Практическое занятие № 1 (Расчет мощности системы отопления)

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

Для большинства случаев в частном, коттеджном или ином строительстве требуется лишь рассчитать необходимую мощность отопительного оборудования для конкретного помещения, а оптимизацию расхода электрической энергии на поддержание заданной температуры автоматически выполнит термостат автоматической системы управления. В этом случае можно обойтись упрощенной методикой расчета, основанной на использовании величин и коэффициентов, полученных опытным путем.

Ниже приведена упрощенная методика расчетов по определению установленной мощности обогревателей электрического отопления для типовых жилых помещений с высотой потолков 2,5 — 3 м. Методика верна для случая, когда температура в помещении принимается равной +20°С при максимальной внешней температуре —26°С.

Расчетное выражение имеет следующий вид:

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

где:  Руст, (кВт) — максимальная электрическая мощность, потребляемая отопительными элементами;  Ро (кВт / м2) — расчетная удельная мощность, величина которой зависит от географической широты:  Рo=0,02 — для южных широт России;  Рo=0,03 — для средней полосы России;  Рo=0,04 — 0,05 — для северной части России.  S — площадь отапливаемого помещения, м2.  Кст — коэффициент, учитывающий теплопотери через стены:  Стены бетонные панельные, блочные — Кст = 1,25-1,5;  Стены бревенчатые, брусовые — Кст = 1,25;  Стены кирпичные в 1,5 кирпича — Кст = 1,5;  Стены кирпичные в 2,5 кирпича — Кст = 1,1;  Стены пенобетоннные с повышенной теплоизоляцией — Кст = 1.

  Кнст — коэффициент, учитывающий количество наружных стен:  Кнст = 1, если одна наружная стена;  Кнст = 1,15, если две наружных стены;

Кнст = 1,22, если три наружных стены;

Кнст = 1,33, если четыре наружных стены;

Кнст = 0,1 — 0,3, если внутреннее помещение.  Кок — коэффициент, учитывающий теплопотери через окна:  Кок = 1 + ρ* Sок, где: Sок — площадь окна, м2;

ρ = 0,2 (1/ м2) — для обычного типового окна со спаренной рамой;  ρ = 0,1 (1/ м2) — для окна с однокамерным стеклопакетом;  ρ = 0,07 (1/ м2) — для окна с двухкамерным стеклопакетом.

ρ = 0,057 (1/ м2) — для окна с двухкамерным стеклопакетом из энергосберегающего стекла.

Кэт — коэффициент, учитывающий этажность помещения:  Кэт = 1,1 — 1,3 — для первого и последнего этажей;  Кэт = 1,0 — для средних этажей;  Кдв — коэффициент, учитывающий теплопотери через входную и балконную двери:  Кдв = 1 — если входная дверь граничит с отапливаемым помещением;  Кдв = 1,2 — 1,4 — Если входная (балконная) дверь выходит на улицу.

Пример 1

Для примера рассчитаем максимальную электрическую мощность отопительных панелей для автономного отопления жилой комнаты площадью 20 м2 в типовой квартире общей площадью 60 м2, расположенной в северной полосе России. 

Дом панельный, комната расположена на 2-ом этаже и имеет две наружных стены и одно окно с однокамерным стеклопакетом, площадью 1,8м х 1,5м.

Таким образом, Ро = 0,03 кВт/м2; S = 20 м2; Кст = 1,25;

Кнст = 1,15; Кок = 1 + 0,1 • 1,5 • 1,8 = 1,27; Кэт = 1,0; Кдв = 1,0.

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

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

 

Пример 2

Расчет отопления дома

Необходимая мощность системы отопления должна обеспечить дом нужным количеством тепла. Для определения мощности системы отопления необходимо провести расчет отопления дома.

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

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

 

N_k=1,2×Q_t

где N_k– теплопроизводительность отопительной сситемы в кВт

Q_t– теплопотери здания

1,2 – коэффициент запаса (20%).

Коэффициент запаса необходим для того, чтобы:

• учесть непредвиденные теплопотери

• учесть возможное падение давления газа (в холодный период года).

