Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения — Inomix.ru

Содержание

Выбор способа отопления частного дома

В условиях России на выбор влияют множество факторов:

климатические условия региона строительства;
доступность того или иного топлива;
наличие на рынке отопительных агрегатов нужного типа;
личные предпочтения застройщика.

Если в регионе строительства нет газопровода, можно соорудить газгольдер и устроить отопление газовыми приборами. Но это при условии, что есть организация, занимающаяся монтажом оборудования и поставками пропан-бутана для них. Стоимость такого вида газоснабжения ниже, чем при использовании магистрального газа.

При выборе типа системы обычно выбирают не одну. Возможны перебои с подачей топлива, с отоплением таких проблем быть не должно. Поэтому параллельно с газовым или электрическим котлом устанавливают дровяные печи или агрегаты на жидком топливе, например, солярке. В таком случае отопление гарантировано при любых сбоях.

Это касательно приспособления для генерации тепловой энергии. Но имеет значение и рациональное распределение тепла внутри помещения. В частном доме чаще всего используются радиаторное водяное отопление. В последнее время в такие системы активно включаются устройства обогрева пола как вспомогательный элемент.

Современные системы, как правило, выполняются многоконтурными, с раздельной регулировкой температуры в каждом из них. Обычно производится контроль в автоматическом режиме обратки с подмесом горячей воды из котла, или холодной из расширительного бачка для получения нужного нагрева системы.

Некоторые особенности имеют системы отопления двухэтажного дома. Значительная высота подъема теплового носителя в данном случае обеспечивает самопроизвольную циркуляцию естественным образом. Это позволяет отказаться от использования в трубопроводах циркуляционного насоса, а расширительный бак можно устанавливать не на чердаке, а непосредственно в котельной.

Такие устройства заполняются значительным количеством воды, поэтому их прогрев происходит медленно. Чтобы избавиться от такого недостатка, рекомендуется применять циркуляционную установку. Мощность его не велика, и, как правило, не превышает 90 Вт, а включение может производиться периодически.

Расчеты мощности оборудования

Температура внутри помещений зависит от следующих факторов:

температуры воздуха вне здания;
толщины стен дома и качества его отдельных элементов;
теплоемкости материалов, из которых построен дом.

Рассчитывая потребность вашего дома в тепле, нужно учитывать все факторы, в том числе и потери тепла через окна и двери, стены и пол с потолком. Специальные нормы, необходимые в процессе расчетов, должны применяться с учетом климатических условий местности, в которой расположен жилой объект, и степени существующей теплоизоляции.

Общий смысл расчета заключается в том, чтобы вычислить совокупные теплопотери, соответствующие минимальной температуре воздуха в вашем регионе, чтобы приобрести оборудование, способное с избытком эти потери компенсировать

Наибольшие потери тепла происходят через наружные стены дома. С увеличением разницы температуры внутри дома и вне здания растут и теплопотери.

Если учитывать материал, из которого возводились наружные стены, и толщину этих стен, то для внешней температуры воздуха в – 30°С, теплопотери будут различными и составят:

кирпичные с внутренней штукатуркой – 89 Вт/м² (в 2,5 кирпича), 104 Вт/м² (в 2 кирпича);
рубленные с внутренней обшивкой (250 мм) – 70 Вт/м²;
из бруса с внутренней обшивкой – 89 Вт/м² (180 мм), 101 Вт/м² (100 мм);
каркасные с керамзитом внутри (200 мм) – 71 Вт/м²;
пенобетонные с внутренней штукатуркой (200 мм) – 105 Вт/м².

Впрочем, теплопотери происходят не только через наружные стены, но и через другие ограждающие конструкции.

При тех же – 30°С они составят для:

деревянных перекрытий чердака – 35 Вт/м²;
деревянных перекрытий подвала – 26 Вт/м²;
двойных деревянных дверей без утепления – 234 Вт/м²;
окон с двойной рамой из дерева – 135 Вт/м².

