Основные параметры и способы расчёта отопления

ГОСТом Р 54860-2011 регламентируется необходимость вычислений при организации коммуникаций теплоснабжения. Перед обустройством магистрали владелец должен определить нужные параметры котла и батарей. Расчет отопления также производится для установления энергетической эффективности оборудования и вероятных теплопотерь.

Расчетные параметры

Технология расчета позволяет подобрать тепловую систему, подходящую по мощности и протяженности для дома или квартиры. Подсчет выполняется на основании нескольких исходных величин:

• площади здания, его высоты от потолка до пола, внутреннего объема;
• типа объекта и наличия других построек рядом с ним;
• материалов для возведения крыши, пола и потолка;
• количества оконных и дверных проемов;
• целевого использования частей дома;
• длительности отопительного сезона и средней температуры в данный период;
• особенностей розы ветров и географии местности;
• вероятной температуры в помещении;
• специфики мест подключения к газо-, электрокоммуникациям и водоснабжению.

Утепление дверей, окон и стен учитывается обязательно.

Вычисления по объему комнат

Расчет для отопления, произведенный по объему жилого помещения, отличается точностью данных. Его целесообразно рассмотреть на примере: дом на 80 м2 в Московской области с высотой потолков 3 м, 6-ю окнами и 2-мя дверями, которые открываются наружу. Алгоритм действий будет таким:

1. Вычисление общего объема постройки. Суммируются параметры каждой комнаты или используется общий принцип – 80х3=240 м3.
2. Подсчет количества проемов, выходящих наружу – 6 окон + 2 двери=8.
3. Определение регионального коэффициента для Московской области, относящейся к средней полосе РФ. Он будет равняться 1,2. Значение для других регионов можно узнать из таблицы.

4. Подсчет для загородного коттеджа. Первая полученная величина умножается на 60: 240х60=14 400.
5. Умножение на региональную поправку. 14 400х1,2=17 280.
6. Умножение количества окон на 100, дверей – на 200 и суммирование результата: 6х100+2х200=1000.
7. Сложение данных, полученных на этапах №5 и №6: 17 280+1000=18 280.

Мощность отопительной системы будет равняться 18 280 Вт без учета материалов несущих стен, напольного покрытия, теплоизоляционных характеристик дома. В вычислениях отсутствует поправка на естественную вентиляцию, поэтому результат будет примерным.

Вычисления по количеству этажей

Жильцы многоквартирного дома платят за коммунальные услуги в зависимости от этажности. Чем выше дом, тем дешевле его отапливать. По этой причине расчет системы отопления привязан к высоте потолков:

• не больше 2,5 м – коэффициент 1;
• от 3 до 3,5 м – коэффициент 1,05;
• от 3,5 до 4,5 – коэффициент 1,1;
• от 4,5 – коэффициент 2.

Рассчитывать коммуникации можно по формуле N=(S*H*41)/C, где:

• N – количество радиаторных секций;
• S – площадь дома;
• C – тепловая отдача одной батареи, указывается в паспорте;
• Н – высота помещения;
• 41 Вт – тепло, затрачиваемое для нагрева 1 м3(эмпирическая величина).

При подсчетах также учитывается этаж проживания, месторасположение комнат, наличие чердака и его теплоизоляции.

Для помещения на первом этаже трехэтажного дома устанавливается коэффициент 0,82.

Подбор котла отопления

Отопительные агрегаты в зависимости от целевого назначения бывают одноконтурными и двухконтурными, могут устанавливаться настенным и напольным способом. Котлы также различаются по типу топлива.