• иметь оптимальные возможности для регулирования температурного режима

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

Теплопотери распределяются не равномерно.

Потери тепла происходят:

• через наружные стены (около 40 %)

• через окна (около 20 %)

• через крышу (5-10 %)

• через пол (около 10%).

• остальное (около 20 %) (двери, вентиляция и т.п.)

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

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

• тип окон (К1)

• изоляцию стен (К2)

• соотношение площадей окон и пола (К3)

• минимальную температуру вне помещения (К4)

• число стен помещения, выходящих наружу (К5)

• тип помещения над тем, для которого производятся расчеты (К6)

• высоту помещения (К7)

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

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

• тройной стеклопакет – 0,85

• двойной стеклопакет – 1

• обычное остекление – 1,27.

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

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

Соотношение площадей окон и пола	Коэффициент
10 %	0,80
11-19 %	0,90
20 %	1,00
21-29 %	1,10
30 %	1,20
31-39 %	1,30
40 %	1,40
50 %	1,50

При более низкой температуре снаружи теплопотери будут возрастать:

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

• одна стена – 1,00

• две стены – 1,11

• три стены – 1,22

• четыре стены – 1,33

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

Также играет роль и высота помещения:

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

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

где Q_т– теплопотери дома

ватт/м²– удельная величина тепловых потерь

м²– площадь помещения

К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7 – соответствующие коэффициенты

Пример 2

Возьмем для расчета отопления максимально благоприятные условия:

• окна с тройным стеклопакетом – коэффициент 0,85

• стены с хорошей теплоизоляцией – 0,85

• соотношение площадей окон и пола 10 % – 0,80

• температура снаружи до -10° – 0,70

• одна стена выходит наружу – 1,00

• сверху находится отапливаемое помещение – 0,82

• высота помещения – 1,00

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

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

Расчет отопления дома напрямую зависит от этой цифры – чем большая величина теплопотерь в доме, тем мощнее нужно устанавливать котел. Мощность системы отопления в данном случае будет равняться:

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

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

 

Как рассчитать мощность котла, потери тепла в доме

Какой бы котел вы не устанавливали в помещении, газовый, электрический, угольный или просто печь на дровах, вам необходимо рассчитать потери тепла в вашем доме. Котел только компенсирует эти потери, мощность всех без исключения котлов определяется в киловаттах, киловатт это то количество тепла, которое вырабатывает котел и без разницы какое топливо в нем применяется. Единственное замечание, если вы выбираете универсальный котел, например работающий на газе и угле, мощность на газе и угле он выработает разную, и это при выборе котла следует учитывать.

Из чего складываются потери тепла в доме, и как они влияют на выбор котла.

Те потери, которые мы будем учитывать в расчете котла,  складываются из потерь на вентиляцию и потерь на отопление.

Потери на вентиляцию это обязательная вентиляция кухни, туалета, через вентиляционные отверстия для проветривания крыши. Но в жилых домах они небольшие, их принято не учитывать, введя коэффициентом в потери на отопление.

Потери на отопление зависят от материалов стен вашего дома, количества и размеров окон и дверей. Чтобы не забивать Вам голову терминами, просто скажу – котел принято рассчитывать по укрупненным потерям тепла помещением, вашим домом. Чем мы с вами сейчас и займемся.

Расчет мощности котла по укрупненным потерям жилого дома.

Формула для расчета котла выглядит следующим образом:

Qo = qo х а х V х (tвн — tн)/1000 (кВт), где

qo  Вт/(м3·°С) — удельная тепловая характеристика здания, для каждого жилого дома она своя, берется из справочников. Вы можете скачать (или посмотреть) для себя таблицу с характеристикой различных помещений. В нашем расчете мы будем использовать  qo = 0,49.

а – Поправочный коэффициент для отопительной характеристики местности, где находится наш дом. Для средней полосы России, например, он равен 1.

