Как выполняется расчет тепловой нагрузки на отопление

ООО «Энергоэффективность и энергоаудит»

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расчет максимальной тепловой нагрузки

Наименование объекта: Магазин продовольственных товаров

Содержание:

Расчет тепловой нагрузки • Согласование в МОЭК

Узнать подробно

Исходные данные. Расчет максимальной тепловой нагрузки

Настоящий расчет выполнен с целью определения фактической тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение нежилых помещений.

Заказчик	Магазин продовольственных товаров
Адрес объекта	г. Москва
Договор теплоснабжения	есть
Этажность здания	17 этажей
Этаж, на котором расположены обследуемые помещения	1 этаж
Высота этажа	3,15 м.
Система отопления	независимая
Тип розлива	нижний
Температурный график	95/70 °С
Расчетный температурный график для этажей на которых находятся помещения	95/70 °С
ГВС	Централизованное
Расчетная температура внутреннего воздуха	18 °С
Представленная техническая документация

№ помещения	№ отопительного  прибора на плане	Фото отопительного прибора	Технические характеристики отопительного прибора
1-ый этаж
11	1		PURMO Plan Ventil Compact Длина 700 мм
1	2		PURMO Plan Ventil Compact Длина 700 мм
6	3		PURMO Plan Ventil Compact Длина 1200 мм
4	4		PURMO Plan Ventil Compact Длина 1300 мм
3	5		PURMO Plan Ventil Compact Длина 1300 мм

Схема расположения радиаторов отопления

Расчет максимальной тепловой нагрузки на отопление

Расчет панельных радиаторов

Технические характеристики панельных радиаторов PURMO Plan Ventil Compact FCV 22
Температура теплоносителя, не более, град. С	110
Избыточное рабочее давление, не более, МПа (г/кв. см)	1,0
Высота H, мм	300
Длина L, мм	700, 1200, 1300
Номинальная тепловая мощность при Тгр. 75/65/20°C, Вт	656, 1124, 1312

Температурный режим отопительной системы – 95/70/18.

Для определения фактической тепловой мощности системы, для каждого отопительного прибора, установленного в помещениях определённого функционального назначения учитывается поправочный коэффициент К, определяемый как:

K = T_{напор.ф} / T_{напор.н}

Где:     Т_{напор.н} – номинальный температурный напор принятый заводом изготовителем для определения теплоотдачи отопительного прибора при номинальных условиях;

Т_{напор.ф} – фактический температурный напор, ºС:

T_{напор.ф} = (t_вх + t_вых) / 2 – t_вн.в

Где: t_вх, t_вых, — температура теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, t_вн.в – проектная температура внутреннего воздуха, ºС;

С учётом значения температуры теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, рассчитывается значение температурного напора и коэффициента К:

T_{напор.н} = (75+65)/2-20 = 50

T_{напор.ф} = (95+70)/2-18 = 64,5

К = 64,5/50 = 1,29

Тепловая мощность панельного радиатора при индивидуальной температуре в системе отопления;

Q = Q_S · К ,

где: Q_S – номинальная тепловая мощность панельного радиатора;

Панельные радиаторы PURMO Plan Ventil Compac FCV 22:

Q = (Q_S · К) ·n= (656 · 1,29) ·2 =  1692,48 (Вт) · 0,863 = 1460,61 (Ккал/ч)

Q = (Q_S · К) ·n= (1124 · 1,29) ·1 =  1449,96 (Вт) · 0,863 = 1251,32 (Ккал/ч)

Q = (Q_S · К) ·n= (1312  · 1,29) ·2 =  3384,96 (Вт) · 0,863 = 2921,22  (Ккал/ч)

где: n – количество панельных радиаторов марки PURMO Plan Ventil Compact FCV 22, шт.

Посмотреть на энергопаспорт магазина продовольственных товаров

Суммарная тепловая нагрузка панельных радиаторов:

Qр.от.= 1460,61 + 1251,32 + 2921,22 = 5633,15  Ккал/ч

Максимальный часовой расход на отопление в трубопроводах

Кривые для определения теплопередачи 1м вертикальных гладких труб различных диаметров
трубы Ду 20	tтр. = + 82,5 оC	tв = + 18 оC
Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), стр. 56, рис. 12.2

Qпод.тр.Ду20 ´ l₁  =  57,31 ´ 0,75  = 42,9825 ккал/ч (0,000043 Гкал/ч)

Qпод.тр.Ду20 = 57,31 ккал/ч — потери тепловой энергии в подающем трубопроводе на один погонный метр;

l₁= 0,75 м – длина подающего трубопровода;

Максимальный часовой расход на отопление

Q_{o max} = Qр.от. + Qтр.= 5633,15 + 42,98 = 5676,13 ккал/ч (0,00567613 Гкал/ч).

