При проектировании системы отопления важно точно определить величину тепловой нагрузки дома, чтобы выбрать наиболее подходящую систему для данных условий. Это процесс, известный как расчет тепловой нагрузки, и он жизненно важен для определения типа и размера системы отопления, которую необходимо установить.
Расчет тепловой нагрузки на отопление включает в себя учет всех источников тепловой энергии в здании, включая солнечное излучение от солнца, внутреннее тепло, выделяемое людьми и приборами, а также любые другие внешние источники, такие как камин или электрическая система отопления. Каждый из этих источников энергии необходимо учитывать при расчете общей тепловой нагрузки на дом.
Внутренняя часть расчета тепловой нагрузки на отопление здания состоит из двух основных компонентов: явной тепловой нагрузки и скрытой тепловой нагрузки. Явная тепловая нагрузка учитывает количество тепла, которое используется для повышения температуры внутри дома, и включает любую энергию, используемую для нагревания воздуха, горячей воды и приготовления пищи. Скрытая тепловая нагрузка учитывает энергию, используемую для поддержания температуры стен, пола и других поверхностей внутри дома.
Тепловые расчеты отопления: общие правила
Классический термодинамический расчет систем отопления представляет собой сводный технический документ, включающий необходимые пошаговые стандартные методики расчета тепловых нагрузок на отопление.
Но прежде чем заняться расчетом этих основных параметров, нужно определиться с понятием самой системы отопления.
В настоящее время существует большое количество видов системы отопления. Однако, в основном, в загородных домах и квартирах используется система отопления, оснащенная циркуляционным насосом, то есть принудительная система. Поэтому расчет нагрузки будет вести со ссылкой на нее.
Для чего нужен расчет и проектирование систем? Они помогают в решении следующего:
- наиболее достоверно определить потери тепла;
- определить количество и состояние используемой охлаждающей жидкости;
- выберите элементы для генерации, движения и теплообмена как можно точнее.
Стандарт комнатной температуры
Перед выполнением каких-либо расчетов параметров системы необходимо как минимум знать последовательность ожидаемых результатов и знать некоторые стандартизированные характеристики табличных величин, которые необходимо подставлять в формулы или ориентироваться на них.
Используя эти константы для расчета параметров, можно быть уверенным в надежности динамических или постоянных параметров, требуемых системой.
Для систем отопления одним из таких глобальных параметров является температура в помещении, которая должна оставаться постоянной вне зависимости от времени года и окружающих условий.
В соответствии с положениями санитарных норм и правил существует разница температур между летом и зимой в течение всего года. Система кондиционирования отвечает за температурный режим дома летом.
В зимний же период времени находиться в теплом помещении в квартире или загородном доме помогает система отопления. Поэтому очень важно знать какой температурный диапазон присутствует в регионе, где нужно отопить помещение или здание, а также переносимость его отклонений.
Ниже представлен диапазон для комфортного проживания, которые прописаны в нормативных документах.
Для нежилых помещений офисного типа площадью не более 100 кв.м.:
- 22-24°C – оптимальная температура;
- 1°C – допустимое колебание.
- Для офисных помещений площадью более 100 квадратных метров температура составляет 21-23°С. Для нежилых площадок промышленного типа диапазоны температур меняются в широких пределах в зависимости от назначения площадки и установленных норм охраны труда.
Что касается жилых зданий: квартир, частных домов, дачных поселков и т. д., то здесь существуют определенные температурные диапазоны, которые можно регулировать по желанию жильцов.
Однако для конкретных мест квартир и домов имеем:
- 20-22°С – Жилые, в том числе детские, допускается изменение на ± 2°С –
- 19-21°С – кухня, ванная комната, допускается изменение на ±2°С;
- 24-26°С – ванная, душевая, бассейн, допускается изменение на ±1°С;
- 16-18°С – коридоры, коридоры, лестничные клетки, кладовые, допускается изменение на +3°С
Расчет теплопотерь дома
Согласно второму закону термодинамики, энергия самопроизвольно не переходит от более холодного тела к более теплому маленькому или большому телу. Частным случаем этого закона является «надежда» установить температурное равновесие между двумя термодинамическими системами.
Потери тепла в частном доме — распространенная проблема в домах по всему миру, и ее необходимо решать, чтобы поддерживать приемлемый уровень комфорта и эффективности. Тепло теряется различными способами, но наиболее распространенными из них являются утечка воздуха, инфильтрация, теплопроводность и излучение.
Утечка воздуха – самый распространенный способ потери тепла в частном доме. Теплопередача происходит через крошечные трещины, щели и отверстия в изоляции дома и ограждающих конструкций, что приводит к постоянному оттоку тепловой энергии и повышенному риску появления плесени и дискомфорта. Утепление окон, дверей и других отверстий во внешнюю среду является упреждающим средством уменьшения утечки воздуха и связанных с этим потерь тепла.