V — Объем помещения для обогрева которого мы будем подбирать котел, в м3.
tвн – требуемая температура внутри помещения, град Цельсия – рекомендуем принимать 24 градуса, хотя для квартир разрешено только 20.
tн — эта та температура на которую проектировалось ваше здание, для средней полосы России это – 30 град.С (минус в расчетах тоже надо учитывать, помните минус на минус дают плюс). Если стены у вас тоньше, например вы на них сэкономили, можете поставьте большее значение – например — 35 град.С, так вы избежите ошибок.

Пример расчета мощности котла для жилого частного дома из кирпича толщиной стен 500 мм.

Общая площадь дома по наружному обмеру 100 м2;
Высота потолка 2,8 м;
Желаемая температура внутри помещения tвн = 24 град. С;
Максимальная температура на улице tн = -30 град.С;

Результат расчета необходимой мощности котла.

Qо= 0,49*1* 280*(24+30)/1000= 10,15 кВт
Вывод: Для отопления нашего дома в 100 м2 необходим котел мощностью не менее 10,15 кВт.
Как видите расчет мощности котла для обогрева жилого дома не сложен, и главное он еще раз подтвердил правило, что для простого расчета мощности котла достаточно принимать 1 кВт на 10 м2 площади помещения.
Для особо любознательных читателей:

— сколько Гкал в 1 кубометре горячей воды?
— Как рассчитать количество газа на Гкал?
— Как перевести тн угля в Гкал, определение потребности в тепле и топливе.

Провинция Манитоба | сельское хозяйство

Чтобы определить затраты на отопление для типичного отопительного сезона с сентября по май, необходимо определить удельную стоимость каждого источника топлива, а также общую энергию, необходимую для обогрева теплицы.

Пример расчета:

Площадь пола теплицы = 496 м ²
Типичная энергия, необходимая двойной полиэтиленовой теплице = 2100 МДж/м ² (2,1 ГДж/м ² )

Единица измерения Стоимость Энергосодержание Природный газ = 25,53 цента/м ³
Пропан (жидкий) = 40 центов/1
Мазут = 39 центов/1
Электричество = 6 центов/кВтч

0,0372 ГДж/м 0,0372 ГДж/м ³

0,0269 ГДж/1

0,0390 ГДж/1

0,0336 ГДж/кВтч

Примечание: Обратите внимание, что приведенные выше удельные затраты были точными на момент публикации. Изменчивость цен на топливо для отопления сводит на нет любые попытки установить стандартные удельные затраты. Чтобы рассчитать стоимость отопления, подставьте текущую стоимость единицы топлива для соответствующего источника топлива.

Эффективность сгорания этих видов топлива обычно составляет 60-80% от указанных выше значений энергосодержания, за исключением электроэнергии, которая обычно считается равной 100%, так как нет сгорания. Даже в высокоэффективных топочных печах фактическая эффективность теплопередачи в среднем составляет всего 70%. Поэтому для определения стоимости энергии на единицу полезной энергии ($/ГДж) и стоимости квадратного метра используются следующие формулы:

Стоимость ($) топлива/литр Энергетическая ценность топлива (ГДж/л)

Будет получено: Стоимость ($)/ГигаДжоуль [единица энергии].

Тогда, учитывая эффективность 70%, мы делим это число на 0,70.

$/ГДж 0,70

= Стоимость энергии в долларах США при КПД 70 %

Стоимость энергии при КПД 70 %
Затем умножьте на 2,1 ГДж/м ² (типичное энергопотребление двойной полиэтиленовой теплицы).
Урожайность: Стоимость ($)/м ² (площадь).
Затем умножьте на площадь теплицы (например, 496 м ² ).

