Тепловой расчёт отопления: общий порядок
Классический тепловой расчёт отопительной системы являет собой сводный технический документ, который включает в себя обязательные поэтапные стандартные методы вычислений.
Но перед изучением этих подсчётов основных параметров нужно определиться с понятием самой системы отопления.
Система отопления характеризуется принудительной подачей и непроизвольным отводом тепла в помещении.
Основные задачи расчёта и проектирования системы отопления:
- наиболее достоверно определить тепловые потери;
- определить количество и условия использования теплоносителя;
- максимально точно подобрать элементы генерации, перемещения и отдачи тепла.
При постройке системы отопления необходимо первоначально произвести сбор разнообразных данных о помещении/здании, где будет использоваться система отопления. После выполнить расчёт тепловых параметров системы, проанализировать результаты арифметических операций.
На основании полученных данных подобирают компоненты системы отопления с последующей закупкой, установкой и вводом в эксплуатацию.
Отопление – это многокомпонентная система обеспечения утверждённого температурного режима в помещении/здании. Являет собой обособленную часть комплекса коммуникаций современного жилищного помещения
Примечательно, что указанная методика теплового расчёта позволяет достаточно точно вычислить большое количество величин, которые конкретно описывают будущую систему отопления.
В результате теплового расчёта в наличии будет следующая информация:
- число тепловых потерь, мощность котла;
- количество и тип тепловых радиаторов для каждой комнаты отдельно;
- гидравлические характеристики трубопровода;
- объём, скорость теплоносителя, мощность теплового насоса.
Тепловой расчёт – это не теоретические наброски, а вполне точные и обоснованные итоги, которые рекомендуется использовать на практике при подборе компонентов системы отопления.
Пример в качестве проверки
Правильность расчетов по представленной методике можно проверить, сравнив их результаты с итогами точных вычислений в реальном проекте, выполненном в соответствии со СНиП.
По заданию требовалось расcчитать циркуляционный насос для двухтрубной системы отопления с поэтажной разводкой трубопроводов от коллектора.
Предварительно было определено, что потребность здания в тепле составляет 45,6 кВт, необходимый для отопления расход теплоносителя 2,02 куб.м/ч. Схема трубопроводов до самого отдаленного радиатора включает четыре участка и теплорегулирующий вентиль.
Суммарные потери давления в них равняются:
DP = 0,63 + 0,111 + 0,142 + 0,289 = 1,178 м
Согласно СНиП 2.04.05-91*, на неучтенные потери давления к этой величине следует добавить 10%:
DP = 1,178 х 1,1 = 1,296 м
Таким образом, “циркуляционник” для данной системы должен обеспечивать подачу 2,02 куб.м/ч теплоносителя и напор в 1,3 м.
Расчет объема теплоносителя
Перед тем как начинать заполнение отопительной системы теплоносителем, необходимо определить ее объем в литрах. Эту цифру нужно знать, чтобы заранее приобрести требуемое количество материала, но при этом не переплачивать за ненужные излишки. Расчет потребности в рабочей жидкости несложно выполнить и самостоятельно, поскольку никаких сложных математических формул в нем не применяется. Достаточно лишь аккуратно и точно собрать все необходимые исходные данные
Важно использовать во всех случаях одинаковую единицу измерения: кубические миллиметры, сантиметры либо переводить показатели в литры. Последнее удобнее, поскольку теплоноситель поставляется именно в литрах
Основное правило расчета.
Общий объем системы отопления является суммой вместимости каждого из ее элементов:
- тепловыделяющего и теплообменного оборудования, если оно имеется в системе. В простейшем случае это полезный объем котла;
- суммарной емкости всех установленных радиаторов;
- рабочего объема расширительного бачка;
- вместимости всех использованных в системе соединительных труб.
В виде формулы:
V системы = V нагреват. оборудования + V радиаторов + V расшир. бачка + V труб
Объем нагревательного оборудования.
В зависимости от сложности системы источником тепла в отопительной системе может быть как один котел, так и несколько отдельных. В некоторых частных домах встречается схема с двумя котлами: на жидком или газообразном топливе, а также резервный электрокотел на случай отключения газа и других форс-мажорных ситуаций. В последнее время пользуются популярностью тепловые насосы, существенно экономящие ресурсы на обогрев. Нужно просуммировать внутренние объемы по всем вмонтированным в систему устройствам. Точные данные по каждому аппарату содержатся в его паспортных характеристиках. В среднем для напольных котлов эта величина в диапазоне 10–30 литров, у настенных – от 3 до 6 литров.
