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.

Расчет потребления тепла на отопление. Отопление является наиболее крупным потребителем тепла. Длительность потреб­ления тепла на нужды отопления соответствует продолжитель­ности отопительного периода, т. е. числу суток с устойчивой среднесуточной температурой наружного воздуха t н, ниже ус­тановленного предела. Например, по Строительным нормам и правилам СНиП II-A. 6-72 «Строительная климатология и гео­физика. Нормы проектирования» такому пределу соответствует температура наружного воздуха, равная +8°С. Как только эта температура становится ниже или выше указанного предела, то соответственно включают или выключают систему отопления.

Расход тепла на отопление зависит не только от климати­ческих условий, но и от конструктивных характеристик здания и его расположения.

Обеспечение тепловой энергией зда­ний производится для поддержания в них заданного темпера­турного режима. В этом случае предполагается, что тепловая энергия полностью компенсирует теплопотери - трансмиссион­ные и от инфильтрации. При заданных ограждающих конструк­циях трансмиссионные теплопотери определяются в основном температурой наружного воздуха t н теплопотери от инфильтра­ции, кроме того, скоростью ветра и влажностью воздуха. Таким образом, изменение расхода тепла обратно пропорционально изменению t н и прямо пропорционально изменению скорости ветра и влажности воздуха. Минимальный расход тепла соответствует началу отопительного периода. По мере снижения t н потребность в тепле возрастает и становится максимальной при минимальной t н.

Комплексная и параллельная разработка всех частей проек­та приводит к необходимости предварительной оценки общих теплопотерь зданиями. При этом используют, как правило, метод приближенного расчета по укрупненным измерителям. Для трансмиссионных теплопотерь укрупнённым измерителем явля­ется удельная тепловая отопительная характеристика здания q o .Она представляет собой количество тепла, необходимое для компенсации теплопотерь одним кубическим метром здания в единицу времени при разности температур в один градус между воздухом в помещении t вн и наружным t н. Удельная харак­теристика q o изменяется обратно пропорционально объёму зда­ния. Для некоторых зданий она приведена в табл. 1.

Для расчета теплопотерь от инфильтрации такого измерите­ля нет. На практике приближенную их величину при определе­нии трансмиссионных теплопотерь учитывают соответствую­щим коэффициентом, который зависит от многих факторов: вы­соты и объема помещений, расположения и площади проемов, количества щелей в ограждающих конструкциях и величины их раскрытия, а также температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра. На основании практических данных указанный коэффициент может быть принят равным: для общественных здании 0,1-0,3; для промышленных зданий при наличии одинарного остекления и без специальных уплотнений притворов дверей и ворот, а также для крупных общественных зданий - 0,3-0,6; для крупных цехов, имеющих большегабаритные ворота, - 0,5-1,5 и даже 2.

Таблица 1.

Средняя температура воздуха в зданиях и удельные тепловые характеристики зданий заданного объёма.

Продолжение таблицы 1.

Для жилых и общественных зданий максимальный расход тепла на отопление можно определить по укрупненному показателю, отнесенному одному квадратному метру жилой площади. Этим показателем удобно пользоваться в том случае, когда известно лишь количество жилой площади, намечаемое к вводу к эксплуатацию в заданном районе. Максимальный часовой расход тепла на отопление жилых зданий, приходящийся на 1 м 2 жилой площади при температурах наружного воз­духа 0, -10, -20, -30, -40 о С соответственно равен: 90; 130; 150; 175; 185 Вт/м 2 . При этом расход тепла на отопление общественных зданий принимают в размере 25% расхода тепла для жилых.

Максимальный расчетный расход тепла Q o , Вт, на отопление при установившемся тепловом режиме здания, отнесенный к его объему и разности температур, определяют по формуле

где - коэффициент, учитывающий теплопотери от инфильтрации; - удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м 3 ·К); - поправочный коэффициент к отопительной характеристике на наружную температуру воздуха; с некоторым округлением можно определять по формуле ; - объём здания по наружному обмеру без подвала, м 3 ; - средняя температура воздуха в отапливаемом здании, о С; - температура наружного воздуха, о С: при проектировании отопления принимается по климатологическим данным как средняя наиболее холодных пятидневок из восьми зим за 50-летний период.