Чтобы рассчитать общие теплопотери здания, нужно рассчитать площадь всех ограждающих конструкций в квадратных метрах, умножить на норматив теплопотери по видам конструкций с учетом материалов, из которых они изготовлены, и суммировать полученные результаты.

Расчет следует делать, исходя из минимальной сезонной температуры конкретной местности. Потери тепла через стены рассчитываются по отдельности, т.к. необходимо учитывать площадь остекления и дверных проемов.

Потери через перекрытия без люков на чердак или в подполье вычисляют для всей площади как для единых конструктивных элементов.

Котел отопления выбирают с учетом того, что его мощности должно хватить для компенсации теплопотерь с 20-30 процентным запасом.

Порядок расчета тепловой мощности оборудования, которое будет использоваться для монтажа системы отопления, приведен в видео ролике в заключительной части статьи.

На нашем сайте есть блок статей, посвященных расчету водяного отопления, советуем ознакомиться:

Гидравлический расчет системы отопления на конкретном примере
Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения
Тепловой расчёт системы отопления: как грамотно сделать расчет нагрузки на систему

Технико-экономическое обоснование проекта

Выбор
того или иного проектного решения –
задача, как правило, многофакторная. Во
всех случаях имеется большое число
возможных вариантов решения поставленной
задачи, так как любую систему ТГ и В
характеризует множество переменных
(набор оборудования системы, различные
его параметры, сечения трубопроводов,
материалы, из которых они изготовлены
и т. д.).

В
данном разделе сравним 2 типа радиаторов:
Rifar
Monolit
350 и Sira
RS
300.

Чтобы
определить стоимость радиатора,
произведем их тепловой расчет с целью
уточнения количества секций. Расчет
радиатора Rifar
Monolit
350 приведен в разделе 5.2.

Как проводить расчеты потребляемой тепловой энергии?

Если тепловой счетчик по тем или иным причинам отсутствует, то для расчета тепловой энергии необходимо использовать следующую формулу:

Рассмотрим, что значат эти условные обозначения.

1. V обозначает количество потребляемой горячей воды, которое может исчисляться либо кубическими метрами, либо же тоннами.

2. Т1 – это температурный показатель самой горячей воды (традиционно измеряется в привычных градусах по Цельсию). В данном случае предпочтительнее использовать именно ту температуру, которая наблюдается при определенном рабочем давлении. К слову, у показателя даже имеется специальное название – это энтальпия. А вот если нужный датчик отсутствует, то в качестве основы можно взять тот температурный режим, который предельно близок к этой энтальпии. В большинстве случаев усредненный показатель составляет примерно 60-65 градусов.

3. Т2 в приведенной выше формуле также обозначает температуру, но уже холодной воды. По причине того, что проникнуть в магистраль с холодной водой – дело достаточно трудное, в качестве этого значения применяются постоянные величины, способные изменяться в зависимости от климатических условий на улице. Так, зимой, когда сезон отопления в самом разгаре, данный показатель составляет 5 градусов, а в летнее время, при отключенном отоплении, 15 градусов.

4. Что же касается 1000, то это стандартный коэффициент, используемый в формуле для того, чтобы получить результат уже в гигакалориях. Получится точнее, чем если бы использовались калори.

5. Наконец, Q – это общее количество тепловой энергии.

Как видим, ничего сложного здесь нет, поэтому движемся дальше. Если отопительный контур закрытого типа (а это более удобно с эксплуатационной точки зрения), то расчеты необходимо производить несколько по-другому. Формула, которую следует использовать для здания с закрытой отопительной системой, должна выглядеть уже следующим образом:

Теперь, соответственно, к расшифровке.

1. V1 обозначает расход рабочей жидкости в трубопроводе подачи (в качестве источника тепловой энергии, что характерно, может выступать не только вода, но и пар).

2. V2 – это расход рабочей жидкости в трубопроводе «обратки».

3. Т – это показатель температуры холодной жидкости.

4. Т1 – температура воды в подающем трубопроводе.

