Расчет мощности системы отопления

7 Мая 2014

В данной статье приведены три различных варианта просчета. Если результаты будут несколько отличаться, пусть Вас это не смущает. Все подобные методики ориентированны на свою специфику и имеют соответственно свои недостатки. Выбирайте наиболее удобный для Вас вариант. Можно уточнить свои просчеты, проверив их на другом варианте. Просчитывая же теплопотери на каждом участке дома (квартиры) Вы имеете возможность получить более полную информацию не только об общих теплопотерях, но и о том, как они распределяются в рамках даже одной комнаты.

Вариант 1:

Исходными данными расчета системы отопления, для жилых помещений служат общие тепловые потери помещения, которые определяются теплотехническими характеристиками помещения, внешними климатическими условиями, системой вентиляции и заданной температурой в помещении. Кроме того, учитываются теплопоступления от внутренних источников тепла. Разность этих величин определяет размер теплопоступлений, который должен обеспечиваться системой отопления. Но такова методика сложна и требует довольно высокой квалификации, более простой способ расчета подробно рассмотрен ниже.

Для большинства случаев в частном, коттеджном или ином строительстве требуется лишь рассчитать необходимую мощность отопительного оборудования для конкретного помещения, а оптимизацию расхода электрической энергии на поддержание заданной температуры автоматически выполнит термостат автоматической системы управления. В этом случае можно обойтись упрощенной методикой расчета, основанной на использовании величин и коэффициентов, полученных опытным путем. Ниже приведена упрощенная методика расчетов по определению установленной мощности обогревателей электрического отопления для типовых жилых помещений с высотой потолков 2,5 — 3 м. Методика верна для случая, когда температура в помещении принимается равной +20°С при максимальной внешней температуре —26°С.

Расчетное выражение имеет следующий вид:

Руст = Ро x S x Кст x Кнст x Кок x Кэт x Кдв, (кВт),

где:
Руст, (кВт) — максимальная электрическая мощность, потребляемая отопительными элементами;
Ро (кВт / м2) — расчетная удельная мощность, величина которой зависит от географической широты:
Рo=0,02 — для южных широт Украины;
Рo=0,03 — для средней полосы Украины;
Рo=0,04 — 0,05 — для северной части Украины.
S — площадь отапливаемого помещения, м2.

Кст — коэффициент, учитывающий теплопотери через стены:
Стены бетонные панельные, блочные — Кст = 1,25-1,5;
Стены бревенчатые, брусовые — Кст = 1,25;
Стены кирпичные в 1,5 кирпича — Кст = 1,5;
Стены кирпичные в 2,5 кирпича — Кст = 1,1;
Стены пенобетоннные с повышенной теплоизоляцией — Кст = 1.

Кнст — коэффициент, учитывающий количество наружных стен:
Кнст = 1, если одна наружная стена;
Кнст = 1,15, если две наружных стены;
Кнст = 1,22, если две наружных стены;
Кнст = 1,33, если четыре наружных стены;
Кнст = 0,1 — 0,3, если внутреннее помещение.

Кок — коэффициент, учитывающий теплопотери через окна:
Кок = 1 + ρ* Sок, где: Sок — площадь окна, м²;
ρ = 0,2 (1/ м2) — для обычного типового окна со спаренной рамой;
ρ = 0,1 (1/ м2) — для окна с однокамерным стеклопакетом;
ρ = 0,07 (1/ м2) — для окна с двухкамерным стеклопакетом.
ρ = 0,057 (1/ м2) — для окна с двухкамерным стеклопакетом из энергосберегающего стекла.

Кэт — коэффициент, учитывающий этажность помещения:
Кэт = 1,1 — 1,3 — для первого и последнего этажей;
Кэт = 1,0 — для средних этажей;

Кдв — коэффициент, учитывающий теплопотери через входную и балконную двери:
Кдв = 1 — если входная дверь граничит с отапливаемым помещением;
Кдв = 1,2 — 1,4 — Если входная (балконная) дверь выходит на улицу.

Пример

Для примера рассчитаем максимальную электрическую мощность отопительных панелей для автономного отопления жилой комнаты площадью 20 м2 в типовой квартире общей площадью 60 м2, расположенной в северной полосе Украины.
Дом панельный, комната расположена на 2-ом этаже и имеет две наружных стены и одно окно с однокамерным стеклопакетом, площадью 1,8м х 1,5м.

Таким образом, Ро = 0,03 кВт / м2; S = 20 м2; Кст = 1,25; Кнст = 1,15; Кок = 1 + 0,1 x 1,5 x 1,8 = 1,27; Кэт = 1,0; Кдв = 1,0.

