19 сентября, 2020

Как выполняется расчет тепловой нагрузки на отопление

Чтобы узнать, какой мощностью должно располагать теплосиловое оборудование личного дома, необходимо определить общую нагрузку на систему обогрева, для чего и исполняется тепловой расчет. В этой статье мы не станем говорить об укрупненной методике подсчетов по площади или объему строения, а представим более точный метод, применяемый проектировщиками, исключительно в упрощенном виде для лучшего понимания. Итак, на систему обогрева дома ложится 3 вида нагрузок:

  • компенсация потерь тепловой энергии, уходящей сквозь конструкции строительства (стены, полы, кровлю);
  • нагрев воздуха, потребного для проветривания помещений;
  • разогрев воды для потребностей ГВС (когда в этом задействован котел, а не отдельный нагреватель).

Рассмотрим, как правильно высчитать любую из этих нагрузок отдельно и определить общую мощность теплоснабжения строения.

Обозначение теплопотерь через ограждения снаружи

Для начала представим формулу из СНиП, по которой выполняется расчет тепловой энергии, теряемой через конструкции строительства, отделяющие пространство внутри дома от улицы:

Q = 1/R х (tв – tн) х S, где:

  • Q – расход тепла, уходящего через конструкцию, Вт;
  • R – противодействие передаче тепла сквозь материал заграждения, м2?С / Вт;
  • S – площадь такой конструкции, м2;
  • tв – температура, какая обязана быть в середине дома, ?С;
  • tн – средняя уличная температура за 5 наиболее прохладных дней, ?С.

Для справки. Согласно методике расчет потерь тепла исполняется отдельно для всех помещений. С целью облегчить задачу предлагается взять здание в общем, приняв подходящую среднюю температуру 20—21 ?С.

Площадь для любого вида наружного ограждения вычисляется отдельно, для чего измеряются окна, двери, полы и стены с кровлей. Так выполняется, из-за того что они сделаны из различных материалов разной толщины. Так что расчет нужно будет делать отдельно для абсолютно всех видов конструкций, а результаты после просуммировать. Самую холодную уличную температуру в собственном районе проживания вы наверное знаете из практики. А вот параметр R придется высчитать отдельно по формуле:

R = ? / ?, где:

  • ? – показатель теплопроводимости материала ограждения, Вт/(м?С);
  • ? – толщина материала в метрах.

Примечание. Значение ? – справочное, его несложно отыскать в любой справочной литературе, а для ПВХ-окон этот показатель вам подскажут производственники. Ниже приводится таблица с коэффициентами теплопроводимости некоторых строительных материалов, причем для вычислений нужно брать рабочие значения ?.

Как пример подсчитаем, сколько тепла потеряет 10 м2 стены из кирпича толщиной 250 мм (2 кирпича) при температурной разнице с наружной стороны и в доме 45 ?С:

R = 0.25 м / 0.44 Вт/(м · ?С) = 0.57 м2 ?С / Вт.

Q = 1/0.57 м2 ?С / Вт х 45 ?С х 10 м2 = 789 Вт или 0.79 кВт.

Если стенка состоит из различных материалов (конструкционный материал плюс материал для утепления), то их тоже нужно считать отдельно по вышеприведенным формулам, а результаты суммировать. Точно также просчитываются окна и кровля, а вот с полами обстоит дело иначе. В первую очередь нужно изобразить план строения и его зонировать шириной 2 м, как это сделано на рисунке:

Сейчас следует определить площадь каждой зоны и по очереди подставить в главную формулу. Взамен параметра R необходимо взять нормативные значения для зоны I, II, III и IV, нижеуказанные в таблице. По завершении расчетов результаты складываем и приобретаем общие теплопотери через полы.

Расход на разогрев вентиляционного воздуха

Малосведущие люди нередко не берут во внимание, что приточный воздух в доме тоже нужно нагревать и эта тепловая нагрузка тоже ложится на систему отопления. Прохладный воздух все равно проникает в дом снаружи, хотим мы того или нет, и на его нагрев необходимо потратить энергию. Больше того, в приватном доме должна работать полная вентиляция приточно-вытяжного типа, в основном, с настоящим побуждением. Обмен воздуха создается из-за наличия тяги в каналах для вентиляции и дымоходе котла.

Предлагаемая в документации нормативной базы методика определения тепловой нагрузки от вентиляции довольно трудна. Довольно точные результаты можно получить, если высчитать эту нагрузку по общеизвестной формуле через теплоемкость вещества:

Qвент = сант.?t, тут:

  • в – количестве теплоты, необходимое для нагревания приточного воздуха, Вт;
  • ?t – температурная разница на улице и в середине дома, ?С;
  • m – масса воздушной смеси, поступающей снаружи, кг;
  • с – теплоемкость воздуха, принимается 0.28 Вт / (кг ?С).

Трудность расчета данного типа тепловой нагрузки состоит в правильном определении массы нагреваемого воздуха. Узнать, сколько его проникает в середину дома, при природной вентиляции тяжело. Благодаря этому необходимо обратиться к нормативам, ведь строения возводят по проектам, где заложены потребные воздухообмены. А нормы говорят, что в большинстве комнат воздушная среда должна меняться 1 раз в час. Тогда берем объемы всех помещений и прибавляем к ним нормы расхода воздуха на каждый сантехнический узел – 25 м3/ч и кухонную плиту газовую – 100 м3/ч.

Чтобы сделать расчет тепловой нагрузки на теплоснабжение от вентиляции, получившийся объем воздуха нужно сосчитать в массу, узнав его плотность при самых разнообразных температурах из таблицы:

Предположим, что общее кол-во приточного воздуха составляет 350 м3/ч, температура с наружной стороны – минус 20 ?С, в середине – плюс 20 ?С. Тогда его масса будет составлять 350 м3 х 1.394 кг/м3 = 488 кг, а тепловая нагрузка на систему отопления — Qвент = 0.28 Вт / (кг ?С) х 488 кг х 40 ?С = 5465.6 Вт или 5.5 кВт.

Тепловая нагрузка от водонагрева для ГВС

Для определения этой нагрузки воспользуйтесь такой же примитивный формулой, только сейчас нужно сосчитать энергию тепла, растрачиваемую на разогрев воды. Ее теплоемкость известна и составляет 4.187 кДж/кг °С или 1.16 Вт/кг °С. Если учесть, что семье из 4 человек на все необходимости достаточно 100 л воды на 1 сутки, нагретой до 55 °С, подставляем данные цифры в формулу и приобретаем:

QГВС = 1.16 Вт/кг °С х 100 кг х (55 – 10) °С = 5220 Вт или 5.2 кВт теплоты в день.

Примечание. По умолчанию принято, что 1 л воды равён 1 кг, а температура холодной воды из крана равна 10 °С.

Единица мощности оборудования всегда отнесена к 1 часу, а полученные 5.2 кВт – к суткам. Но разделять данную цифру на 24 нельзя, ведь горячую воду мы хотим получать как можно быстрее, а для этого котел должен располагать мощностным запасом. Другими словами, эту нагрузку нужно добавить к другим как есть.

Заключение

Данный расчет нагрузок на теплоснабжение дома даст намного более точные результаты, чем обычный метод по площади, хотя поработать придется. Финишный результат необходимо обязательно помножить на показатель запаса – 1.2, а то и 1.4 и по рассчитанному значению выбирать оборудование для котельной. Еще 1 метод укрупненного расчета тепловых нагрузок по правилам показан на видео:

Расчёт теплопотерь коттеджа. Часть 1


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.