Температура воздуха в помещении задается либо санитар­ными нормами, либо технологическими процессами с учетом требований санитарных норм. Значения средней температуры воздуха в некоторых зданиях приведены в табл.1.

Рис.1. Графики расхода тепла на нужды отопления а - часовой; б - сезонный

Формулу (1) можно использовать для определения часового расхода тепла в любой период отопительного сезона, подставляя значение t н, соответствующее этому периоду. Так, напри­мер, начало отопительного сезона характеризуется минималь­ными затратами тепловой энергии. В этот момент расчетная температура наружного воздуха наиболее высокая, t н =8 о С.

Как следует из формулы (1), изменение расхода тепла при изменении t н имеет линейную зависимость. Чтобы знать характер изменения в течение всего сезона, достаточно опреде­лить расходы тепла при максимальном t н и минимальном значениях t н.о. . Обычно такое изменение представляют графически (рис. 1). На рис.1а на оси абсцисс отложены значения температуры наружного воздуха, на оси ординат-расходы тепла. Точки А и Б соответствуют максимальному и минималь­ному расходам тепла. Линия АБ - линейная зависимость - из­менение часового расхода тепла в течение холодного периода. По такому графику можно определить часовой расход тепла на отопление при любом значении £н в указанных пределах. Для этого необходимо из точки заданного значения t н на оси абсцисс восставить перпендикуляр до пересечения с линией АБ. Точка пересечения будет соответствовать искомому расходу тепла. Так, на рис. 1а пунктирной линией показано опреде­ление среднечасового расхода тепла при средней темпе­ратуре наружного воздуха за отопительный период .

В промышленных цехах, а также в ряде общественных зда­ний во время перерыва в работе, а также в выходные, и праздничные дни, не требуется поддерживать температуру в помещении t в.н, на заданном уровне и соответственно затрачивать мак­симальное количество тепла. В это время температура возду­ха в помещении снижается до +5°С и обеспечивается специаль­ным дежурным отоплением. Часовой расход тепла в этот период можно определить по формуле (1), принимая . Пре­дел снижения диктуется условиями надежной эксплуатации сооружений. Сокращение расхода тепла за этот период учиты­вают при определении годовой потребности.

В заданном климатическом районе годовой расход тепла оп­ределяют по числу суток в отопительном периоде и по значени­ям за каждые сутки или по средней t н за весь рассматривае­мый период. Степень равномерности потребления тепла здани­ем по суткам и за неделю выявляют в зависимости от режима работы предприятия.

Годовую потребность в тепловой энергии, МВт, для отоп­ления административных и промышленных зданий с учетом ее снижения во внерабочее время, а также в выходные и пред­праздничные дни определяют по выражению

где - число часов работы предприятия в сутки; - число суток в отопительном периоде; - сумма выходных и праздничных дней в отопительном периоде; - температура наружного воздуха, средняя за отопительный период, о С; 24 -число часов в сутках; температура воздуха в здании в нерабочее время, о С.

Для зданий с равномерным потреблением тепла в течение суток, например, жилых и некоторых общественных с круглосуточным режимом работы, формула (2) упрощается, так как =0, =24,

Для обеспечения эксплуатационного режима работы теплоснабжающих устройств определяют изменение отопительной нагрузки во времени в течение всего отопительного периода. Наиболее целесообразно годовое потребление тепла во времени представлять графически - рис. 1б , где на оси абсцисс от­ложены последовательно с нарастающим итогом часы стоя­ния одинаковых температур , начиная с минимальных, а по оси ординат - расход тепла, соответствующий этим температу­рам.

