Расчетная тепловая нагрузка на отопление. Способы расчета тепловой нагрузки на отопление

Тема этой статьи — определение тепловой нагрузки на отопление и прочих параметров, нуждающихся в расчете, для . Материал ориентирован прежде всего на владельцев частных домов, далеких от теплотехники и нуждающихся в максимально простых формулах и алгоритмах.

Итак, в путь.

Наша задача — научиться рассчитывать основные параметры отопления.

Избыточность и точный расчет

Стоит с самого начала оговорить одну тонкость расчетов: абсолютно точные значения потерь тепла через пол, потолок и стены, которые приходится компенсировать системе отопления, вычислить практически невозможно. Можно говорить лишь о той или иной степени достоверности оценок.

Причина — в том, что на теплопотери влияет слишком много факторов:

• Тепловое сопротивление капитальных стен и всех слоев отделочных материалов.
• Наличие или отсутствие мостиков холода.
• Роза ветров и расположение дома на рельефе местности.
• Работа вентиляции (которая, в свою очередь, опять-таки зависит от силы и направления ветра).
• Степень инсоляции окон и стен.

Есть и хорошие новости. Практически все современные отопительные котлы и системы распределенного отопления (теплые полы, электрические и газовые конвектора и т.д.) снабжаются термостатами, дозирующими расход тепла в зависимости от температуры в помещении.

С практической стороны это означает, что избыточная тепловая мощность повлияет лишь на режим работы отопления: скажем, 5 КВт*ч тепла будут отданы не за один час непрерывной работы с мощностью 5 КВт, а за 50 минут работы с мощностью 6 КВт. Следующие 10 минут котел или другой нагревательный прибор проведет в режиме ожидания, не потребляя электроэнергию или энергоноситель.

Следовательно: в случае вычисления тепловой нагрузки наша задача — определить ее минимально допустимое значение.

Единственное исключение из общего правила связано с работой классических твердотопливных котлов и обусловлено тем, что снижение их тепловой мощности связано с серьезным падением КПД из-за неполного сгорания топлива. Проблема решается установкой в контур теплоаккумулятора и дросселированием отопительных приборов термоголовками.

Котел после растопки работает на полной мощности и с максимальным КПД до полного прогорания угля или дров; затем накопленное теплоаккумулятором тепло дозировано расходуется на поддержание оптимальной температуры в помещении.

Большая часть прочих нуждающихся в расчете параметров тоже допускает некоторую избыточность. Впрочем, об этом — в соответствующих разделах статьи.

Перечень параметров

Итак, что нам, собственно, предстоит считать?

• Общую тепловую нагрузку на отопление дома. Она соответствует минимально необходимой мощности котла или суммарной мощности приборов в распределенной системе отопления.
• Потребность в тепле отдельной комнаты.
• Количество секций секционного радиатора и размер регистра, соответствующий определенному значению тепловой мощности.

Обратите внимание: для готовых отопительных приборов (конвекторов, пластинчатых радиаторов и т.д.) производители обычно указывают полную тепловую мощность в сопроводительной документации.

• Диаметр трубопровода, способного в случае водяного отопления обеспечить необходимый тепловой поток.
• Параметры циркуляционного насоса, приводящего в движение теплоноситель в контуре с заданными параметрами.
• Размер расширительного бака, компенсирующего тепловое расширение теплоносителя.

Перейдем к формулам.

Один из основных факторов, влияющих на ее значение — степень утепления дома. СНиП 23-02-2003, регламентирующий тепловую защиту зданий, нормирует этот фактор, выводя рекомендованные значения теплового сопротивления ограждающих конструкций для каждого региона страны.

Мы приведем два способа выполнения подсчетов: для зданий, соответствующих СНиП 23-02-2003, и для домов с ненормированным тепловым сопротивлением.

Нормированное тепловое сопротивление

Инструкция по расчету тепловой мощности в этом случае выглядит так:

• За базовое значение берутся 60 ватт на 1 м3 полного (включая стены) объема дома.
• Для каждого из окон к этому значению дополнительно добавляется 100 ватт тепла . Для каждой ведущей на улицу двери — 200 ватт.

• Для компенсации увеличивающихся в холодных регионах потерь используется дополнительный коэффициент.

Давайте в качестве примера выполним расчет для дома размерами 12*12*6 метров с двенадцатью окнами и двумя дверьми на улицу, расположенного в Севастополе (средняя температура января — +3С).

1. Отапливаемый объем составляет 12*12*6=864 кубометра.
2. Базовая тепловая мощность составляет 864*60=51840 ватт.
3. Окна и двери несколько увеличат ее: 51840+(12*100)+(2*200)=53440.
4. Исключительно мягкий климат, обусловленный близостью моря, заставит нас использовать региональный коэффициент, равный 0,7. 53440*0,7=37408 Вт. Именно на это значение и можно ориентироваться.