Объем радиаторов.
Вместимость радиатора определяется количеством секций, а также конструкцией самого устройства. Усредненные значения для разных типов приведены в таблице.
| Материал корпуса | Размер секции (в мм): высота и ширина | Объем, л |
| Чугунная батарея старого образца | 600 х 110 | 1,7 |
| Плоская чугунная батарея (нового образца) | 580 х 75 | 1,0 |
| Алюминий | 600 х 80 | 0,45 |
| Биметаллический радиатор | 600 х 80 | 0,25 |
Эти цифры в каждом случае следует умножить на количество секций в батарее.
Объем расширительного бачка.
Для открытых систем вместимость расширительного бачка не имеет принципиального значения и может подбираться с достаточным запасом. В конструкции системы закрытого типа используются мембранные бачки, объем которых позволяет компенсировать температурное расширение теплоносителя при максимальном нагреве. Для этого предварительно определяют количество жидкости в отопительном контуре без учета расширительного бачка. Затем полученное значение умножают на коэффициент 0,03 и выбирают бачок из выпускаемого промышленностью ассортимента с ближайшим значением, большим полученной цифры.
Объем труб.
Чтобы посчитать внутренний объем всех труб, используется формула из геометрии: V труб = 0,786 х D2 х L
Здесь D – внутренний диаметр трубы, L – суммарная длина всех трубопроводов отопления, 0,786 – коэффициент, равный ¼ константы пи.
Так как часто в отоплении применяют трубы разного диаметра, расчет выполняют по каждому размеру отдельно, которые затем суммируются.
Для упрощенного определения вместимости трубопроводов можно измерить их длину в метрах и воспользоваться данными из таблицы.
| Внутренний диаметр трубы | Объем жидкости в 1 погонном метре, л | Объем жидкости в 1 погонном метре, л |
| Метрическая система (мм) | Дюймовая система измерений | |
| 15 | ½ | 0,1767 |
| 20 | ¾ | 0,3142 |
| 25 | 1 | 0,4915 |
| 32 | 1 ¼ | 0,8042 |
| 40 | 1 ½ | 1,2566 |
| 50 | 2 | 1,9635 |
| 65 | 2 ½ | 3,3184 |
| 80 | 3 | 5,0262 |
| 100 | 4 | 7,8545 |
Резервный запас.
Самостоятельно выполнить все расчеты с высокой точностью сложно, ведь остаются неучтенными такие факторы, как геометрия системы и наличие изгибов, погрешности из-за присутствующих фитингов и множество других. Кроме того, возможны потери при заполнении магистралей, если по невнимательности забыли перекрыть какой-то вентиль. Поэтому приобретать теплоноситель стоит с небольшим запасом. Еще одно обстоятельство, по которому требуется жидкость сверх расчетной вместимости, – тот способ, который применяют для закачивания в систему. Если используется ручной или электрический нагнетательный насос, его рабочий объем также следует учитывать.
Как рассчитать количество секций радиатора отопления
Чтобы теплоотдача и нагревательная эффективность была должного уровня, при расчете размера радиаторов нужно учесть нормативы их установки, а отнюдь не опираться на размеры оконных проемов, под которыми они устанавливаются.
На теплоотдачу влияет не ее размер, а мощность каждой отдельной секции, которые собраны в один радиатор. Поэтому лучшим вариантом будет разместить несколько небольших батарей, распределив их по комнате, нежели одну большую. Это можно объяснить тем, что тепло будет поступать в помещение из разных точек и равномерно прогревать его.
Каждое отдельное помещение имеет свою площадь и объем, от этих параметров и будет зависеть расчет количества секций, устанавливаемых в нем.
Расчет на основании площади помещения
Чтобы правильно рассчитать это количество на определенную комнату, нужно знать некоторые правила:
Узнать нужную мощность для обогрева помещения можно, умножив на 100 Вт размер его площади (в квадратных метрах), при этом:
- На 20% увеличивают мощность радиатора в том случае, если две стены помещения выходят на улицу, и в нем находится одно окно — это может быть торцевая комната.
- На 30% придется увеличить мощность, если комната имеет те же характеристики, как в предыдущем случае, но в ней устроено два окна.
- Если же окно или окна комнаты выходят на северо-восток или север, а значит, в ней бывает минимальное количество солнечного света, мощность нужно увеличить еще на 10%.