Для конкретного объекта построение трафика начинают е выявления числа часов стояния одинаковых температур . Затем по формуле (1) с учетом возможного снижения потребления тепла во внерабочее время рассчитывают требуемый расход тепла. Полученные результаты наносят на координатную сетку графика, откладывая их на перпендикулярах, восставленных на оси абсцисс в точках изменения наружных температур. Из то­чек расхода тепла, отложенных на перпендикулярах, проводят линии, параллельные оси абсцисс, длиной, равной числу стоя­ния одинаковых температур. Правые верхние углы образовав­шихся прямоугольников соединяют плавной кривой. Эта кри­вая характеризует потребление тепла для отопления данного объекта и является основой для разработки режима работы системы теплоснабжения.

График расхода тепла в течение года можно построить, ис­пользуя график часовых расходов. Для этого часовые расходы переносят на ординаты, соответствующие наружным температурам годового графика. Точки пересечения часовых расходов тепла с ординатами, соответствующими предельным значениям температур в заданном интервале, соединяют плавной кри­вой. Площадь, ограниченная осью абсцисс, максимальной и ми­нимальной ординатами и плавной кривой (см. рис.1б кри­вая A 1 Б 1) пропорциональна годовому расходу тепла. При сред­ней температуре за отопительный период форма годового графика условно будет иметь вид прямоугольника, в котором ордината соответствует среднечасовому расходу теп­ла (см. пунктирную линию на рис. 1б ).

II.1.2. Расчет потребления тепла на вентиляцию

В системах вен­тиляции тепло затрачивается на подогрев свежего приточного воздуха до заданной температуры. Расход тепла , Вт, опре­деляется количеством, температурой и влажностью подогревае­мого воздуха

где - теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К); - плотность воздуха, кг/м 3 ; V- объем приточного воздуха, м 3 /ч; и - температура воздуха за на­гревателем и перед ним, о С; 1/3,6 - теплоэнергетический эквивалент для пере­вода кДж/ч в Вт, т. е, теплоты, Дж, в тепловую энергию, расходуемую в единицу времени, Вт.

Объем приточного воздуха соответствует объему удаляемого. Это равенство является основным правилом при решении воз­душного баланса помещения. Объем удаляемого воздуха рассчитывают из условия обеспечения воздушной среды, отвечаю­щей требованиям санитарных норм, по количеству вредных вы­делений (пыль, газы, аэрозоль, влага и т. п.) в помещении. Кроме того, на объем удаляемого воздуха влияет принятый способ воздухообмена.

Организация воздухообмена в помещений решается в основном одним из двух вариантов. Там, где вредные выделения можно удалить непосредственно на месте их образования, осу­ществляют наиболее эффективную местную вентиляцию, В этом случае объем удаляемого воздуха становится минимальным, так как вентилируется только ограниченная рабочая зона в помещении. При этом расход тепла рассчитывают по формуле (4).

Если вредные выделения распространяются по всему объему, применяют общеобменную вентиляцию, создающую в по­мещении требуемые условия воздушной среды путем разбавле­ния вредных выделений чистым приточным воздухом. Воздухо­обмен, основанный на этом принципе, требует наибольшего объема вентилируемого воздуха, а следовательно, и наиболь­шего расхода тепла.

При разработке системы теплоснабжения расход тепла да нужды общеобменной вентиляции оценивают аналогично отоп­лению, как правило, по укрупненным измерителям. Таким из­мерителем является удельная тепловая вентиляционная харак­теристика , отнесенная к объему здания. Она представляет со­бой количество тепла, необходимое для вентиляции 1 м 3 здания в единицу времени при перепаде температур 1 о.

Используя удельную характеристику, расход тепла на нуж­ды общеобменной вентиляции , Вт, отнесенный к объему зда­ния, определяют по формуле

где - удельная вентиляционная характеристика здания, Вт/(м 3 ·К); - температура наружного воздуха, °С; при проектировании вентиляции прини­мается по климатологическим данным как средняя за наиболее холодный пе­риод, составляющий 15% в отопительном сезоне.