Ненормированное тепловое сопротивление

Что делать, если качество утепления дома заметно лучше или хуже рекомендованного? В этом случае для оценки тепловой нагрузки можно использовать формулу вида Q=V*Dt*K/860.

В ней:

• Q — заветная тепловая мощность в киловаттах.
• V — отапливаемый объем в кубометрах.
• Dt — разница температур между улицей и домом. Обычно берется дельта между рекомендованным СНиП значением для внутренних помещений (+18 — +22С) и средним минимумом уличной температуры в наиболее холодный месяц за последние несколько лет.

Уточним: рассчитывать на абсолютный минимум в принципе правильнее; однако это будет означать избыточные расходы на котел и отопительные приборы, полная мощность которых будет востребована лишь раз в несколько лет. Цена незначительного занижения расчетных параметров — некоторое падение температуры в помещении в пик холодов, которое несложно компенсировать включением дополнительных обогревателей.

• К — коэффициент утепления, который можно взять из приведенной ниже таблицы. Промежуточные значения коэффициента выводятся аппроксимацией.

Давайте повторим вычисления для нашего дома в Севастополе, уточнив, что его стены представляют собой кладку толщиной 40 см из ракушечника (пористой осадочной породы) без внешней отделки, а остекление выполнено однокамерными стеклопакетами.

1. Коэффициент утепления примем равным 1,2.
2. Объем дома мы вычислили ранее; он равен 864 м3.
3. Внутреннюю температуру примем равной рекомендованным СНиП для регионов с нижним пиком температур выше -31С — +18 градусам. Сведения о среднем минимуме любезно подскажет всемирно известная интернет-энциклопедия: он равен -0,4С.
4. Расчет, таким образом, будет иметь вид Q = 864 * (18 — -0,4) * 1,2 / 860 = 22,2 КВт.

Как легко заметить, подсчет дал результат, отличающийся от полученного по первому алгоритму в полтора раза. Причина, прежде всего в том, что средний минимум, использованный нами, заметно отличается от абсолютного минимума (около -25С). Увеличение дельты температур в полтора раза ровно во столько же раз увеличит оценочную потребность здания в тепле.

Гигакалории

В расчетах количества тепловой энергии, получаемой зданием или помещением, наряду с киловатт-часами используется еще одна величина — гигакалория. Она соответствует количеству тепла, необходимому для нагрева 1000 тонн воды на 1 градус при давлении в 1 атмосферу.

Как пересчитать киловатты тепловой мощности в гигакалории потребляемого тепла? Все просто: одна гигакалория равна 1162,2 КВт*ч. Таким образом, при пиковой мощности источника тепла в 54 КВт максимальная часовая нагрузка на отопление составит 54/1162,2=0,046 Гкал*час.

Полезно: для каждого региона страны местными властями нормируется потребление тепла в гигакалориях на квадратный метр площади в течение месяца. Среднее по РФ значение — 0,0342 Гкал/м2 в месяц.

Комната

Как подсчитать потребность в тепле для отдельной комнаты? Здесь используются те же схемы расчетов, что для дома в целом, с единственной поправкой. Если к комнате примыкает отапливаемое помещение без собственных отопительных приборов, оно включается в расчет.

Так, если к комнате размером 4*5*3 метра примыкает коридор размером 1,2*4*3 метра, тепловая мощность отопительного прибора рассчитывается для объема в 4*5*3+1,2*4*3=60+14,4=74,4 м3.

Отопительные приборы

Секционные радиаторы

В общем случае информацию о тепловом потоке на одну секцию всегда можно найти на сайте производителя.

Если он неизвестен, можно ориентироваться на следующие приблизительные значения:

• Чугунная секция — 160 Вт.
• Биметаллическая секция — 180 Вт.
• Алюминиевая секция — 200 Вт.

Как всегда, есть ряд тонкостей. При боковом подключении радиатора с 10 и более секциями разброс температур между ближними к подводке и концевыми секциями будет весьма значительным.

Впрочем: эффект сведется на нет, если подводки подключить диагонально или снизу вниз.

Кроме того, обычно производители отопительных приборов указывают мощность для вполне конкретной дельты температур между радиатором и воздухом, равной 70 градусам. Зависимость теплового потока от Dt линейна: если батарея на 35 градусов горячее воздуха, тепловая мощность батареи будет ровно вдвое меньше заявленной.

Скажем, при температуре воздуха в комнате, равной +20С, и температуре теплоносителя в +55С мощность алюминиевой секции стандартного размера будет равна 200/(70/35)=100 ваттам. Для того, чтобы обеспечить мощность в 2 КВт, понадобится 2000/100=20 секций.

