Тепловая мощность – формула расчета и сферы применения. Расчет отопления по площади помещения

С теплотехническими расчётами приходится сталкиваться владельцам частных домов, квартир или любых других объектов. Это основа основ проектирования зданий.

Понять суть этих расчётов в официальных бумагах, не так сложно, как кажется.

Для себя также можно научиться выполнять вычисления, чтобы решить, какой утеплитель применять, какой толщины он должен быть, какой мощности приобретать котёл и достаточно ли имеющихся радиаторов на данную площадь.

Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти, если понять, что такое тепловая мощность. Формула, определение и сферы применения – читайте в статье.

Если говорить просто, тепловой расчёт помогает точно узнать, сколько тепла хранит и теряет здание, и сколько энергии должно вырабатывать отопление, чтобы поддерживать в жилье комфортные условия.

Оценивая теплопотери и степень теплоснабжения, учитываются следующие факторы:

1. Какой это объект: сколько в нём этажей, наличие угловых комнат, жилой он или производственный и т. д.
2. Сколько человек будет «обитать» в здании.
3. Важная деталь – это площадь остекления. И размеры кровли, стен, пола, дверей, высота потолков и т. д.
4. Какова продолжительность отопительного сезона, климатические характеристики региона.
5. По СНиПам определяют нормы температур, которые должны быть в помещениях.
6. Толщина стен, перекрытий, выбранные теплоизоляторы и их свойства.

Могут учитываться и другие условия и особенности, например, для производственных объектов считаются рабочие и выходные дни, мощность и тип вентиляции, ориентация жилья по сторонам света и др.

Для чего нужен тепловой расчет?

Как умудрялись обходиться без тепловых расчётов строители прошлого?

Сохранившиеся купеческие дома показывают, что всё делалось просто с запасом: окна поменьше, стены – потолще. Получалось тепло, но экономически не выгодно.

Теплотехнический расчёт позволяет строить наиболее оптимально. Материалов берётся ни больше – ни меньше, а ровно столько, сколько нужно. Сокращаются габариты строения и расходы на его возведение.

Вычисление точки росы позволяет строить так, чтобы материалы не портились как можно дольше.

Для определения необходимой мощности котла также не обойтись без расчётов. Суммарная мощность его складывается из затрат энергии на обогрев комнат, нагрев горячей воды для хозяйственных нужд, и способности перекрывать теплопотери от вентиляции и кондиционирования. Прибавляется запас мощности, на время пиковых холодов.

При газификации объекта требуется согласование со службами. Рассчитывается годовой расход газа на отопление и общая мощность тепловых источников в гигакалориях.

Нужны расчёты при подборе элементов отопительной системы. Обсчитывается система труб и радиаторов – можно узнать, какова должна быть их протяжённость, площадь поверхности. Учитывается потеря мощности при поворотах трубопровода, на стыках и прохождении арматуры.

Знаете ли вы, что количество секций радиаторов отопления не берется “с потолка”? Слишком малое их количество приведет к тому, что в доме будет холодно, а чрезмерно больше создаст жару и приведет к чрезмерной сухости воздуха. По ссылке приведены примеры правильного расчета радиаторов.

Расчет тепловой мощности: формула

Рассмотрим формулу и приведем примеры, как произвести расчет для зданий с разным коэффициентом рассеивания.

Vx(дельта)TxK= ккал/ч (тепловая мощность), где:

• Первый показатель «V» – объем рассчитываемого помещения;
• Дельта «Т» – разница температур – это та величина, которая показывает насколько градусов внутри помещения теплее, чем снаружи;
• «К» – коэффициент рассеивания (его еще называют «коэффициент пропускания тепла»). Величина берется из таблицы. Обычно цифра колеблется от 4 до 0,6.

Примерные величины коэффициента рассеивания для упрощенного расчёта

• Если это неутепленный металлопрофиль или доска то «К» будет = 3 – 4 единицы.
• Одинарная кирпичная кладка и минимальное утепление – «К» = от 2 до 3-ёх.
• Стена в два кирпича, стандартное перекрытие, окна и
• двери – «К» = от 1 до 2.
• Самый теплый вариант. Стеклопакеты, кирпичные стены с двойным утеплителем и т. п. – «К» = 0,6 – 0,9.

Более точный расчет можно произвести, высчитывая точные размеры отличающихся по свойствам поверхностей дома в м 2 (окна, двери и т. д.), производя расчёт для них отдельно и складывая получившиеся показатели.

Пример расчета тепловой мощности

Возьмем некое помещение 80 м 2 с высотой потолков 2,5 м и посчитаем, какой мощности котел нам потребуется для его отопления.

Вначале высчитываем кубатуру: 80 х 2,5 = 200 м 3 . Дом у нас утеплен, но недостаточно – коэффициент рассеивания 1,2.

Морозы бывают до -40 °C, а в помещении хочется иметь комфортные +22 градуса, разница температур (дельта «Т») получается 62 °C.

Подставляем в формулу мощности тепловых потерь цифры и перемножаем:

200 х 62 х 1,2 = 14880 ккал/ч.

Полученные килокалории переводим в киловатты, пользуясь конвертером:

• 1 кВт = 860 ккал;
• 14880 ккал = 17302,3 Вт.

Округляем в большую сторону с запасом, и понимаем, что в самый сильный мороз -40 градусов нам потребуется 18 кВт энергии в час.

Умножаем периметр дома на высоту стен:

(8 + 10) х 2 х 2,5 = 90 м 2 поверхности стены + 80 м 2 потолок = 170 м 2 поверхности, контактирующей с холодом. Теплопотери, высчитанные нами выше, составили 18 кВт/ч, делим поверхность дома на расчетную израсходованную энергию получаем, что 1 м 2 теряет примерно 0,1 кВт или 100 Вт ежечасно при температуре на улице -40 °C, а в помещении +22 °С.

Эти данные могут стать основой для расчёта требуемой толщины утеплителя на стены.

Приведем другой пример расчета, он в некоторых моментах сложнее, но более точный.

Формула:

Q = S x (дельта )T / R:

• Q– искомая величина теплопотерь дома в Вт;
• S– площадь охлаждающих поверхностей в м 2 ;
• T– разница температур в градусах Цельсия;
• R– тепловое сопротивление материала (м 2 х К/Вт) (Метры квадратные умноженные на Кельвин и делёный на Ватт).

Итак, чтобы найти «Q» того же дома, что и в примере выше, подсчитаем площадь его поверхностей «S» (пол и окна считать не будем).

• «S» в нашем случае = 170 м 2 , из них 80 м 2 потолок и 90 м 2 – стены;
• T = 62 °С;
• R– тепловое сопротивление.

Ищем «R» по таблице тепловых сопротивлений или по формуле. Формула для расчета по коэффициенту теплопроводности такая:

R = H / К.Т. (Н – толщина материала в метрах, К.Т. – коэффициент теплопроводности).

В этом случае, дом у нас имеет стены в два кирпича обшитые пенопластом толщиной 10 см. Потолок засыпан опилками толщиной 30 см.

Отопительную систему частного дома нужно устраивать с учетом экономии средств на энергоносители. , а также рекомендации по выбору котлов и радиаторов – читайте внимательно.

Чем и как утеплить деревянный дом изнутри, вы узнаете, прочитав . Выбор утеплителя и технология утепления.

Из таблицы коэффициентов теплопроводности (измеряется Вт / (м 2 х К) Ватт делёный на произведение метра квадратного на Кельвин). Находим значения для каждого материала, они будут:

• кирпич – 0,67;
• пенопласт – 0,037;
• опилки – 0,065.

• R (потолка 30 см толщиной) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (м 2 х К) / Вт;
• R (кирпичной стены 50 см) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (м 2 х К) / Вт;
• R (пенопласт 10 см) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (м 2 х К) / Вт;
• R (стен) = R(кирпич) + R(пенопласт) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (м 2 х К) / Вт.

Теперь можем приступить к расчету теплопотерь «Q»:

• Q для потолка = 80 х 62 / 4,6 = 1078,2 Вт.
• Q стен = 90 х 62 / 3,4 = 1641,1 Вт.
• Остается сложить 1078,2 + 1641,1 и перевести в кВт, получается (если сразу округлить) 2,7 кВт энергии за 1 час.

Можно обратить внимание, насколько большая разница получилась в первом и втором случае, хотя объём домов и температура за окном в первом и втором случае были совершенно одинаковыми.

Всё дело в степени утомлённости домов (хотя, конечно, данные могли быть и иными, если бы мы рассчитывали пол и окна).