5. Т2 – температурный показатель, который наблюдается на выходе.

6. И, наконец, Q – это все то же количество тепловой энергии.

Также стоит отметить, что расчет Гкал на отопление в данном случае от нескольких обозначений:

тепловая энергия, которая поступила в систему (измеряется калориями);
температурный показатель во время отвода рабочей жидкости по трубопроводу «обратки».

Для чего необходим тепловой расчет

Некоторые владельцы частных домов или те, кто только собираются их возводить, интересуются тем, есть ли какой-то смысл в тепловом расчете системы отопления? Ведь речь идет о простом загородном коттедже, а не о многоквартирном доме или промышленном предприятии. Достаточно, казалось бы, только купить котел, поставить радиаторы и провести к ним трубы. С одной стороны, они частично правы – для частных домовладений расчет отопительной системы не является настолько критичным вопросом, как для производственных помещений или многоквартирных жилых комплексов. С другой стороны, существует три причины, из-за которых подобное мероприятие стоит провести. Расчет мощности газового котла отопления- калькулятор, вы можете прочитать в нашей статье.

Тепловой расчет существенно упрощает бюрократические процессы, связанные с газификацией частного дома.
Определение мощности, требуемой для отопления жилья, позволяет выбрать нагревательный котел с оптимальными характеристиками. Вы не переплатите за избыточные характеристики изделия и не будет испытывать неудобств из-за того, что котел недостаточно мощен для вашего дома.
Тепловой расчет позволяет более точно подобрать радиаторы, трубы, запорную арматуру и прочее оборудование для отопительной системы частного дома. И в итоге все эти довольно дорогостоящие изделия проработают столько времени, сколько заложено в их конструкции и характеристиках.

Схема, иллюстрирующая систему отопления частного дома

Подготовка выполнения расчёта

Проведению качественного и детального расчёта должны предшествовать ряд подготовительных мероприятий по выполнению расчётных графиков. Эту часть можно назвать сбором информации для проведения расчёта. Являясь самой сложной частью в проектировании водяной отопительной системы, расчёт гидравлики позволяет точно спроектировать всю её работу. В подготавливаемых данных обязательно должно присутствовать определение требуемого теплового баланса помещений, которые будут обогреваться проектируемой отопительной системой.

В проекте расчёт ведётся с учётом типа выбранных приборов отопления, с определёнными поверхностями теплообмена и размещения их в обогреваемых помещениях, это могут быть батареи секций радиаторов или теплообменники других типов. Точки их размещения указываются на поэтажных планах дома или квартиры.

точки крепления приборов отопления,

После определения на плане требуемой конфигурации системы, её необходимо вычертить в аксонометрической проекции по всем этажам. На такой схеме каждому отопительному прибору присваивается номер, указывается максимальная тепловая мощность. Важным элементом, также указываемым для теплового прибора на схеме, является расчётная длина участка трубопровода для его подключения.

Пример выполнения расчета

Поправочные коэффициенты в данном случае будут равны:

К1 (двухкамерный стеклопакет) = 1,0;
К2 (стены из бруса) = 1,25;
К3 (площадь остекления) = 1,1;
К4 (при -25 °C -1,1, а при 30°C) = 1,16;
К5 (три наружные стены) = 1,22;
К6 (сверху теплый чердак) = 0,91;
К7 (высота помещения) = 1,0.

В результате полная тепловая нагрузка будет равна: В том случае, когда бы использовался упрощенный метод вычислений, основанный на расчете мощности отопления согласно площади, то результат был бы совсем иной: Пример расчета тепловой мощности системы отопления на видео:

Достоинства и недостатки отопления печью

Исстари во множестве жилищ стояли печи и сегодня печное отопление в частном доме – не редкость, поскольку часто является единственно возможным способом согреть помещение. К преимуществам системы относятся:

Экономичность установки. Печь кладется достаточно быстро, при ее обустройстве не потребуется серьезных финансовых вложений. Часто можно использовать для ее монтажа местный материал.
Простота и дешевизна обслуживания.
Возможность совместить печь и камин, получив уникальный декор и отопительный прибор одновременно.
Создание в доме уникальной атмосферы особого уюта, что свойственно только для этого типа отопления.
Относительно высокий КПД. Грамотно сложенная печь может иметь производительность порядка 60%, что вполне сопоставимо с КПД котла, работающего на жидком топливе.