Регистры

Особняком в списке отопительных приборов стоят самодельные регистры.

На фото — отопительный регистр.

Производители по понятным причинам не могут указать их тепловую мощность; однако ее несложно вычислить своими руками.

• Для первой секции регистра (горизонтальной трубы известных размеров) мощность равна произведению ее наружного диаметра и длины в метрах, дельты температур между теплоносителем и воздухом в градусах и постоянного коэффициента 36,5356.
• Для последующих секций, находящихся в восходящем потоке теплого воздуха, используется дополнительный коэффициент 0,9.

Давайте разберем очередной пример — вычислим значение теплового потока для четырехрядного регистра с диаметром секции 159 мм, длиной 4 метра и температурой в 60 градусов в комнате с внутренней температурой +20С.

1. Дельта температур в нашем случае равна 60-20=40С.
2. Переводим диаметр трубы в метры. 159 мм = 0,159 м.
3. Вычисляем тепловую мощность первой секции. Q = 0,159*4*40*36,5356 = 929,46 ватт.
4. Для каждой последующей секции мощность будет равна 929,46*0,9=836,5 Вт.
5. Суммарная мощность составит 929,46 + (836,5*3)=3500 (с округлением) ватт.

Диаметр трубопровода

Как определить минимальное значение внутреннего диаметра трубы розлива или подводки к отопительному прибору? Не станем лезть в дебри и воспользуемся таблицей, содержащей готовые результаты для разницы между подачей и обраткой в 20 градусов. Именно это значение характерно для автономных систем.

Максимальная скорость потока теплоносителя не должна превышать 1,5 м/с во избежание появления шумов; чаще ориентируются на скорость в 1 м/с.

Внутренний диаметр, мм	Тепловая мощность контура, Вт при скорости потока, м/с
	0,6	0,8	1
8	2450	3270	4090
10	3830	5110	6390
12	5520	7360	9200
15	8620	11500	14370
20	15330	20440	25550
25	23950	31935	39920
32	39240	52320	65400
40	61315	81750	102190
50	95800	127735	168670

Скажем, для котла мощностью 20 КВт минимальный внутренний диаметр розлива при скорости потока в 0,8 м/с будет равен 20 мм.

Обратите внимание: внутренний диаметр близок к ДУ (условному проходу) . Пластиковые и металлопластиковые трубы обычно маркируются наружным диаметром, который на 6-10 мм больше внутреннего. Так, полипропиленовая труба размером 26 мм имеет внутренний диаметр 20 мм.

Циркуляционный насос

Нам важны два параметра насоса: его напор и производительность. В частном доме при любой разумной протяженности контура вполне достаточно минимального для наиболее дешевых насосов напора в 2 метра (0,2 кгс/см2): именно это значение перепада обеспечивает циркуляцию системы отопления многоквартирных домов.

Необходимая производительность вычисляется по формуле G=Q/(1,163*Dt).

В ней:

• G — производительность (м3/час).
• Q — мощность контура, в который устанавливается насос (КВт).
• Dt — перепад температур между прямым и обратным трубопроводами в градусах (в автономной системе типично значение Dt=20С).

Для контура, тепловая нагрузка на который составляет 20 киловатт, при стандартной дельте температур расчетная производительность составит 20/(1,163*20)=0,86 м3/час.

Расширительный бак

Один из параметров, нуждающихся в расчете для автономной системы — объем расширительного бачка.

Точный расчет основывается на довольно длинном ряде параметров:

• Температуре и типе теплоносителя. Коэффициент расширения зависит не только от степени нагрева батарей, но и от того, чем они заполнены: водно-гликолевые смеси расширяются сильнее.
• Максимально рабочем давлении в системе.
• Давлении зарядки бачка, зависящем, в свою очередь, от гидростатического давления контура (высоты верхней точки контура над расширительным баком).

Есть, однако, один нюанс, позволяющий сильно упростить расчет. Если занижение объема бачка приведет в лучшем случае к постоянному срабатыванию предохранительного клапана, а в худшем — к разрушению контура, то его избыточный объем ничем не повредит.

Именно поэтому обычно берется бак с литражом, равным 1/10 суммарного количества теплоносителя в системе.

Подсказка: чтобы узнать объем контура, достаточно заполнить его водой и слить ее в мерную посуду.

Заключение

Надеемся, что приведенные схемы вычислений упростят жизнь читателю и избавят его от многих проблем. Как обычно, прикрепленное к статье видео предложит его вниманию дополнительную информацию.

