Что собой представляет такая измерительная единица, как гигакалория? Какое отношение она имеет к традиционным киловатт-часам, в которых исчисляется тепловая энергия? Какой информацией необходимо обладать, чтобы правильно произвести расчет Гкал на отопление? В конце концов, какую формулу необходимо использовать во время расчета? Об этом, а также о многом другом пойдет речь в сегодняшней статье.

Что собой представляет Гкал?

Начать следует со смежного определения. Под калорией подразумевается определенное количество энергии, которое требуется для нагрева одного грамма воды до одного градуса по Цельсию (в условиях атмосферного давления, разумеется). И ввиду того, что с точки зрения расходов на отопление, скажем, дома, одна калория – это мизерная величина, то для расчетов в большинстве случаев применяются гигакалории (или сокращенно Гкал), соответствующие одному миллиарду калорий. С этим определились, движемся дальше.

Применение данной величины регламентируется соответствующим документом Министерства топлива и энергетики, изданным еще в 1995-м году.

Обратите внимание! В среднем норматив потребления в России на один квадратный метр равен 0,0342 Гкал за месяц. Безусловно, эта цифра может меняться для разных регионов, поскольку все зависит от климатических условий.

Итак, что же собой представляет гигакалория, если «трансформировать» ее в более привычные для нас величины? Смотрите сами.

1. Одна гигакалория равна примерно 1 162,2 киловатт-часам.

2. Одной гигакалории энергии хватит для нагрева тысячи тонн воды до +1°С.

Для чего все это нужно?

Проблему следует рассмотреть с двух точек зрения – с точки зрения многоквартирных домов и частных. Начнем с первых.

Многоквартирные здания

Здесь ничего сложного нет: гигакалории применяются в тепловых расчетах. И если знать, какое количество тепловой энергии остается в доме, то можно предъявить потребителю конкретный счет. Приведем небольшое сравнение: если централизованное отопление будет функционировать в отсутствие счетчика, то платить приходится по площади обогреваемого помещения. Если же есть тепловой счетчик, это уже само по себе разводку подразумевает горизонтального типа (либо коллекторную, либо последовательную): в квартиру заводят два стояка (для «обратки» и подачи), а уже внутриквартирная система (точнее, е конфигурация) определяется жильцами. Подобного рода схема применяются в новостройках, благодаря чему люди регулируют расход тепловой энергии, делая выбор между экономией и комфортом.

Выясним, каким образом осуществляется данная регулировка.

1. Монтаж общего термостата на магистрали «обратки». В таком случае расход рабочей жидкости определяется температурой внутри квартиры: если она будет снижаться, то расход, соответственно, увеличится, а если повышаться – снизится.

2. Дросселирование радиаторов отопления. Благодаря дросселю проходимость отопительного прибора ограничивается, температура снижается, а значит, сокращается расход тепловой энергии.

Частные дома

Продолжаем говорить про расчет Гкал на отопление. Владельцы загородных домов интересуются, прежде всего, стоимостью гигакалории тепловой энергии, полученной от того или иного вида топлива. В этом может помочь приведенная ниже таблица.

Таблица. Сравнение стоимости 1 Гкал (с учетом транспортных расходов)

* — цены примерные, так как тарифы могут отличаться в зависимости от региона, более того, они еще и постоянно растут.

Тепловые счетчики

А теперь выясним, какая информация нужна для того, чтобы рассчитать отопление. Легко догадаться, что это за информация.

1. Температура рабочей жидкости на выходе/входе конкретного участка магистрали.

2. Расход рабочей жидкости, которая проходит через приборы отопления.

Расход определяется посредством применения устройств теплового учета, то есть счетчиков. Такие могут быть двух типов, ознакомимся с ними.

Крыльчатые счетчики

Такие приборы предназначаются не только для отопительных систем, но и для горячего водоснабжения. Единственным их отличием от тех счетчиков, которые применяются для холодной воды, является материал, из которого выполняется крыльчатка – в данном случае он более устойчив к повышенным температурам.

Что касается механизма работы, то он практически тот же:

• из-за циркуляции рабочей жидкости крыльчатка начинает вращаться;
• вращение крыльчатки передается учетному механизму;
• передача осуществляется без непосредственного взаимодействия, а при помощи перманентного магнита.

Невзирая на то, что конструкция таких счетчиков предельно проста, порог срабатывания у них достаточно низкий, более того, имеет место и надежная защита от искажения показаний: малейшие попытки торможения крыльчатки посредством наружного магнитного поля пресекаются благодаря антимагнитному экрану.