Газовые модификации

Производители выпускают различные устройства, поэтому при выборе стоит обращать внимание на следующие факторы:

• Цель монтажа отопительных коммуникаций. Одноконтурные варианты используются для обогрева, двухконтурные со встроенным бойлером на 150-180 л могут обеспечивать дом горячей водой и отапливать его.
• Количество теплообменников двухконтурной модели. Единственный битермический элемент греет воду как теплоноситель и ресурс ГВС одновременно. В модификациях с двумя нагревательный первичный используется для отопления, вторичный – для подогрева системы ГВС.
• Материал теплообменника. Чугунный долго аккумулирует тепло и не подвергается коррозии, стальной практически не чувствителен к температурным колебаниям.
• Тип камеры сгорания. Открытая камера работает на естественной тяге, поэтому для котла нужно отдельное помещение с хорошей вентиляцией. Закрытый агрегат удаляет продукты сгорания через коаксиальный горизонтальный дымоход.
• Особенности розжига. В режиме электророзжига фитиль будет гореть постоянно, но для работы оборудования нужно электричество. Модели с пьезовым розжигом – независимые, но включаются вручную.

Конденсационные газовые агрегаты с водяным экономайзером отличаются производительностью, но плата за топливо увеличивается почти в 2 раза.

Электрические модели

Устройства отличаются практически бесшумной работой, компактностью и безопасностью эксплуатации. Владельцы домов и дач могут приобрести модификации:

• На трубчатых нагревательных элементах. Приборы с ТЭНом подходят для настенного монтажа, автоматизированы, но часто ломаются из-за накипи.
• На электродах. Небольшие аппараты, подключаемые к контуру из двух и более батарей. Котел производительный, оснащен настройками температуру, но чувствителен к теплоносителю.
• Индукционные. Оснащены системой защиты от перегрева, быстро нагревают теплоноситель, имеют КПД 97 %.

Индукционные котлы – дорогостоящее оборудование.

Комбинированные агрегаты

Отапливают любую площадь, могут работать в универсальном режиме и на двух-трех видах топлива. Тип запитки подбирает пользователь:

• твердое топливо + газ;
• твердое топливо + электроэнергия;
• газ + электричество;
• газ + дизель.

Один вид топливных ресурсов является основным, второй – вспомогательным, который не нагревает дом, а только поддерживает нормальный температурный режим.

Твердотопливные котлы

Работают на дровах, опилках, угле, коксе, специальных брикетах, отличаются безопасностью и удобством эксплуатации. Для частного дома можно подобрать агрегаты:

• Классические. Функционируют по принципу прямого сжигания, заполнять топку нужно через каждые 5-6 часов.
• Пиролизные. Работают по принципу дожига остаточных газов в специальной камере. Закладка топлива осуществляется через каждые 12-14 часов.

Устройства требуют дымохода с хорошей тягой, ставятся в отдельное помещение. Пользователь должен периодически очищать отсек сгорания от сажи и смол.

Жидкотопливные аппараты

Работают на дизельном топливе, поэтому ставятся в отдельное помещение. Котельная оснащается вытяжкой и качественной вентиляционной системой. Мазутная жидкость хранится в герметичных емкостях в отдельном помещении. Все жидкотопливные приборы автоматизированы, производительны, отличаются большой мощностью.

Особенности расчета тепловых потерь

Чаще всего теплота зависит от материала напольной, потолочной поверхности, стен, количества проемов, особенностей утепления. Рассчитать автономное отопление с учетом теплопотерь в частном доме можно на примере углового помещения площадью 18 м2 и 24,3 м3 объемом. Оно находится на 1-м этаже, имеет потолки 2,75 м, а также 2 наружные стены из бруса толщиной 18 см с обшивкой гипсокартоном и оклейкой обоями. В комнате 2 окна с параметрами 1,6х1,1 м. Пол из дерева, утепленный, с подполом.

Вычисление площади поверхностей:

• Наружная стена без окон – S1 = (6+3) х 2,7 — 2×1,1×1,6 = 20,78 м2.
• Окна — S2 = 2×1,1×1,6=3,52 м2.
• Пол — S3 = 6×3=18 м2.
• Потолок — S4 = 6×3= 18 м2.

Вычисление теплопотерь поверхностей, Q1:

• Наружной стены — S1 х 62 = 20,78×62 = 1289 Вт.
• Окон — S2 x 135 = 3×135 = 405 Вт.
• Потолка — Q4 = S4 x 27 = 18×27 = 486 Вт.