Для некоторых зданий массового строительства значение вентиляционной характеристики указано в табл. 1.

Удельную вентиляционную характеристику можно опреде­лить также по кратности обмена и объему вентилируемого по­мещения

где m - кратность обмена, представляющая собой отношение количества при­точного воздуха, подаваемого в единицу времени в 1 ч, к объему вентилируе­мого помещения.

Кроме того, максимальный расход тепла на нужды общеоб­менной вентиляции общественных зданий определяют по укрупненному показателю для районов, где известно лишь коли­чество жилой площади, намечаемое к строительству. Этот по­казатель относят к 1 м 2 жилой площади и в зависимости от температуры наружного воздуха при 0, -10, -20, -30 и 40 о С принимают соответственно равным: 9; 13; 15; 17,5 и 18,5 Вт/м 2 .

Температура наружного воздуха, принимаемая при расчете тепла на вентиляцию, не является одинаковой для всех поме­щений. Она зависит от принятого способа воздухообмена. При расчете местной вентиляции ее берут равной, как и для отопления, т. е, . Значение этой температуры при общеоб­менной вентиляции выше, чем при отоплении. Здесь она опре­деляется как средняя за наиболее холодный период продолжи­тельностью, равной 15% отопительного сезона. Допустимое по­вышение уровня при температурах наружного воздуха наи­более холодного периода обусловлено возможностью увеличе­ния рециркуляции воздуха. В период пониженных наружных температур требуемая температура приточного воздуха дости­гается путем подмешивания к наружному более теплого возду­ха, забираемого из вентилируемого помещения. Благодаря это­му уменьшается объем приточного свежего воздуха, поступаю­щего на подогрев, и соответственно сокращается потребность в тепловой энергии на нужды общеобменной вентиляции. Следует отметить, что указанное повышение , обусловленное сниже­нием потребности в тепловой энергии в часы ее максимального расхода, допускается только для общеобменной вентиляции,и то в тех помещениях, в которых разрешается рециркуляция воздуха. В цехах же, где по характеру вредных выделений ре­циркуляция воздуха не допускается, за расчетную температуру принимают отопительную независимо от принятого способа воз­духообмена, т. е. .

Расход тепла на вентиляцию, так же как и на отопление, за­висит от наружной температуры. При местной и общеобменной вентиляции без рециркуляции воздуха эта зависимость анало­гична отопительной (рис.2а , линия АВ).

При общеобменной вентиляции с рециркуляцией воздуха аналогия наблюдается только в диапазоне наружных температур от +8 до t н.в. (линия БВ). При дальнейшем снижении тем­пературы наружного воздуха, т. е. когда t н. t н.в. , расход тепла не изменяется и сохраняется на уровне t н.в. течение всего наи­более холодного периода, линия расхода ГБ параллельна оси абсцисс.

Годовой расход тепла на вентиляцию, МВт определяют на основании часового при соответствующем способе воздухообмена в зависимости от числа часов работы системы вентиляции.

При общеобменной вентиляции с рециркуляцией воздуха: с перерывами работы в течение суток и в выходные дни

Если имеются сведения о продолжительности умеренно хо­лодного периода (для некоторых городов см. табл.2), то расчеты по формулам (7) - (10) значительно упрощаются.

Режим работы системы вентиляции разрабатывают на основании годового графика потребления тепла. Построение этого графика (рис.2б ) производится аналогично отопительному для систем вентиляции без рециркуляции воздуха. Для общеобменной вентиляции имеется особенность. Здесь график разделен на две части: первая (левая) - соответствует наиболее холод­ному периоду и имеет постоянный расход тепла в течение это­го периода. Линия Г 1 Б 1 параллельна оси абсцисс, расход тепла определяется площадью прямоугольника О - Г 1 – Б 1 – 0,15 n o . Вторая часть, соответствующая умеренно холодному периоду, имеет переменный расход тепла - линия Б 1 В 1 .