Годовой расход за отопительный период

Q_o^год  = Q_omax´ ((t_i – t_m)/(t_i – t_о))´ 24´ Z_o´ 10^-6 = 5676,13 ´ [(18 +3,1)/(18 +28)] ´ 24 ´ 214 ´ 10^-6=  = 13,3722  Гкал/год, где:

t_m = -3,1 °С – средняя температура наружного воздуха за расчетный период;

t_i  = 18 °С – расчетная температура внутреннего воздуха в помещениях;

t_о  = -28 °С – расчетная температура наружного воздуха;

24 час. – продолжительность работы системы отопления в сутки;

Z_o = 214 сут. – продолжительность работы системы отопления за расчетный период.

Расчет тепловой нагрузки на горячее водоснабжение

1. Вероятность действия санитарно-технических приборов.

P = (q^h_hr,u x U) / (q^h x N x 3600) = (1,7 x 4) / (0,2 х 2 х 3600) = 0,00472,

где:q^h_hr,u = 1,7 л;

U = 4 человека — количество персонала;

q^h = 0,2 л/с;

N = 2 — число санитарно-технических приборов с горячей водой.

1. Вероятность использования санитарно-технических приборов.

P_hr = (3600 х P х q^h) / q^h_0,hr  = (3600 х 0,00472x 0,2) / 200 = 0,016992,

где:q^h_0,hr  = 200;

1. P_hr< 0,1

 а_hr = 0,207

1. Средний часовой расход воды.

q_t = q^h_u x U/ 1000 x T = 10,2 x 4/ 1000 x 24 = 0,0017 м³/час

где: q^h_u = 10,2 л/час

1. Максимальный часовой расход воды.

q_hr = 0,005 х q^h_0,hr  х  а_hr = 0,005 х 200 х 0,207 = 0,207 м³/час

1. Тепловой поток.

а) в течении среднего часа

Q^h_T = 1,16 х q^h_T х (65 – t^c) + Q^ht = 1,16 х 0,0017 х (65 – 5) + 0,017748= 0,136068 кВт x 859,8 = 116,9913 ккал /ч (0,0001169913 Гкал/ч)

б) в течении часа максимального потребления

Q^h_hr = 1,16 х q^h_hr х (65 – t^c) + Q^ht = 1,16 х 0,207 х (65 – 5) + 2,16108= 16,56828 кВт x 859,8 =  14245,407 ккал /ч (0,014245407 Гкал/ч)

Q_h^год = g_um^h ´  m ´ с ´ r ´ [(65 – t_с^з)´ Z_з]´ (1+ K_т.п) ´ 10^-6  =  10,2 ´ 4 ´ 1 ´ 1 ´ [(65 – 5) ´ 365] ´ (1+ 0,3) ´ 10^-6 = 1,16158 Гкал/год

где: g_um^h = 10,2 л/сутки

Посмотреть на примеры экономии воды

Техническое заключение • Расчет максимальной тепловой нагрузки

В результате выполненных расчетов тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение нежилого помещения получены такие результаты:

№ п.п.		Тепловые нагрузки, Гкал/ч	Годовое потребление, Гкал/год
Договорные	Расчетные
Средние	Макси-мальные	Дого-ворное	Расчетное
1	2	3	4	5	6	7
1	Отопление	0,057	0,00567613	135,857	13,3722
2	ГВС	0,0029	0,000117	0,014245	22,787	1,1616
3	Вентиляция	–	–	–	–	–
4	–	–	–	–	–
Итого:	0,0599	0,000117	0,01992113	158,644	14,5338

Расчет тепловой нагрузки • Согласование в МОЭК

Узнать подробно

Список нормативно-технической и специальной литературы

Расходы тепла подсчитаны согласно и с учетом требований следующих документов:

1. Методических указаний по определению расходов топлива, электроэнергии и воды на выработку теплоты отопительными котельными коммунальных теплоэнергетических предприятий (ГУП Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, 2002 г.);
2. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»;
3. Расчет систем центрального отопления (Р.В. Щекин, В.А. Березовский, В.А. Потапов, 1975 г.);
4. Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.);
5. СП30.13330 СНиП 2.04.-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».
6. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
7. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
8. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»
9. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
10. ГОСТ Р 54853-2011. Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с помощью тепломера
11. ГОСТ 26602.1-99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче»
12. ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные. Общие технические условия»
13. ГОСТ 30971-2002 «Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам. Общие технические условия»
14. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
15. Приказ Минэнерго России от 30.06.2014 N 400 «Об утверждении требований к проведению энергетического обследования и его результатам и правил направления копий энергетического паспорта, составленного по результатам обязательного энергетического обследования».