Приборы с регистратором перепадов

Такие приборы функционируют на основе закона Бернулли, утверждающего, что скорость движения потока газа либо жидкости обратно пропорциональна его статическому движению. Но каким образом это гидродинамическое свойство применимо к расчетам расхода рабочей жидкости? Очень просто – нужно всего лишь преградить ей путь посредством подпорной шайбы. При этом скорость падения давления на этой шайбе будет обратно пропорциональной скорости движущегося потока. И если давление будет регистрироваться сразу двумя датчиками, то можно с легкостью определять расход, причем в режиме реального времени.

Обратите внимание! Конструкция счетчика подразумевает наличие электроники. Преимущественное большинство таких современных моделей предоставляет не только сухую информацию (температура рабочей жидкости, ее расход), но и определяет фактическое использование тепловой энергии. Модуль управления здесь оснащен портом для подключения к ПК и может настраиваться вручную.

У многих читателей наверняка появится закономерный вопрос: а как быть, если речь идет не о закрытой отопительной системе, а об открытой, в которой возможен отбор для горячего водоснабжения? Как в таком случае совершать расчет Гкал на отопление? Ответ вполне очевиден: здесь датчики напора (равно как и подпорные шайбы) ставятся одновременно и на подачу, и на «обратку». И разница в расходе рабочей жидкости будет свидетельствовать о том количестве нагретой воды, которая была использована для бытовых нужд.

Как проводить расчеты потребляемой тепловой энергии?

Если тепловой счетчик по тем или иным причинам отсутствует, то для расчета тепловой энергии необходимо использовать следующую формулу:

Vх(Т1-Т2)/1000=Q

Рассмотрим, что значат эти условные обозначения.

1. V обозначает количество потребляемой горячей воды, которое может исчисляться либо кубическими метрами, либо же тоннами.

2. Т1 – это температурный показатель самой горячей воды (традиционно измеряется в привычных градусах по Цельсию). В данном случае предпочтительнее использовать именно ту температуру, которая наблюдается при определенном рабочем давлении. К слову, у показателя даже имеется специальное название – это энтальпия. А вот если нужный датчик отсутствует, то в качестве основы можно взять тот температурный режим, который предельно близок к этой энтальпии. В большинстве случаев усредненный показатель составляет примерно 60-65 градусов.

3. Т2 в приведенной выше формуле также обозначает температуру, но уже холодной воды. По причине того, что проникнуть в магистраль с холодной водой – дело достаточно трудное, в качестве этого значения применяются постоянные величины, способные изменяться в зависимости от климатических условий на улице. Так, зимой, когда сезон отопления в самом разгаре, данный показатель составляет 5 градусов, а в летнее время, при отключенном отоплении, 15 градусов.

4. Что же касается 1000, то это стандартный коэффициент, используемый в формуле для того, чтобы получить результат уже в гигакалориях. Получится точнее, чем если бы использовались калори.

5. Наконец, Q – это общее количество тепловой энергии.

Как видим, ничего сложного здесь нет, поэтому движемся дальше. Если отопительный контур закрытого типа (а это более удобно с эксплуатационной точки зрения), то расчеты необходимо производить несколько по-другому. Формула, которую следует использовать для здания с закрытой отопительной системой, должна выглядеть уже следующим образом:

((V1х(Т1-Т)-(V2х(Т2-Т))=Q

Теперь, соответственно, к расшифровке.

1. V1 обозначает расход рабочей жидкости в трубопроводе подачи (в качестве источника тепловой энергии, что характерно, может выступать не только вода, но и пар).

2. V2 – это расход рабочей жидкости в трубопроводе «обратки».

3. Т – это показатель температуры холодной жидкости.

4. Т1 – температура воды в подающем трубопроводе.

5. Т2 – температурный показатель, который наблюдается на выходе.

6. И, наконец, Q – это все то же количество тепловой энергии.

Также стоит отметить, что расчет Гкал на отопление в данном случае от нескольких обозначений:

• тепловая энергия, которая поступила в систему (измеряется калориями);
• температурный показатель во время отвода рабочей жидкости по трубопроводу «обратки».

Другие способы определения количества тепла

Добавим, что также существуют и другие способы, при помощи которых можно рассчитать объем тепла, которое поступает в систему отопления. В данном случае формула не только несколько отличается от приведенных ниже, но и имеет несколько вариаций.