Заключение

Приведённые формулы и примеры показываю, что при теплотехнических расчётах очень важно учитывать как можно больше факторов, влияющих на теплопотери. Сюда входит и вентиляция, и площадь окон, степень их утомлённости и т. д.

А подход, когда на 10 м 2 дома берётся 1 кВт мощности котла – слишком приблизительный, чтобы всерьёз опираться на него.

Видео на тему

Создавать систему отопления в собственном доме или даже в городской квартире – чрезвычайно ответственное занятие. Будет совершенно неразумным при этом приобретать котельное оборудование, как говорится, «на глазок», то есть без учета всех особенностей жилья. В этом вполне не исключено попадание в две крайности: или мощности котла будет недостаточно – оборудование станет работать «на полную катушку», без пауз, но так и не давать ожидаемого результата, либо, наоборот, будет приобретен излишне дорогой прибор, возможности которого останутся совершенно невостребованными.

Но и это еще не все. Мало правильно приобрести необходимый котел отопления – очень важно оптимально подобрать и грамотно расположить по помещениям приборы теплообмена – радиаторы, конвекторы или «теплые полы». И опять, полагаться только лишь на свою интуицию или «добрые советы» соседей – не самый разумный вариант. Одним словом, без определенных расчетов – не обойтись.

Конечно, в идеале, подобные теплотехнические вычисления должны проводить соответствующие специалисты, но это часто стоит немалых денег. А неужели неинтересно попытаться выполнить это самостоятельно? В настоящей публикации будет подробно показано, как выполняется расчет отопления по площади помещения, с учетом многих важных нюансов. По аналогии можно будет выполнить , встроенный в эту страницу, поможет выполнить необходимые вычисления. Методику нельзя назвать совершенно «безгрешной», однако, она все же позволяет получить результат с вполне приемлемой степенью точности.

Простейшие приемы расчета

Для того чтобы система отопления создавала в холодное время года комфортные условия проживания, она должна справляться с двумя основными задачами. Эти функции тесно связаны между собой, и разделение их – весьма условно.

• Первое – это поддержание оптимального уровня температуры воздуха во всем объеме отапливаемого помещения. Безусловно, по высоте уровень температуры может несколько изменяться, но этот перепад не должен быть значительным. Вполне комфортными условиями считается усредненный показатель в +20 °С – именно такая температура, как правило, принимается за исходную в теплотехнических расчетах.

Иными словами, система отопления должна быть способной прогреть определенный объем воздуха.

Если уж подходить с полной точностью, то для отдельных помещений в жилых домах установлены стандарты необходимого микроклимата – они определены ГОСТ 30494-96. Выдержка из этого документа – в размещенной ниже таблице:

• Второе – компенсирование потерь тепла через элементы конструкции здания.

Самый главный «противник» системы отопления — это теплопотери через строительные конструкции

Увы, теплопотери – это самый серьезный «соперник» любой системы отопления. Их можно свести к определенному минимуму, но даже при самой качественной термоизоляции полностью избавиться от них пока не получается. Утечки тепловой энергии идут по всем направлениям – примерное распределение их показано в таблице:

Естественно, чтобы справиться с такими задачами, система отопления должна обладать определенной тепловой мощностью, причем этот потенциал не только должен соответствовать общим потребностям здания (квартиры), но и быть правильно распределенным по помещениям, в соответствии с их площадью и целым рядом других важных факторов.

Обычно расчет и ведется в направлении «от малого к большому». Проще говоря, просчитывается потребное количество тепловой энергии для каждого отапливаемого помещения, полученные значения суммируются, добавляется примерно 10% запаса (чтобы оборудование не работало на пределе своих возможностей) – и результат покажет, какой мощности необходим котел отопления. А значения по каждой комнате станут отправной точкой для подсчета необходимого количества радиаторов.

Самый упрощённый и наиболее часто применяемый в непрофессиональной среде метод – принять норму 100 Вт тепловой энергии на каждый квадратный метр площади:

Самый примитивный способ подсчета — соотношение 100 Вт/м²

Q = S × 100

Q – необходимая тепловая мощность для помещения;

S – площадь помещения (м²);

100 — удельная мощность на единицу площади (Вт/м²).

Например, комната 3.2 × 5,5 м

S = 3,2 × 5,5 = 17,6 м²

Q = 17,6 × 100 = 1760 Вт ≈ 1,8 кВт

Способ, очевидно, очень простой, но весьма несовершенный. Стоит сразу оговориться, что он условно применим только при стандартной высоте потолков – примерно 2.7 м (допустимо – в диапазоне от 2.5 до 3.0 м). С этой точки зрения, более точным станет расчет не от площади, а от объема помещения.

Понятно, что в этом случае значение удельной мощности рассчитано на кубический метр. Его принимают равным 41 Вт/м³ для железобетонного панельного дома, или 34 Вт/м³ — в кирпичном или выполненном из других материалов.

Q = S × h × 41 (или 34)

h – высота потолков (м);

41 или 34 – удельная мощность на единицу объема (Вт/м³).

Например, та же комната, в панельном доме, с высотой потолков в 3.2 м:

Q = 17,6 × 3,2 × 41 = 2309 Вт ≈ 2,3 кВт

Результат получается более точным, так как уже учитывает не только все линейные размеры помещения, но даже, в определенной степени, и особенности стен.

Но все же до настоящей точности он еще далек – многие нюансы оказываются «за скобками». Как выполнить более приближенные к реальным условиям расчеты – в следующем разделе публикации.

Возможно, вас заинтересует информация о том, что собой представляют

Проведение расчетов необходимой тепловой мощности с учетом особенностей помещений

Рассмотренные выше алгоритмы расчетов бывают полезны для первоначальной «прикидки», но вот полагаться на них полностью все же следует с очень большой осторожностью. Даже человеку, который ничего не понимает в строительной теплотехнике, наверняка могут показаться сомнительными указанные усредненные значения – не могут же они быть равными, скажем, для Краснодарского края и для Архангельской области. Кроме того, комната - комнате рознь: одна расположена на углу дома, то есть имеет две внешних стенки, а другая с трех сторон защищена от теплопотерь другими помещениями. Кроме того, в комнате может быть одно или несколько окон, как маленьких, так и весьма габаритных, порой – даже панорамного типа. Да и сами окна могут отличаться материалом изготовления и другими особенностями конструкции. И это далеко не полный перечень – просто такие особенности видны даже «невооруженным глазом».

Одним словом, нюансов, влияющих на теплопотери каждого конкретного помещения – достаточно много, и лучше не полениться, а провести более тщательный расчет. Поверьте, по предлагаемой в статье методике это будет сделать не так сложно.

Общие принципы и формула расчета

В основу расчетов будет положено все то же соотношение: 100 Вт на 1 квадратный метр. Но вот только сама формула «обрастает» немалым количеством разнообразных поправочных коэффициентов.

Q = (S × 100) × a × b× c × d × e × f × g × h × i × j × k × l × m

Латинские буквы, обозначающие коэффициенты, взяты совершенно произвольно, в алфавитном порядке, и не имеют отношения к каким-либо стандартно принятым в физике величинам. О значении каждого коэффициента будет рассказано отдельно.

• «а» - коэффициент, учитывающий количество внешних стен в конкретной комнате.

Очевидно, что чем больше в помещении внешних стен, тем больше площадь, через которую происходит тепловые потери. Кроме того, наличие двух и более внешних стен означает еще и углы – чрезвычайно уязвимые места с точки зрения образования «мостиков холода». Коэффициент «а» внесет поправку на эту специфическую особенность комнаты.

Коэффициент принимают равным:

— внешних стен нет (внутреннее помещение): а = 0,8 ;

— внешняя стена одна : а = 1,0 ;

— внешних стен две : а = 1,2 ;

— внешних стен три: а = 1,4 .

• «b» - коэффициент, учитывающий расположение внешних стен помещения относительно сторон света.

Возможно, вас заинтересует информация о том, какие бывают

Даже в самые холодные зимние дни солнечная энергия все же оказывает влияние на температурный баланс в здании. Вполне естественно, что та сторона дома, которая обращена на юг, получает определенный нагрев от солнечных лучей, и теплопотери через нее ниже.

А вот стены и окна, обращённые на север, Солнца «не видят» никогда. Восточная часть дома, хотя и «прихватывает» утренние солнечные лучи, какого-либо действенного нагрева от них все же не получает.

Исходя из этого, вводим коэффициент «b»:

— внешние стены комнаты смотрят на Север или Восток : b = 1,1 ;

— внешние стены помещения ориентированы на Юг или Запад : b = 1,0 .

