🗊Презентация Определение тепловой нагрузки на систему отопления здания

Как рассчитывается тепловая нагрузка на систему отопления здания

Предположим, вам захотелось самостоятельно подобрать котел, радиаторы и трубы отопительной системы частного дома. Задача №1 – сделать расчет тепловой нагрузки на отопление, проще говоря, определить общий расход теплоты, необходимой для прогрева здания до комфортной температуры внутри помещений. Предлагаем изучить 3 расчетных методики – разные по сложности и точности результатов.

План работы: 1 Способы определения нагрузки 2 Для примера – проект одноэтажного дома 100 м² 3 Считаем расход теплоты по квадратуре 4 Вычисление тепловой нагрузки по объему комнат 5 Расчетный алгоритм согласно СНиП 5.1 Определяем теплопотери стен и крыши 5.2 Деление пола на зоны 5.3 Нагрев вентиляционного воздуха 5.4 Окончательный расчет 6 Как воспользоваться результатами вычислений

Способы определения нагрузки Сначала поясним значение термина. Тепловая нагрузка – это общее количество теплоты, расходуемое системой отопления на обогрев помещений до нормативной температуры в наиболее холодный период. Величина исчисляется единицами энергии – киловаттами, килокалориями (реже – килоджоулями) и обозначается в формулах латинской буквой Q.

Зная нагрузку на отопление частного дома в целом и потребность каждого помещения в частности, нетрудно подобрать котел, обогреватели и батареи водяной системы по мощности. Как можно рассчитать данный параметр: Если высота потолков не достигает 3 м, производится укрупненный расчет по площади отапливаемых комнат. При высоте перекрытий 3 м и более расход тепла считается по объему помещений. Подсчитать теплопотери через внешние ограждения и затраты на подогрев вентиляционного воздуха согласно СНиП.

Примечание. В последние годы широкую популярность обрели онлайн-калькуляторы, размещаемые на страницах различных интернет-ресурсов. С их помощью определение количества тепловой энергии выполняется быстро и не требует дополнительных инструкций. Минус – достоверность результатов нужно проверять – ведь программы пишут люди, не являющиеся теплотехниками.

Фото здания, сделанное с помощью тепловизора

Две первые расчетные методики основаны на применении удельной тепловой характеристики по отношению к обогреваемой площади либо объему здания. Алгоритм простой, используется повсеместно, но дает весьма приближенные результаты и не учитывает степень утепления коттеджа. Считать расход тепловой энергии по СНиП, как делают инженеры – проектировщики, гораздо сложнее. Придется собрать множество справочных данных и потрудиться над вычислениями, зато конечные цифры отразят реальную картину с точностью 95%. Мы постараемся упростить методику и сделать расчет нагрузки на отопление максимально доступным для понимания.

Для примера – проект одноэтажного дома 100 м² регион постройки – полоса умеренного климата (Минск, Москва); толщина внешних ограждений – 38 см, материал – силикатный кирпич; наружное утепление стен – пенопласт толщиной 100 мм, плотность – 25 кг/м³; полы – бетонные на грунте, подвал отсутствует; перекрытие – ж/б плиты, утепленные со стороны холодного чердака пенопластом 10 см; окна – стандартные металлопластиковые на 2 стекла, размер – 1500 х 1570 мм (h); входная дверь – металлическая 100 х 200 см, изнутри утеплена экструдированным пенополистиролом 20 мм.

В коттедже устроены межкомнатные перегородки в полкирпича (12 см), котельная располагается в отдельно стоящей постройке. Площади комнат обозначены на чертеже, высоту потолков будем принимать в зависимости от поясняемой расчетной методики – 2.8 либо 3 м.

Считаем расход теплоты по квадратуре Для приблизительной прикидки отопительной нагрузки обычно используется простейший тепловой расчет: берется площадь здания по наружному обмеру и умножается на 100 Вт. Соответственно, потребление тепла дачным домиком 100 м² составит 10000 Вт или 10 кВт. Результат позволяет подобрать котел с коэффициентом запаса 1.2—1.3, в данном случае мощность агрегата принимается равной 12.5 кВт.