Возможность регулирования процесса горения, сохранение и использование тепла. Отдача и подача воздуха осуществляется при помощи заслонок, их расположение позволяет регулировать температуру в доме.

Дизайн современных печей может быть самым разным, даже таким футуристичным

Всем, кто собирается обустраивать печное отопление дачного дома или любого другого строения важно знать и о самых значимых недостатках системы, к которым относят:

Длительный разогрев печи. Достаточно много времени пройдет с момента розжига до того, пока конструкция начнет полноценно отдавать тепло.
Существенные потери площади помещения. Устройство требует много места, так как чем больше его размеры, тем дольше оно будет отдавать тепла.
Неравномерный обогрев помещения: около печи температура выше, около стен – намного ниже.
Несоответствие санитарным требованиям: существенное загрязнение помещения, в котором расположена печь.
Высокая пожароопасность.
При неправильном уходе за оборудованием существует возможность отравления окисью углерода.

Простые вычисления по площади

Вычислить величину батарей отопления для определенного помещения можно, ориентируясь на его площадь. Это самый простой способ – использовать сантехнические нормы, которые предписывают, что тепловой мощности 100 Вт в час нужно для обогрева 1 кв.м. Надо помнить, что этот метод используется для помещений, у которых потолки стандартной высоты (2,5-2,7 метра), а результат получается несколько завышенным. К тому же он не учитывает таких особенностей, как:

число окон и тип стеклопакетов на них;
количество в комнате наружных стен;
толщина стен здания и из какого материала они состоят;
тип и толщина использованного утеплителя;
диапазон температур в данной климатической зоне.

Тепло, которое для обогрева комнаты должны давать радиаторы: площадь следует умножить на тепловую мощность (100 Вт). К примеру, для комнаты в 18 кв.м требуется такая мощность батареи отопления:

18 кв.м х 100 Вт = 1800 Вт

То есть, в час для обогрева 18-ти квадратных метров необходимо 1,8 кВт мощности. Этот результат надо поделить на количество тепла, которое в час выделяет секция отопительного радиатора. Если данные в его паспорте указывают, что это составляет 170 Вт, то следующий этап вычислений выглядит так:

1800 Вт / 170 Вт = 10,59

Это число надо округлить до целого (обычно округляется в большую сторону) – получится 11. То есть, чтобы в комнате температура в отопительный сезон была оптимальной, необходимо установить радиатор отопления с 11-ю секциями.

Такой метод подходит только для вычисления величины батареи в помещениях с центральным отоплением, где температура теплоносителя не выше 70 градусов Цельсия.

Есть и более простой способ, который можно применять для обычных условий квартир панельных домов. В этом приблизительном расчете учитывается, что для обогрева 1,8 кв.м площади нужна одна секция. Другими словами, площадь помещения надо разделить на 1,8. Например, при площади 25 кв.м необходимо 14 частей:

25 кв.м / 1,8 кв.м = 13,89

Но такой метод расчета неприемлем для радиатора пониженной или повышенной мощности (когда средняя отдача одной секции варьируется в пределах от 120 до 200 Вт).

Выбор теплоносителя

Чаще всего в качестве рабочей жидкости для систем отопления применяется вода. Впрочем, эффективным альтернативным решением может стать антифриз. Такая жидкость не замерзает при понижении температуры окружающей среды до критической для воды отметки. Несмотря на очевидные преимущества, цена антифриза достаточно высока. Поэтому используют его преимущественно для обогрева незначительных по площади строений.