• «с» - коэффициент, учитывающий расположение помещения относительно зимней «розы ветров»

Возможно, эта поправка не столь обязательна для домов, расположенных на защищенных от ветров участках. Но иногда преобладающие зимние ветры способны внести свои «жесткие коррективы» в тепловой баланс здания. Естественно, что наветренная сторона, то есть «подставленная» ветру, будет терять значительно больше тела, по сравнению с подветренной, противоположной.

По результатам многолетних метеонаблюдений в любом регионе составляется так называемая «роза ветров» - графическая схема, показывающая преобладающие направления ветра в зимнее и летнее время года. Эту информацию можно получить в местной гидрометеослужбе. Впрочем, многие жители и сами, без метеорологов, прекрасно знают, откуда преимущественно дуют ветра зимой, и с какой стороны дома обычно наметает наиболее глубокие сугробы.

Если есть желание провести расчеты с более высокой точностью, то можно включить в формулу и поправочный коэффициент «с», приняв его равным:

— наветренная сторона дома: с = 1,2 ;

— подветренные стены дома: с = 1,0 ;

— стена, расположенные параллельно направлению ветра: с = 1,1 .

• «d» - поправочный коэффициент, учитывающий особенности климатических условий региона постройки дома

Естественно, количество теплопотерь через все строительные конструкции здания будет очень сильно зависеть от уровня зимних температур. Вполне понятно, что в течение зимы показатели термометра «пляшут» в определенном диапазоне, но для каждого региона имеется усредненный показатель самых низких температур, свойственных наиболее холодной пятидневке года (обычно это свойственно январю). Для примера – ниже размещена карта-схема территории России, на которой цветами показаны примерные значения.

Обычно это значение несложно уточнить в региональной метеослужбе, но можно, в принципе, ориентироваться и на свои собственные наблюдения.

Итак, коэффициент «d», учитывающий особенности климата региона, для наших расчетом в принимаем равным:

— от – 35 °С и ниже: d = 1,5 ;

— от – 30 °С до – 34 °С: d = 1,3 ;

— от – 25 °С до – 29 °С: d = 1,2 ;

— от – 20 °С до – 24 °С: d = 1,1 ;

— от – 15 °С до – 19 °С: d = 1,0 ;

— от – 10 °С до – 14 °С: d = 0,9 ;

— не холоднее – 10 °С: d = 0,7 .

• «е» - коэффициент, учитывающий степень утепленности внешних стен.

Суммарное значение тепловых потерь здания напрямую связано со степенью утепленности всех строительных конструкций. Одним из «лидеров» по теплопотерям являются стены. Стало быть, значение тепловой мощности, необходимое для поддержания комфортных условий проживания в помещении, находится в зависимости от качества их термоизоляции.

Значение коэффициента для наших расчетов можно принять следующее:

— внешние стены не имеют утепления: е = 1,27 ;

— средняя степень утепления – стены в два кирпича или предусмотрена их поверхностная термоизоляция другими утеплителями: е = 1,0 ;

— утепление проведено качественно, на основании проведенных теплотехнических расчетов: е = 0,85 .

Ниже по ходу настоящей публикации будут даны рекомендации о том, как можно определить степень утепленности стен и иных конструкций здания.

• коэффициент «f» - поправка на высоту потолков

Потолки, особенно в частных домах, могут иметь различную высоту. Стало быть, и тепловая мощность на прогрев того или иного помещения одинаковой площади будет различаться еще и по этому параметру.

Не будет большой ошибкой принять следующие значения поправочного коэффициента «f»:

— высота потолков до 2.7 м: f = 1,0 ;

— высота потоков от 2,8 до 3,0 м: f = 1,05 ;

— высота потолков от 3,1 до 3,5 м: f = 1,1 ;

— высота потолков от 3,6 до 4,0 м: f = 1,15 ;

— высота потолков более 4,1 м: f = 1,2 .

• « g» - коэффициент, учитывающий тип пола или помещение, расположенное под перекрытием.

Как было показано выше, пол является одним из существенных источников теплопотерь. Значит, необходимо внести некоторые корректировки в расчет и на эту особенность конкретного помещения. Поправочный коэффициент «g» можно принять равным:

— холодный пол по грунту или над неотапливаемым помещением (например, подвальным или цокольным): g = 1,4 ;

— утепленный пол по грунту или над неотапливаемым помещением: g = 1,2 ;

— снизу расположено отапливаемое помещение: g = 1,0 .

• « h» - коэффициент, учитывающий тип помещения, расположенного сверху.

Нагретый системой отопления воздух всегда поднимается вверх, и если потолок в помещении холодный, то неизбежны повышенные теплопотери, которые потребуют увеличения необходимой тепловой мощности. Введём коэффициент «h», учитывающий и эту особенность рассчитываемого помещения:

— сверху расположен «холодный» чердак: h = 1,0 ;

— сверху расположен утепленный чердак или иное утепленное помещение: h = 0,9 ;

— сверху расположено любое отапливаемое помещение: h = 0,8 .

• « i» - коэффициент, учитывающий особенности конструкции окон

Окна – один из «магистральных маршрутов» течек тепла. Естественно, многое в этом вопросе зависит от качества самой оконной конструкции. Старые деревянные рамы, которые раньше повсеместно устанавливались во всех домах, по степени своей термоизоляции существенно уступают современным многокамерным системам со стеклопакетами.

Без слов понятно, что термоизоляционные качества этих окон — существенно различаются

Но и между ПВЗХ-окнами нет полного единообразия. Например, двухкамерный стеклопакет (с тремя стеклами) будет намного более «теплым» чем однокамерный.

Значит, необходимо ввести определенный коэффициент «i», учитывающий тип установленных в комнате окон:

— стандартные деревянные окна с обычным двойным остеклением: i = 1,27 ;

— современные оконные системы с однокамерным стеклопакетом: i = 1,0 ;

— современные оконные системы с двухкамерным или трехкамерным стеклопакетом, в том числе и с аргоновым заполнением: i = 0,85 .

• « j» - поправочный коэффициент на общую площадь остекления помещения

Какими бы качественными окна ни были, полностью избежать теплопотерь через них все равно не удастся. Но вполне понятно, что никак нельзя сравнивать маленькое окошко с панорамным остеклением чуть ли ни на всю стену.

Потребуется для начала найти соотношение площадей всех окон в комнате и самого помещения:

х = ∑ S ок / S п

∑ S ок – суммарная площадь окон в помещении;

S п – площадь помещения.

В зависимости от полученного значения и определяется поправочный коэффициент «j»:

— х = 0 ÷ 0,1 → j = 0,8 ;

— х = 0,11 ÷ 0,2 → j = 0,9 ;

— х = 0,21 ÷ 0,3 → j = 1,0 ;

— х = 0,31 ÷ 0,4 → j = 1,1 ;

— х = 0,41 ÷ 0,5 → j = 1,2 ;

• « k» - коэффициент, дающий поправку на наличие входной двери

Дверь на улицу или на неотапливаемый балкон — это всегда дополнительная «лазейка» для холода

Дверь на улицу или на открытый балкон способна внести свои коррективы в тепловой баланс помещения – каждое ее открытие сопровождается проникновением в помещение немалого объема холодного воздуха. Поэтому имеет смысл учесть и ее наличие – для этого введем коэффициент «k», который примем равным:

— двери нет: k = 1,0 ;

— одна дверь на улицу или на балкон: k = 1,3 ;

— две двери на улицу или на балкон: k = 1,7 .

• « l» - возможные поправки на схему подключения радиаторов отопления

Возможно, кому-то это покажется несущественной мелочью, но все же – почему бы сразу не учесть планируемую схему подключения радиаторов отопления. Дело в том, что их теплоотдача, а значит, и участие в поддержании определенного температурного баланса в помещении, достаточно заметно меняется при разных типах врезки труб подачи и «обратки».

Иллюстрация	Тип врезки радиатора	Значение коэффициента «l»
	Подключение по диагонали: подача сверху, «обратка» снизу	l = 1.0
	Подключение с одной стороны: подача сверху, «обратка» снизу	l = 1.03
	Двухстороннее подключение: и подача, и «обратка» снизу	l = 1.13
	Подключение по диагонали: подача снизу, «обратка» сверху	l = 1.25
	Подключение с одной стороны: подача снизу, «обратка» сверху	l = 1.28
	Одностороннее подключение, и подача, и «обратка» снизу	l = 1.28

• « m» - поправочный коэффициент на особенности места установки радиаторов отопления

И, наконец, последний коэффициент, который также связан с особенностями подключения радиаторов отопления. Наверное, понятно, что если батарея установлена открыто, ничем не загораживается сверху и с фасадной части, то она будет давать максимальную теплоотдачу. Однако, такая установка возможна далеко не всегда – чаще радиаторы частично скрываются подоконниками. Возможны и другие варианты. Кроме того, некоторые хозяева, стараясь вписать приоры отопления в создаваемый интерьерный ансамбль, скрывают их полностью или частично декоративными экранами – это тоже существенно отражается на тепловой отдаче.

