Огромное количество функций делают её незаменимым помощником и прораба, и частного застройщика

Она значительно всё упрощает и позволяет получить все данные по тепловым потерям и гидравлическому расчету системы отопления.

Расчет количества секций отопительных радиаторов – для чего это необходимо знать

С первого взляда высчитать, сколько секций отопительного прибора установить в том или другом помещении – просто. Чем больше комната – тем из большего количества секций должен состоять отопительный прибор. Но в действительности то, насколько тепло будет в том или другом помещении зависит от более чем десятка факторов. Учтя их, высчитать необходимое кол-во тепла от отопительных приборов, можно в несколько раз точнее.

Общие сведения

Отдача тепла одной части радиатора из чугуна – 140 ватт, более качественных железных – от 170 и выше.

Можно делать расчет количества секций отопительных радиаторов,выходя из площади помещения либо же его объема.

По нормативам считается, что на обогрев одного метра квадратного помещения необходимо 100 ватт энергии тепла. Если же исходить из объема, то тогда кол-во тепла на 1 метр кубический как правило составит не меньше 41 ватта.

Но ни один из этих вариантов не будет точным если не иметь в виду свойств того либо прочего помещения, количества и оконный размер, материал стен, и многое иное. Благодаря этому рассчитывая части отопительного прибора по типовой формуле, станем прибавлять коэффициенты, сделанные тем или другим требованием.

Площадь помещения – расчет количества секций отопительных радиаторов

Подобный расчет в большинстве случаев применяется к помещениям, размещенным в стандартных панельных жилых домах с потолочной высотой до 2,6 метра.

Площадь комнаты множится на 100 (кол-во тепла для 1м2) и разделяется на указанную изготовителем отдачу тепла одной части отопительного прибора. К примеру: площадь комнаты 22 м2, отдача тепла одной части отопительного прибора – 170 ватт.

Для данной комнаты необходимо 13 секций отопительного прибора.

Если же одна секция отопительного прибора станет иметь 190 ватт отдачи тепла, то получаем 22Х100/180=11,57 , другими словами можно обойтись 12 секциями.

К расчетам необходимо добавить 20% если комната имеет балкон или находится в срезе дома. Батарея, поставленная в нише, еще на 15% снизит отдачу тепла. Однако в кухне будет на 10-15% теплее.

Производим расчеты по объему помещения

Для дома из панелей с обычной потолочной высотой, как уже выше упоминалось, тепловой расчет изготавливается из необходимости 41 ватт на 1м3. Но если например дом новый, кирпичный, в нем установлены пакеты стекол, а фасадные стены утеплены, то необходимо уже 34 ватт на 1м3.

Формула расчета количества секций отопительного прибора выглядит так: объем (площадь, помноженная на потолочную высоту) умножается на 41 или 34 (в зависимости от типа дома) и разделяется на отдачу тепла одной части отопительного прибора, установленного в паспорте изготовителя.

Площадь комнаты 18 м2, потолочная высота 2, 6 м. Дом – стереотипная панельная постройка. Отдача тепла одной части отопительного прибора – 170 ватт.

18Х2,6Х41/170=11,2. Итак, нам необходимо 11 секций отопительного прибора. Это при условиях, что комната не угловая и в ней нет балкона, в другом случае лучше установить 12 секций.

Посчитаем максимально точно

А вот формула, по которой максимально точно можно создать расчет количества секций отопительного прибора:

Площадь помещения помноженная на 100 ватт и на коэффициенты q1, q2, q3, q4, q5, q6, q7 и поделенная на отдачу тепла одной части отопительного прибора.

Подробно об данных коэффициентах:

q1 – вид остекления: при тройном стеклопакете показатель будет 0,85, при двойном стеклопакете — 1 и при простом остеклении – 1,27.

q2 – тепловая изоляция стен:

• современная тепловая изоляция – 0,85;
• укладка в два кирпича с применением утеплителя – 1;
• неутепленные стены — 1,27.

q3 – соотношение площадей окон и пола:

q4 — самая маленькая внешняя температура:

• -10 градусов – 0,7;
• -20 градусов – 1,1;
• -35 градусов – 1,5.

q5 – кол-во фасадных стен:

q6 – вид помещения, которое находится выше расчетного:

• обогреваемое — 0,8;
• чердачное обогреваемое — 0,9;
• чердачное необогреваемое – 1.

q7 – потолочная высота:

Если будут взяты в учет все перечисленные выше коэффициенты, сосчитать численность секций отопительного прибора в помещении можно будет максимально точно.