Прежде чем приступать к закупке материалов и монтажу систем теплоснабжения дома или квартиры, необходимо провести расчет отопления, исходя из площади каждого помещения. Базовые параметры для проектирования обогрева и расчета тепловой нагрузки:

• Площадь;
• Количество оконных блоков;
• Высота потолков;
• Расположение комнаты;
• Теплопотери;
• Теплоотдача радиаторов;
• Климатический пояс (температура наружного воздуха).

Методика, описанная ниже, применяется для расчета количества батарей для площади помещения без дополнительных источников отопления (теплые полы, кондиционеры и т.д.). Рассчитать отопление можно двумя способами: по простой и усложненной формуле.

До начала проектирования теплоснабжения стоит решить, какие именно радиаторы будут устанавливаться. Материал, из которого изготавливаются батареи обогрева:

• Чугун;
• Сталь;
• Алюминий;
• Биметалл.

Оптимальным вариантом считаются алюминиевые и биметаллические радиаторы. Самая высокая тепловая отдача у биметаллических устройств. Чугунные батареи долго нагреваются, но после отключения отопления температура в помещении держится довольно долго.

Простая формула для проектирования количества секции в радиаторе обогрева:

K = Sх(100/R), где:

S – площадь помещения;

R – мощность секции.

Если рассматривать на примере с данными: комната 4 х 5 м, биметаллический радиатор, мощность 180 Вт. Расчет будет выглядеть так:

K = 20*(100/180) = 11,11. Итак, для комнаты площадью 20 м 2 необходимой для установки является батарея с минимум 11-ю секциями. Или, например, 2 радиатора по 5 и 6 ребер. Формула используется для помещений с высотой потолка до 2,5 м в стандартном здании советской постройки.

Однако такой расчет системы отопления не учитывает теплопотери здания, также не берется в расчет температура наружного воздуха дома и количество оконных блоков. Поэтому следует также брать во внимание эти коэффициенты, для окончательного уточнения количества ребер.

Вычисления для панельных радиаторов

В случае когда предполагается установка батареи с панелью вместо ребер, используется следующая формула по объему:

W = 41хV, где W – мощность батареи, V – объем комнаты. Число 41 – норма средней годовой мощности обогрева 1 м 2 жилого помещения.

В качестве примера можно взять помещение площадью 20 м 2 и высотой 2,5 м. Значение мощности радиатора по объему помещения в 50 м 3 будет равно 2050 Вт, или 2 кВт.

Расчет теплопотерь

H2_2

Основные потери тепла происходят через стены помещения. Для расчета нужно знать коэффициент теплопроводности наружного и внутреннего материала, из которого построен дом, толщину стены здания, также важна средняя температура наружного воздуха. Основная формула:

Q = S х ΔT /R, где

ΔT – разница температуры снаружи и внутреннего оптимального значения;

S – площадь стен;

R – тепловое сопротивление стен, которое, в свою очередь, рассчитывается по формуле:

R = B/K, где B – толщина кирпича, K – коэффициент теплопроводности.

Пример расчета: дом построен из ракушняка, в камень, находится в Самарской области. Теплопроводность ракушняка в среднем составляет 0,5 Вт/м*К, толщина стены – 0,4 м. Учитывая средний диапазон, минимальная температура зимой -30 °C. В доме, согласно СНИП, нормальная температура составляет +25 °C, разница 55°C.

Если комната угловая, то обе ее стены непосредственно контактируют с окружающей средой. Площадь наружных двух стен комнаты 4х5 м и высотой 2,5 м: 4х2,5 + 5х2,5 = 22,5 м 2 .

R = 0,4/0,5 = 0,8

Q = 22,5*55/0,8 = 1546 Вт.

Кроме того, необходимо учитывать утепление стен помещения. При отделке пенопластом наружной площади теплопотери уменьшаются примерно на 30%. Итак, окончательная цифра составит около 1000 Вт.

Расчет тепловой нагрузки (усложненная формула)

Схема теплопотерь помещений

Чтобы вычислить окончательный расход тепла на отопление, необходимо учесть все коэффициенты по следующей формуле:

КТ = 100хSхК1хК2хК3хК4хК5хК6хК7, где:

S – площадь комнаты;

К – различные коэффициенты:

K1 – нагрузки для окон (в зависимости от количества стеклопакетов);

K2 – тепловой изоляции наружных стен здания;

K3 –нагрузки для соотношения площади окон к площади пола;

K4 – температурного режима наружного воздуха;

K5 – учитывающий количество наружных стен комнаты;

K6 – нагрузки, исходя из верхнего помещения над рассчитываемой комнатой;

K7 – учитывающий высоту помещения.

Как пример, можно рассмотреть ту же комнату здания в Самарской области, утепленную снаружи пенопластом, имеющую 1 окно с двойным стеклопакетом, над которой расположено отапливаемое помещение. Формула тепловой нагрузки будет выглядеть следующим образом:

KT = 100*20*1,27*1*0,8*1,5*1,2*0,8*1= 2926 Вт.