Если есть определенные «наметки», как и где будут монтироваться радиаторы, это также можно учесть при проведении расчетов, введя специальный коэффициент «m»:

Итак, с формулой расчета ясность есть. Наверняка, кто-то из читателей сразу возьмется за голову – мол, слишком сложно и громоздко. Однако, если к делу подойти системно, упорядочено, то никакой сложности нет и в помине.

У любого хорошего хозяина жилья обязательно есть подробный графический план своих «владений» с проставленными размерами, и обычно – сориентированный по сторонам света. Климатические особенности региона уточнить несложно. Останется лишь пройтись по всем помещениям с рулеткой, уточнить некоторые нюансы по каждой комнате. Особенности жилья - «соседство по вертикали» сверху и снизу, расположение входных дверей, предполагаемую или уже имеющуюся схему установки радиаторов отопления – никто, кроме хозяев, лучше не знает.

Рекомендуется сразу составить рабочую таблицу, куда занести все необходимые данные по каждому помещению. В нее же будет заноситься и результат вычислений. Ну а сами вычисления поможет провести встроенный калькулятор, в котором уже «заложены» все упомянутые выше коэффициенты и соотношения.

Если какие-то данные получить не удалось, то можно их, конечно, в расчет не принимать, но в этом случае калькулятор «по умолчанию» подсчитает результат с учетом наименее благоприятных условий.

Можно рассмотреть на примере. Имеем план дома (взят совершенно произвольный).

Регион с уровнем минимальных температур в пределах -20 ÷ 25 °С. Преобладание зимних ветров = северо-восточные. Дом одноэтажный, с утепленным чердаком. Утепленные полы по грунту. Выбрана оптимальное диагональное подключение радиаторов, которые будут устанавливаться под подоконниками.

Составляем таблицу примерно такого типа:

Затем, пользуясь размешенным ниже калькулятором производим расчет для каждого помещения (уже с учетом 10% резерва). С использованием рекомендуемого приложения это не займет много времени. После этого останется просуммировать полученные значения по каждой комнате – это и будет необходимая суммарная мощность системы отопления.

Результат по каждой комнате, кстати, поможет правильно выбрать требуемое количество радиаторов отопления – останется только разделить на удельную тепловую мощность одной секции и округлить в большую сторону.

где - расчетные тепловые потери здания, кВт;

- коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины, принимаемый по табл. 1.

Таблица 1

- коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами, расположенными у наружных ограждений при отсутствии теплозащитных экранов, принимаемый по табл. 2.

Таблица 2

- потери теплоты, кВт, трубопроводами, проходящими в неотапливаемых помещениях;

- тепловой поток, кВт, регулярно поступающий от освещения, оборудования и люден, который следует учитывать в целом на систему отопления здания. Для жатых домов величину следует учитывать из расчета 0.01 кВт на 1 м" обшей площади.

При расчетах тепловой мощности систем отопления производственных зданий следует дополнительно учитывать расход теплоты на нагревание материалов, оборудования и транспортных средств.

2. Расчетные тепловые потери , кВт, должны рассчитываться по формуле:

(2)

где: - тепловой поток, кВт, через ограждающие конструкции;

- потери теплоты, кВт, на нагревание вентиляционного воздуха.

Величины и рассчитываются для каждого отапливаемого помещения.

3. Тепловой поток , кВт, рассчитывается для каждого элемента ограждающей конструкции по формуле:

(3)

где А - расчетная площадь ограждающей конструкции, м 2 ;

R - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. м 2 °С/Вт, которое должно определяться по СНиП II-3-79** (кроме полов на грунте) с учетом установленных нормативов минимального термического сопротивления ограждений. Для полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, сопротивление теплопередаче следует определять по зонам шириной 2 м. параллельным наружным стенам, по формуле:

(4)

где - сопротивление теплопередаче, м 2 °С/Вт, принимаемое равным 2,1 для I зоны, 4,3 - для второй, 8,6 - для третьей зоны и 14,2 для оставшейся площади пола;

- толщина утепляющего слоя, м, учитываемая при коэффициенте теплопроводности утеплителя <1,2Вт/м 2 °С;

- расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно требованиям норм проектирования зданий различного назначения с учетом повышения ее в зависимости от высоты помещения;

- расчетная температура наружного воздуха, °С, принимаемая по данным приложения 8, или температура воздуха смежного помещения, если его температура более чем на 3 °С отличается от температуры помещения, для которого рассчитываются теплопотери;

- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху и определяемый по СНнП П-3-79**

- добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, учитываемые:

а) для наружных вертикальных и наклонных ограждений, ориентированных на направления, откуда в январе дует ветер со скоростью, превышающей 4,5 м/с с повторяемостью не менее 15% согласно СНиП 2.01.01-82, в размере 0,05 при скорости ветра до 5 м/с и в размере 0,10 при скорости 5 м/с и более; при типовом проектировании добавочные потерн следует учитывать в размере 0,05 для всех помещений;

б) для наружных вертикальных и наклонных ограждений многоэтажных зданий в размере 0,20 для первого и второго этажей; 0,15 -для третьего; 0,10 -для четвертого этажа здании с числом этажей 16 и более; для 10-15 - этажных здании добавочные потери следует учитывать в размере 0,10 для первого и второго этажей и 0,05 -для третьего этажа.

4. Потери теплоты , кВт, рассчитываются для каждого отапливаемого помещения, имеющего одно или большее количество окон или балконных дверей в наружных стенах, исходя из необходимости обеспечения подогрева отопительными приборами наружного воздуха в объеме однократного воздухообмена в час по формуле:

где - площадь пола помещения, м 2 ;

- высота помещения от пола до потолка, м, но не более 3,5.

Помещения, из которых организована вытяжная вентиляция с объемом вытяжки, превышающим однократный воздухообмен в час должны, как правило, проектироваться с приточной вентиляцией подогретым воздухом. При обосновании допускается обеспечивать подогрев наружного воздуха отопительными приборами в отдельных помещениях при объеме вентиляционного воздуха, не превышающем двух обменов в час.

В помещениях, для которых нормами проектирования зданий установлен объем вытяжки менее однократного воздухообмена в час, величину следует рассчитывать как расход теплоты на нагревание воздуха в объеме нормируемого воздухообмена от температуры до температуры °С.

Потери теплоты кВт, на нагревание наружного воздуха, проникающего во входные вестибюли (холлы) и лестничные клетки через открывающиеся в холодное время года наружные двери при отсутствии воздушно-тепловых завес следует рассчитывать по формуле:

где
- высота здания, м:

Р - количество людей, находящихся в здании;

В – коэффициент, учитывающий количество входных тамбуров. При одном тамбуре (две двери) в - 1,0; при двух тамбурах (три двери) в = 0,6.

Расчет теплоты на нагревание наружного воздуха, проникающего через двери отапливаемых незадымляемых лестничных клеток с поэтажными выходами на лоджии следует вести по формуле (6) при
, принимая для каждого этажа значение
, разное расстоянию, м. от середины двери рассчитываемого этажа до перекрытия лестничной клетки.

При расчете теплопотерь входных вестибюлей, лестничных клеток и цехов с воздушно-тепловыми завесами: помещений, оборудованных действующей постоянно в течение рабочего времени приточной вентиляцией с подпором воздуха, а также при расчете потерь теплоты через летние и запасные наружные двери и ворота величину учитывать не следует.

Потери теплоты , кВт, на нагревание воздуха, врывающегося через наружные ворота, не оборудованные воздушно-тепловыми завесами, следует рассчитывать с учетом скорости ветра, принимаемой по обязательному приложению 8, и времени открытия ворот.

Расчет потери теплеть: на нагревание инфильтрующегося через неплотности ограждающих конструкций воздуха выполнять не требуется.

