Теплотехнический расчет дома

Отопление — это одна из важнейших систем в доме, от которой зависит возможность комфортного проживания круглый год.

При устройстве отопления важно учесть все нюансы, выбрать максимально эффективную систему отопления, которая лучше всего подходит для вашего дома.

И если сбои в водо- или электроснабжении можно пережить, то перебои тепла зимой — явление весьма малоприятное.

Учитывая всю важность системы отопления, ее надежность и эффективность должна быть определена уже на стадии проектирования дома. Необходимо подсчитать нужное количество радиаторов отопления в жилых комнатах, чтобы избежать вариантов, при которых либо чересчур жарко, либо, наоборот, слишком холодно. Кроме того, необходимо добиться равномерного распределения тепла в помещениях и на этажах. Для решения всех этих вопросов высчитывается расход тепла на отопление здания или теплотехнический расчет.

Теплотехнический расчет здания

Теплотехнический расчет — это расчет потребления тепла на отопление, необходимого для создания комфортных условий проживания в помещениях. Теплотехнический расчет является основной для расчета всей системы отопления.

Таблица расчетов расхода тепла на отопление при использовании разных типов котлов.

Необходимо принимать во внимание, что любой дом при эксплуатации теряет тепло, отдавая его в окружающую среду. Причем объемы расхода тепла зависят от конструктивных особенностей здания. Данные потери тепла следует равнозначно восстанавливать.

Практически невозможно подсчитать компенсацию расхода тепла на глаз. Для точного определения расхода тепла на отопление необходим теплотехнический расчет. Иначе можно допустить ошибки, которые на порядок превышают или понижают реальные данные. При теплотехническом расчете учитывается обычно множество факторов, которые могут повлиять на потери тепла. К таким факторам относятся, как уже говорилось ранее, конструктивные особенности здания, кроме них на потери тепла влияют используемые материалы для строительства и отделки здания, расположение здания относительно сторон света и преобладающих ветров, температурные особенности региона строительства и другие строительные решения, применяемые в возведении здания.

Необходим ли точный теплотехнический расчет?

Для чего необходим точный теплотехнический расчет?

Во-первых, на основании расчета производится подбор оборудования для системы отопления, включая расчет мощности котла отопления, определение количества радиаторов в комнатах и секций каждого радиатора, планирование теплого пола и подбор объема воды как теплоносителя в системе отопления и вентиляции. Если вы потратили значительные средства на систему отопления и не получили достаточно теплого дома, приятного будет мало.

Схема расчета гидравлической системы отопления.

Во-вторых, проведя такой расчет, можно быть уверенным в том, что не было переплаты как за закупленное оборудование, так и за работу по его установке. То есть на основе расчета можно подобрать именно то оборудование, которое способно отапливать ваш дом, не образуя излишней теплоты. Конечно, лишняя теплота может быть использована на другие нужды, однако это несет и дополнительные расходы на отопление. К тому же продавцы теплового оборудования склонны завышать необходимое вам количество оборудования, так как это напрямую влияет на их заработок, потому расчет поможет вам избежать переплат. Как показывает практика, правильно рассчитанное количество оборудования снижает расходы на систему отопления на 20-25%.

В-третьих, теплотехнический расчет необходим при подключении газового хозяйства, как того требуют правила. Он нужен для подбора конкретного теплового агрегата и объемов потребляемого газа. При этом расчет выполняется на первоначальном этапе, так как в проекте газификации уже должны быть указаны марка и мощность газового котла.

Что включает в себя теплотехнический расчет

Правильный теплотехнический расчет проводится в два этапа. На первом этапе подсчитываются теплопотери здания, выполняется расчет мощности отопительного оборудования и подбор количества радиаторов отопления.

Расчет расхода тепла

Формула расчета на тепловую нагрузку отопления.

Чтобы точно рассчитать количество тепла, нужного для поддержания оптимальной температуры в жилых помещениях (+20…+22°С) в холодное время года, следует знать объем расхода тепла домом в условиях низких температур (-30…-35°С). Соответственно, количество тепла будет равно количеству расхода тепла.

При подсчете расхода тепла учитываются толщина стен, пола и потолков, материалы, используемые для строительства и отделки, наличие подвала и чердака, показатели теплопроводности окон и дверей. Итогом общего подсчета всех этих показателей является общая потеря тепла домом (в кВт).

Для расчетов следует принять минимальную температуру в зимний период, равную -40°С. Комфортной же температурой в жилых помещениях принято считать +20°С. Исходя из этих значений перепад температур составляет 60°С.