Посмотреть другие отчеты по тепловым нагрузкам.

Каталог товаров

Рассмотрим водяное отопление: сумма тепловой мощности всех приборов отопления в доме должна равняться максимальной тепловой мощности котла. Чтобы узнать, как распределяется тепловая нагрузка, нужно учитывать некоторые факторы:

1. Расположение в доме. Те помещения, которые расположены в середине дома, теряет меньше тепла, чем помещения, расположенные в торце или углу здания. 
2. Высота потолка и площадь помещения.
3. Необходимая температура в помещении. Если помещение расположено в середине дома, то температура должна быть 20°, а помещения, расположенные в торце или углу дома должны иметь температуру 22°. На кухне достаточно 18°, так как расположены электрические или газовые плиты. В ванной комнате должна быть самая высокая температура, она должна быть 25°. 
4. Расстояние от источника тепла.
5. Если в отопительной системе используется в качестве источника тепла, конвектор, электрообогреватели т.д., то нужный температурный режим устанавливается на термостате. А если используется воздушное отопление, то при помощи пропускной способности воздушного рукава поступает тепловой поток в помещение. Чтобы его регулировать можно подстроить положение решеток вентиляции с контролем температуры.

На тепловую нагрузку влияют следующие факторы:

• Толщина и материал стен. Стена из газосиликатных блоков и кирпичная стена имеют разные пропускные способности. 
• Материал кровли и структура крыши. В утепленном чердаке будет намного меньше теплопотерь, чем в плоской крыше из железобетонных плит.
• Площадь остекления. Естественно, чем больше будет окон, тем больше тепловые потери. 
• Вентиляция. В зависимости от производительности вентиляционной системы происходит потеря тепловой энергии, а также потери происходят от отсутствия или наличия системы рекуперации тепла.
• В различных регионах разный уровень инсоляции. Его можно определить степенью поглощения солнечного тепла наружными поверхностями. 
• Температура на улице и в помещении, а именно их разница. Разницу можно определить тепловым потоком, который проходит через ограждающие конструкции. 

Чтобы определить тепловую нагрузку есть несколько методов расчета. Каждый из них имеет свои сложности и нюансы, поэтому лучше воспользоваться ниже перечисленными способами для более точного результата. Рассмотрим три простых способа расчета тепловой нагрузки:

• Метод 1. Есть простой метол расчета, который основан на СНиП. 1 кВт тепловой мощности требуется для обогрева 10 кв.м. помещения. Полученный результат нужно умножить на региональный коэффициент. Рассмотрим некоторые коэффициенты в зависимости от региона: для умеренного климата коэффициент равен от 1,2 до 1,3; для южного региона коэффициент составляет 0,7-0,9; для крайнего северного региона принимает коэффициент от 1,5 до 2;
• Метод 2. Хоть первый метод довольно-таки простой, но он имеет много погрешностей, поэтому опираться только на его результаты не следует. В первую очередь нужно обратить внимание на высотку потолков, которая в каждом помещении разная. Количество дверей и окон в здании также играет немаловажную роль. В квартире будут тепловые потери намного меньше, чем в частном доме. Именно все эти факторы влияют на тепловую нагрузку.
• Выделим некоторую корректировку метода: на 1 кубический метр объема помещения применяется тепловая нагрузка 40 ватт; окно в помещении добавляет к показателю 100 ватт, а дверь 200 ватт; если квартира расположена в углу или торце дома, то она имеет коэффициент от 1,2 до 1,3, а в частном доме применяется коэффициент 1,5;
• Метод 3. Но второй метод, как и первый не является точным. Именно поэтому стоит воспользоваться еще и третьим методом расчета. В данном методе учтены сопротивление стен и потолка, а также разность температур между воздухом в помещении и на улице. Для того чтобы в помещении был постоянный температурный режим необходимо количество тепловой энергии, которое будет совпадать с потерями через ограждающие конструкции и систему вентиляции. Но в этом методе все расчеты упрощены. Через вентиляционную систему теряется примерно от 30 до 40% тепла, через крышу уходит от 10 до 25%, через стены теряется от 20 до 30% тепла, а через пол, который расположен на грунте уходит от 3 до 6 %. 