5. Потери теплоты , кВт, трубопроводами, проходящими в неотапливаемых помещениях, следует определять по формуле:

(7)

где: - длины участков тепле изолированных трубопроводов различных диаметров, прокладываемых в неотапливаемых помещениях;

- нормированная линейная плотность теплового потока теплоизолированного трубопровода, принимаемая по п. 3.23. При этом толщина теплоизоляционного слоя , м трубопроводов должна. рассчитывается по формулам:

(8)

где - наружный размер трубопровода, м;

- теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м °С);

- средняя за отопительный сезон разность температур теплоносителя и окружающего воздуха.

6. Величину расчетного годового теплопотребления системой отопления здания
, ГДж. следует рассчитывать по формуле:

где - количество градусо-суток отопительного периода, принимаемое по приложению 8;

а - коэффициент, равный 0,8. который необходимо учитывать, если система отопления оборудована приборами автоматического уменьшения тепловой мощности в нерабочее время;

- коэффициент, разный 0,9, который необходимо учитывать, если более 75% отопительных приборов оборудованы автоматическими терморегуляторами;

с - коэффициент, разный 0,95, который необходимо учитывать, если на абонентском вводе системы отопления установлены приборы автоматического пофасадного регулирования.

7. Определенные расчетом величины тепловой мощности и максимального годового теплопотребления
, отнесенные к 1 м 2 общей (для жилых домов) или полезной (для общественных здании) площади, не должны превышать нормативных контрольных значений, приведенных в обязательном приложении 25.

8. Расход теплоносителя ,.кг/ч. а системе отопления следует определять по формуле:

(11)

где с - удельная теплоемкость воды, принимаемая равной 4,2 кДж/(кг 0 С);

- разность температур. °С, теплоносителя на входе в систему и на выходе из нее;

- тепловая мощность системы, кВт. определенная по формуле (1) с учетом бытовых тепловыделений .

9. Расчетную тепловую мощность
, кВт, каждого отопительного прибора следует определять по формуле:

где
следует рассчитывать в соответствии с пп. 2-4 настоящего приложения;

- потери теплоты, кВт, через внутренние стены, отделяющие помещение, для которого рассчитывается тепловая мощность отопительного прибора, от смежного помещения, в котором возможно эксплуатационное понижение температуры при регулировании. Величину
следует учитывать только при расчете тепловой мощности отопительных приборов, на подводках к которым проектируются автоматические терморегулятора. При этом для каждого помещения следует рассчитывать теплопотери
только через одну внутреннюю стену при разности температур между внутренними помещениями 8 0 С;

- тепловой поток. кВт, от неизолированных трубопроводов отопления, прокладываемых в помещении;

- тепловой поток, кВт, регулярно поступающий в помещение от электрических приборов, освещения, технологического оборудования, коммуникаций, материалов и других источников. При расчете тепловой мощности отопительных приборов жилых, общественных и административно-бытовых зданий величину
учитывать не следует.

Величина бытовых тепловыделении учитывается для всего здания в целом при расчетах тепловой мощности системы отопления и общего расхода теплоносителя.

2.3. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Общие теплопотери здания Q зд принято относить к 1 м 3 его наружного объема и 1°С расчетной разности температуры. Получаемый показательq 0 , Вт/(м 3 К), называют удельной тепловой характеристикой здания:

(2.11)

где V н - объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м 3 ;

(t в -t н.5) - расчетная разность температур для основных помещений здания.

Удельную тепловую характеристику, вычисляемую после расчета теплопотерь, используют для теплотехнической оценки конструктивно-планировочных решений здания, сравнивая ее со средними показателями для аналогичных зданий. Для жилых и общественных зданий оценку производят по расходу теплоты, отнесенному I м 2 общей площади.

Величина удельной тепловой характеристики определяется прежде всего размерами световых проемов по отношению к общей площади наружных ограждений, так как коэффициент теплоотдачи заполнения световых проемов значительно выше коэффициента теплопередачи других ограждений. Кроме того, она зависит от объема и формы зданий. Здания малого объема обладают повышенной характеристикой, как и здания узкие, сложной конфигурации с увеличенным периметром.

Уменьшенные теплопотери и, следовательно, тепловую характеристику имеют здания, форма которых близка к кубу. Еще меньше теплопотери шарообразных сооружений того же объема в связи с сокращением площади внешней поверхности.

Удельная тепловая характеристика зависит также от района строительства здания вследствие изменения теплозащитных свойств ограждения. В северных районах при относительном уменьшении коэффициента теплопередачи ограждений этот показатель ниже, чем в южных.

Значения удельных тепловых характеристик приводятся в справочной литературе.

Применяя ее, определяют потери теплоты зданием по укрупненным показателям:

где β t - поправочный коэффициент, учитывающий изменение удельной тепловой характеристики при отклонении фактической расчетной разности температур от 48°:

(2.13)

Подобные расчеты теплопотерь позволяют установить ориентировочную потребность в тепловой энергии при перспективном планировании тепловых сетей и станций.

3.1 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Отопительные установки проектируют и монтируют в процессе возведения здания, увязывая их элементы со строительными конструкциями и планировкой помещений. Поэтому отопление считают отраслью строительной техники. Затем отопительные установки действуют в течение всего срока службы сооружения, являясь одним из видов инженерного оборудования зданий. К отопительным установкам предъявляют следующие требования:

1 - санитарно-гигиенические: поддерживание равномерной температуры помещений; ограничение температуры поверхности нагревательных приборов, возможность их очистки.

2 - экономические: невысокие капитальные вложения и эксплуатационные затраты, а также небольшой расход металла.

3 - архитектурно-строительные: соответствие планировке помещений, компактность, увязка со строительными конструкциями, согласование со сроками строительства зданий.

4 - производственно-монтажные: механизация изготовления деталей и узлов, минимальное число элементов, сокращение трудовых затрат и повышение производительности при монтаже.

5 - эксплуатационные: безотказность и долговечность, простота и удобство управления и ремонта, бесшумность и безопасность действия.

Каждое из указанных требований следует учитывать при выборе отопительной установки. Однако основными считаются санитарно-гигиенические и эксплуатационные требования. Установка должна обладать способностью передавать в помещение изменяющиеся в соответствии с теплопотерями количество теплоты.

Система отопления - совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепловой энергии во все обогреваемые помещения.

Система отопления состоит из следующих основных конструктивных элементов (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Принципиальная схема системы отопления

1- теплообменник; 2 и 4 –подающий и обратный теплопроводы; 3- отопительный прибор.

теплообменника 1 для получения тепловой энергии при сжигании топлива или от другого источника; отопительных приборов 3 для теплопередачи в помещение; теплопроводов 2 и 4 - сети труб или каналов для теплопереноса от теплообменника к отопительным приборам. Теплоперенос осуществляется теплоносителем - жидким (вода) или газообразным (пар, воздух, газ).

1.В зависимости от вида системы делятся на:

Водяные;

Паровые;

Воздушные или газовые;

Электрические.

2. В зависимости от расположения источника теплоты и обогреваемого помещения:

Местные;

Центральные;

Централизованные.

3. По способу циркуляции:

С естественной циркуляцией;

С механической циркуляцией.

4. Водяные по параметрам теплоносителя:

Низкотемпературные TI ≤ 105°С;

Высокотемпературные Tl>l05 0 C.

5. Водяные и паровые по направлению движения теплоносителя в магистралях:

Тупиковые;

С попутным движением.

6. Водяные и паровые по схеме соединения нагревательных приборов с трубами:

Однотрубные;

Двухтрубные.

7. Водяные по месту прокладки подающих и обратных магистралей:

С верхней разводкой;

С нижней разводкой;

С опрокинутой циркуляцией.

8. Паровые по давлению пара:

Вакуум-паровые Р а <0.1 МПа;

Низкого давления P a =0.1 - 0.47 МПа;

Высокого давления P a > 0.47 МПа.

3.2. ТЕПЛОНОСИТЕЛИ

Теплоносителем для системы отопления может быть любая среда, обладающая хорошей способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещении, позволяющая регулировать отпуск теплоты, в том числе автоматически. Кроме того, теплоноситель должен способствовать выполнению требований, предъявляемых к системам отопления.

Наиболее широко в системах отопления используют воду, водяной пар и воздух, поскольку эти теплоносители в наибольшей степени отвечают перечисленным требованиям. Рассмотрим основные физические свойства каждого из теплоносителей, которые оказывают влияние на конструкцию и действие системы отопления.

Свойства воды : высокая теплоемкость, высокая плотность, несжимаемость, расширение при нагревании с уменьшением плотности, повышение температуры кипения при повышении давления, выделение абсорбируемых газов при повышении температуры и понижении давления.

Свойства пара : малая плотность, высокая подвижность, высокая энтальпия за счет скрытой теплоты фазового превращения (табл. 3.1), повышение температуры и плотности с возрастанием давления.