Таблица 2.

Средняя температура наружного воздуха и продолжительность умеренно холодного периода в отопительном сезоне

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

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.

При будь то промышленное строение или жилое здание, нужно провести грамотные расчеты и составить схему контура отопительной системы. Особое внимание на этом этапе специалисты рекомендуют обращать на расчёт возможной тепловой нагрузки на отопительный контур, а также на объем потребляемого топлива и выделяемого тепла.

Тепловая нагрузка: что это?

Под этим термином понимают количество отдаваемой теплоты. Проведенный предварительный расчет тепловой нагрузки позволить избежать ненужных расходов на приобретение составляющих отопительной системы и на их установку. Также этот расчет поможет правильно распределить количество выделяемого тепла экономно и равномерно по всему зданию.

В эти расчеты заложено множество нюансов. Например, материал, из которого выстроено здание, теплоизоляция, регион и пр. Специалисты стараются принять во внимание как можно больше факторов и характеристик для получения более точного результата.

Расчет тепловой нагрузки с ошибками и неточностями приводит к неэффективной работе отопительной системы. Случается даже, что приходится переделывать участки уже работающей конструкции, что неизбежно влечет к незапланированным тратам. Да и жилищно-коммунальные организации ведут расчет стоимости услуг на базе данных о тепловой нагрузке.

Основные факторы

Идеально рассчитанная и сконструированная система отопления должна поддерживать заданную температуру в помещении и компенсировать возникающие потери тепла. Рассчитывая показатель тепловой нагрузки на систему отопления в здании нужно принимать к сведению:

Назначение здания: жилое или промышленное.

Характеристику конструктивных элементов строения. Это окна, стены, двери, крыша и вентиляционная система.

Размеры жилища. Чем оно больше, тем мощнее должна быть система отопления. Обязательно нужно учитывать площадь оконных проемов, дверей, наружных стен и объем каждого внутреннего помещения.

Наличие комнат специального назначения (баня, сауна и пр.).

Степень оснащения техническими приборами. То есть, наличие горячего водоснабжения, системы вентиляции, кондиционирование и тип отопительной системы.

Для отдельно взятого помещения. Например, в комнатах, предназначенных для хранения, не нужно поддерживать комфортную для человека температуру.

Количество точек с подачей горячей воды. Чем их больше, тем сильнее нагружается система.

Площадь остекленных поверхностей. Комнаты с французскими окнами теряют значительное количество тепла.

Дополнительные условия. В жилых зданиях это может быть количество комнат, балконов и лоджий и санузлов. В промышленных - количество рабочих дней в календарном году, смен, технологическая цепочка производственного процесса и пр.

Климатические условия региона. При расчёте теплопотерь учитываются уличные температуры. Если перепады незначительны, то и на компенсацию будет уходить малое количество энергии. В то время как при -40 о С за окном потребует значительных ее расходов.

Особенности существующих методик

Параметры, включаемые в расчет тепловой нагрузки, находятся в СНиПах и ГОСТах. В них же есть специальные коэффициенты теплопередачи. Из паспортов оборудования, входящего в систему отопления, берутся цифровые характеристики, касаемые определенного радиатора отопления, котла и пр. А также традиционно:

Расход тепла, взятый по максимуму за один час работы системы отопления,

Максимальный поток тепла, исходящий от одного радиатора,

Общие затраты тепла в определенный период (чаще всего - сезон); если необходим почасовой расчет нагрузки на тепловую сеть, то расчет нужно вести с учетом перепада температур в течение суток.

Произведенные расчеты сопоставляют с площадью тепловой отдачи всей системы. Показатель получается достаточно точный. Некоторые отклонения случаются. Например, для промышленных строений нужно будет учитывать снижение потребления тепловой энергии в выходные дни и праздничные, а в жилых помещениях - в ночное время.