Природный газ

• Удельная стоимость – класс 4 коммерческий
• 0,2553 $/м ³
• 0,0372 ГДж/м ³

Затем	0,2553 $/м 3 0,0372 ГДж/м 3	= 6,86 долл. США/ГДж при эффективности 100 % = 6,86 долл. США/ГДж при эффективности 100 %
	$6,86 ГДж 0,70	= $9. 80/GJ at 70% efficiency= $9.80/GJ at 70% efficiency
$9.80/GJ x 2.1 GJ/m 2 = $20.58/m 2 floor area
20,58 долл. США x м 2 = 10 207,68 долл. США/сезон

( Примечание: приближенно основано на средних погодных условиях)

Пропан

• 0,40 $/1
• $0,0269 ГДж/1

$0,40/1 0,269 ГДж/1	= 14,87 долл. США/ГДж
14,87 долл. США/ГДж 0,70	= 21,24 долл. США/ГДж
21,24 долл. США/ГДж x 2,1 ГДж/м0221 44,61/м 2 x 496 м 2 = 22 126,56 $/сезон

Мазут

1 0,03193 $

• $0,0390 ГДж/1

$0,39/1 0,039 ГДж/1	= 10,00 долл. США/ГДж
10,00 долл. США/ГДж 0,70	= 14,28 долл. США/ГДж
14,28 долл. США/ГДж x 2,1 ГДж/м 2 = $29.99/m 2
$29.99/m 2 x 496 m 2 = $14,880.00/season

Electricity

• $0.06/kwh
• 0,0036 ГДж/кВтч2

0,06 доллара США/кВтч2 0,0036 ГДж/кВтч	= 16,67 долл. США/ГДж
(примечание: эффективность 100 %)
$16.67/GJ x 2.1 GJ/m 2 = $34. 99/m 2
$34.99/m 2 x 496 m 2 = $17,355.04/season

Как и при любом расчете стоимости, необходимо учитывать индивидуальные обстоятельства. Например, использование древесины и других горючих растительных материалов (солома, уголь, древесина или гранулы из заполнителя) в большинстве случаев удовлетворяет потребности производителя при условии наличия надлежащего оборудования и достаточно близкого расположения источника топлива, учитывая громоздкий характер эти материалы. Расходы на погрузочно-разгрузочные работы и специализированное оборудование также необходимо учитывать при расчете стоимости. Как правило, эти «альтернативные» виды топлива требуют постоянного контроля, поскольку подача и постоянство содержания энергии могут сильно различаться. По этой причине, даже несмотря на то, что базовые затраты на единицу энергии ниже, при сравнении источников топлива для отопления необходимо учитывать другие факторы.

Теплый пол – как рассчитать требуемую мощность?

3 минуты чтения

1. Температуру воды на подаче и температуру обратки системы напольного отопления следует определить расчетным путем, температура воды на подаче не должна превышать 60°C, температура воды на подаче в гражданских зданиях должна быть от 35℃ до 50℃, разница температур не должна превышать 10℃.

2. Средняя температура поверхности земли (℃)

Область	Подходящий диапазон (℃)	Высокий лимит (℃)
Люди ВСЕГДА ОТДЫХ	24-26	28
ПЕРЕДА
Зона небытия людей	35-40	42

3. Толщина слоя утеплителя из пенополистирола.

Тип пола	Толщина изоляционного материала (мм)
Изоляционный слой на полу между этажами	20
Термическая изоляция на полу, прилегающем к почве или без опорожую комнаты	30
Термическая изоляция на полу, на площадке.

4. При расчете тепловой нагрузки комплексной системы теплого пола расчетная температура в помещении должна быть на 2°С ниже расчетной температуры в помещении конвективной системы отопления, или 9от 0% до 99% от общей тепловой нагрузки, рассчитанной системой конвективного отопления.

5. Тепловая нагрузка системы локального теплого пола может быть определена путем умножения тепловой нагрузки, рассчитанной по общему лучистому отоплению всего помещения, на отношение площади площади к площади помещения и дополнительной коэффициенты, указанные в следующей таблице.

Отношение площади обогрева к общей площади помещения	0,55	0,4 ​​	0,25
Дополнительный фактор	1,3	1,35	1,5

6. рассчитать тепловую нагрузку и расположить трубопроводы отдельно.

7. На земле под застройку, где проложены трубы отопления, потери теплопередачи грунта не следует рассчитывать.

8. При расчете тепловой нагрузки системы напольного отопления не требуется учитывать дополнительную высоту.