- Устанавливаемый радиатор в нишу под окном, имеет сниженную теплоотдачу, в этом случае придется увеличить мощность еще на 5%.
Ниша снизит энергоотдачу радиатора на 5 %
Если радиатор закрывается экраном в эстетических целях, то снижается теплоотдача на 15%, и ее также нужно восполнить, увеличив мощность на эту величину.
Экраны на радиаторах — это красиво, но они заберут до 15% мощности
Удельная мощность секции радиатора обязательно указывается в паспорте, который производитель прилагает к изделию.
Зная эти требования, можно рассчитать необходимое количество секций, разделив полученное суммарное значение требуемой тепловой мощности с учетом всех указанных компенсирующих поправок, на удельную теплоотдачу одной секции батареи.
Полученный результат расчетов округляется до целого числа, но только в большую сторону. Допустим, получилось восемь секций. И тут, возвращаясь к вышесказанному, нужно отметить, что для лучшего обогрева и распределения тепла, радиатор можно разделить на две части, по четыре секции каждая, которые устанавливают в разных местах помещения.
Каждое помещение просчитывается отдельно
Нужно отметить, что такие расчеты подходят для определения количества секций для помещений, оснащенных центральным отоплением, теплоноситель в котором имеет температуру не больше 70 градусов.
Этот расчет считается достаточно точным, но можно произвести расчет и по-другому.
Расчет количества секций в радиаторах, исходя из объема помещения
Стандартом считается соотношение тепловой мощности в 41 Вт на 1 куб. метр объема помещения, при условии нахождения в нем одной двери, окна и внешней стены.
Чтобы результат был виден наглядно, для примера можно рассчитать нужное количество батарей для комнаты площадью 16 кв. м.и потолком, высотой 2,5 метра:
16 × 2,5= 40 куб.м.
Далее нужно найти значение тепловой мощности, это делается следующим образом
41 × 40=1640 Вт.
Зная теплоотдачу одной секции (ее указывают в паспорте), можно без труда определить количество батарей. Например, теплоотдача равна 170 Вт, и идет следующий расчет:
1640 / 170 = 9,6.
После округления получается цифра 10 — это и будет нужное количество секций отопительных элементов на комнату.
Существуют также некоторые особенности:
- Если комната соединяется с соседним помещением проемом, не имеющим двери, то необходимо считать общую площадь двух комнат, только тогда будет выявлена точное количество батарей для эффективности отопления.
- Если теплоноситель имеет температуру ниже 70 градусов, количество секций в батареи придется пропорционально увеличить.
- При установленных в комнате стеклопакетах, значительно снижаются тепловые потери, поэтому и количество секций в каждом радиаторе может быть меньше.
- Если в помещениях установлены старые чугунные батареи, которые вполне справлялись с созданием нужного микроклимата, но есть планы поменять их на какие-то современные, то посчитать, сколько их понадобится, будет очень просто.Одна чугунная секция имеет постоянную теплоотдачу в 150 Вт. Поэтому количество установленных чугунных секций нужно умножить на 150, а полученное число делится на теплоотдачу, указанную на секции новых батарей.
Необходимость использования
Если в городских магистралях центрального отопления давление воды регулируется специальными централизованными подстанциями, то при оборудовании системы автономного отопления и горячего водоснабжения загородного дома циркуляционное нагнетательное устройство является абсолютно не заменимым агрегатом. Особенно, если речь идет о достаточно большой постройке. Дело в том, что оно способно «разогнать» теплоснабжение замкнутого контура практически в любых условиях и при любой погоде.
Без принудительной циркуляции система отопления имеет свойство очень долго «раскочегариваться». Это тем более актуально в тех случаях, когда загородным домом пользуются не ежедневно, а время от времени. В этих случаях циркуляционный теплонасос отопления способен создать оптимальный микроклимат за куда меньшее время
Таким образом, переоценить значение и важность этого агрегата во многих случаях переоценить просто невозможно
Объем теплоносителя в трубопроводе
Диаметр магистрали нужно считать важнейшим критерием. С его помощью можно установить, какова вместимость воды в трубах. Скажем, если диаметр трубы 20 мм, то вместимость будет составлять 0,137 литра на метр погонный. Если диаметр 50 мм, то вместимость будет составлять 0,865 литра на метр погонный.
В отопительной системе допускается применение труб самых разных диаметров. Особенно это характерно для коллекторных схем. Вот почему объем жидкости в отопительной системе определяют отдельно для каждого участка. А потом все необходимо будет суммировать.