Расчет отопления ориентирован именно на эту цифру.

Расход тепла на отопление: формула и корректировки

Исходя из выше сделанных расчетов, для отопления комнаты необходимо 2926 Вт. Учитывая тепловые потери, потребности составляют: 2926 + 1000 = 3926 Вт (KT2). Для расчета количества секций используют следующую формулу:

K = KT2/R, где KT2 – окончательное значение тепловой нагрузки, R – теплоотдача (мощность) одной секции. Итоговая цифра:

K = 3926/180 = 21,8 (округленная 22)

Итак, чтобы обеспечить оптимальный расход тепла на отопление, необходимо поставить радиаторы, имеющие в сумме 22 секции. Нужно учитывать, что самая низкая температура – 30 градусов мороза по времени составляет максимум 2-3 недели, поэтому можно смело уменьшить число до 17 секций (- 25%).

Если хозяев жилья не устраивает такой показатель количества радиаторов, то следует изначально брать во внимание батареи, имеющие большую мощность теплоснабжения. Либо утеплять стены здания и внутри, и снаружи современными материалами. Кроме того, нужно правильно оценить потребности жилья в тепле, исходя из второстепенных параметров.

Существует еще несколько параметров, влияющих на дополнительный расход энергии впустую, что влечет за собой увеличение тепловой потери:

1. Особенности наружных стен. Энергии обогрева должно хватить не только для отопления помещения, но и для компенсации потерь тепла. Стена, контактирующая с окружающей средой, со временем от перепадов температуры наружного воздуха начинает пропускать внутрь влагу. Особенно следует хорошо утеплить и провести качественную гидроизоляцию для северных направлений. Также рекомендуется изолировать поверхность домов, находящихся во влажных регионах. Высокий годовой уровень осадков неизбежно приведет к повышению теплопотерь.
2. Место установки радиаторов. Если батарея монтирована под окном, то происходит утечка энергии обогрева через его конструкцию. Уменьшить потери тепла поможет установка качественных блоков. Также нужно рассчитывать мощность прибора, установленного в подоконной нише – она должна быть выше.
3. Условность годовой потребности тепла для зданий в разных часовых поясах. Как правило, по СНИПам рассчитывается усредненная температура (усредненный годовой показатель) для зданий. Однако потребности в тепле бывают существенно ниже, если, например, на холодную погоду и низким показателям наружного воздуха приходится в общей сложности 1 месяц в году.

Совет! Чтобы максимально снизить потребности в тепле зимой, рекомендуется установить дополнительные источники обогрева воздуха внутри помещения: кондиционеры, передвижные обогреватели и пр.

Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

Зачем нужно знать этот параметр

Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

• Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
• Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
• Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

Выбор методики расчета

Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где q° – удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, Vн – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

Точные расчеты тепловой нагрузки

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R )? Это величина, обратная теплопроводности (λ ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d ). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

Расчет по стенам и окнам

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

• Площадь стен – 280 м² . В нее включены окна – 40 м² ;
• Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56 ). Толщина наружных стен – 0,36 м . Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи – R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт ;
• Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм . Для него λ=0,036 . Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт ;
• Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
• Сопротивление теплопередачи окон – 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.

На начальном этапе обустройства системы теплоснабжения любого из объектов недвижимости выполняется проектирование отопительной конструкции и соответствующие вычисления. Обязательно следует произвести расчет тепловых нагрузок, чтобы узнать объемы потребления топлива и тепла, необходимые для обогрева здания. Эти данные требуются, чтобы определиться с покупкой современного отопительного оборудования.

Тепловые нагрузки систем теплоснабжения

Понятие тепловая нагрузка определяет количество теплоты, которое отдают приборы обогрева, смонтированные в жилом доме или на объекте другого назначения. До того, как установить оборудование, данный расчет выполняют, чтобы избежать излишних финансовых расходов и других проблем, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации отопительной системы.

Зная основные рабочие параметры конструкции теплоснабжения можно организовать эффективное функционирование обогревательных приборов. Расчет способствует реализации задач, стоящих перед отопительной системой, и соответствие ее элементов нормам и требованиям, прописанным в СНиПе.

Когда вычисляется тепловая нагрузка на отопление, даже малейшая ошибка может привести к большим проблемам, поскольку на основании полученных данных в местном отделении ЖКХ утверждают лимиты и другие расходные параметры, которые станут основанием для определения стоимости услуг.