Методики для расчета систем отопления имеют несколько степеней точности. Для сведения погрешности к минимуму необходимо использовать довольно сложные вычисления. Менее точные схемы применяются если не стоит цель оптимизировать затраты на отопительную систему.

Основные способы расчета

На сегодняшний день расчет тепловой нагрузки на отопление здания можно провести одним из следующих способов.

Три основных

1. Для расчета берутся укрупненные показатели.
2. За базу принимаются показатели конструктивных элементов здания. Здесь будет важен и расчет идущего на прогрев внутреннего объема воздуха.
3. Рассчитываются и суммируются все входящие в систему отопления объекты.

Один примерный

Есть и четвертый вариант. Он имеет достаточно большую погрешность, ибо показатели берутся очень усредненные, или их недостаточно. Вот эта формула - Q от = q 0 * a * V H * (t ЕН - t НРО), где:

• q 0 - удельная тепловая характеристика здания (чаще всего определяется по самому холодному периоду),
• a - поправочный коэффициент (зависит от региона и берется из готовых таблиц),
• V H - объем, рассчитанный по внешним плоскостям.

Пример простого расчета

Для строения со стандартными параметрами (высотой потолков, размерами комнат и хорошими теплоизоляционными характеристиками) можно применить простое соотношение параметров с поправкой на коэффициент, зависящий от региона.

Предположим, что жилой дом находится в Архангельской области, а его площадь - 170 кв. м. Тепловая нагрузка будет равна 17 * 1,6 = 27,2 кВт/ч.

Подобное определение тепловых нагрузок не учитывает многих важных факторов. Например, конструктивных особенностей строения, температуры, число стен, соотношение площадей стен и оконных проёмов и пр. Поэтому подобные расчеты не подходят для серьёзных проектов системы отопления.

Зависит он от материала, из которого они изготовлены. Чаще всего сегодня используются биметаллические, алюминиевые, стальные, значительно реже чугунные радиаторы. Каждый из них имеет свой показатель теплоотдачи (тепловой мощности). Биметаллические радиаторы при расстоянии между осями в 500 мм, в среднем имеют 180 - 190 Вт. Радиаторы из алюминия имеют практически такие же показатели.

Теплоотдача описанных радиаторов рассчитывается на одну секцию. Радиаторы стальные пластинчатые являются неразборными. Поэтому их теплоотдача определяется исходя из размера всего устройства. Например, тепловая мощность двухрядного радиатора шириной 1 100 мм и высотой 200 мм будет 1 010 Вт, а панельного радиатора из стали шириной 500 мм, а высотой 220 мм составит 1 644 Вт.

В расчет радиатора отопления по площади входят следующие базовые параметры:

Высота потолков (стандартная - 2,7 м),

Тепловая мощность (на кв. м - 100 Вт),

Одна внешняя стена.

Эти расчеты показывают, что на каждые 10 кв. м необходимо 1 000 Вт тепловой мощности. Этот результат делится на тепловую отдачу одной секции. Ответом является необходимое количество секций радиатора.

Для южных районов нашей страны, так же как и для северных, разработаны понижающие и повышающие коэффициенты.

Усредненный расчет и точный

Учитывая описанные факторы, усредненный расчет проводится по следующей схеме. Если на 1 кв. м требуется 100 Вт теплового потока, то помещение в 20 кв. м должно получать 2 000 Вт. Радиатор (популярный биметаллический или алюминиевый) из восьми секций выделяет около Делим 2 000 на 150, получаем 13 секций. Но это довольно укрупненный расчет тепловой нагрузки.