Свойства воздуха : низкая теплоемкость и плотность, высокая подвижность, уменьшение плотности при нагревании.

Краткая характеристика параметров теплоносителей для системы отопления приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Параметры основных теплоносителей.

*Скрытая теплота фазового превращения.

4.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Водяное отопление благодаря ряду преимуществ перед другими системами получило в настоящее время наиболее широкое распространение. Для уяснения устройства и принципа действия системы водяного отопления рассмотрим схему системы, представленную на рис. 4.1.

Рис.4.1.Схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией.

Вода, нагретая в теплогенераторе К до температуры Т1 , поступает в теплопровод - главный стояк I в подающие магистральные теплопроводы 2. По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки 9. Затем по подающим подводкам 13 горячая вода поступает в отопительные приборы 10 , через стенки которых теплота передается воздуху помещения. Из отопительных приборов охлажденная вода с температурой Т2 по обратным подводкам 14, обратным стоякам II и обратным магистральным теплопроводам 15 возвращается в теплогенератор К, где она снова подогревается до тем­пературы Т1 и далее циркуляция происходит по замкнутому кольцу.

Система водяного отопления гидравлически замкнута и имеет определенную вместимость отопительных приборов, теплопроводов, арматуры, т.е. постоянный объем заполняющей ее воды. При повышении температуры воды она расширяется и в замкнутой, заполненной водой системе отопления внутреннее гидравлическое давление может превысить механическую прочность ее элементов. Чтобы этого не произошло, в системе водяного отопления имеется расширительный бак 4 , предназначенный для вмещения прироста объема воды при ее нагревании, а также для удаления через него воздуха в атмосферу, как при заполнении системы водой, так и в период ее эксплуатации. Для регулирования теплоотдачи отопительных приборов на подводках к ним устанавливают регулировочные краны 12.

Перед пуском в действие каждая система заполняется водой из водопровода 17 через обратную линию до сигнальной трубы 3 в расширительный бак 4 . Когда уровень воды в системе повысится до уровня переливной трубы и вода будет вытекать в раковину, находящуюся в котельной, кран на сигнальной трубе закрывают и прекращают заполнение системы водой.

При недостаточном прогреве приборов вследствие засорения трубопроводов или арматуры, а также в случае появления утечки, вода из отдельных стояков может быть спущена без опорожнения и прекращения работы других участков системы. Для этого закрывают вентили или краны 7 на стояках. Из тройника 8 , установленного в нижней части стояка, вывертывают пробку, и к штуцеру стояка присоединяют гибкий шланг, по которому вода из теплопроводов и приборов стекает в канализацию. Чтобы вода быстрее стекала и стекла полностью, из верхнего тройника 8 вывертывают пробку. Представленные на рис. 4.1-4.3 системы отопления называются системами с естественной циркуляцией. В них движение воды осуществляется под действием разности плотностей охлажденной воды после отопительных приборов, и горячей воды, поступающей в систему отопления.

Вертикальные двухтрубные системы с верхней разводкой применяют в основном при естественной циркуляции воды в системах отопления зданий до 3-х этажей включительно. Эти системы по сравнению с системами при нижней разводке подающей магистрали (рис.4.2) имеют большее естественное циркуляционное давление, в их проще воздухоудаление из системы (через расширительный бак).

Рис. 7.14. Схема двухтрубной системы водяного отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией

К-котел; 1-главный стояк; 2, 3, 5-соединительная, переливная, сигнальная трубы расширительного бака; 4 - расширительный бак; 6-воздушная линия; 7 - воздухосборник; 8 - подающие подводки; 9 - регулировочные краны у отопительных приборов; 10-отопительные приборы; 11-обратные подводки; 12-обратные стояки (охлажденной воды); 13-подающие стояка (горячей воды); 14-тройник с пробкой для спуска воды; 15- краны или вентили на стояках; 16, 17-подающий и обратный магистральные теплопроводы; 18-запорные вентили или задвижки на магистральных теплопроводах для регулирования и отключения отдельных веток; 19 - воздушные краны.

Рис.4.3.Схема однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией

Двухтрубная система с нижним расположением обеих магистралей и естественной циркуляцией (рис.4.3) перед системой с верхней разводкой имеет преимущество: монтаж и пуск систем может производиться поэтажно по мере возведения здания: удобнее эксплуатация системы, т.к. вентили и краны на подающем и обратном стояках находятся внизу и в одном месте. Двухтрубные вертикальные системы с нижней разводкой применяют в малоэтажных зданиях с кранами двойной регулировки у отопительных приборов, что объясняется большой гидравлической и тепловой устойчивостью в сравнении с системами с верхней разводкой.

Удаление воздуха из этих систем осуществляется воздушными кранами 19 (рис.4.3).

Основное преимущество двухтрубных систем независимо от способа циркуляции теплоносителя - поступление воды с наивысшей температурой TI к каждому отопительному прибору, что обеспечивает максимальную разность температур TI-T2 и, следовательно, минимальную площадь поверхности приборов. Однако в двухтрубной системе, особенно с верхней разводкой, имеет место значительный расход труб и усложняется монтаж.

По сравнению с двухтрубными системами отопления вертикальные однотрубные системы с замыкающими участками (рис. 4.3, левая часть) имеют ряд преимуществ: меньшая первоначальная стоимость, более простой монтаж и меньшая длина теплопроводов, более красивый внешний вид. Если приборы, находящиеся в одном помещении, присоединены по проточной схеме к стояку с двух сторон, то у одного из них (правый стояк на рис. 4.3) устанавливают регулировочный кран. Такие системы применяют в малоэтажных производственных зданиях.

На рис. 4.5 показана схема однотрубных горизонтальных систем отопления. Горячая вода в таких системах поступает в отопительные приборы одного и того же этажа из теплопровода, проложенного горизонтально. Регулировка и включение отдельных приборов в горизонтальных системах с замыкающими участками (рис. 4.5 б) достигается также легко, как и вертикальных системах. В горизонтальных проточных системах (рис. 4.5 а, в) регулировка может быть только поэтажной, что является существенным их недостатком.

Рис. 4.5. Схема однотрубных горизонтальных систем водяного отопления

а, в- проточная; б- с замыкающими участками.

Рис. 4.6 Системы водяного отопления с искусственной циркуляцией

1 - расширительный бак; 2 - воздушная сеть; 3- насос циркуляционный; 4- теплообменник

К основным достоинствам однотрубных горизонтальных систем относятся меньший, чем в вертикальных системах, расход труб, возможность поэтажного включения системы и стандартность узлов. Кроме того, горизонтальные системы не требуют пробивки отверстий в перекрытиях, и монтаж их в сравнении с вертикальными системами гораздо проще. Они довольно широко применяются в производственных и общественных помещениях.

Общими преимуществами систем с естественной циркуляцией воды, предопределяющими в некоторых случаях их выбор, являются относительная простота устройства и эксплуатации; отсутствие насоса и потребности в электроприводе, бесшумность действия; сравнительная долговечность при правильной эксплуатации (до 30-40 лет) и обеспечение равномерной температуры воздуха в помещении в течение отопительного периода. Однако в системах водяного отопления с естественной циркуляцией естественное давление имеет очень большую величину. Поэтому при большой протяженности циркуляционных колец (>30м), а, следовательно, при значительных сопротивлениях движению воды в них, диаметры трубопроводов по расчету получаются очень большими и система отопления называется экономически невыгодной как по первоначальным затратам, так и в процессе эксплуатации.

В связи с изложенным область применения систем с естественной циркуляцией ограничена обособленными гражданскими зданиями, где недопустимы шум и вибрация, квартирным отоплением, верхними (техническими) этажами высоких зданий.

Системы отопления с искусственной циркуляцией (рис. 4.6-4.8) принципиально отличаются от систем водяного отопления с естественной циркуляцией тем, что в них в дополнение к естественному давлению, возникающему в результате охлаждения воды в приборах и трубах, значительно большее давление создается циркуляционным насосом, который устанавливается на обратном магистральном трубопроводе у котла, а расширительный бак присоединен не к подающему, а к обратному теплопроводу около всасывающего патрубка насоса. При таком присоединении расширительного бака воздух из системы через него отводиться не может, поэтому для удаления воздуха из сети теплопроводов и отопительных приборов служат воздушные линии, воздухосборники и воздушные краны.