((V1х(Т1-Т2)+(V1- V2)х(Т2-Т1))/1000=Q

((V2х(Т1-Т2)+(V1- V2)х(Т1-Т)/1000=Q

Что же касается значений переменных, то они здесь те же, что и в предыдущем пункте данной статьи. На основании всего этого можно сделать уверенный вывод, что рассчитать тепло на отопление вполне можно своим силами. Однако при этом не стоит забывать о консультации со специализированными организациями, которые ответственны за обеспечение жилья теплом, так как их методы и принципы произведения расчетов могут отличаться, причем существенно, а процедура может состоять из другого комплекса мер.

Если же вы намереваетесь обустроить систему «теплого пола», то подготовьтесь к тому, что процесс расчета будет более сложным, поскольку здесь учитываются не только особенности контура отопления, но и характеристик электрической сети, которая, собственно, и будет подогревать пол. Более того, организации, которые занимаются установкой подобного рода оборудования, также будут другими.

Обратите внимание! Люди нередко сталкиваются с проблемой, когда калории следует переводить в киловатты, что объясняется использованием во многих специализированных пособиях единицы измерения, которая в международной системе называется «Си».

В таких случаях необходимо помнить, что коэффициент, благодаря которому килокалории будут переведены в киловатты, равен 850. Если же говорить более простым языком, то один киловатт – это 850 килокалорий. Данный вариант расчета более просто, чем приведенные выше, так как определить значение в гигакалориях можно за несколько секунд, поскольку Гкал, как уже отмечалось ранее, это миллион калорий.

Дабы избежать возможных ошибок, не стоит забывать и о том, что практически все современные тепловые счетчики работают с некоторой погрешностью, пусть и в пределах допустимого. Такую погрешность также можно рассчитать собственноручно, для чего необходимо использовать следующую формулу:

(V1- V2)/(V1+ V2)х100=E

Традиционно, теперь выясняем, что же обозначает каждое из этих переменных значений.

1. V1 – это расход рабочей жидкости в трубопроводе подачи.

2. V2 – аналогичный показатель, но уже в трубопроводе «обратки».

3. 100 – это число, посредством которого значение переводится в проценты.

4. Наконец, Е – это погрешность учетного устройства.

Согласно эксплуатационным требованиям и нормам, предельно допустимая погрешность не должна превышать 2 процентов, хотя в большинстве счетчиков она составляет где-то 1 процент.

В итоге отметим, что правильно произведенный расчет Гкал на отопление позволяет значительно сэкономить средства, затрачиваемые на обогрев помещения. На первый взгляд, процедура эта достаточно сложна, но – и вы в этом убедились лично – при наличии хорошей инструкции ничего трудного в ней нет.

Видео – Как рассчитать отопление в частном доме

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

H2_2

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.

Тепловая нагрузка на отопление - это количество тепловой энергии, необходимое для достижения комфортной температуры в помещении. Существует также понятие максимальной почасовой нагрузки, которое следует понимать как наибольшее количество энергии, которое может понадобиться в отдельные часы при неблагоприятных условиях. Чтобы понять, какие условия можно считать неблагоприятными, необходимо разобраться с факторами, от которых зависит тепловая нагрузка.

Потребность здания в тепле

В разных строениях потребуется неодинаковое количество тепловой энергии, чтобы человек чувствовал себя комфортно.

Среди факторов, влияющих на потребность в тепле, можно выделить следующие:

Распределение приборов

Если речь идет о водяном отоплении, максимальная мощность источника тепловой энергии должна равняться сумме мощностей всех источников тепла в здании.

Распределение приборов по помещениям дома зависит от следующих обстоятельств:

1. Площадь помещения, уровень потолка.
2. Положение комнаты в строении. Помещения в торцевой части по углах отличаются повышенными теплопотерями.
3. Расстояние до источника тепла.
4. Оптимальная температура (с точки зрения жильцов). На температуру помещения, помимо прочих факторов, влияет перемещение воздушных потоков внутри жилья.

1. Жилые помещения в глубине строения - 20 градусов.
2. Жилые помещения в угловых и торцевых частях здания - 22 градуса.
3. Кухня - 18 градусов. В кухонном помещении температура выше, так как в ней присутствуют дополнительные источники тепла (электрическая плита, холодильник и т.д.).
4. Ванная комната и туалет - 25 градусов.