9. При расчете тепловой нагрузки системы теплого пола с бытовым учетом тепла следует учитывать такие факторы, как прерывистое отопление и теплопередача между домохозяйствами.

Используйте табличный метод для определения расстояния между трубами напольного отопления:

Тепловыделение Qr и потери теплопередачи вниз Qs на единицу площади поверхности трубы PE-X (Вт/м²)

Внешний диаметр трубы составляет 20 мм, толщина слоя заполнения 50 мм, толщина слоя изоляции из пенополистирола 20 мм, а разница температур между подающей и обратной водой составляет 10 ℃ (цементный или керамический пол, термическое сопротивление R=0,02(㎡. к/ж))

28 28 28.7

Average water temp	Indoor temp	Heating pipe spacing (mm)
		300		250		200		150		100
℃	℃	Qr	Qs	Qr	Qs	Qr	Qs	Qr	Qs	Qr	Qs
35	16	84. 7	23.8	92.5	24	100。5	24.6	108.9	24.8	116.6	24.8
	18	76.4	21.7	83.3	22	90.4	22.6	97.9	22.7	104.7	22.7
	20	68	19.9	74	20.2	80.4	20.5	87.1	20.5	93.1	20.5
40	16	108	29.7	118.1	29.8	128.7	30.5	139.6	30.8	149.7	30.8
	18	99,5	27,4	108,7	27,9	118,4	28,5	128,4	28,7	137,6	28,7	137,6930	28 28. 7	28,7	137,6930	28 28.7	28,7	.0022
	20	91	25.4	99.4	25.7	108.1	26.5	117.3	26.7	125.6	26.7
45	16	131.8	35.5	144,4	35,5	157,5	36,5	171,2	36,8	183,9	36,8
	18	123,3
	18	123,3
18	123,3	33,29 33,2
18	123,3
18	123,3
18	.0030	134.8	33.9	17	34.5	159.8	34.8	171.6	34.8
20	144.5	31.7	125.3	32	136.6	32. 4	148.5	32,7	159,3	32,7

Тепловыделение Qr и теплопередача вниз Qs на единицу площади поверхности трубы PE-X (Вт/м²).

Наружный диаметр трубы 20 мм, толщина слоя заполнения 50 мм, толщина слоя изоляции из пенополистирола 20 мм, разница температур между подающей и обратной водой 10 ℃ (деревянный пол, тепловое сопротивление R =0.1 (㎡.k/w))

Average water temp	Indoor temp	Heating pipe spacing (mm)
		300		250		200		150		100
℃	℃	Qr	Qs	Qr	Qs	Qr	Qs	Qr	Qs	Qr	Qs
35	16	64.2	24. 4	66.0	24.6	69.6	25.0	73.1	25.5	76.2	26.1
	18	56.3	22.3	59.6	22.5	62.8	22.9	65.9	23.3	68.7	23.9
	20	50.3	20.1	53.1	20.5	56.0	20.7	58.8	21.1	61.3	21.6
40	16	79.1	30.2	83.7	20.7	88.4	31.2	92.8	31.9	96.9	32.5
	18	72.9	28.3	77.2	28.6	81.5	31.2	92.8	31.9	96.9	32.5
	20	66.8	26. 3	70.7	26.5	74.6	26.9	78.3	27.4	81.7	28.1
45	16	96.0	36.4	101.8	36.9	107.5	37.5	112.9	38.2	117.9	39.1
	18	89.8	34.1	95.1	34.8	100.5	35.3	105.6	36.0	110.2	36.8
	20	83.6	32.2	88.6	32.7	93.5	33.1	98.2	33.8	102.6	34.5

Estimated heating  design:

Building type	Advised underfloor heating kw data
	No insulation measures	Выполнены мероприятия по утеплению
Жилой	58-64	40-45
Комплекс жилой застройки	60-68	45-55
School, office	60-68	50-70
Hospitals, kindergartens	65-80	55-70
Hotel	60-70	50-60
Shop	65-80	55-70
Canteen	115-140	100-130
Theaters, exhibition halls	95 -115	80-105
Аудитория	115-165	100-150

Примечания:

1.