Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь

Общие расчеты

Определять общую емкость отопления необходимо, чтобы мощности отопительного котла хватило для качественного обогрева всех помещений. Превышение показателей допустимого объема может привести к повышению износа отопительного прибора, а также значительному расходу электроэнергии.

Отопительный котел

Определиться с показателем емкости котла позволяет вычисление мощности нагревательного агрегата. Для этого достаточно взять за основу соотношение, при котором 1 кВт тепловой энергии достаточно для эффективного обогрева 10 м2 жилплощади. Данное соотношение является справедливым при наличии потолков, высота которых составляет не более 3-х метров.

Как только станет известен показатель мощности котла, достаточно отыскать подходящий агрегат в специализированном магазине. Объем оборудования каждый производитель указывает в паспортных данных.

Поэтому в случае выполнения правильного расчета мощности проблем с определением нужного объема не возникнет.

Трубы

Чтобы определить достаточный объем воды в трубах, необходимо вычислить поперечное сечение трубопровода согласно формуле – S = π × R2, где:

• S – поперечное сечение;
• π – постоянная константа, равная 3,14;
• R – внутренний радиус труб.

Расширительный бак

Определить, какой емкостью должен обладать расширительный бак, можно, располагая данными о коэффициенте температурного расширения теплоносителя. У воды этот показатель составляет 0,034 при подогреве до 85 оС.

Выполняя расчет достаточно воспользоваться формулой: V-бака = (V сист × K) / D, где:

• V-бака – необходимый объем расширительного бачка;
• V-сист – общий объем жидкости в остальных элементах системы отопления;
• K – коэффициент расширения;
• D – эффективность расширительного бачка (указывается в технической документации).

Радиаторы

В настоящее время существует широкое разнообразие отдельных типов радиаторов для отопительных систем. Помимо функциональных различий все они имеют разную высоту.

Чтобы рассчитать объем рабочей жидкости в радиаторах, необходимо для начала подсчитать их количество. После чего умножить данную сумму на объем одной секции.

Узнать объем одного радиатора можно, воспользовавшись данными из технического паспорта изделия. При отсутствии такой информации можно сориентироваться согласно усредненным параметрам:

• чугунные – 1,5 л на секцию;
• биметаллические – 0,2-0,3 л на секцию;
• алюминиевые – 0,4 л на секцию.

Понять, как правильно рассчитать значение позволит следующий пример. Допустим, имеется 5 радиаторов, изготовленных из алюминия. Каждый обогревательный элемент содержит по 6 секций. Производим расчет: 5×6×0,4 = 12 л.

Точные расчеты тепловой нагрузки

Значение теплопроводности и сопротивление теплопередачи для строительных материалов

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

Сопротивление теплопередачи стен жилых зданий

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:

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:

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.

Анатолий Коневецкий, Крым, Ялта

Анатолий Коневецкий, Крым, Ялта

Уважаемая Ольга! Извините,что обращаюсь к Вам еще раз. Что-то у меня по Вашим формулам получается немыслимая тепловая нагрузка: Кир=0,01*(2*9,8*21,6*(1-0,83)+12,25)=0,84 Qот=1,626*25600*0,37*((22-(-6))*1,84*0,000001=0,793 Гкал/час По укрупненной формуле, приведенной выше, получается всего 0,149 Гкал/час. Не могу понять, в чем дело? Разъясните пожалуйста! Извините за беспокойство. Анатолий.

Анатолий Коневецкий, Крым, Ялта

Тепловой расчет

Итак, перед тем как рассчитывать систему отопления собственного дома, вы должны выяснить некоторые данные, которые касаются самой постройки.

Из проекта дома вы узнаете размеры отапливаемых помещений — высоту стен, площадь, количество оконных и дверных проемов, а также их размеры.
Как расположен дом относительно сторон света. Не забывайте про среднюю температуру зимой в вашем регионе.
Из какого материала сооружено само здание

Особое внимание наружным стенам.
Обязательно определяем составляющие от пола до грунта, куда входит фундамент здания.
То же самое относится и к верхним элементам, то есть к потолку, кровле и перекрытиям .