Если в доме обустроено воздушное отопление, объем потока тепла, поступающий в комнату, зависит от пропускной возможности воздушного рукава. Регулируется поток ручной настройкой вентиляционных решеток, а контролируется - термометром.

Дом может обогреваться распределенными источниками тепловой энергии: электро- или газовые конвекторы, теплые полы на электричестве, масляные батареи, ИК-обогреватели, кондиционеры. В этом случае нужные температуры определяются настройкой термостата. В этом случае нужно предусмотреть такую мощность оборудования, которой бы хватало при максимальном уровне тепловых потерь.

Методики расчета

Расчет тепловой нагрузки на отопление можно произвести на примере конкретного помещения. Пусть в данном случае это будет сруб из 25-сантиметрового бурса с чердачным помещение и полом из древесины. Размеры здания: 12×12×3. В стенах имеется 10 окон и пара дверей. Дом расположен в местности, для которой характерны очень низкие температуры зимой (до 30 градусов мороза).

Расчеты можно произвести тремя способами, о которых пойдет речь ниже.

Первый вариант расчета

Согласно существующим нормам СНиП, на 10 квадратных метров нужен 1 кВт мощности. Данный показатель корректируется с учетом климатических коэффициентов:

• южные регионы - 0,7-0,9;
• центральные регионы - 1,2-1,3;
• Дальний Восток и Крайний Север - 1,5-2,0.

Вначале определяем площадь дома: 12×12=144 квадратных метра. В таком случае базовый показатель тепловой нагрузке равен: 144/10=14,4 кВт. Полученный результат умножаем на климатическую поправку (будем использовать коэффициент 1,5): 14,4×1,5=21,6 кВт. Столько мощности нужно, чтобы в доме была комфортная температура.

Второй вариант расчета

Способ, приведенный выше, страдает значительными погрешностями:

1. Не учтена высота потолков, а ведь обогревать нужно не квадратные метры, а объем.
2. Через оконные и дверные проемы теряется больше тепла, чем через стены.
3. Не учтен тип здания - многоквартирное это здание, где за стенами, потолком и полом обогреваемые квартиры содей или это частный дом, где за стенами только холодный воздух.

Корректируем расчет:

1. В качестве базового применим следующий показатель - 40 Вт на кубический метр.
2. Для каждой двери предусмотрим по 200 Вт, а для окон - по 100 Вт.
3. Для квартир в угловых и торцевых частях дома используем коэффициент 1,3. Если речь идет о самом высоком или самом низком этаже многоквартирного здания, используем коэффициент 1,3, а для частного строения - 1,5.
4. Также снова применим климатический коэффициент.

Таблица климатического коэффициента

Производим расчет:

1. Высчитываем объем помещения: 12×12×3=432 квадратных метра.
2. Базовый показатель мощности равняется 432×40=17280 Вт.
3. В доме есть десяток окон и пара дверей. Таким образом: 17280+(10×100)+(2×200)=18680Вт.
4. Если речь идет о частном доме: 18680×1,5=28020 Вт.
5. Учитываем климатический коэффициент: 28020×1,5=42030 Вт.

Итак, исходя из второго вычисления видно, что разница с первым способом расчета практически двукратная. При этом нужно понимать, что подобная мощность нужна только во время самых низких температур. Иными словами, пиковую мощность можно обеспечить дополнительными источниками обогрева, например, резервным обогревателем.

Третий вариант расчета

Есть еще более точный способ подсчета, в котором учитываются теплопотери.

Схема потери тепла в процентах

Формула для расчета такова: Q=DT/R, где:

• Q - потери тепла на квадратный метр ограждающей конструкции;
• DT - дельта между наружной и внутренней температурами;
• R - уровень сопротивления при передаче тепла.

Обратите внимание! Порядка 40% тепла уходит в вентиляционную систему.

Чтобы упростить подсчеты, примем усредненный коэффициент (1,4) потерь тепла через ограждающие элементы. Осталось определить параметры термического сопротивления из справочной литературы. Ниже приведена таблица для наиболее часто применяемых конструкционных решений:

• стена в 3 кирпича - уровень сопротивления составляет 0,592 на кв. м×С/Вт;
• стена в 2 кирпича - 0,406;
• стена в 1 кирпич - 0,188;
• сруб из 25-сантиметрового бруса - 0,805;
• сруб из 12-сантиметрового бруса - 0,353;
• каркасный материал с утеплением минватой - 0,702;
• пол из древесины - 1,84;
• потолок или чердак - 1,45;
• деревянная двойная дверь - 0,22.