Вычисление общей теплопотери посредством суммирования данных. Q5=Q+ Q2+Q3+Q4=2810 Вт.

Суммарная теплопотеря одного помещения в холодный день равна -2,81 кВт, то есть столько же тепла подается дополнительно.

Гидравлический расчет

Рассчитать гидравлику для отопления, проложенного в частном доме можно, если знать:

• конфигурацию магистрали, вид трубопровода и арматуры;
• диаметр труб на основных участках;
• параметры давления в различных зонах;
• потерю тепловым носителем давления;
• способ гидравлической увязки элементов теплотрассы.

Для примера можно использовать гравитационную двухтрубную магистраль с параметрами:

• расчетной тепловой нагрузки – 133 кВт;
• температуры — tг = 750 градусов, tо = 600 градусов;
• расчетного расхода теплоносителя – 7,6 кубометров за час;
• способа подключения к котлу – гидравлический горизонтальный распределитель;
• постоянная температура, поддерживаемая автоматикой на протяжении года – 800 градусов;
• наличие регулятора давления – у ввода каждого из распределителей;
• тип трубопровода – металлопластиковые распределительные, стальные для теплоснабжения.

Для удобства вычислений можно использовать несколько онлайн-программ или специальный калькулятор. HERZ C.O. 3.5 считает по способу линейной потери давления, DanfossCO подходит для систем с естественным типом циркуляции. При вычислениях нужно выбрать параметры для температуры – градусы по Кельвину или по Цельсию.

Диаметр трубопровода

Разница между температурой охлажденного и горячего теплоносителя в двухтрубной системе – 20 градусов. Площадь комнаты – 18 квадратов, потолки высотой 2,7 м, циркуляция теплотрассы принудительного типа. Вычисления производятся так:

1. Определение среднестатистических данных. Расход мощности составляет 1 кВт на 30 м3, запас тепловой мощности – 20 %.
2. Вычисление объема помещения. 18 х 2,7 = 48,6 м³.
3. Определение затрат мощности. 48,6 / 30 = 1,62 кВт.
4. Поиск запаса мощности в холодную погоду. 1,62х20% = 0,324 кВт.
5. Вычисление суммарной мощности. 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт.

Подходящий диаметр труб можно определить по таблице.

Выбирать значение суммарной мощности нужно максимально близкое к результату подсчета.

Параметры давлений

Общие потери давления представляют собой потери давления на каждом из участков. Эта величина рассчитывается как сумма потерь при трении движущегося теплоносителя и местного сопротивления. Алгоритм подсчета:

1. Поиск местного давления на участке по формуле Дарси-Вейсбаха.
2. Поиск коэффициента гидравлического трения по формуле Альшутля.
3. Использование табличных данных с учетом материала труб.

Килограммы в час можно перевести в литры в минуту.

Гидравлическая увязка

Гидравлическая увязка – это необходимый шаг для выравнивания гидропотерь. Расчеты производятся на основании проектной нагрузки, удельного сопротивления и технических параметров труб, местного сопротивления участков. Также понадобится учесть установочные характеристики клапанов.

Алгоритм вычисления по технологии характеристик сопротивления:

1. Расчет потерь давления на 1 кг/ч теплоносителя. Они измеряются в ∆P, Па и являются пропорциональными квадрату расхода воды на участке G, кг/ч.
2. Использование коэффициента местных сопротивлений и суммирования всех параметров.

Информацию и динамическом давлении труб можно взять в инструкции производителя.

Особенности подсчета количества радиаторов

Для расчета числа радиаторных элементов необходимо учитывать объем постройки, ее конструктивные особенности, стеновой материал и тип батарей. Например: панельный дом с тепловым потоком 0,041 кВт. Нужно рассчитать количество батарей для комнаты 6х4х2,5 м.

Алгоритм вычислений:

1. Определение объема комнаты. 6x4x2,5 = 60 м3.
2. Умножение площади комнаты на тепловой поток для вычисления оптимально объема тепловой энергии Q. 60×0, 041 = 2,46 кВт.
3. Поиск числа секций N. Результат этапа № 2 разделить на показатель теплового потока одного радиатора. 2,46 / 0,16 = 15,375 = 16 секций.
4. Выбор параметров радиаторов из таблицы.