Если нет возможности подсчитать абсолютно все теплопотери, включая те, которые появляются из-за неоднородности материала стен или потолков, или те, которые возникают при мостиках холода или больших площадях дверей и окон, то можно определить порядок расхода тепла и в данном прядке подбирать отопительное оборудование. Все неоднозначности при расчете трактуются в сторону увеличения расхода тепла, что приведет, соответственно, к увеличению мощности теплового оборудования.

При расчетах используются разные величины, так как мощность приборов измеряется в Ваттах (Вт) или киловаттах (кВт), а теплотворность оборудования или теплота, выделяемая при сгорании топлива, — в Джоулях (Дж) или килокалориях (ккал). Поэтому нужно соотношение между этими величинами для правильности расчетов:

1 Вт/м2*град = 0,86 ккал/м2*час*град = 3600 Дж/м2*час*град.

Схема монтажа конструкционных элементов отопительной системы.

Из этого соотношения видно, что если коэффициент теплового сопротивления стены из керамзитобетона с утеплением ее пенополистиролом составляет около 0,2 Ватт/град, то участок такой стены площадью 1 квадратный м будет отдавать при разнице температур, равной 60°С, около 12 Вт тепла, или 43200 Дж, или 10,3 ккал.

Однако в реальных условиях тепло уходит не только через стены, но и через крышу и пол. Если в доме не предусмотрен оборудованный чердак, то потери тепла через крышу равны потерям через стены, то есть те же 12 Вт тепла на каждый квадратный м крыши.

Если взять для расчетов площадь крыши, равную 200 м2, потери тепла через такую крышу составят 2400 Вт, или 8,64 МДж, или 2064 ккал.

Теплопотери через пол тоже не являются нулевыми. И хотя при наличии подвала, в котором обычно сохраняется положительная температура, разница температур будет не больше 20°С, то потери тепла все равно составят величину, равную 1 кВт или 3,6 Мдж, или 860 ккал.

Однако, несмотря на теплопотери через крыши и пол, потери тепла через стены обычно самые значительные. При расчетах учитываются только те стены, которые контактируют с внешней средой, так как внутри здания в разных комнатах сохраняется примерно одинаковая температура, а значит, потери тепла не идут. Для расчетов можно взять общую площадь наружных стен в 150 квадратных метров. Теплопотери через них составят 12 Вт/м2*150 м2=1800 Вт.

Итоговые потери тепла такого здания составят 2400 Вт + 1000 Вт + 1800 Вт = 5200 Вт =5,2 кВт = 4472 ккал = 18,72 МДж каждый час.

Схема сопротивления теплопередач для стен и окон.

Как говорилось ранее, мощность отопительного оборудования равна потерям тепла домом. Получается минимальная мощность системы отопления в 5,2 кВт. Однако эта цифра применима лишь в том случае, если тепло распределяется равномерно. Такой сценарий развития в современном доме практически нереален. Все современные дома имеют множество стен и перегородок, межкомнатных дверей и источников конвекции воздуха, значит, минимальную мощность теплового оборудования можно увеличить на 50%. Поэтому мощность котла должна быть на уровне 7-8 кВт при наиболее равномерном распределении тепла и правильно спроектированной системе отопления.

Является данная мощность большой или маленькой для загородного дома? В приведенных расчетах использовался дом с общей площадью около 200 м2. Для такого здания эта цифра весьма невелика. Выделяемое системой тепло соответствует тому, какое можно получить в 40-градусный мороз при сжигании 2-3 кг дров или 1 л топлива.

Формула доля расхода теплоты.

Кроме того, при расчетах не были учтены другие источники тепла в доме, такие как бытовые приборы или камин. Однако даже такой приблизительный расчет поможет выбрать отопительное оборудования для загородного дома. Еще одной возможностью для снижения расхода тепла домом и экономии топлива или электроэнергии является распределенная система отопления, когда температура в разных помещениях здания регулируется индивидуально. К примеру, в большом доме необязательно поддерживать одинаковую температуру во всех комнатах, достаточно иметь оптимальную температуру в жилых помещениях, а в тех комнатах, где нет постоянного проживания, поддерживать температуру на уровне +10°С. Распределенная система отопления может в большей степени использовать дополнительные источники тепла, такие как солнечный обогрев, водяной теплоаккумулятор или электрокотел меньшей мощности.

Расчет количества радиаторов отопления

Схема лучевая разводка системы отопления.