Заполнение отопительных систем водой нуждается в предварительной подготовке такого теплоносителя. Жидкость должна быть отфильтрована от растворенных минеральных солей. Для этого могут быть использованы специализированные химические реагенты, которые присутствуют в продаже. Более того, из воды в системе отопления должен быть удален весь воздух. В противном случае возможно снижение эффективности обогрева помещений.

3.1.Общие сведения

Потребность
в тепле у теплоиспользующих потребителей
меняется в зависимости от метеорологических
условий, числа пользующихся горячей
водой в системах бытового горячего
водоснабжения, режимов систем
кондиционирования воздуха и вентиляции
для калориферных установок. Для систем
отопления, вентиляции и кондиционирования
воздуха главным фактором, влияющим на
расход теплоты, является температура
наружного воздуха. Расход теплоты,
поступающий на покрытие нагрузок
горячего водоснабжения и технологического
потребления, от температуры наружного
воздуха не зависит.

Методика
изменения количества теплоты, подаваемой
потребителям в соответствии с графиками
их теплопотребления, называется системой
регулирования отпуска тепла.

Различают
центральное, групповое и местное
регулирование отпуска теплоты.

Одна
из важнейших задач регулирования систем
теплоснабжения заключается в расчете
режимных графиков при различных методах
регулирования нагрузок.

Регулирование
тепловой нагрузки возможно несколькими
методами: изменение температуры
теплоносителя – качественный метод;
периодическим отключением систем –
прерывистое регулирование; изменение
поверхности теплообменника.

В
тепловых сетях, как правило, принимается
центральное качественное регулирование
по основной тепловой нагрузке, которой
обычно является нагрузка отопления
малых и общественных зданий.
Центральное
качественное регулирования отпуска
теплоты ограничивается наименьшими
температурами воды в подающем трубопроводе,
необходимыми для подогрева воды,
поступающей в системы горячего
водоснабжения потребителей:

для
закрытых систем теплоснабжения — не
менее 70°C;

для
открытых систем теплоснабжения — не
менее 60°С.

На
основании полученных данных строится
график изменения температуры сетевой
воды в зависимости от температуры
наружного воздуха. Температурный график
целесообразно выполнить на листе
миллиметровой бумаги формата А4 или с
использованием программы Microsoft
Office
Excel.
На графике определяются по температуре
точке излома диапазоны регулирования
и выполняется их описание.

2.3.2Центральное
качественное регулирование по отопительной
нагрузке

Центральное качественное регулирование
по нагрузке отопленияцелесообразно
в случае, еслитепловая нагрузка на
жилищно-коммунальные нужды составляет
менее 65 % от суммарной нагрузки района
и при отношении.

При таком способе регулирования, для
зависимых схем присоединения элеваторных
систем отопления температуру воды в
подающей

(2)

Расчет
производился для значения №1. Для всех
остальных расчет производился по выше
предложенной формуле, результаты
занесены в таблицу 3.

(3)

где t— расчетный
температурный напор нагревательного
прибора, 0 С, определяемый по
формуле:

,
(4)

здесь  3 и 2 — расчетные
температуры воды соответственно после
элеватора и в обратной магистрали
тепловой сети определенные при




= 1 — 2
(5)


=110-70=40

(6)

tttt

Температура наружного воздуха,
соответствующая точке излома графиков
температур воды t н » ,
делит отопительный период на диапазоны
с различными режимами регулирования:

в
диапазоне I с интервалом температур
наружного воздуха от +8 0 С доt н » осуществляется групповое или местное
регулирование, задачей которого является
недопущение «перегрева» систем
отопления и бесполезных потерь теплоты;

в
диапазонах II и III с интервалом температур
наружного воздуха от t н » доt нро осуществляется
центральное качественное регулирование.

Таблица 3- Температурный график

	Температура наружного воздуха, tнр	Температура теплоносителя

Дополнительное оборудование, повышающее эффективность воздушных отопительных систем

Для надежной работы данной отопительной системы, необходимо предусматривать установку резервного вентилятора или же монтировать не меньше двух агрегатов отопления на одно помещение.