Руст = 0,03 x 20 x 1,25 x 1,15 x 1,27 x 1,0 x 1,0 = 1,10 (кВт)

Удельный расход тепла на отопление q.h. = 1100 / 20 = 55 Вт/м2.

Вариант 2:

Расчет отопления дома

При устройстве отопления важно учесть все нюансы, выбрать вариант, который лучше всего подходит Вашему дому. Остановимся подробнее на том, какую мощность должен иметь система отопления, чтобы обеспечить дом нужным количеством тепла. Для определения мощности системы отопления необходимо провести расчет отопления дома.

Расчет отопления дома проводится по заданным параметрам с использованием специальных формул. Две основные величины, которые нужно определить при расчете отопления - это мощность (теплопроизводительность) котла и величина теплопотерь.

Мощность системы отопления напрямую зависит от величины теплопотерь здания и вычисляется по формуле:

N_k=1,2×Q_t

где N_k- теплопроизводительность отопительной сситемы в кВт
Q_t- теплопотери здания
1,2 - коэффициент запаса (20 %).

Коэффициент запаса необходим для того, чтобы

• учесть непредвиденные теплопотери
• учесть возможное падение давления газа (в холодный период года).
• иметь оптимальные возможности для регулирования температурного режима

Таким образом, для того, чтобы произвести расчет отопления дома, в частности узнать необходимую мощность системы отопления, нужно определить величину теплопотерь здания.

Как известно, теплопотери распределяются не равномерно.

Потери тепла происходят:

• через наружные стены (около 40 %)
• через окна (около 20 %)
• через крышу (5-10 %)
• через пол (около 10%).
• остальное (около 20 %) (двери , вентиляция и т.п.)

Таким образом, устройство и качество этих частей здания напрямую влияет на величину теплопотерь дома, а значит, их нужно учитывать при расчете отопления дома.

Исходя из этого, при расчете отопления здания необходимо принять во внимание такие критерии (коэффициенты):

• тип окон (К1)
• изоляцию стен (К2)
• соотношение площадей окон и пола (К3)
• минимальную температуру вне помещения (К4)
• число стен помещения, выходящих наружу (К5)
• тип помещения над тем, для которого производятся расчеты (К6)
• высоту помещения (К7)

Эти параметры будут определять соответствующие коэффициенты, необходимые для расчета отопления дома.

Окна с тройным стеклопакетом надежнее уберегут от потерь тепла, чем простое (даже двойное) стекло. Коэффициент потерь тепла для окон соответственно:

• тройной стеклопакет - 0,85
• двойной стеклопакет - 1
• обычное остекление - 1,27.

Изоляция стен - важный компонент, который нужно учитывать при расчете отопления дома. Хорошая изоляция даст коэффициент 0,85, плохая - 1,27. За единицу принимают коэффициент стен из двойного кирпича с утеплителем.

Чем больше процентное соотношение площадей окон и пола, тем больший коэффициент теплопотерь у дома. Например,

При более низкой температуре снаружи теплопотери будут возрастать:

• при температурах ниже -10° - коэффициент 0,70
• -10° - 0,80
• -15° - 0,90
• -20° - 1,00
• -25° - 1,10
• -30° - 1,20
• -35° - 1,30

Чем больше стен помещения выходит наружу, тем выше коэффициент теплопотерь. Например,

• одна стена - 1,00
• две стены - 1,11
• три стены - 1,22
• четыре стены - 1,33

Важно при расчете отопления помещения учитывать, какое помещение находится над тем, для которого производится расчет отопления. Если это холодный чердак - коэффициент 1,00, теплый чердак - 0,91, отапливаемое помещение - 0,82.

Конечно же, играет роль и высота помещения:

• высота 2,5 м - коэффициент 1,00
• 3,0 - 1,05
• 3,5 - 1,10
• 4,0 - 1,15
• 4,5 -1,20

При расчете отопления необходимо учесть также площадь помещения (в м²) и удельную величину тепловых потерь (приблизительно 100 ватт/ м²). Таким образом, формула для расчета теплопотерь выглядит так:

Q_т = ватт/м² × м² × К1 × К2 × К3 × К4 × К5 × К6 × К7 = ватт

где Q_т- теплопотери дома
ватт/м²- удельная величина тепловых потерь
м²- площадь помещения
К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7 - соответствующие коэффициенты

К примеру, возьмем для расчета отопления максимально благоприятные условия:

• окна с тройным стеклопакетом - коэффициент 0,85
• стены с хорошей теплоизоляцией - 0,85
• соотношение площадей окон и пола 10 % - 0,80
• температура снаружи до -10° - 0,70
• одна стена выходит наружу - 1,00
• сверху находится отапливаемое помещение - 0,82
• высота помещения - 1,00

Условная площадь помещения - 100 м². В таком случае теплопотери помещения составят:

Q_т= 100×100×0,85×0,85×0,80×0,70×1,00×0,82×1,00 = 3317,72 ватт = 3,31772 кВт

Как мы уже говорили, расчет отопления дома напрямую зависит от этой цифры - чем большая величина теплопотерь в доме, тем мощнее нужно устанавливать котел. Мощность системы отопления в нашем случае будет равняться:

N_k=1,2×Q_t= 1,2 × 3,31772 кВт = 3,9881 кВт

Такой детальный расчет отопления не всегда возможен. В таких случаях используют приблизительные расчеты: 1 кВт мощности котла обеспечивает теплом 10 м² здания высотой 2,7 м (плюс 20 % запаса).

Вариант 3

Основные потери тепловой энергии зданий приходятся на стены, крышу, окна и полы. Значительная часть тепла покидает помещения через системы вентиляции.

В основном на теплопотери влияют следующие два фактора: 1) разница температур в помещении и на улице, т.е. чем она выше, тем больше телопотери и 2) теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций (стены, перекрытия, окна).

Ограждающие конструкции препятствуют проникновению тепловой энергии наружу, потому что обладают определенными теплоизоляционными свойствами, которые измеряют величиной, называемой сопротивлением теплопередаче.

Эта величина показывает, каков будет перепад температур при прохождении определенного количества тепла через 1м² ограждающей конструкции или сколько тепла уйдет через 1м² при определенном перепаде температур.

Итак, давайте представим следующие величины:

• q - количество тепла, которое теряет 1м² ограждающей конструкции, измеряемое в ваттах на квадратный метр (Вт/м²);
• ΔT – разница температур снаружи и внутри помещения в градусах Цельсия (°С);
• R – сопротивление теплопередаче (°С/Вт/м² либо °С·м²/Вт).

Формула для расчета сопротивления теплопередаче выглядит следующим образом:

R = ΔT / q

При расчете R для многослойных конструкций суммируются сопротивления каждого слоя. Т.е. если имеется деревянная стена, обложенная кирпичом снаружи, то ее сопротивление теплопередаче будет равняться сумме сопротивлений кирпичной и деревянной стен плюс воздушной прослойки между ними.

Отметим, что расчет тепловых потерь проводится для самой холодной и ветреной недели в году, т.к. в справочниках по строительству обычно указывается тепловое сопротивление материалов исходя именно из этого условия и климатического района (температуры снаружи), в котором находится здание.

Примечание

• Четные цифры в условных обозначениях стеклопакетов обозначают воздушный зазор в мм;
• Символ Ar указывает на то, что зазор заполнен аргоном, а не воздухом;
• Литера К означает, что наружное стекло имеет специальное прозрачное теплозащитное покрытие.

Современные стеклопакеты, как мы видим из предыдущей таблицы, позволяют уменьшить тепловые потери окон почти в 2 раза. К примеру, для 10 окон размером 1 м х 1,6 м экономия энергии достигнет 1 кВт, что в месяц даст 720 кВт/ч.
Теперь для правильного выбора материалов и толщин ограждающих конструкций давайте используем эти сведения на конкретном примере.

При расчете теплопотерь на 1м² используются две величины: перепад температур ΔT и сопротивление теплопередаче R. Допустим, что температура внутри помещения равна 20 °С, а температура снаружи –30 °С. Значит перепад температур ΔT будет 50 °С. Стены толщиной 20 см выполнены из бруса , тогда R будет равным - 0,806 м²×°С/Вт. Теплопотери при этом составят 50 / 0,806 = 62 (Вт/м²).

Как правило, в строительных справочниках для упрощения расчетов тепловых потерь приводятся теплопотери различных видов стен, перекрытий и пр. для некоторых значений температуры воздуха зимой. Например, приводятся разные цифры для угловых помещений, где влияет завихрение воздуха, который отекает здание, и неугловых, а также, принимается в расчет неодинаковая тепловая картина для помещений нижнего и верхнего этажей.

Примечание

Если за стеной имеется наружное неотапливаемое помещение, такое как например, сени или застекленная веранда, то тепловые потери через него составят 70% от расчетных, а если за этим помещением находится еще одно помещение наружу (сени, выходящие на веранду), то теплопотери будут составлять 40% от расчетного значения.