Рассмотрим некоторые значения термического сопротивления:

1. Кирпичные стены, которые выложены в 3 кирпича имеют сопротивление 0,592м2*с/Вт, в 2,5 кирпича — 0,502, в 2 кирпича – 0,405, в 1 кирпич – 0,187.
2. Стены из газосиликатных блоков имеют сопротивление 0,476 для стены в 20 см, для стены в 30 см – 0,709.
3. Для стены из бревна термическое сопротивление составляет 0,550 для диаметра 25 см, для 20 см – 0,440.
4. Если толщина бревенчатого сруба равна 20 см, то сопротивление будет 0,440, а если 10 см – 0,353. 
5. Для деревянного пола сопротивление составляет 1,85, для двойной деревянной двери – 0,21.
6. Для штукатурки толщиной 3 см сопротивление равняется 0,035.
7. Для перекрытия термическое сопротивление равно 1,43.
8. Для каркасной стены толщиной 20 см с утеплением в виде минеральной ваты термическое сопротивление равно 0,703.

Стоит обратить внимание на следующие факторы: твердотопливные котлы не должны работать на мощности, которая меньше номинальной. Рассчитывать тепловую нагрузку на отопление обязательно.

Если выполнить все требования и правила перед устройством отопительной системы, то она будет работать без перебоев, а еще можно сэкономить на лишних затратах.

Читайте также:

• Виды электрических печей для сауны

• Полы с подогревом под плитку (кафель)

• Для чего нужен и как устроен узел подпитки отопительной системы

• Особенности аксонометрической схемы системы отопления

Определение тепловой нагрузки

Само определение «Тепловая нагрузка» характеризует получение определённого количества теплоэнергии за одну единицу времени в конкретных условиях. В отопительный сезон такой показатель должен изменяться согласно установленному температурному графику теплоснабжения. Он отражает общий объём теплоэнергии, расходуемой всей отопительной конструкцией на прогрев строений до нормативного температурного уровня в самый холодный период.

Профессиональный расчёт показателя нагрузки необходим в следующих случаях:

• отсутствие приборов учёта;
• сокращение расчётной нагрузки;
• снижение расходов на обогрев здания;
• проектирование индивидуальной системы обогрева;
• изменение состава потребляющего энергию оборудования;
• подтверждение лимита для потребляемой тепловой энергии;
• выявление причин потери тепловой эффективности и перерасхода;
• оптимальное распределение субабонентов, использующих в работе тепло;
• подсоединение к схеме отопления построек и сооружений, потребляющих тепло;
• уточнение тепловых нагрузок и заключение договора со снабжающими организациями.

При определении максимальной почасовой нагрузки на отопление учитывается количество тепла, используемого с целью сохранения нормированных показателей на протяжении одного часа при максимально неблагоприятных внешних воздействиях.

Как рассчитать нагрузку?

Показатель тепловой нагрузки определяется несколькими наиболее важными факторами, поэтому при выполнении расчётных мероприятий в обязательном порядке требуется учитывать:

• общую площадь остекления и количество дверей;
• разницу температурных режимов за пределами и внутри строения;
• уровень производительности, режим эксплуатации системы вентиляции;
• толщину конструкций и материалы, задействованные в возведении строения;
• свойства кровельного материала и основные конструктивные особенности крыши;
• величину инсоляции и степень поглощения солнечного тепла внешними поверхностями.

Практикуется применение нескольких способов вычисления тепловой нагрузки, которые заметно различаются не только степенью сложности, но и точностью полученных расчётных результатов. Важно предварительно собрать необходимые для проектирования и расчётных мероприятий сведения, касающиеся схемы установки радиаторов и места вывода ГВС, а также поэтажный план и экспликацию сооружения.

Формулы расчёта

Исходя из общих потребностей здания в тепловой энергии и технических характеристик постройки, с целью определения оптимального количества теплоты за единицу времени могут использоваться разные стандартные формулы.