Именно эти параметры строения позволят вам перейти к проведению гидравлического расчета. Скажем прямо, вся вышеописанная информация доступна, так что проблем с ее сбором не должно возникнуть.

Расчет радиаторов отопления по площади

Самый простой способ. Посчитать требуемое на обогрев количество тепла, исходя из площади помещения, в котором будут устанавливаться радиаторы. Площадь каждой комнаты вы знаете, а потребность тепла можно определить по строительным нормам СНиПа:

• для средней климатической полосы на отопление 1м 2 жилого помещения требуется 60-100Вт;
• для областей выше 60 о требуется 150-200Вт.

Исходя из этих норм, можно посчитать, сколько тепла потребует ваша комната. Если квартира/дом находятся в средней климатической полосе, для отопления площади 16м 2. потребуется 1600Вт тепла (16*100=1600). Так как нормы средние, а погода постоянством не балует, считаем, что требуется 100Вт. Хотя, если вы проживаете на юге средней климатической полосы и зимы у вас мягкие, считайте по 60Вт.

Расчет радиаторов отопления можно сделать по нормам СНиП

Запас по мощности в отоплении нужен, но не очень большой: с увеличением количества требуемой мощности возрастает количество радиаторов. А чем больше радиаторов, тем больше теплоносителя в системе. Если для тех, кто подключен к центральному отоплению это некритично, то для тех у кого стоит или планируется индивидуальное отопление, большой объем системы означает большие (лишние) затраты на обогрев теплоносителя и большую инерционность системы (менее точно поддерживается заданная температура). И возникает закономерный вопрос: «Зачем платить больше?»

Рассчитав потребность помещения в тепле, можем узнать, сколько потребуется секций. Каждый из отопительных приборов выделять может определенное количество тепла, которое указывается в паспорте. Берут найденную потребность в тепле и делят на мощность радиатора. Результат — необходимое количество секций, для восполнения потерь.

Посчитаем количество радиаторов для того же помещения. Мы определили, что требуется выделить 1600Вт. Пусть мощность одной секции 170Вт. Получается 1600/170=9,411шт. Округлять можно в большую или меньшую сторону на ваше усмотрение. В меньшую можно округлить, например, в кухне — там хватает дополнительных источников тепла, а в большую — лучше в комнате с балконом, большим окном или в угловой комнате.

Система проста, но недостатки очевидны: высота потолков может быть разной, материал стен, окна, утепление и еще целый ряд факторов не учитывается. Так что расчет количества секций радиаторов отопления по СНиП — ориентировочный. Для точного результата нужно внести корректировки.

Формула расчета

Нормативы расхода тепловой энергии

Тепловые нагрузки рассчитываются с учетом мощности отопительного агрегата и тепловых потерь здания. Поэтому, чтобы определить мощность проектируемого котла, необходимо теплопотери здания умножить на повышающий коэффициент 1,2. Это своеобразный запас, равный 20%.

Для чего необходим такой коэффициент? С его помощью можно:

• Прогнозировать падение давления газа в магистрали. Ведь зимой потребителей прибавляется, и каждый старается взять топлива больше, чем остальные.
• Варьировать температурный режим внутри помещений дома.

Добавим, что тепловые потери не могут распределяться по всей конструкции здания равномерно. Разность показателей может быть достаточно большой. Вот некоторые примеры:

• Через наружные стены покидает здание до 40% тепла.
• Через полы — до 10%.
• То же самое относится и к крыше.
• Через вентиляционную систему — до 20%.
• Через двери и окна — 10%.

Материалы

Итак, с конструкцией здания разобрались и сделали одно очень важное заключение, что от архитектуры самого дома и места его расположения зависят потери тепла, которые необходимо компенсировать. Но многое также определяется и материалами стен, крыши и пола, а также наличием или отсутствием теплоизоляции

Это немаловажный фактор.

К примеру, определим коэффициенты, снижающие теплопотери, зависящие от оконных конструкций:

• Обычные деревянные окна с обычными стеклами. Для расчета тепловой энергии в данном случае используется коэффициент, равный 1,27. То есть через такой вид остекления происходит утечка тепловой энергии, равной 27% от общего показателя.
• Если установлены пластиковые окна с двухкамерными стеклопакетами, то используется коэффициент 1,0.
• Если установлены пластиковые окна из шестикамернного профиля и с трехкамерным стеклопакетом, то берется коэффициент 0,85.