Общая величина тепловой нагрузки на современную отопительную систему включает в себя несколько основных параметров:

• нагрузку на конструкцию теплоснабжения;
• нагрузку на систему обогрева пола, если она планируется к установке в доме;
• нагрузку на систему естественной и/или принудительной вентиляции;
• нагрузку на систему горячего водоснабжения;
• нагрузку, связанную с различными технологическими нуждами.

Характеристики объекта для расчета тепловых нагрузок

Правильно расчетная тепловая нагрузка на отопление может быть определена при условии, что в процессе вычислений будут учтены абсолютно все, даже малейшие нюансы.

Перечень деталей и параметров довольно обширен:

• назначение и тип объекта недвижимости . Для расчета важно знать, какое здание будет обогреваться - жилой или нежилой дом, квартира (прочитайте также: " "). От типа постройки зависит норма нагрузки, определяемая компаниями, поставляющими тепло, а, соответственно, расходы на теплоснабжение;
• архитектурные особенности . Во внимание принимаются габариты таких наружных ограждений, как стены, кровля, напольное покрытие и размеры оконных, дверных и балконных проемов. Немаловажными считаются этажность здания, а также наличие подвалов, чердаков и присущие им характеристики;
• норма температурного режима для каждого помещения в доме . Подразумевается температура для комфортного пребывания людей в жилой комнате или зоне административной постройки (прочитайте: " ");
• особенности конструкции наружных ограждений , включая толщину и тип стройматериалов, наличие теплоизоляционного слоя и используемая для этого продукция;
• назначение помещений . Эта характеристика особо важна для производственных зданий, в которых для каждого цеха или участка необходимо создать определенные условия относительно обеспечения температурного режима;
• наличие специальных помещений и их особенности. Это касается, например, бассейнов, оранжерей, бань и т.д.;
• степень техобслуживания . Наличие/отсутствие горячего водоснабжения, централизованного отопления, системы кондиционирования и прочего;
• количество точек для забора подогретого теплоносителя . Чем их больше, тем значительнее тепловая нагрузка, оказываемая на всю отопительную конструкцию;
• количество людей, находящихся в здании или проживающих в доме . От данного значения напрямую зависят влажность и температура, которые учитываются в формуле вычисления тепловой нагрузки;
• прочие особенности объекта . Если это промышленное здание, то ими могут быть, количество рабочих дней на протяжении календарного года, число рабочих в смену. Для частного дома учитывают, сколько проживает в нем людей, какое количество комнат, санузлов и т.д.

Расчет нагрузок тепла

Выполняется расчет тепловой нагрузки здания относительно отопления на этапе, когда проектируется объект недвижимости любого назначения. Это требуется для того, чтобы не допустить лишние денежные траты и правильно выбрать отопительное оборудование.

При проведении расчетов учитывают нормы и стандарты, а также ГОСТы, ТКП, СНБ.

В ходе определения величины тепловой мощности во внимание принимают ряд факторов:

Расчет тепловых нагрузок здания с определенной степенью запаса необходимо, чтобы не допустить в дальнейшем лишних финансовых расходов.

Наиболее необходимость таких действий важна при обустройстве теплоснабжения загородного коттеджа. В таком объекте недвижимости монтаж дополнительного оборудования и других элементов отопительной конструкции обойдется невероятно дорого.

Особенности расчета тепловых нагрузок

Расчетные величины температуры и влажности воздуха в помещениях и коэффициенты теплопередачи можно узнать из специальной литературы или из технической документации, прилагаемой производителями к своей продукции, в том числе и к теплоагрегатам.

Стандартная методика расчета тепловой нагрузки здания для обеспечения его эффективного обогрева включает последовательное определение максимального потока тепла от обогревательных приборов (радиаторов отопления), максимального расхода тепловой энергии в час (прочитайте: " "). Также требуется знать общий расход тепловой мощности в течение определенного периода времени, например, за отопительный сезон.

Расчет тепловых нагрузок, в котором учитывается площадь поверхности приборов, участвующих в тепловом обмене, применяют для разных объектов недвижимости. Такой вариант вычислений позволяет максимально правильно рассчитать параметры системы, которая обеспечит эффективный обогрев, а также произвести энергетическое обследование домов и зданий. Это идеальный способ определить параметры дежурного теплоснабжения промышленного объекта, подразумевающего снижение температуры в нерабочие часы.

Методы вычисления тепловых нагрузок

На сегодняшний день расчет тепловых нагрузок производится при помощи нескольких основных способов, среди которых:

• вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей;
• определение теплоотдачи установленного в здании отопительно-вентиляционного оборудования;
• вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций, а также добавочных потерь, связанных с нагревом воздуха.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания используется в тех случаях, когда информации о проектируемом объекте недостаточно или требуемые данные не соответствуют действительным характеристикам.