Когда рассчитаны необходимое количество тепла и мощность отопительного оборудования, определяется необходимое число радиаторов отопления для каждой комнаты. Это нужно для равномерного распределения тепла и возмещения расхода тепла каждой комнаты по отдельности.

Методика расчета количества радиаторов довольно проста. В строительных нормах и правилах рекомендуется наличие источника тепла мощностью не менее 100 Вт на каждый квадратный м площади для поддержания оптимальной температуры.

Количество радиаторов отопления вычисляется по формуле:

1. I=S*100/P, где.
2. I — количество радиаторов отопления.
3. S — площадь помещения (м2).
4. P — тепловая мощность одной секции радиатора, которая определяется изготовителем.

Схема расчета системы отопления.

Однако эта формула не учитывает другие факторы, влияющие на количество источников тепла в помещении:

• тип окон (k1) — современные пластиковые стеклопакеты снижают потери тепла;
• число наружных стен (k2) — чем больше стен выходят наружу, тем больше потери тепла через них;
• наличие помещения над рассчитываемой комнатой (k3) — при наличии чердака теплопотери уменьшаются, как и количество радиаторов, а при его отсутствии, соответственно, увеличиваются;
• высота потолков помещения (k4) — данный коэффициент равен 1 при высоте потока 2,5 м. При увеличении высоты потолка коэффициент увеличивается;
• количество окон (k5).

Тепловая мощность радиатора (Р) зависит от материала, из которого он изготовлен. Так, для чугунных радиаторов значение Р=145 Вт, а для биметаллических — Р=185 Вт. Самыми теплотворными являются алюминиевые радиаторы, их тепловая мощность Р=190 Вт.

Общая же формула количества радиаторов имеет вид:

I=S*k1*k2*k3*k4*k5*100/P

Следует отметить, что чем лучше будет утеплен дом и отдельные его элементы, такие как окна или двери, тем меньше будет расхода тепла, а значит, тем меньше расходы на отопление.

Проектирование разводки труб

Схема двухтрубной системы с водяным отоплением.

После подсчета расхода тепла и количества радиаторов проектируется разводка труб для всех помещений.

Основным принципом, на котором работает отопление, является принцип циркуляции теплоносителя, в большинстве случаев — воды. Теплоноситель доставляет тепло от источника нагрева, коим является котел, до радиаторов отопления. В радиаторах вода остывает, передавая тепло помещению, и возвращается обратно к котлу.

Температура в комнатах зависит при этом от скорости воды в трубах и от температуры воды. Если при проектировании разводки труб будут допущены ошибки, то скорость воды может быть ниже необходимой, что приведет к снижению температуры в дальних участках отопительной системы при котле, работающем на полную мощность. Для преодоления данной проблемы необходимо учитывать гидравлическое сопротивление. Гидравлическое сопротивление — это сила, препятствующая распространению воды в системе. Если гидравлическое сопротивление какого-либо участка системы отопления будет высоким, то объем воды, который доходит до этого участка, будет минимальным.

На гидравлическое сопротивление влияет несколько факторов:

• Количество изгибов труб отопления и длина всей системы. Чем больше их количество, тем сложнее объему воды преодолеть сопротивление;
• Сечение труб. При большом сечении труб объем проходящей в системе воды будет больше, как и ее скорость, что обеспечит хорошее отопление;
• Материал, из которого изготовлены трубы и радиаторы. Так, у металлопластиковых труб сопротивление распространению воды меньше, чем у металлических такого же сечения;
• Температура и тип теплоносителя. Гидравлическое сопротивление тосола будет выше, чем у воды.

Схема теплотехнический расчет здания.

Сумма всех этих факторов влияет на общее сопротивление системы и отопление. Эта характеристика высчитывается по специальным таблицам или в компьютерных программах. По величине данной характеристики судят о том, нужен ли циркуляционный насос для перекачивания воды или естественной циркуляции воды будет достаточно. Если отопление достаточно простое, то естественная циркуляция воды обеспечит нормальную работу системы отопления. Если же отопление разветвленное, со множеством изгибов, то мощный насос для воды практически необходим.

Чтобы произвести расчет тепла на отопление здания, необходимо правильно рассчитать потери тепла, подобрать соответствующий котел и радиаторы, а также рассчитать их количество. Кроме того, важным моментом является определение гидравлического сопротивления и подбор циркуляционного насоса.

Только сочетание всех этих факторов и тщательно спланированное отопление позволит вам наслаждаться теплом зимними вечерами.