При отсутствии приборов учёта: Q = V × (Тх - Тy) / 1000

Обозначение	Параметр
V	Объём теплового носителя в отопительной системе
Тх	Показатели температурного режима нагретого теплоносителя (60-65оС)
Тy	Исходная температура не нагретого теплового носителя
1000	Стандартный поправочный числовой множитель

Схема отопления с замкнутым типом контура:

Qот = α × qо × V × (Тв - Тн.р) × (1 + Kн.р) × 0,000001

Обозначение	Параметр
α	Корректирующий погодные характеристики числовой множитель при уличном температурном режиме, отличном от минус 30оС
V	Показатели объёма строения в соответствии с наружными замерами
qо	Отопительный удельный показатель при температурном режиме -30оС
tв	Расчётные показатели внутреннего температурного режима в строении
tн.р	Расчётный режим наружного температурного режима для проектирования отопительной системы
Kн.р	Поправочный числовой множитель в виде соотношения теплопотерь с инфильтрацией и тепловой передачей посредством внешних конструктивных элементов

Применение поправочного числового множителя

При выполнении расчётов тепловой нагрузки обязательно учитывается поправочный числовой множитель, при помощи которого определяется отличие расчётного температурного режима наружного воздуха для проектов отопительных систем. В таблице представлены поправочные числовые множители для различных климатических зон, расположенных на территории Российской Федерации.

-35оС	-36оС	-37оС	-38оС	-39оС	-40оС
0,95	0,94	0,93	0,92	0,91	0,90

В других регионах России, где расчётный температурный режим наружных воздушных масс при проектировании отопительной системы находится на уровне минус 31°С или ниже, значения расчётных температур внутри обогреваемых помещений принимаются в соответствии с данными, приведёнными в действующей редакции СНиП 2.08.01-85.

На что обратить внимание при расчётах

В соответствии с действующим СНиП, на каждые 10 м² обогреваемой площади должно приходится не менее 1 кВт тепловой мощности, но при этом в обязательном порядке учитывается так называемый региональный поправочный числовой множитель:

• зона с умеренными климатическими условиями – 1.2-1.3;
• территория южных регионов – 0.7-0.9;
• районы крайнего севера – 1.5-2.0.

Кроме прочего, немаловажное значение имеет высота потолочных конструкций и индивидуальные тепловые потери, которые напрямую зависят от типовых характеристик эксплуатируемого строения. Как правило, на каждый кубометр полезной площади затрачивается 40 ватт тепловой энергии, но при выполнении расчётов потребуется также учитывать следующие поправки:

• наличие окна – плюс 100 ватт;
• наличие двери – плюс 200 ватт;
• угловое помещение – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
• торцевая часть здания – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
• частное домовладение – поправочный числовой множитель 1.5.

Практическое значение имеют показатели потолочного и стенового сопротивления, потери тепла через конструкции ограждающего типа и функционирующую вентиляционную систему.

Вид материала	Уровень термического сопротивления
Кирпичная кладка в три кирпича	0,592 м2 × с/Вт
Кирпичная кладка в два с половиной кирпича	0,502 м2 × с/Вт
Кирпичная кладка в два кирпича	0,405 м2 × с/Вт
Кирпичная кладка в один кирпич	0,187 м2 × с/Вт
Газосиликатные блоки толщиной 200 мм	0,476 м2 × с/Вт
Газосиликатные блоки толщиной 300 мм	0,709 м2 × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 250 мм	0,550 м2 × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 200 мм	0,440 м2 × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 100 мм	0,353 м2 × с/Вт
Деревянный неутеплённый пол	1,85 м2 × с/Вт
Двойная деревянная дверь	0,21 м2 × с/Вт
Штукатурка толщиной 30 мм	0,035 м2 × с/Вт
Каркасные стены толщиной 20 см с утеплением	0,703 м2 × с/Вт

В результате функционирования вентиляционной системы потери тепловой энергии в зданиях составляют порядка 30-40%, через кровельные перекрытия уходит примерно 10-25%, а сквозь стены – около 20-30%, что должно учитываться при проектировании и расчёте тепловой нагрузки.  

Средняя тепловая нагрузка

Максимально просто осуществляется самостоятельный расчёт тепловой нагрузки по площади здания или отдельно взятого помещения. В этом случае показатели обогреваемой площади умножаются на уровень тепловой мощности (100 Вт). Например, для здания общей площадью 180 м² уровень тепловой нагрузки составит:

180 × 100 Вт = 18000 Вт

Таким образом, для максимально эффективного обогрева здания площадью 180 м² потребуется обеспечить 18 кВт мощности. Полученный результат необходимо разделить на количество тепла, выделяемого в течение одного часа отдельной секцией установленных отопительных радиаторов.

18000 Вт / 180 Вт = 100

В результате можно понять, что в разных по назначению и площади помещениях здания должно быть установлено не менее 100 секций. С этой целью можно приобрести 10 радиаторов, имеющих по 10 секций, или остановить свой выбор на других вариантах комплектации. Следует отметить, что средняя тепловая нагрузка чаще всего рассчитывается в зданиях, оснащённых централизованной системой отопления при температурных показателях теплоносителя в пределах 70-75^оС.  