Для проведения подобных вычислений отопления используется несложная формула:

Qmax от.=αхVхq0х(tв-tн.р.) х10-6, где:

• α – поправочный коэффициент, учитывающий климатические особенности конкретного региона, где строится здание (применяется в том случае, когда расчетная температура отличается от 30 градусов мороза);
• q0 - удельная характеристика теплоснабжения, которую выбирают, исходя из температуры самой холодной недели на протяжении года (так называемой «пятидневки»). Читайте также: "Как рассчитывается удельная отопительная характеристика здания – теория и практика ";
• V – наружный объем постройки.

Исходя из вышеприведенных данных, выполняют укрупненный расчет тепловой нагрузки.

Виды тепловых нагрузок для расчетов

При осуществлении расчетов и выборе оборудования во внимание принимают разные тепловые нагрузки:

1. Сезонные нагрузки , имеющие следующие особенности:

   Им присущи изменения в зависимости от температуры окружающего воздуха на улице;
   - наличие отличий в величине расхода тепловой энергии в соответствии с климатическими особенностями региона местонахождения дома;
   - изменение нагрузки на отопительную систему в зависимости от времени суток. Поскольку наружные ограждения имеют теплостойкость, данный параметр считается незначительным;
   - расходы тепла вентиляционной системы в зависимости от времени суток.

2. Постоянные тепловые нагрузки . В большинстве объектов системы теплоснабжения и горячего водоснабжения они используются на протяжении года. Например, в теплое время года расходы тепловой энергии в сравнении с зимним периодом снижаются где-то на 30-35%.
3. Сухое тепло . Представляет собой тепловое излучение и конвекционный теплообмен за счет иных подобных устройств. Определяют данный параметр при помощи температуры сухого термометра. Он зависит от многих факторов, среди которых окна и двери, системы вентиляции, различное оборудование, воздухообмен, происходящий за счет наличия щелей в стенах и перекрытиях. Также учитывают количество людей, присутствующих в помещении.
4. Скрытое тепло . Образуется в результате процесса испарения и конденсации. Температура определяется при помощи влажного термометра. В любом по назначению помещении на уровень влажности влияют:

   Численность людей, одновременно находящихся в помещении;
   - наличие технологического или другого оборудования;
   - потоки воздушных масс, проникающих сквозь щели и трещины, имеющиеся в ограждающих конструкциях здания.

Регуляторы тепловых нагрузок

В комплект современных котлов промышленного и бытового назначения входят РТН (регуляторы тепловых нагрузок). Эти устройства (см. фото) предназначаются для поддержки мощности теплоагрегата на определенном уровне и не допускают скачков и провалов во время их работы.

РТН позволяют экономить на оплате за отопление, поскольку в большинстве случаев существуют определенные лимиты и их нельзя превышать. Особенно это касается промпредприятий. Дело в том, что за превышение лимита тепловых нагрузок следует наложение штрафных санкций.

Самостоятельно сделать проект и произвести расчеты нагрузки на системы, обеспечивающие отопление, вентиляцию и кондиционирование в здании, довольно сложно, поэтому данный этап работ, как правило, доверяют специалистам. Правда, при желании можно выполнить вычисления самостоятельно.

Gср - средний расход горячей воды.

Комплексный расчет тепловой нагрузки

Помимо теоретического решения вопросов, касающихся тепловых нагрузок, при проектировании выполняется ряд практических мероприятий. В состав комплексных теплотехнических обследований входит термографирование всех конструкций здания, включая перекрытия, стены, двери, окна. Благодаря данной работе удается определить и зафиксировать различные факторы, оказывающие влияния на потери тепла дома или промышленной постройки.

Тепловизионная диагностика наглядно показывает, каким будет реальный перепад температур при прохождении конкретного количества теплоты через один «квадрат» площади ограждающих конструкций. Также термографирование помогает определить

Благодаря теплотехническим обследованиям получают самые достоверные данные, касающиеся тепловых нагрузок и потерь тепла для конкретного здания в течение определенного временного периода. Практические мероприятия позволяют наглядно продемонстрировать то, что теоретические расчеты не могут показать – проблемные места будущего сооружения.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что расчеты тепловых нагрузок на ГВС, отопление и вентиляцию, аналогично гидравлическому расчету системы отопления, очень важны и их непременно следует выполнить до начала обустройства системы теплоснабжения в собственном доме или на объекте другого назначения. Когда подход к работе выполнен грамотно, безотказное функционирование отопительной конструкции будет обеспечено, причем без лишних затрат.