Идем дальше, разбираясь с окнами. Существует определенная связь площади помещения и площади оконного остекления. Чем больше вторая позиция, тем выше тепловые потери здания. И здесь есть определенное соотношение:

• Если площадь окон по отношению к площади пола имеет всего лишь 10%-ный показатель, то для расчета тепловой мощности системы отопления используется коэффициент 0,8.
• Если соотношение располагается в диапазоне 10-19%, то применяется коэффициент 0,9.
• При 20% — 1,0.
• При 30% —2.
• При 40% — 1,4.
• При 50% — 1,5.

И это только окна. А есть еще влияние материалов, которые использовались в строительстве дома, на тепловые нагрузки. Расположим их в таблице, где стеновые материалы будут располагаться с уменьшением тепловых потерь, а значит, их коэффициент будет также снижаться:

Как видите, разница от используемых материалов существенная. Поэтому еще на стадии проектирования дома необходимо точно определиться с тем, из какого материала он будет возводиться. Конечно, многие застройщики строят дом на основе бюджета, выделенного на строительство. Но при таких раскладках стоит пересмотреть его. Специалисты уверяют, что лучше вложиться первоначально, чтобы впоследствии пожинать плоды экономии от эксплуатации дома. Тем более что система отопления зимой составляет одну из главных статей расхода.

Размеры комнат и этажность здания

Схема системы отопления

Итак, продолжаем разбираться в коэффициентах, влияющих на формулу расчета тепла. Как влияют размеры помещения на тепловые нагрузки?

• Если высота потолков в вашем доме не превышает 2,5 метра, то в расчете учитывается коэффициент 1,0.
• При высоте 3 м уже берется 1,05. Незначительная разница, но она существенно влияет на тепловые потери, если общая площадь дома достаточно велика.
• При 3,5 м — 1,1.
• При 4,5 м —2.

А вот такой показатель, как этажность постройки, влияет на теплопотери помещения по-разному. Здесь необходимо учитывать не только количество этажей, но и место помещения, то есть, на каком этаже оно расположено. К примеру, если это комната на первом этаже, а сам дом имеет три-четыре этажа, то для расчета используется коэффициент 0,82.

Как видите, чтобы точно подсчитать тепловые потери здания, необходимо определиться с различными факторами. И их все обязательно надо учитывать. Кстати, нами были рассмотрены не все факторы, снижающие или повышающие тепловые потери. Но сама формула расчета будет в основном зависеть от площади отапливаемого дома и от показателя, который называется удельным значением тепловых потерь. Кстати, в данной формуле оно стандартное и равно 100 Вт/м². Все остальные составляющие формулы — коэффициенты.

Расчёт отопительных приборов

1. Тип отопительного
   прибора – радиатор чугунный секционный
   МС-140-АО;

Номинальный условный
тепловой поток одного элемента прибора
Q_н.у.
= 178 Вт;

Длина одного элемента
прибора l
= 96 мм.

Ст14

2) Массовый расход
воды:

где с_р
– удельная теплоёмкость воды (=4,19
кДж/кг·°С);

t_г
и t_o
– температуры воды на входе в стояк и
на выходе из него;

β₁
– коэффициент учёта увеличения теплового
потока устанавливаемых отопительных
приборов в результате округления
расчётной величины в большую сторону;

β₂
– коэффициент учёта дополнительных
потерь теплоты отопительных приборов
у наружных ограждений.