Рассмотрим схемы вертикальных двухтрубных систем отопления с искусственной циркуляцией (рис.4,6). Слева показана система с верхним расположением подающей магистрали, а справа - система с нижним расположением обеих магистралей. Обе системы отопления относятся к так называемым тупиковым системам, в которых нередко получается большая разница в потере давления в отдельных циркуляционных кольцах, т.к. длины их разные: чем дальше расположен прибор от котла, тем большую протяженность имеет кольцо этого прибора. Поэтому в системах с искусственной циркуляцией, особенно при большой протяженности теплопроводов, целесообразно применять попутное движение воды в подающих и охлаждённых магистралях по схеме, предложенной проф. В. М. Чаплиным. По этой схеме (рис. 4.7) длина всех циркуляционных колец почти одинакова, вследствие чего легко получить равную потерю давления в них и равномерный прогрев всех приборов. СНиП рекомендует такие системы устраивать при числе стояков в ветви более 6. Недостатком этой системы по сравнению с тупиковой является несколько большая общая длина теплопроводов, и, как следствие, большая на 3-5% первоначальная стоимость системы.

Рис.4.7. Схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и попутным движением воды в подающей и обратной магистралях и искусственной циркуляцией

1 - теплообменник; 2, 3, 4, 5 - циркуляционная, соединительная,сигнальная, переливная трубы расширительного бака; 6 - расширительный бак; 7- подающий магистральный теплопровод; 8 - воздухосборник; 9 - отопительный прибор; 10 - кран двойной регулировки; 11 - обратный теплопровод; 12 –насос.

В последние годы широко применяют однотрубные системы отопления с нижней прокладкой магистралей горячей и охлажденной воды (рис.4.8) с искусственной циркуляцией воды.

Стояки систем по схемам б разделяются на подъемные и опускные. Стояки систем по схемам а ,в иг состоят из подъемного и опускного участков, по верхней части, обычно под полом верхнего этажа, они соединяются горизонтальным участком. Стояки прокладывают на расстоянии 150 мм от края оконного проема. Длина подводок к нагревательным приборам принимается стандартной - 350 мм; отопительные приборы смещены от оси окна в сторону стояка.

Рис 4.8.Разновидности (в, б, в, е) однотрубных систем водяного отопления с нижней разводкой

Для регулирования теплопередачи отопительных приборов устанавливают трехходовые краны типа КРТП, а при смещенных замыкающих участках - шиберные краны пониженного гидравлического сопротивления типа КРПШ.

Однотрубная система с нижней разводкой удобна для зданий с бесчердачным перекрытием, она обладает повышенной гидравлической и тепловой устойчивостью. Преимущества однотрубных систем отопления заключаются в меньшем диаметре труб, благодаря большему давлению, создаваемому насосом; большем радиусе действия; более простом монтаже, и большей возможности унификации деталей теплопроводов, приборных узлов.

К недостаткам систем относится перерасход отопительных приборов по сравнению с двухтрубными системами отопления.

Область применения однотрубных систем отопления разнообразная: жилые и общественные здания с числом этажей более трех, производственные предприятия и т.д.

4.2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Систему отопления выбирают в зависимости от назначения и режима эксплуатации здания. Учитывают требования, предъявляемые к системе. Принимают во внимание категории пожаровзрывоопасности помещений.

Главным фактором, определяющим выбор системы отопления, является тепловой режим основных помещений здания.

Учитывая экономические, заготовительно-монтажные и некоторые эксплуатационные преимущества, СНиП 2.04.05-86, п.3.13 рекомендует проектировать, как правило, однотрубные системы водяного отопления из унифицированных узлов и деталей; при обосновании допускается применение двухтрубных систем.

Тепловой режим помещений одних зданий необходимо поддерживать неизменным в течение всего отопительного сезона, других зданий -можно изменять для сокращения трудозатрат с суточной и недельной периодичностью, на время праздников, проведения наладочных, ремонтных и других работ.

Гражданские, производственные и сельскохозяйственные здания с постоянным тепловым режимом можно разделить на 4 группы:

1) здания больниц, родильных домов и тому подобных лечебно-профи-лактических учреждений круглосуточного использования (кроме психиатрических больниц), к помещениям которых предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования;

2) здания детских учреждений, жилые, общежития, гостиницы, дома отдыха, санатории, пансионаты, поликлиники, амбулатории, аптеки, психиатрические больницы, музеи, выставки, библиотеки, бани, книгохранилища;

3) здания плавательных бассейнов, вокзалов, аэропортов;

4) здания производственные и сельскохозяйственные при непрерывном технологическом процессе.

Например, в зданиях второй группы предусматривают водяное отопление с радиаторами и конвекторами (кроме больниц и бань). Предельную температуру теплоносителя воды принимают в двухтрубных.системах равной 95°С, в однотрубных системах зданий (кроме бань, больниц и детских учреждений) -105°С (при конвекторах с кожухом до 130°С). Для отопления лестничных клеток возможно повышение расчетной температуры до 150°С. В зданиях с круглосуточной действующей приточной вентиляцией, в первую очередь в зданиях музеев, картинных галерей, книгохранилищ, архивов (кроме больниц и детских учреждений) устраивают центральное воздушное отопление.

Системы отопления следует проектировать с насосной циркуляцией, нижней разводкой, тупиковые с открытой прокладкой стояков в первую очередь.

Остальные системы принимаются в зависимости от местных условий: архитектурно-планировочного решения, требуемого теплового режима, вида и параметров теплоносителя в наружной тепловой сети и т.д.

Отопительная система в частном доме – это, чаще всего, комплект автономного оборудования, использующего в качестве энерго- и теплоносителя наиболее соответствующие конкретному региону вещества. Поэтому для каждой конкретной схемы отопления требуется индивидуальный расчет тепловой мощности системы отопления, который учитывает множество факторов, таких, как минимальный расход тепловой энергии для дома, расход тепла для помещений – всех и каждого, помогает определить расход энергоносителей в сутки и за время отопительного сезона, и т.д.

Формулы и коэффициенты для теплового расчета

Номинальная тепловая мощность системы отопления для частного объекта определяется по формуле (все результаты выражаются в кВт):

• Q = Q 1 x b 1 x b 2 + Q 2 – Q 3 ; где:
• Q 1 – общие потери тепла в здании согласно расчетам, кВт;
• b 1 — коэффициент дополнительной тепловой энергии от радиаторов сверх того, что показал расчёт. Значения коэффициента отражены в таблице ниже:

• b 2 — коэффициент дополнительных тепловых потерь радиаторами, установленными у внешних стен без экранирующих кожухов. Показатели коэффициента отражены в таблице ниже:

• Q 2 – теплопотери в трубопроводах, уложенных в неотапливаемом пространстве;
• Q 3 – дополнительное тепло от осветительных приборов, бытовых приборов и техники, жильцов, и т.д. Для жилых зданий Q 3 принимается как 0,01 кВт/1 м 2 .

Q a – тепловая энергия, проходящая через ограждения и наружные стены;

Q b — потери тепла при прогреве воздуха вентиляционной системы.

Значение Q a и Q b рассчитывается для каждого отдельно взятого помещения с подключенным отоплением.

Тепловая энергия Q a определяется по формуле:

• Q a = 1 / R x A x (t b – t n) х (1 + Ʃß), где:
• А — площадь ограждения (наружной стены) в м 2 ;
• R — теплопередача ограждения в м 2 °С/Вт (справочная информация в СНиП II-3-79).

Необходимость тепловых расчетов для всего дома и отдельных отапливаемых помещений обосновывается экономией энергоносителей и семейного бюджета. В каких случаях проводят подобные вычисления:

1. Чтобы точно вычислить мощность котельного оборудования для наиболее эффективного обогрева всех подключенных к отоплению помещений. Приобретая котел без предварительных расчетов можно установить совершенно неподходящее по параметрам оборудование, которое не справится со своей задачей, и деньги будут потрачены впустую. Тепловые параметры всей системы отопления определяются, как результат сложения всех расходов тепловой энергии в подключенных и неподключенных к котлу отопления помещениях, если трубопровод проходит по ним. Также необходим запас мощности по расходам тепла, чтобы уменьшить износ отопительного оборудования и минимизировать появление аварийных ситуаций при высоких нагрузках в морозы;
2. Расчеты тепловых параметров системы отопления необходимы для получения на руки технического удостоверения (ТУ), без которого не получится согласовать проект по газификации частного дома, так как в 80% случаев монтажа автономного отопления устанавливают газовый котел и соответствующее оборудование. Для остальных типов отопительных агрегатов технические условия и документация на подключение не нужны. Для газового оборудования необходимо знать годовой расход газа, и без соответствующих вычислений точную цифру получить не удастся;
3. Получить тепловые параметры отопительной системы также нужно для покупки правильного оборудования – труб, радиаторов, фитингов, фильтров, и т.д.