Видео пример расчета тепловой нагрузки на систему отопления здания:

В системах централизованного тепло­снабжения (СЦТ) по тепловым сетям пода­ется теплота различным тепловым потреби­телям. Несмотря на значительное разнооб­разие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: 1) сезонная; 2) круглогодовая.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических усло­вий: температуры наружного воздуха, на­правления и скорости ветра, солнечного из­лучения, влажности воздуха и т.п. Основ­ную роль играет наружная температура. Се­зонная нагрузка имеет сравнительно посто­янный суточный график и переменный го­довой график нагрузки. К сезонной тепло­вой нагрузке относятся отопление, вентиля­ция, кондиционирование воздуха. Ни один из указанных видов нагрузки не имеет круг­логодового характера. Отопление и венти­ляция являются зимними тепловыми на­грузками. Для кондиционирования воздуха в летний период требуется искусственный холод. Если этот искусственный холод вы­рабатывается абсорбционным или эжекционным методом, то ТЭЦ получает дополни­тельную летнюю тепловую нагрузку, что способствует повышению эффективности теплофикации.

К круглогодовой нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водо­снабжение. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, глав­ным образом связанные с переработкой сельскохозяйственного сырья (например, сахарная), работа которых имеет обычно се­зонный характер.

График технологической нагрузки зави­сит от профиля производственных предпри­ятий и режима их работы, а график нагруз­ки горячего водоснабжения - от благоуст­ройства жилых и общественных зданий, со­става населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммуналь­ных предприятий - бань, прачечных. Эти нагрузки имеют переменный суточный гра­фик. Годовые графики технологической на­грузки и нагрузки горячего водоснабжения также в определенной мере зависят от вре­мени года. Как правило, летние нагрузки ниже зимних вследствие более высокой температуры перерабатываемого сырья и водопроводной воды, а также благодаря меньшим теплопотерям теплопроводов и производственных трубопроводов.

Одна из первоочередных задач при про­ектировании и разработке режима эксплуа­тации систем централизованного тепло­снабжения заключается в определении значений и характера тепловых нагрузок.

В том случае, когда при проектировании установок централизованного теплоснаб­жения отсутствуют данные о расчетных расходах теплоты, основанных на проектах теплопотребляющих установок абонентов, расчет тепловой нагрузки проводится на ос­нове укрупненных показателей. В процессе эксплуатации значения расчетных тепло­вых нагрузок корректируют по действительным расходам. С течением времени это дает возможность установить проверенную тепловую характеристику для каждого по­требителя.

Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплоприто-ком. Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства

где Q – суммарные тепловые потери зда­ния; Q T – теплопотери теплопередачей че­рез наружные ограждения; Q H – теплопо­тери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Q o – подвод теплоты в здание через отопи­тельную систему; Q TB – внутренние тепло­выделения.

Тепловые потери здания в основном за­висят от первого слагаемого Q r Поэтому для удобства расчета можно тепловые поте­ри здания представить так:

(5)

где μ= Q и /Q T – коэффициент инфильтра­ции, представляющий собой отношение теп-лопотерь инфильтрацией к теплопотерям те­плопередачей через наружные ограждения.

Источником внутренних тепловыделе­ний Q ТВ, в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические и другие плиты), осветительные приборы. Эти тепловыделе­ния носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регули­рованию во времени.

Кроме того, тепловыделения не распре­деляются равномерно по зданию.

Для обеспечения в жилых районах нор­мального температурного режима во всех отапливаемых помещениях обычно уста­навливают гидравлический и температур­ный режим тепловой сети по наиболее не­выгодным условиям, т.е. по режиму отопле­ния помещений с нулевыми тепловыделе­ниями (Q TB = 0).

Для предупреждения существенного по­вышения внутренней температуры в поме­щениях, в которых внутренние тепловыде­ления значительны, необходимо периоди­чески выключать часть отопительных при­боров или снижать расход теплоносителя через них.

Качественное решение этой задачи воз­можно лишь при индивидуальной автомати­зации, т.е. при установке авторегуляторов непосредственно на нагревательных прибо­рах и вентиляционных калориферах.

Источник внутренних тепловыделений в промышленных зданиях – тепловые и си­ловые установки и механизмы (печи, суши­ла, двигатели и др.) различного рода. Внут­ренние тепловыделения промышленных предприятий довольно устойчивы и неред­ко представляют существенную долю рас­четной отопительной нагрузки, поэтому они должны учитываться при разработке режима теплоснабжения промышленных районов.

Теплопотери теплопередачей через наружные ограждения, Дж/с или ккал/ч, мо­гут быть определены расчетным путем по формуле

(6)

где F - площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м; к - коэффици­ент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м 2 К) или ккал/(м 2 ч °С); Δt - раз­ность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конст­рукций, °С.

Для здания объемом по наружному измерению V, м, периметром в плане Р, м, площадью в плане S, м, и высотой L, м, уравнение (6) легко приводится к фор­муле, предложенной проф. Н.С. Ермолае­вым.