При отказе основного вентилятора, допустимо снижение температуры в помещении ниже нормы, но не более чем на 5 градусов при условии подачи наружного воздуха.

Температура подающегося в помещения воздушного потока должна быть не менее чем на двадцать процентов ниже, нежели критическая температура самовоспламенения газов и аэрозолей, присутствующих в здании.

С их помощью также могут комплектоваться отопительные агрегаты или вентиляционные приточные камеры.

Схема воздушного отопления дома. Нажмите для увеличения.

В таких калориферах нагрев воздушных масс осуществляется за счет энергии, отбираемой у теплоносителя (пара, воды или дымовых газов), а также они могут нагреваться электроэнергетическими установками.

Отопительные агрегаты могут использоваться для обогрева рециркуляционного воздуха.

Они состоят из вентилятора и калорифера, а также аппарата, который формирует и направляет потоки теплоносителя, подающегося в помещение.

Большие отопительные агрегаты используют для обогрева крупных производственных или промышленных помещений (например, в вагоносборочных цехах), в которых санитарно-гигиенические и технологические требования допускают возможность рециркуляции воздуха.

Также крупные отопительные воздушные системы используются в нерабочее время для дежурного отопления.

Специфика и другие особенности

Также возможна и другая специфика у помещений, для которых делается расчет, не все же они похожи и совершенно одинаковы. Это могут быть такие показатели как:

температура теплоносителя меньше 70 градусов – число частей соответственно предстоит увеличить;
отсутствие двери в проеме между двумя помещениями. Тогда требуется подсчитать общую площадь обоих помещений, чтобы вычислить количество радиаторов для оптимального обогрева;
установленные на окнах стеклопакеты препятствуют потере тепла, следовательно, можно монтировать меньше секций батареи.

При замене старых чугунных батарей. которые обеспечивали нормальную температуру в комнате, на новые алюминиевые или биметаллические, калькуляция весьма проста. Умножитьте теплоотдачу одной чугунной секции (в среднем 150 Вт). Результат разделите на количество тепла одной новой части.

Выводы и полезные видео по теме

На видео вы можете увидеть пример расчета нагрева горячей воды, который выполняется с помощью программы Valtec:

Гидравлические расчеты лучше всего выполнять с помощью специальных программ, обеспечивающих высокую точность расчетов с учетом всех нюансов конструкции.

Вы специализируетесь на расчете систем отопления, использующих воду в качестве теплоносителя и хотите дополнить нашу статью полезными формулами, поделиться профессиональными секретами?

А может вы хотите сосредоточиться на дополнительных расчетах или указать на неточность в наших расчетах? Свои комментарии и советы пишите в блоке под статьей.

Источник – https://sovet-ingenera.com/otoplenie/project/raschet-vodyanogo-otopleniya.html

Выводы и полезное видео по теме

Куда уходит тепло из дома – ответы предоставляет наглядный видеоролик:

Подробное видео о принципах подбора мощностных характеристик котла отопления смотрите ниже:

Выработка тепла ежегодно дорожает – растут цены на топливо. А тепла постоянно не хватает. Относиться безразлично к энергозатратам коттеджа нельзя – это совершенно невыгодно.

С одной стороны каждый новый сезон отопления обходится домовладельцу дороже и дороже. С другой стороны утепление стен, фундамента и кровли загородного стоит хороших денег. Однако чем меньше тепла уйдет из здания, тем дешевле будет его отапливать.

Сохранение тепла в помещениях дома – основная задача отопительной системы в зимние месяцы. Выбор мощности отопительного котла зависит от состояния дома и от качества утепления его ограждающих конструкций. Принцип «киловатт на 10 квадратов площади» работает в коттедже среднего состояния фасадов, кровли и фундамента.

Вы самостоятельно рассчитывали систему отопления для своего дома? Или заметили несоответствие вычислений, приведенных в статье? Поделитесь своим практическим опытом или объемом теоретических знаний, оставив комментарий в блоке под этой статьей.