1. Средняя температура
   воды в каждом приборе стояка:

t_ср=0,5*=0,5*
(105 + 70) = 87,5

3) Разность средней
температуры воды в приборе и температуры
воздуха в помещении:

∆t_ср
= t_ср
– t_int

∆t_ср
=87,5 – 23=64,5°С

4) Требуемый номинальный
тепловой поток

где
_к
– комплексный коэффициент приведения
Q_н.пр.
к расчётным условиям

где n,
p
и с – величины, соответствующие
определённому виду отопительных приборов

b
– коэффициент учёта атмосферного
давления в данной местности

ψ – коэффициент учёта
направления движения теплоносителя в
приборе

Для однотрубной
системы водяного отопления массовый
расход воды, проходящий через рассчитываемый
прибор G_пр,
кг/ч

5)Минимально
необходимое число секций отопительного
прибора:

_,
где

₄
– поправочный коэффициент, учитывающий
способ установки прибора, при открытой
установке прибора ₄
= 1,0; ₃
– поправочный коэффициент, учитывающий
число секций в приборе, принимаемый при
ориентировочном значении

(при n_сек>15).

,
;

,
;

,
.

Комплексный расчет тепловой нагрузки

Помимо теоретического решения вопросов, касающихся тепловых нагрузок, при проектировании выполняется ряд практических мероприятий. В состав комплексных теплотехнических обследований входит термографирование всех конструкций здания, включая перекрытия, стены, двери, окна. Благодаря данной работе удается определить и зафиксировать различные факторы, оказывающие влияния на потери тепла дома или промышленной постройки. 

Благодаря теплотехническим обследованиям получают самые достоверные данные, касающиеся тепловых нагрузок и потерь тепла для конкретного здания в течение определенного временного периода. Практические мероприятия позволяют наглядно продемонстрировать то, что теоретические расчеты не могут показать – проблемные места будущего сооружения. 

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что расчеты тепловых нагрузок на ГВС, отопление и вентиляцию, аналогично гидравлическому расчету системы отопления, очень важны и их непременно следует выполнить до начала обустройства системы теплоснабжения в собственном доме или на объекте другого назначения. Когда подход к работе выполнен грамотно, безотказное функционирование отопительной конструкции будет обеспечено, причем без лишних затрат.

Видео пример расчета тепловой нагрузки на систему отопления здания:

Точное вычисление тепловой мощности

Для этого используют поправочные коэффициенты: 

• К1 зависит от типа окон. Двухкамерным стеклопакетам соответствует 1, обычному остеклению – 1,27, трехкамерному окну – 0,85;
• К2 показывает степень теплоизоляции стен. Находится в пределе от 1 (пенобетон) до 1,5 для бетонных блоков и кладки в 1,5 кирпича; 
• К3 отражает соотношение между площадью окон и пола. Чем больше оконных рам, тем сильнее потери тепла. При 20% остекления коэффициент равен 1, а при 50% он увеличивается до 1,5; 
• К4 зависит от минимальной температуры снаружи здания на протяжении отопительного сезона. За единицу принимают температуру -20 °C, а затем на каждые 5 градусов прибавляют или вычитают 0,1; 
• К5 учитывает количество наружных стен. Коэффициент для одной стены равен 1, если их две или три, тогда он составляет 1,2, когда четыре – 1,33;
• К6 отражает тип помещения, которое находится над определенной комнатой. При наличии сверху жилого этажа величина поправки – 0,82, теплого чердака – 0,91, холодного чердака — 1,0;
• К7 – зависит от высоты потолков. Для высоты 2,5 метра это 1,0, а для 3-х метров — 1,05.

Когда все поправочные коэффициенты известны, делают расчет мощности системы отопления для каждого помещения, используя формулу:Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь

Лучшая формула для расчета

Таблица примеров расчета воды радиаторов в системе отопления.

Стоит сказать о том, что ни первая, ни вторая формула не позволит человеку рассчитать различия между тепловыми потерями здания в зависимости от используемых в здании ограждающих конструкций и конструкций утепления. Для того чтобы наиболее точно произвести необходимые расчеты, должна быть использована несколько усложненная формула, благодаря которой можно будет избавиться от значительных затрат. Эта формула выглядит следующим образом: Q_т(кВт/час)=(100 Вт/м2×S (м2)×К1×К2×К3×К4×К5×К6×К7)/1000 (не учитывается количество затрат газа на отопление). В данном случае S – площадь комнаты. Вт/м2 представляет собой удельную величину теплопотерь, сюда входят все показатели расхода тепла – стены, окна и др. Каждый коэффициент умножается на последующий и в этом случае обозначает тот или иной показатель утечки тепла.