Расчёт тепловой нагрузки ГВС

Общие показатели тепловой нагрузки на оборудованную систему горячего водоснабжения в течение года определяются в соответствии со следующей формулой:

Q_yhw = 24 Q_hw / 1 + k_hl = (365 – m) × k_hl + z_ht + а × (365 – m – z_ht) × 55 – t_wcs /55 – t_wc

Обозначение	Параметр
khl	Поправочный числовой множитель тепловой потери трубопроводными системами горячего водоснабжения
twc	Температурные показатели холодной воды (стандарт – 5)
m	Количество суток без горячего водоснабжения
zht	Количество суток в течение отопительного сезона при среднесуточных показателях температуры на улице ниже 8°C
а	Поправочный числовой множитель снижения уровня разбора воды в зданиях летом: 0,9 – жилые строения и 1 – здания другого назначения
twcs	Температурные показатели холодной воды летом (для открытых источников водоснабжения поправочный числовой множитель равен 15)

Нужно учитывать, что среднюю почасовую тепловую нагрузку на горячее водоснабжение в зданиях необходимо определять не только для зимнего отопительного сезона, но и для неотопительного периода в летние месяцы. При этом важно помнить, что если в процессе проектирования системы отопления выявлено, что оптимизация расходов на оплату энергоносителя – это не приоритетная задача, то вполне допустимо использовать на практике наименее точные и простые в понимании методики расчётов. 

Читайте так же:

Главная / Котельные

Котельные для отопления и снабжения горячей водой жилых и производственных помещений часто строятся по блочно-модульной схеме: оборудование размещается в соединяющихся блоках, устойчивых к температурным перепадам и возгораниям. Чтобы получить разрешение на постройку этого сооружения, необходимо правильно выполнить расчеты мощности котельной.

Котельная, которая отапливает жилые помещения.

Расчет тепловой мощности котельной

Потребители обслуживаются котельными следующих типов:

• местные (для одного или нескольких домов);
• квартальные (для домов целого квартала);
• районные (крупные сооружения).

Все котельные могут отапливаться следующими видами топлива:

• твердым (древесиной, торфом, углем);
• газообразным;
• жидким (мазутом, нефтью, маслом, соляркой);
• комбинированным.

Твердое топливо при горении выделяет газы и оставляет золу. Пеллетные котельные используют пеллеты, которые производят из остатков пиломатериалов (веток, опилок) и подсолнечной шелухи.

Использование твердого топлива требует оснащения котельных особыми колосниками, пропускающими золу. Древесина должна быть сухая, для сушки дров используются навесы. Лучше использовать дрова лиственных пород, т.к. хвойные поленья засоряют дымоходы продуктами горения.

Тепловую энергию для данного вида топлива рассчитывают так: на 1 м² площади здания должно приходиться 100 Вт/ч. Для дома площадью 100 м² мощность равна 10 кВт. Зная количество дней, в которые производится отопление, можно подсчитать общую тепловую мощность.

Котельные могут работать на сжиженном и магистральном газе. Для газовых котельных действуют особые требования укладки труб для обеспечения работы котлов (обвязки). Простейший вариант расчета мощности отопительного газового оборудования — 1 кВт энергии на 10 м² площади. Кроме этого, учитывают площадь помещения, его расположение в той или иной климатической зоне, теплопотери отапливаемого строения. Точные расчеты могут выполнить специалисты-теплотехники. Они же помогут определить расход топлива за необходимый промежуток времени.

В отдаленных районах устанавливаются жидкостные котельные. Расход топлива для них измеряется следующим образом: 1 кг солярки дает 10 кВт.

Выделяемая тепловая энергия считается в мегаваттах (мВт) или гигакалориях (Гкал).

В комбинированных котельных в качестве топлива используются:

• газ и солярка;
• газ и мазут;
• газ и нефть;
• газ и отработанное масло.

Приоритетное и второстепенное топливо определяет владелец котельной. От выбранного вида теплоносителя зависит тип котлов.

При устройстве и эксплуатации отопительных котельных малой мощности для подсчета тепловой энергии учитывается несколько факторов:

• износ отапливаемых зданий;
• степень их утепленности;
• размеры окон и дверей.

При эксплуатации в зданиях появляются места утечки тепла, которые можно найти с помощью тепловизора. При невозможности заделки этих мест увеличивают мощность котельной установки на 30% и более.

Расчет по площади

Элементы котельной.