Примеры расчета теплопотерь

Теперь давайте рассчитаем при помощи таблиц тепловые потери двух разных комнат одинаковой площади.

Угловая комната на первом этаже (пример 1)

Характеристики комнаты:

• размеры и площадь - 5 м х 3,2 м (16 м²)
• высота потолка - 2,75 м
• количество наружных стен - 2
• материал и толщина наружных стен - обшитый гипсокартонном и оклеенный обоями брус толщиной 18 см
• количество окон - 2, с двойным остеклением (высота - 1,6 м, ширина - 1 м)
• полы - деревянные утепленные, снизу подвал
• выше - чердачное перекрытие
• расчетная температура снаружи - -30 °С
• требуемая температура в комнате - +20 °С

Сначала рассчитываем площади теплоотдающих поверхностей.

1. Площадь наружных стен без учет окон (S_стен):
   (5+3,2)х2,7-2х1х1,6 = 18,94 м².
2. Площадь окон (S_окон):
   2х1х1,6 = 3,2 м².
3. Площадь пола (S_пола):
   5х3,2 = 16 м².
4. Площадь потолка (S_{потолка}):
   5х3,2 = 16 м².

Площадь внутренних перегородок и дверей не участвуют в расчете, поскольку по обеим их сторонам температура одинакова и тепло через них не уходит.

Далее вычисляем потери тепла Q каждой из поверхностей:

Итого общие тепловые потери комнаты Q_{суммарные} составят 3094 Вт.

Заметьте, что больше тепла уходит через стены, чем через потолок, полы и окна.
Результат расчета показывает тепловые потери комнаты в наиболее морозные дни года (температура -30 C°). Очевидно, что чем на улице теплее, тем меньше тепла уйдет из комнаты.

Комната под крышей, мансарда (пример 2)

Характеристики комнаты:

• этаж - верхний,
• площадь - 16 м² (3,8х4,2)
• высота потолка - 2,4 м
• наружные стены:
• окна – 4 с двойным остеклением (по 2 на каждом фронтоне), высотой 1,6 м и шириной 1 м
• расчетная температура снаружи - –30°С,
• требуемая температура в комнате - +20°С.
• два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка, слой минваты толщиной 10 см, вагонка)
• фронтоны (обшитый вагонкой брус толщиной 10 см)
• боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 см)

Рассчитываем площади теплоотдающих поверхностей:

1. Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон:
   S_{торцевых стен} = 2х(2,4х3,8-0,9х0,6-2х1,6х0,8) = 12 м².
2. Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату:
   S_{скатов.стен} = 2х1,0х4,2 = 8,4 м².
3. Площадь боковых перегородок:
   S_{боковых перегородок} = 2х1,5х4,2 = 12,6 м².
4. Площадь окон:
   S_окон = 4х1,6х1,0 = 6,4 м².
5. Площадь потолка:
   S_{потолка} = 2,6х4,2 = 10,92 м².

Теперь рассчитаем теплопотери этих поверхностей, но при этом нужно учесть, что под полом комнаты находится теплое помещение, поэтому тепло через него не уходит. Тепловые потери потолка и стен считаем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим коэффициент 70%, т.к. за ними расположены неотапливаемые помещения.

Q_{торцевых стен} = 12х89 = 1068 Вт
Q_{скатов.стен} = 8,4х142 = 1193 Вт
Q_{боковых перегородок} = 12,6х126х0,7 = 1111 Вт
Q_окон = 6,4х135 = 864 Вт
Q_{потолка} = 10,92х35х0,7 = 268 Вт.

В итоге суммарные теплопотери комнаты составляют: Q_{суммарные} = 4504 Вт.

Итак, мы видим, что теплая комната на первом этаже теряет (либо потребляет) существенно меньше тепла, чем комната под крышей с тонкими стенками и большой площадью остекления.

Чтобы сделать такое помещение пригодным для проживания зимой, нужно в первую очередь утеплить стены, боковые перегородки и окна.

Любая ограждающая конструкция может быть представлена в виде многослойной стены, у которой каждый слой имеет свое тепловое сопротивление и свое сопротивление прохождению воздуха. Сложив тепловое сопротивление всех слоев, получим тепловое сопротивление всей стены. Также суммируя сопротивление прохождению воздуха всех слоев, мы сможем понять, как дышит стена. Идеальная стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной
15 – 20 см.

Автор: Teplodom