ВАЖНО! Если у вас труба из пластика, то диаметр в ней определяют по размерам внешних стенок. Если из металла, то диаметр в ней определяют по размерам внутренних стенок
Для тепловых систем, у которых большая протяженность, это бывает существенно.
Как посчитать объем воды в системе отопления
Расход воды в централизованных системах отопления рядовыми пользователями не учитывается. Но знать объем системы отопления, которая создается для оснащения отдельной квартиры (дома) необходимо. Эти данные помогут точнее определить несколько важных эксплуатационных параметров, о которых будет рассказано далее.
Для чего нужен расчет количества воды в системе отопления
При установке соответствующего оборудования в загородные частные дома многие хозяева предпочитают использовать специальные жидкости.
Качественный антифриз, со специальными добавками, предотвращает возникновение коррозийных процессов, что повышает долговечность металлических труб и других компонентов инженерной системы. Он не превращается в лед при низких температурах.
Это свойство пригодится при несанкционированном отключении оборудования, в иных аварийных ситуациях. Но такая жидкость стоит дороже воды, поэтому необходим точный расчет потребностей.
Второй задачей является уточнение объема емкости расширительного бака. Если она будет недостаточной в закрытых системах, то устройство не будет выполнять полноценно свои функции по компенсации расширения жидкости при нагреве.
Как определить количество воды экспериментально, сделать расчет
Самым простым способом узнать, сколько понадобится жидкости для заполнения системы, является опыт. После подключения дома нового отопительного оборудования открывается вентиль для их заполнения. Нужное значение будет получено, как результат показаний счетчика расхода воды. Второй вариант – обратное действие. Можно производить слив из системы, используя ведро, или другую емкость с известным объемом.
Понятно, что подобные операции допустимы только при наличии дома установленного оборудования. В действительности посчитать придется заранее, чтобы правильно определиться с параметрами соответствующего проекта. Далее будет рассмотрена правильная последовательность действий, которая поможет рассчитать объем теплоносителя:
- Выясняется количество жидкости, которое вмещает котел. Эти данные указываются в техническом паспорте на соответствующее изделие. Устройства проточного типа экономичнее. Но те, в которых используются накопительные емкости, способны быстро обеспечить потребителей горячей водой. В некоторых моделях котлов, работающих на твердом топливе, соответствующий объем достигает 50-ти литров.
- Далее суммируются аналогичные характеристики радиаторов отопления. Как правило, самые крупные – чугунные радиаторы. Для заполнения одной секции такого прибора может потребоваться не менее полутора литров жидкости.
- Емкость обвязки считают только с учетом данных по трубам. Чтобы произвести расчет используется следующая формула: V (объем жидкости для заполнения трубопровода) = П (3, 14 –число «Пи») х R 2 (радиус трубы во второй степени) х L (длина трубопровода).
- Последнее действие – суммирование имеющихся величин.
https://youtube.com/watch?v=GrYdSoMrDqc
Чтобы правильно рассчитать внутренний объем труб надо использовать только сопоставимые величины. Точный радиус вычисляется с использованием вычитания двойной ширины стенок. Приведем пример, который основан на следующих исходных данных:
- Длина труб: 12 метров.
- Диаметр (наружный): 24 мм.
- Толщина стенок : 2 мм.
Вначале надо рассчитать внутренний радиус: R = 24 — (2х2)/2 =10 мм.
Теперь можно использовать приведенную выше формулу: V = 3,14 х 10 2 /1000 х 12 = 3,768 литра. К этому значению прибавляют объемы котла и радиаторов отопления.
Какой должна быть величина емкости расширительного бака
Как правило, рассчитать точно эту величину надо, если предполагается создание дома отопительной системы закрытого типа. Чтобы получить искомое значение применяют следующую формулу: VR (объем расширительного бака) = (VO (общий объем, который рассчитывается по рассмотренной выше методике) х KR (коэффициент расширения жидкости)) / KE (коэффициент эффективности). KR принимается для воды равным 0,04 (антифриз – 0,044). KE – это показатель, который вычисляют с использованием формулы: KE = (PM (максимальное давление в системе) – PN (номинальное давление, при котором происходит наполнение бака))/ (PM+1).
https://youtube.com/watch?v=syF9KpsxZO8
Таким образом, чтобы выяснить количество незамерзающей жидкости для заполнения отопительной системы надо сложить все перечисленные выше объемы:
- котла;
- батарей;
- трубопровода;
- расширительного бака.