Потребление тепла рассчитывается по площади отапливаемых помещений. Считается нормой потребление 1 кВт тепла на 10 м² комнаты высотой до 2,7 м. Для расчета потребления всей тепловой энергии необходимо знать общую площадь строения.

Таким способом производится расчет производительности котлов в зависимости от площади здания.

Расчет по объему

Более точный метод расчета мощности учитывает объем зданий. Нормой является потребление 34 Вт тепла на 1 м³ объема помещения.

Что еще необходимо учесть при расчете

Предыдущие расчеты не дают точной оценки мощности котельной, необходимо учитывать и приготовление горячей воды. Мощность котлов необходимо увеличить примерно на 20% — столько тепла тратится на нагревание воды. Для частного дома лучше приобретать автоматические двухконтурные отопительные установки — они экономят потребляемое топливо, работают на обогрев помещения и на подготовку горячей воды.

Работу котлов на газе лучше измерять в м³/ч или в кг/ч, чтобы не путать электрическую энергию с тепловой. При этом следует помнить, что сгорание 0,112 м³ газа равно 1 кВт тепла.

Географическое расположение отапливаемого помещения тоже принимается во внимание. Для этого существуют карты с обозначением средних температур в разные времена года для разных местностей. К расчетной цифре, установленной ранее, прибавляется взятый из карты коэффициент. Для климата средней полосы России он равен 1, для северных районов — от 1,5 до 2. На этот коэффициент умножается цифра, полученная при измерении площади и объема отапливаемого помещения. Результатом будет мощность котлов, необходимая для данного региона.

Пример расчета потребления тепла в кирпичном доме в Сыктывкаре:

• дом высотой 3 м;
• площадь 100 м².

Вычисляем объем: 100 м² умножаем на 3 м, получаем 300 м³. 34 Вт умножаем на 300 м³, получаем 10,2 кВт. Населенный пункт находится в северной зоне, поэтому последнее число умножается на коэффициент 2. Результат — 20,4. К этому числу добавляется еще 20% на нагрев воды и 25% резервной мощности. Чтобы не допустить преждевременного износа оборудования, прибавляют еще 10% мощности. В результате получают полную мощность котельной.

Если отапливается несколько домов, нужно посчитать затрачиваемую энергию для каждого из них и сложить полученные значения. Эта сумма будет обозначать необходимую тепловую мощность.

Для более точного расчета специалисты пользуются формулами, которые включают в себя:

• коэффициенты теплопотерь;
• количество людей в помещении;
• виды теплоизоляционных материалов;
• разность наружных и внутренних температур.

Чем крупнее отапливаемые объекты, тем больше факторов учитывают.

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

Рассмотрим, как правильно рассчитать каждую из этих нагрузок по отдельности и определить общую мощность отопления здания.

Определение потерь тепла через наружные ограждения

Для начала представим формулу из СНиП, по которой производится расчет тепловой энергии, теряемой через строительные конструкции, отделяющие внутреннее пространство дома от улицы:

Q = 1/R х (tв – tн) х S, где:

• Q – расход тепла, уходящего через конструкцию, Вт;
• R – сопротивление передаче тепла сквозь материал ограждения, м2ºС / Вт;
• S – площадь этой конструкции, м2;
• tв – температура, которая должна быть внутри дома, ºС;
• tн – средняя уличная температура за 5 самых холодных дней, ºС.

Для справки. Согласно методике расчет теплопотерь выполняется отдельно для каждого помещения. С целью упростить задачу предлагается взять здание в целом, приняв приемлемую среднюю температуру 20—21 ºС.

Площадь для каждого вида наружного ограждения вычисляется отдельно, для чего измеряются окна, двери, стены и полы с кровлей. Так делается, потому что они изготовлены из разных материалов различной толщины. Так что расчет придется делать отдельно для всех видов конструкций, а результаты потом просуммировать. Самую холодную уличную температуру в своем районе проживания вы наверняка знаете из практики. А вот параметр R придется рассчитать отдельно по формуле:

R = δ / λ, где:

• λ – коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/(мºС);
• δ – толщина материала в метрах.

Примечание. Значение λ – справочное, его нетрудно отыскать в любой справочной литературе, а для пластиковых окон этот коэффициент вам подскажут производители. Ниже приводится таблица с коэффициентами теплопроводности некоторых стройматериалов, причем для вычислений надо брать эксплуатационные значения λ.