Мы предлагаем выполнить более точные вычисления, учитывающие расположение комнат, количество окон и регион застройки. Итак, при высоте потолков до 3 м рекомендуется использовать следующую формулу:

Для справки. Если частный дом расположен в полосе умеренного климата, коэффициент k принимается равным единице. В южных регионах k = 0.7, в северных применяются значения 1.5—2.

В приближенном подсчете по общей квадратуре показатель q = 100 Вт/м². Подобный подход не учитывает расположение комнат и разное количество световых проемов. Коридор, находящийся внутри коттеджа, потеряет гораздо меньше тепла, чем угловая спальня с окнами той же площади. Мы предлагаем принимать величину удельной тепловой характеристики q следующим образом: для помещений с одной наружной стеной и окном (или дверью) q = 100 Вт/м²; угловые комнаты с одним световым проемом – 120 Вт/м²; то же, с двумя окнами – 130 Вт/м².

Как правильно подбирать значение q, наглядно показано на плане здания. Для нашего примера расчет выглядит так:

Вычисление тепловой нагрузки по объему комнат Когда расстояние между полами и потолком достигает 3 м и более, предыдущий вариант расчета использовать нельзя – результат выйдет некорректным. В подобных случаях отопительную нагрузку принято считать по удельным укрупненным показателям расхода теплоты на 1 м³ объема помещения.

Формула и алгоритм вычислений остаются прежними, только параметр площади S меняется на объем – V:

Теперь для примера определим нагрузку на отопление нашего коттеджа, взяв высоту потолков равной 3 м:

Заметно, что требуемая тепловая мощность системы отопления выросла на 200 Вт по сравнению с предыдущим расчетом. Если же принять высоту комнат 2.7—2.8 м и сосчитать затраты энергии через кубатуру, то цифры получатся примерно одинаковые. То есть, способ вполне применим для укрупненного подсчета теплопотерь в помещениях любой высоты.

Расчетный алгоритм согласно СНиП Данный способ – наиболее точный из всех существующих. Если вы воспользуетесь нашей инструкцией и правильно выполните расчет, можете быть уверены в результате на 100% и спокойно подбирать отопительное оборудование. Порядок действий выглядит так: Измерьте квадратуру внешних стен, полов и перекрытий отдельно в каждой комнате. Определите площадь окон и входных дверей. Рассчитайте тепловые потери через все наружные ограждения. Узнайте расход тепловой энергии, идущей на подогрев вентиляционного (инфильтрационного) воздуха. Суммируйте результаты и получите реальное значение тепловой нагрузки.

Обмер жилых комнат изнутри

Суть расчета тепловых потерь относительно проста: нужно выяснить, сколько энергии теряет каждая конструкция, ведь окна, стенки и полы сделаны из разных материалов. Определяя квадратуру наружных стен, вычитайте площадь остекленных проемов — последние пропускают больший тепловой поток и потому считаются отдельно. При замере ширины комнат прибавляйте к ней половину толщины внутренней перегородки и захватывайте наружный угол, как показано на схеме. Цель – учесть полную квадратуру внешнего ограждения, теряющего тепло по всей поверхности.

При замерах нужно захватывать угол постройки и половину внутренней перегородки

Определяем теплопотери стен и крыши Формула расчета теплового потока, проходящего через конструкцию одного типа (например, стену), выглядит следующим образом:

Коэффициенты теплопроводности для некоторых распространенных стройматериалов

В приведенном списке остается один неопределенный параметр – R. Его значение зависит от материала стеновой конструкции и толщины ограждения. Чтобы рассчитать сопротивление теплопередаче, действуйте в таком порядке: Определите толщину несущей части внешней стены и отдельно — слоя утеплителя. Буквенное обозначение в формулах – δ, считается в метрах. Узнайте из справочных таблиц коэффициенты теплопроводности конструктивных материалов λ, единицы измерения — Вт/(мºС). Поочередно подставьте найденные величины в формулу:

Вычисления повторите отдельно для окон, стен и перекрытия в пределах одной комнаты, затем переходите в следующее помещение. Потери теплоты через полы считаются отдельно, о чем рассказано ниже. Совет. Правильные коэффициенты теплопроводности различных материалов указаны в нормативной документации. Для России это Свод Правил СП 50.13330.2012, для Украины — ДБН В.2.6–31~2006. Внимание! В расчетах используйте значение λ, прописанные в столбце «Б» для условий эксплуатации.