К1 – коэффициент расхода тепловой энергии через окна, имеющий значения 0,85, 1, 1,27, которые будут меняться в зависимости от качества используемых окон и их утепления. К2 – количество расхода тепла через стены. Этот коэффициент имеет такие же показатели, как и в случае с потерей тепла через окна. Он может варьироваться в зависимости от теплоизоляции стен (плохая теплоизоляция – 1,27, средняя (при использовании специальных утеплителей) – 1, высокий уровень теплоизоляции имеет коэффициент 0,854). К3 – такой показатель, который определяет соотношение площадей как окон, так и пола (50% – 1,2, 40% – 1,1, 30% – 1,0, 20% – 0,9, 10% – 0,8), следующий коэффициент – температура снаружи помещения (К4=-35 градусов – 1,5; -25 градусов – 1,3; -20 градусов – 1,1; -15 градусов – 0,9; -10 градусов – 0,7).

К5 в данной формуле представляет собой такой коэффициент, который отображает количество стен, выходящих наружу (4 стены – 1,4; 3 стены – 1,3; 2 стены – 1,2; 1 стена – 1,1). К6 представляет тип теплоизоляции помещения, которое находится над тем, для которого производится этот расчет. Если оно обогревается, тогда коэффициент будет равен 0,8, если имеется теплая мансарда, тогда – 0,9, если это помещение никак не обогревается, коэффициент будет равен 1. И последний коэффициент, который применяется при расчете по этой формуле, обозначает высоту потолков в помещении. Если высота равна 4,5 метра, тогда коэффициент равен 1,2; 4 метра – 1,15; 3,5 метра – 1,1; 3 метра – 1,05; 2,5 метра – 1.

Пример 1

Необходимо определить правильное количество секций для радиатора М140-А, который будет установлен в помещении, расположенном на верхнем этаже. При этом стена наружная, под подоконником ниша отсутствует. А расстояние от него до радиатора составляет всего 4 см. Высота помещения 2,7 м. Q_n=1410 Вт, а t_в=18 °С. Условия подключения радиатора: подсоединения к однотрубному стояку проточно-регулируемого типа (D_y20, кран КРТ с подводкой 0,4 м); разводка отопительной системы верхняя, t_г = 105°С, а расход теплоносителя по стояку составляет G_ст = 300 кг/ч. Разница температуры теплоносителя подающего стояка и рассматриваемого составляет 2°С.

Определяем средний показатель температуры в радиаторе:

t_ср = (105 — 2) — 0,5х1410х1,06х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,8 °С.

Опираясь на полученные данные, вычисляем плотность теплового потока:

t_ср = 100,8 — 18 = 82,8 °С

При этом следует отметить, что произошло незначительное изменение уровня расхода воды (360 до 300 кг/ч). Данный параметр практически никак не влияет на q_np.

Q_пр =650(82,8/70)1+0,3=809Вт/м2.

Далее определяем уровень теплоотдачи горизонтально (1г = 0,8 м) и вертикально (1в = 2,7 — 0,5 = 2,2 м) расположенных труб. Для этого следует воспользоваться формулой Q_тр =q_вхl_в + q_гхl_г.

Получаем:

Q_тр = 93х2,2 + 115х0,8 = 296 Вт.

Рассчитываем площадь требуемого радиатора по формуле A_p = Q_np/q_np  и  Q_пp = Q_п — µ _трхQ_тр:

А_р =(1410-0,9х296)/809=1,41м2.

Рассчитываем необходимое количество секций радиатора М140-А, учитывая, что площадь одной секции составляет 0,254 м2:

м2 (µ4=1,05, µ 3 = 0,97 + 0,06 / 1,41= 1,01, воспользуемся формулой µ ₃ = 0,97 + 0,06 / А_р  и определяем:

N=(1,41/0,254)х(1,05/1,01)=5,8.
То есть, расчет потребления тепла на отопление показал, что в помещении для достижения максимально комфортной температуры следует установить радиатор, состоящий из 6 секций.

(голосов пока нет)

Загрузка...