Точные расчеты мощности и расхода тепла для жилых помещений

Уровень и качество утепления зависят от качества работ и архитектурных особенностей помещений ми всего дома. Бо́льшая часть тепловых потерь (до 40%) при отоплении здания происходит через поверхность наружных стен, через окна и двери (до 20%), а также через кровлю и пол (до 10%). Оставшиеся 30% тепла могут уходить из дома через вентиляционные отверстия и каналы.

Для получения уточненных результатов применяют следующие справочные коэффициенты:

1. Q 1 – используется при расчетах для помещений с окнами. Для ПВХ окон с двухкамерными стеклопакетами Q 1 =1, для окон с однокамерным остеклением Q 1 =1,27, для трехкамерного окна Q 1 =0,85;
2. Q 2 – используется при расчетах коэффициента утепления внутренних стен. Для пенобетона Q 2 = 1, для бетона Q 2 – 1,2, для кирпича Q 2 = 1,5;
3. Q 3 применяется при расчетах соотношений площадей пола и оконных проемов. Для 20% площади остекления стены коэффициент Q3 = 1, для 50% остекления Q3 принимается, как 1,5;
4. Значение коэффициента Q 4 варьируется в зависимости от минимальной уличной температуры за весь годовой отопительный период. При наружной температуре -20 0 C Q 4 = 1, далее — для каждых 5 0 C в ту или иную сторону добавляют или отнимают 0,1;
5. Коэффициент Q 5 применяется при расчетах, учитывающих общее количество стен здания. При одной стене в расчетах Q 5 = 1, при 12-х и 3-х стенах Q 5 = 1,2, для 4-х стен Q 5 = 1,33;
6. Q 6 используют, если при расчетах потерь тепла учитывается функциональное назначение помещения под той комнатой, для которой делаются вычисления. Если наверху находится жилой этаж, то коэффициент Q 6 = 0,82, если отапливаемый или утепленный чердак, то Q 6 — 0,91, для холодного чердачного помещения Q 6 = 1;
7. Параметр Q 7 колеблется в зависимости от высоты потолков обследуемого помещения. При высоте потолка ≤ 2,5 м коэффициент Q 7 = 1,0, если потолок выше 3-х м, то Q 7 принимается, как 1,05.

После определения всех необходимых поправок проводят расчет тепловой мощности и тепловых потерь в отопительной системе для каждого отдельно взятого помещения по следующей формуле:

• Q i = q х Si х Q 1 х Q 2 х Q 3 х Q 4 х Q 5 х Q 6 х Q 7 , где:
• q =100 Вт/м²;
• Si – площадь обследуемого помещения.

Результаты параметров будут увеличиваться при применении коэффициентов ≥ 1, и уменьшаться, если Q 1- Q 7 ≤1. После расчетов конкретного значения результатов расчетов для конкретного помещения можно рассчитать общую тепловую мощность частного автономного отопления по следующей формуле:

Q = Σ х Qi, (i = 1…N), где: N – общее количество помещений в здании.

Для создания комфорта в жилых и производственных помещениях выполняют составление теплового баланса и определяют коэффициент полезного действия (КПД) отопителей. Во всех расчётах применяется энергетическая характеристика, позволяющая связывать нагрузки источников обогрева с расходными показателями потребителей - тепловая мощность. Вычисление физической величины производится по формулам.

Для вычисления тепловой мощности используются специальные формулы

Эффективность нагревателей

Мощность - это физическое определение скорости передачи или потребления энергии. Она равна отношению количества работы за определённый промежуток времени к этому периоду. Нагревательные устройства характеризуются по расходу электричества в киловаттах.

Для сопоставления энергий различного рода введена формула тепловой мощности : N = Q / Δ t, где:

1. Q - количество теплоты в джоулях;
2. Δ t - интервал времени выделения энергии в секундах;
3. размерность полученной величины Дж / с = Вт.

Для оценки эффективности работы нагревателей используют коэффициент, указывающий на количество израсходованного по назначению тепла - КПД. Определяется показатель делением полезной энергии на затраченную, является безразмерной единицей и выражается в процентах. По отношению к разным частям, составляющим окружающую среду, КПД нагревателя имеет неравные значения. Если оценивать чайник как нагреватель воды, его эффективность составит 90%, а при использовании его в качестве отопителя комнаты коэффициент возрастает до 99%.

Объяснение этому простое : из-за теплообмена с окружением часть температуры рассеивается и теряется. Количество утраченной энергии зависит от проводимости материалов и других факторов. Можно рассчитать теоретически мощность тепловых потерь по формуле P = λ × S Δ T / h. Здесь λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м × К); S - площадь участка теплообмена, м²; Δ T - перепад температур на контролируемой поверхности, град. С; h - толщина изолирующего слоя, м.

Из формулы понятно, что для повышения мощности надо увеличить количество радиаторов отопления и площадь теплоотдачи. Уменьшив же поверхность контакта с внешней средой, минимизируют потери температуры в помещении. Чем массивнее стена здания, тем меньше будет утечка тепла.

Баланс отопления помещений

Подготовка проекта любого объекта начинается с теплотехнического расчёта, призванного решить задачу обеспечения сооружения отоплением с учётом потерь из каждого помещения. Сведение баланса помогает узнать, какая часть тепла сохраняется в стенах здания, сколько уходит наружу, объём потребной выработки энергии для обеспечения комфортного климата в комнатах.

Определение тепловой мощности необходимо для решения следующих вопросов:

1. высчитать нагрузку отопительного котла , которая обеспечит обогрев, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха и функционирование системы проветривания;
2. согласовать газификацию здания и получить технические условия на подключение к распределительной сети. Для этого потребуются объёмы годового расхода горючего и потребность в мощности (Гкал/час) тепловых источников;
3. выбрать оборудование, необходимое для отопления помещений.

Не забываем про соответствующую формулу

Из закона сохранения энергии следует, что в ограниченном пространстве с постоянным температурным режимом должен соблюдаться тепловой баланс: Q поступлений - Q потерь = 0 или Q избыточное = 0, или Σ Q = 0. Постоянный микроклимат поддерживается на одном уровне в течение отопительного периода в зданиях социально значимых объектов: жилых, детских и лечебных учреждениях, а также на производствах с непрерывным режимом работы. Если потери тепла превышают поступление, требуется отапливать помещения.

Технический расчёт помогает оптимизировать расход материалов при строительстве, снизить затраты на возведение зданий. Определяется суммарная тепловая мощность котла сложением энергии на отопление квартир, нагрев горячей воды, компенсацию потерь вентиляции и кондиционирования, резерв на пиковые холода.

Расчет тепловой мощности

Выполнить точные вычисления по системе отопления затруднительно для неспециалиста, но упрощённые способы позволяют рассчитать показатели неподготовленному человеку. Если производить расчеты «на глаз», может получиться, что мощности котла или нагревателя не хватает. Или, наоборот, из-за избытка вырабатываемой энергии придётся пускать тепло «на ветер».

Способы самостоятельной оценки характеристик отопления:

1. Использование норматива из проектной документации. Для Московской области применяется величина 100-150 Ватт на 1 м². Площадь, подлежащая обогреву, умножается на ставку - это и будет искомый параметр.
2. Применение формулы расчета тепловой мощности: N = V × Δ T × K, ккал/час. Обозначения символов: V - объём комнаты, Δ T - разница температур внутри и снаружи помещения, K - коэффициент пропускания тепла или рассеивания.
3. Опора на укрупнённые показатели. Метод похож на предыдущий способ, но используется для определения тепловой нагрузки многоквартирных зданий.

Значения коэффициента рассеивания берут из таблиц, пределы изменения характеристики от 0,6 до 4. Примерные величины для упрощённого расчёта:

Пример расчета тепловой мощности котла для помещения 80 м² с потолком 2,5 м. Объём 80 × 2,5 = 200 м³. Коэффициент рассеивания для дома типовой постройки 1,5. Разница между комнатной (22°С) и наружной (минус 40°С) температурами составляет 62°С. Применяем формулу: N = 200 × 62 × 1,5 = 18600 ккал/час. Перевод в киловатты осуществляется делением на 860. Результат = 21,6 кВт.

Полученную величину мощности повышают на 10%, если существует вероятность морозов ниже 40°С / 21,6 × 1,1 = 23,8. Для дальнейших вычислений результат округляется до 24 кВт.