Самый большой эксплуатационный срок у магистрали из чугуна – 10 лет.

Расчет мощности котла

Расчет полезного тепла для обогрева каждого помещения предусматривает вычисление мощности отопительной установки. Узнав ее, можно создать оптимальный температурный режим. Мощность котла вычисляется по формуле W = S х Wуд/10, где:

• S – показатель площади помещения;
• Wуд – параметры удельной мощности на 10 кубометров комнаты.

Показатель удельной мощности зависит от региона проживания. Его можно найти по таблице:

Пример расчета тепловой мощности котла, подключаемого к системе отопления, для помещения на 100 квадратов в Центральном регионе будет таким: 100х1,25 / 10 = 12 кВт.

Часто используется ориентировочный расчет: котел мощностью 10 кВт обогреет 100 м2.

Как выбрать отопительные приборы

По внешнему исполнению приборы для отопления похожи, но во время подбора нужно учитывать особенности конструкции.

Конвекционные устройства

Обогреватели за счет циркуляции воздушных потоков быстро вырабатывают тепло. Внизу конвекторов находятся отверстия для всасывания воздуха, внутри корпуса – ТЭН, нагревающий потоки. Конвекторное оборудование бывает:

• Газовым – подсоединяется к магистрали дома или баллону. Агрегаты отличаются энергоэффективностью, но их монтаж нужно согласовывать с контролирующими органами.
• Водяным – подключается нижним или боковым способом, быстро нагревается. Устройства не подходят для комнат с высокими потолками.
• Электрическим – подсоединяются в сеть, имеют КПД до 95 %, малошумны. Минусом является большой расход энергии.

На обогрев 10 м2 площади при помощи конвекторов затрачивается 1 кВт/ч энергии.

Радиаторные системы

Подключаются к отопительным магистралям нижним, боковым или универсальным способом. Изготавливаются из следующих материалов:

• Алюминий – легкие, быстро нагреваются, теплоемкие. Резьбовое соединение верхнего впускного клапана некачественное.
• Биметалл – оснащаются стальным сердечником и алюминиевым корпусом. Выдерживают высокое давление, но стоят дорого.
• Чугун – отличаются высокой теплоемкостью и длительным остыванием. К минусам приборов относятся медленный нагрев и большой вес.

Алюминиевые батареи не выдерживают колебаний давления и не подходят для квартир.

Конвективно-радиаторные установки

Реализуются посредством подключения водяного теплого пола и радиаторов, используются в загородных домах серверных регионов. Эффективны при отоплении угловых или остекленных помещений. Под окнами можно устанавливать секционные (4-16 элементов) или панельные (цельный корпус) батареи. Теплые полы на первом этаже покрываются керамической плиткой, на втором – любым материалом.

Правила установки отопительных приборов

Нормативные требования к монтажу прописаны в нескольких СНиПах и предусматривают:

1. Контроль безопасности температуры радиаторов – не более 70 градусов.
2. Удаление батарей на 10 см от боковой части стены, на 6 см от пола, на 5 см – от нижней части стены, на 2,5 см – от штукатурного покрытия.
3. Наличие номинального теплового потока на 60 Вт меньше расчетного.
4. Выполнение соединений в пределах одной комнаты.
5. Наличие автоматической регулировочной арматуры в жилых помещениях и ручной регулировки в санузлах, ванных, гардеробных, кладовках.
6. Соблюдение уклона подводки по движению теплоносителя на 5-10 мм.
7. Резьбовое соединение алюминиевых и медных устройств.
8. Постоянная заполненность системы теплоносителем.

В документах также отмечена необходимость профилактического осмотра и очистки приборов от пыли перед началом отопительного периода и 1 раз в 3-4 месяца при эксплуатации.

Тепловой расчет для отопительных коммуникаций выполняется в индивидуальном порядке. От точности и верности вычислений зависит энергоэффективность, безопасность и удобство эксплуатации системы.