Какие бывают виды
Насос для отопления является в современных системах одним из решающих факторов, обеспечивающих равномерное перемещение теплоносителя и, следовательно, нагреваются все тепловыделяющие элементы одинаково .
Видео
Такие агрегаты наделены комплектом достоинств, определяемых как:
- Способствуют сохранению постоянной температуры теплоносителя.
- Невысокий уровень потребления электроэнергии.
- Высокая надежность при работе.
- Простота применения.
Их основной функциональной задачей – нивелирование сопротивления трубной разводки протоку греющего вещества.
Существуют два основных конструктивных исполнения циркулярных насосов:
- с сухим ротором;
- с мокрым ротором.
Рабочая камера устройства с сухим ротором отделена от электродвигателя герметичной перегородкой. Такие агрегаты обычно имеют более высокую мощность и производительность, но издают шум при работе, поэтому их применение огранивается установкой в изолированных помещениях или зданиях.
Насосы с мокрым ротором работают в среде теплоносителя, что увеличивает срок их службы. По этой же причине они являются малошумными, что позволяет их применение внутри обслуживаемых зданий.
Существенным недостатком таких агрегатов является их невысокий коэффициент полезного действия, что ограничивает их применение в больших отопительных системах, однако в небольших частных домах они применяются очень широко из-за упомянутой выше малошумности и долговечности.
Это интересно: Цифровой манометр давления — параметры, назначение, применение
Типы котлов
При выборе котла нужно учитывать, на каком виде отопителя он работает.
Твердотопливные котлы
Котлы имеют следующие достоинства:
- экономичность;
- автономность;
- простота конструкции и управления.
- необходимо заготавливать и хранить топливо;
- необходима периодическая загрузка топлива и чистка от продуктов сгорания;
- колебания суточной температуры в пределах 5ºС.
Система является далеко не самой лучшей, но при отсутствии других источников топлива — это единственно возможный вариант.
Недостатки можно уменьшить с помощью термобаллона или водных аккумуляторов. Термобаллон регулирует подачу воздуха в топку, увеличивая тем самым продолжительность сгорания топлива. За счет этого увеличивается экономичность и сокращается количество заправок. Теплоаккумуляторы предназначены для увеличения инерционности системы отопления. В контур отопления врезается теплоизолированная снаружи емкость. Установка термостатического клапана, установленного на входе регистров, ограничивает подачу холодной воды из теплоаккумулятора на его входе.
За счет этого теплоноситель быстро нагревается, а потом уже начинает нагреваться аккумулятор тепла. Отдача тепла в систему отопления происходит намного дольше. Таким образом уменьшаются колебания температуры в доме.
Встроенные в аккумулятор тепла ТЭНы с автоматическим управлением позволяют включать его на электроподогрев в ночное время, когда стоимость электроэнергии минимальная. Фактически теплоаккумулятор выполняет функцию электрического котла.КПД твердотопливного котла составляет 71-79 %. Создание пиролизных котлов позволяет поднять его до 85%. Необходимо всем знать что данный тип котлов работает только на дровах.
Газовые котлы
Применение газового котла является лучшим вариантом для отопления дома. Он прост и безопасен в эксплуатации, имеет дешевое топливо, которое не требуется складировать и загружать.
Для него необходим дымоход. Котельная требуется только для котлов с открытой камерой сгорания. КПД газовых котлов составляет 89-91 %, но бывают котлы еще более эффективные. Поэтому этот показатель приводят в характеристике каждой модели.
Электрические котлы
Электрический котел является самым экологичным источником тепла. Он может применяться для подогрева горячей воды через бойлер или как резервный источник.
Для частных домов продают модели, мощность которых достигает 20 кВт. Большую мощность котла могут не потянуть счетчики электроэнергии, которые электрослужба устанавливает на входе. Несмотря на высокую стоимость электроэнергии у электрических котлов самый высокий КПД, составляющий 99 %. Ступенчатая регулировка мощности обеспечивает их более экономичную работу.
Заключение
Если рассчитать мощность отопительного котла приведенными выше простыми способами, то можно выбрать необходимый агрегат для отопления дома. Вариант расчета через теплопотери ограждающих конструкций дает возможность более точно определить необходимую мощность котла.
Если дом обеспечить достаточным утеплением, то котел понадобится с меньшей мощностью, а расходы на обогрев помещений значительно уменьшатся из-за снижения теплопотерь.