Данная таблица является приложением СП 50.13330.2012 «Тепловая изоляция зданий», опубликованном на специализированном ресурсе

Пример расчета для гостиной нашего одноэтажного дома (высота потолков 3 м): Площадь наружных стен вместе с окнами: (5.04 + 4.04) х 3 = 27.24 м². Квадратура окон – 1.5 х 1.57 х 2 = 4.71 м². Чистая площадь ограждения: 27.24 – 4.71 = 22.53 м². Теплопроводность λ для кладки силикатного кирпича равна 0.87 Вт/(мºС), пенопласта 25 кг/м³ – 0.044 Вт/(мºС). Толщина – соответственно 0.38 и 0.1 м, считаем сопротивление теплопередаче: R = 0.38 / 0.87 + 0.1 / 0.044 = 2.71 м²°С/Вт. Температура наружная – минус 25 °С, внутри гостиной – плюс 22 °С. Разность составит 25 + 22 = 47 °С. Определяем теплопотери сквозь стенки гостиной: Q = 1 / 2.71 х 47 х 22.53 = 391 Вт.

Стена коттеджа в разрезе

Аналогичным образом считается тепловой поток через окна и перекрытие. Термическое сопротивление светопрозрачных конструкций обычно указывает производитель, характеристики ж/б перекрытия толщиной 22 см находим в нормативной либо справочной литературе: R утепленного перекрытия = 0.22 / 2.04 + 0.1 / 0.044 = 2.38 м²°С/Вт, теплопотери сквозь кровлю – 1 / 2.38 х 47 х 5.04 х 4.04 = 402 Вт. Потери сквозь оконные проемы: Q = 0.32 x 47 x71 = 70.8 Вт.

Таблица коэффициентов теплопроводности металлопластиковых окон. Мы взяли самый скромный однокамерный стеклопакет

Обратите внимание: коридор внутри здания не соприкасается с наружной оболочкой и теряет тепло только через крышу и полы. Какие ограждения нужно учитывать в расчетной методике, смотрите на видео.

Деление пола на зоны При разметке отсчет начинается от внешней поверхности здания

Расчетный алгоритм следующий: Расчертите план коттеджа, поделите на полосы шириной 2 м. Максимальное число зон – 4. Вычислите площадь пола, попадающего отдельно в каждую зону, пренебрегая межкомнатными перегородками. Обратите внимание: квадратура по углам считается дважды (заштриховано на чертеже). Пользуясь расчетной формулой (для удобства приводим ее повторно), определите теплопотери на всех участках, полученные цифры суммируйте. Сопротивление теплопередаче R для зоны I принимается равным 2.1 м²°С/Вт, II – 4.3, III – 8.6, остального пола – 14.2 м²°С/Вт.

Схема разбивки стен подвала от уровня земли

Пример вычислений в гостиной загородного дома: Квадратура зоны I равняется (5.04 + 4.04) х 2 = 18.16 м², участка II – 3.04 х 2 = 6.08 м². Остальные зоны в гостиную не попадают. Расход энергии на 1-ю зону составит 1 / 2.1 х 47 х 18.16 = 406.4 Вт, на вторую – 1 / 4.3 х 47 х 6.08 = 66.5 Вт. Величина теплового потока сквозь полы гостиной – 406.4 + 66.5 = 473 Вт.