Точный выглядит немного устрашающе. На самом деле ничего сложного. Вот формула:

Q т = 100 Вт/м 2 × S(помещения)м 2 × q 1 × q 2 × q 3 × q 4 × q 5 × q 6 × q 7 , где:

• q 1 - тип остекления (обычное =1.27, двойное = 1.0, тройное = 0.85);
• q 2 - стеновая изоляция (слабая, или отсутствующая = 1.27, стена выложенная в 2 кирпича = 1.0, современна, высокая = 0.85);
• q 3 - соотношение суммарной площади оконных проемов к площади пола (40% = 1.2, 30% = 1.1, 20% - 0.9, 10% = 0.8);
• q 4 - уличная температура (берется минимальное значение: -35 о С = 1.5, -25 о С = 1.3, -20 о С = 1.1, -15 о С = 0.9, -10 о С = 0.7);
• q 5 - число наружных стен в комнате (все четыре = 1.4, три = 1.3, угловая комната = 1.2, одна = 1.2);
• q 6 - тип расчетного помещения над расчетной комнатой (холодное чердачное = 1.0, теплое чердачное = 0.9, жилое отапливаемое помещение = 0.8);
• q 7 - высота потолков (4.5 м = 1.2, 4.0 м = 1.15, 3.5 м = 1.1, 3.0 м = 1.05, 2.5 м = 1.3).

По любому из описанных методов можно провести расчет тепловой нагрузки многоквартирного дома.

Примерный расчет

Условия таковы. Минимальная температура в холодное время года - -20 о С. Комната 25 кв. м с тройным стеклопакетом, двустворчатыми окнами, высотой потолков 3.0 м, стенами в два кирпича и неотапливаемым чердаком. Расчет будет следующий:

Q = 100 Вт/м 2 × 25 м 2 × 0,85 × 1 × 0,8(12%) × 1,1 × 1,2 × 1 × 1,05.

Результат, 2 356.20, делим на 150. В итоге получается, что в комнате с указанными параметрами нужно установить 16 секций.

Если необходим расчет в гигакалориях

В случае отсутствия счетчика тепловой энергии на открытом отопительном контуре расчет тепловой нагрузки на отопление здания рассчитывают по формуле Q = V * (Т 1 - Т 2) / 1000, где:

• V - количество воды, потребляемой системой отопления, исчисляется тоннами или м 3 ,
• Т 1 - число, показывающее температуру горячей воды, измеряется в о С и для вычислений берется температура, соответствующая определенному давлению в системе. Показатель этот имеет свое название - энтальпия. Если практическим путем снять температурные показатели нет возможности, прибегают к усредненному показателю. Он находится в пределах 60-65 о С.
• Т 2 - температура холодной воды. Ее измерить в системе довольно трудно, поэтому разработаны постоянные показатели, зависящие от температурного режима на улице. К примеру, в одном из регионов, в холодное время года этот показатель принимается равным 5, летом - 15.
• 1 000 - коэффициент для получения результата сразу в гигакалориях.

В случае закрытого контура тепловая нагрузка (гкал/час) рассчитывается иным образом:

Q от = α * q о * V * (t в - t н.р) * (1 + K н.р) * 0,000001, где

Расчет тепловой нагрузки получается несколько укрупненным, но именно эта формула дается в технической литературе.

Все чаще, чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, прибегают к строения.

Работы эти проводят в темное время суток. Для более точного результата нужно соблюдать разницу температур между помещением и улицей: она должна быть не менее в 15 о. Лампы дневного освещения и лампы накаливания выключаются. Желательно убрать ковры и мебель по максимуму, они сбивают прибор, давая некоторую погрешность.

Обследование проводится медленно, данные регистрируются тщательно. Схема проста.

Первый этап работ проходит внутри помещения. Прибор двигают постепенно от дверей к окнам, уделяя особое внимание углам и прочим стыкам.

Второй этап - обследование тепловизором внешних стен строения. Все так же тщательно исследуются стыки, особенно соединение с кровлей.

Третий этап - обработка данных. Сначала это делает прибор, затем показания переносятся в компьютер, где соответствующие программы заканчивают обработку и выдают результат.

Если обследование проводила лицензированная организация, то она по итогу работ выдаст отчет с обязательными рекомендациями. Если работы велись лично, то полагаться нужно на свои знания и, возможно, помощь интернета.