В коттеджах и других загородных постройках теплопотери происходят через полы, стены, окна и двери, а также образовавшиеся в ходе строительства или эксплуатации щели.
Зная величину теплопотерь можно определить производительность отопительной цепи. Для этого нужно воспользоваться формулой расчета тепловой нагрузки на отопление:
Q=Qпол+Qстена+Qокно+Qкрыша+Qдверь+…+Qi, где
Qi – количество теплопотерь от ограждающих конструкций однородного типа.
Каждый компонент формулы рассчитывается по формуле:
Q=S*ΔT/R, где
Q – теплоотдача, В;
S – площадь строения конкретного типа, кв. рис;
∆T – разница температур окружающего воздуха и помещения, °С;
R – тепловое сопротивление конструкции, м2*°С/Вт.
Кроме того, термическое сопротивление можно получить, используя следующую зависимость:
R=d/k, где
R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт;
k – теплопроводность материала, Вт/(м2*К);
d – толщина этого материала, м.
Как рассчитать мощность котельного оборудования?
Для расчёта производительности котла в многоквартирных домах стоит использовать следующую формулу:
Pкотла = (Sпомещения * Рудельная) / 10, где
S помещения – общая площадь отапливаемых домов;
Рудельная – Удельная мощность относительно климатических условий.
Но в этой формуле не учитываются потери тепла, которых в частных домах достаточно.
Как и для любого другого оборудования необходимо обеспечить запас мощности котла. Рассчитать его можно по следующей формуле:
Ркотла = (Qпотери*S*К)/100, где
К – будет равен 1,25, т.е. расчетная мощность котла увеличится на 25%.
Гидравлический расчет водоснабжения
Без учета объема теплоносителя и его скорости движения не может получится точный расчет тепловой нагрузки на отопление. Ниже представлена методика расчета тепловой нагрузки на отопление по данным параметрам.
Количество горячего теплоносителя в отопительной сети рассчитывается по формуле:
W=k*P, где
W – объем теплоносителя;
Р – мощность котла отопления;
k – коэффициент мощности (количество литров на единицу мощности 13,5, диапазон 10-15 литров).
Таким образом, окончательная формула выглядит так:
W=13,5*P.
Скорость теплоносителя является конечной динамической оценкой системы отопления и характеризует скорость, с которой жидкость циркулирует в системе.
Это значение помогает оценить тип и диаметр трубы:
V=(0,86*P*μ)/ΔT, где
Р – мощность котла;
µ – КПД котла;
ΔT – разница температур между подаваемой и обратной водой.
Заключение
Расчет тепловой нагрузки на отопление является жизненно важным компонентом обеспечения оптимальной энергоэффективности для обогрева конкретного помещения. Расчеты используются для расчета потребности в энергии для обеспечения температур, соответствующих желаемой окружающей среде. Важно точно оценить потребности в отоплении для любого помещения, поскольку стоимость недогрева или перегрева помещения может быть непомерной. Ниже я объясню процесс расчета тепловой нагрузки помещения, чтобы можно было выбрать и использовать наиболее эффективную систему отопления.
Первым шагом в расчете тепловой нагрузки является оценка тепловых характеристик помещения. Сюда входят такие факторы, как объем помещения, тип имеющейся изоляции, окна, двери, а также факторы, влияющие на то, как тепло уходит или проникает в пространство, например, сквозняки. Следует отметить тепловые характеристики, а затем определить коэффициент тепловых потерь. Этот коэффициент указывает скорость, с которой тепло будет покидать помещение с учетом всех вышеперечисленных характеристик.
Второй этап расчета тепловой нагрузки на отопление заключается в использовании коэффициента тепловых потерь для расчета общих тепловых потерь из помещения. Это достигается путем умножения внешней температуры на коэффициент теплопотерь. Затем общие потери тепла из помещения можно преобразовать в необходимую тепловую нагрузку в ваттах на основе желаемой внутренней температуры.
Третий этап расчета тепловой нагрузки заключается в учете эффективности любых существующих в помещении устройств. Сюда входят такие устройства, как сплит-системы, камины или дровяные печи, электрические радиаторы. Все эти устройства будут иметь номинальную мощность, которую можно использовать для расчета их эффективности в обеспечении желаемой температуры в помещении. Энергетическая оценка будет доступна у производителя и будет указывать, сколько энергии необходимо для обеспечения желаемой температуры.
Четвертый этап – определение размеров системы отопления, которая необходима для обеспечения нужной температуры. Это делается путем умножения общей тепловой нагрузки от помещения на эффективность нагревательного устройства, чтобы получить размер необходимой системы.
После определения подходящего размера системы отопления важно продолжать регулярно оценивать тепловую нагрузку, чтобы система оставалась оптимизированной, а помещение можно было эффективно обогревать в пределах желаемых параметров.