Теперь нетрудно подбить общие теплопотери в рассматриваемой комнате: 863.8 + 473 = 1336.8 Вт, округленно — 1.34 кВт.

Нагрев вентиляционного воздуха В подавляющем большинстве частных домов и квартир устроена естественная вентиляция, уличный воздух проникает внутрь сквозь притворы окон и дверей, а также приточные отверстия. Нагревом поступающей холодной массы занимается система отопления, расходуя дополнительную энергию. Как узнать ее количество: Поскольку расчет инфильтрации слишком сложен, нормативные документы допускают выделение 3 м³ воздуха в час на каждый метр квадратный площади жилища. Общий расход приточного воздуха L считается просто: квадратура помещения умножается на 3. L – это объем, а нужна масса m воздушного потока. Узнайте ее путем умножения на плотность газа, взятую из таблицы. Масса воздуха m подставляется в формулу школьного курса физики, позволяющую определить количество затраченной энергии.

Высчитаем потребное количество теплоты на примере многострадальной гостиной площадью 15.75 м². Объем притока L = 15.75 х 3 = 47.25 м3/ч, масса – 47.25 х 1.422 = 67.2 кг. Принимая теплоемкость воздуха (обозначена буквой C) равной 0.28 Вт / (кг ºС), находим расход энергии: Qвент = 0.28 х 67.2 х 47 = 884 Вт. Как видите, цифра довольно внушительная, вот почему подогрев воздушных масс нужно учитывать обязательно.

Окончательный расчет теплопотерь здания плюс расход на вентиляцию определяется суммированием всех полученных ранее результатов. В частности, нагрузка на отопление гостиной выльется в цифру 0.88 + 1.34 = 2.22 кВт. Аналогичным образом рассчитываются все помещения коттеджа, в конце энергетические затраты складываются в одну цифру.

Окончательный расчет Если ваш мозг еще не закипел от обилия формул, то наверняка интересно увидеть результат по одноэтажному дому. В предыдущих примерах мы проделали основную работу, осталось лишь пройти по другим помещениям и узнать теплопотери всей наружной оболочки здания. Найденные исходные данные: термическое сопротивление стен — 2.71, окон – 0.32, перекрытия – 2.38 м²°С/Вт; высота потолков – 3 м; R для входной двери, утепленной экструдированным пенополистиролом, равен 0.65 м²°С/Вт; температура внутренняя – 22, внешняя – минус 25 °С.

Чтобы упростить вычисления, предлагаем составить таблицу в Exel, дабы заносить промежуточные и окончательные результаты. Пример расчетной таблицы в Exel

По окончании расчетов и заполнении таблицы получены следующие значения расходов тепловой энергии по помещениям: гостиная – 2.22 кВт; кухня – 2.536 кВт; прихожая – 745 Вт; коридор – 586 Вт; санузел – 676 Вт; спальня – 2.22 кВт; детская – 2.536 кВт.

Итоговое значение нагрузки на отопительную систему частного дома площадью 100 м² составило 11.518 кВт, округленно – 11.6 кВт. Примечательно, что результат отличается от приближенных методов расчета буквально на 5%. Но согласно нормативным документам, окончательную цифру нужно умножить на коэффициент 1.1 неучтенных теплопотерь, возникающих из-за ориентации здания по сторонам света, ветровых нагрузок и так далее. Соответственно, окончательный результат – 12.76 кВт. 

Как воспользоваться результатами вычислений Зная потребность здания в тепловой энергии, домовладелец может: четко подобрать мощность теплосилового оборудования для обогрева коттеджа; набрать нужное количество секций радиаторов; определить необходимую толщину утеплителя и выполнить теплоизоляцию здания; выяснить расход теплоносителя на любом участке системы и при необходимости выполнить гидравлический расчет трубопроводов; узнать среднесуточное и месячное потребление тепла.

Последний пункт представляет особый интерес. Мы нашли величину тепловой нагрузки за 1 час, но ее можно пересчитать на более продолжительный период и вычислить предполагаемый расход топлива — газа, дров или пеллет.