В качестве примера подсчитаем, сколько тепла потеряет 10 м2 кирпичной стены толщиной 250 мм (2 кирпича) при разнице температур снаружи и в доме 45 ºС:

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

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

Если стена состоит из разных материалов (конструкционный материал плюс утеплитель), то их тоже надо считать отдельно по приведенным выше формулам, а результаты суммировать. Таким же образом просчитываются окна и кровля, а вот с полами дело обстоит иначе. Первым делом необходимо нарисовать план здания и разбить его на зоны шириной 2 м, как это сделано на рисунке:

Теперь следует вычислить площадь каждой зоны и поочередно подставить в главную формулу. Вместо параметра R нужно взять нормативные значения для зоны I, II, III и IV, указанные ниже в таблице. По окончании расчетов результаты складываем и получаем общие потери тепла через полы.

Расход на подогрев вентиляционного воздуха

Малосведущие люди часто не учитывают, что приточный воздух в доме тоже надо подогревать и эта тепловая нагрузка тоже ложится на отопительную систему. Холодный воздух все равно попадает в дом извне, хотим мы того или нет, и на его нагрев нужно затратить энергию. Больше того, в частном доме должна функционировать полноценная приточно-вытяжная вентиляция, как правило, с естественным побуждением. Воздухообмен создается благодаря наличию тяги в вентиляционных каналах и дымоходе котла.

Предлагаемая в нормативной документации методика определения тепловой нагрузки от вентиляции достаточно сложна. Довольно точные результаты можно получить, если просчитать эту нагрузку по общеизвестной формуле через теплоемкость вещества:

Qвент = cmΔt, здесь:

• Qвент – количество теплоты, потребное для нагрева приточного воздуха, Вт;
• Δt – разница температур на улице и внутри дома, ºС;
• m – масса воздушной смеси, поступающей извне, кг;
• с – теплоемкость воздуха, принимается 0.28 Вт / (кг ºС).

Сложность расчета этого типа тепловой нагрузки заключается в правильном определении массы нагреваемого воздуха. Выяснить, сколько его попадает внутрь дома, при естественной вентиляции сложно. Поэтому стоит обратиться к нормативам, ведь здания строят по проектам, где заложены потребные воздухообмены. А нормативы 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 санузел – 25 м3/ч и кухонную газовую плиту – 100 м3/ч.

Чтобы произвести расчет тепловой нагрузки на отопление от вентиляции, полученный объем воздуха надо пересчитать в массу, узнав его плотность при разных температурах из таблицы:

Предположим, что общее количество приточного воздуха составляет 350 м3/ч, температура снаружи – минус 20 ºС, внутри – плюс 20 ºС. Тогда его масса составит 350 м3 х 1.394 кг/м3 = 488 кг, а тепловая нагрузка на отопительную систему — Qвент = 0.28 Вт / (кг ºС) х 488 кг х 40 ºС = 5465.6 Вт или 5.5 кВт.

Тепловая нагрузка от нагрева воды для ГВС

Для определения этой нагрузки можно воспользоваться той же простой формулой, только теперь надо посчитать тепловую энергию, расходуемую на подогрев воды. Ее теплоемкость известна и составляет 4.187 кДж/кг °С или 1.16 Вт/кг °С. Учитывая, что семье из 4 человек на все потребности достаточно 100 л воды на 1 сутки, нагретой до 55 °С, подставляем эти цифры в формулу и получаем:

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

Примечание. По умолчанию принято, что 1 л воды равен 1 кг, а температура холодной водопроводной воды равна 10 °С.

Единица мощности оборудования всегда отнесена к 1 часу, а полученные 5.2 кВт – к суткам. Но делить эту цифру на 24 нельзя, ведь горячую воду мы хотим получать как можно скорее, а для этого котел должен располагать запасом мощности. То есть, эту нагрузку надо прибавить к остальным как есть.

Заключение

Данный расчет нагрузок на отопление дома даст гораздо более точные результаты, нежели традиционный способ по площади, хотя потрудиться придется. Конечный результат нужно обязательно умножить на коэффициент запаса – 1.2, а то и 1.4 и по рассчитанному значению подбирать котельное оборудование. Еще один способ укрупненного расчета тепловых нагрузок по нормативам показан на видео:

Используемые источники:

• https://energo-audit.com/raschet-maksimalnoj-teplovoj-nagruzki
• https://baltgazservice.ru/stati/otoplenie/opredelenie-teplovyh-nagruzok-na-otoplenie/
• https://eurosantehnik.ru/raschet-teplovoj-nagruzki-doma-kakuyu-moshhnost-otopleniya-zakladyvat.html
• https://kotle.ru/kotelnye/moshhnost-kotelnoj
• https://cotlix.com/kak-vypolnyaetsya-raschet-teplovoj-nagruzki-na-otoplenie