1. Температурная дельта - 50 градусов (20 градусов тепла в помещении и 30 градусов мороза на улице).
2. Потери тепла на квадратный метр пола: 50/1,84 (данные для пола из древесины)=27,17 Вт. Потери по всей площади пола: 27,17×144=3912 Вт.
3. Теплопотери через потолок: (50/1,45)×144=4965 Вт.
4. Рассчитываем площадь четырех стен: (12×3)×4=144 кв. м. Так как стены изготовлены из 25-сантиметрового бруса, R равняется 0,805. Тепловые потери: (50/0,805)×144=8944 Вт.
5. Складываем полученные результаты: 3912+4965+8944=17821. Полученное число - общие теплопотери дома без учета особенностей потерь через окна и двери.
6. Прибавляем 40% вентиляционных потерь: 17821×1,4=24,949. Таким образом, понадобится котел на 25 кВт.

Выводы

Даже самый продвинутый из перечисленных способов не учитывает всего спектра потерь тепла. Поэтому рекомендуется покупать котел с некоторым запасом мощности. В связи с этим приведем несколько фактов по особенностям КПД разных котлов:

1. Газовое котельное оборудование работают с очень стабильным КПД, а конденсационные и соляровые котлы переходят на экономичный режим при небольшой нагрузке.
2. Электрокотлы имеют 100% коэффициент полезного действия.
3. Не допускается работа в режиме ниже номинальной мощности для твердотопливных котельных аппаратов.

Твердотопливные котлы регулируются ограничителем поступления воздуха в топочную камеру, однако при недостаточном уровне кислорода не происходит полного выгорания топлива. Это приводит к образованию большого количества золы и снижению КПД. Исправить положение можно при помощи теплового аккумулятора. Бак с теплоизоляцией устанавливается между трубами подачи и обратки, размыкая их. Таким образом, создается малый контур (котел - буферный бак) и большой контур (бак - отопительные приборы).

Схема функционирует следующим образом:

1. После закладки топлива оборудование работает на номинальной мощности. Благодаря естественной или принудительной циркуляции, происходит передача тепла в буфер. После сгорания топлива, циркуляция в малом контуре прекращается.
2. В течение последующих часов тепловой носитель циркулирует по большому контуру. Буфер медленно передает тепло батареям или теплому полу.

Увеличенная мощность потребует дополнительных затрат. При этом запас мощности оборудования дает важный положительный результат: интервал между загрузками топлива значительно увеличивается.

Отопительная система в частном доме – это, чаще всего, комплект автономного оборудования, использующего в качестве энерго- и теплоносителя наиболее соответствующие конкретному региону вещества. Поэтому для каждой конкретной схемы отопления требуется индивидуальный расчет тепловой мощности системы отопления, который учитывает множество факторов, таких, как минимальный расход тепловой энергии для дома, расход тепла для помещений – всех и каждого, помогает определить расход энергоносителей в сутки и за время отопительного сезона, и т.д.

Формулы и коэффициенты для теплового расчета

Номинальная тепловая мощность системы отопления для частного объекта определяется по формуле (все результаты выражаются в кВт):

• Q = Q 1 x b 1 x b 2 + Q 2 – Q 3 ; где:
• Q 1 – общие потери тепла в здании согласно расчетам, кВт;
• b 1 – коэффициент дополнительной тепловой энергии от радиаторов сверх того, что показал расчёт. Значения коэффициента отражены в таблице ниже:

Необходимость тепловых расчетов для всего дома и отдельных отапливаемых помещений обосновывается экономией энергоносителей и семейного бюджета. В каких случаях проводят подобные вычисления:

1. Чтобы точно вычислить мощность котельного оборудования для наиболее эффективного обогрева всех подключенных к отоплению помещений. Приобретая котел без предварительных расчетов можно установить совершенно неподходящее по параметрам оборудование, которое не справится со своей задачей, и деньги будут потрачены впустую. Тепловые параметры всей системы отопления определяются, как результат сложения всех расходов тепловой энергии в подключенных и неподключенных к котлу отопления помещениях, если трубопровод проходит по ним. Также необходим запас мощности по расходам тепла, чтобы уменьшить износ отопительного оборудования и минимизировать появление аварийных ситуаций при высоких нагрузках в морозы;
2. Расчеты тепловых параметров системы отопления необходимы для получения на руки технического удостоверения (ТУ), без которого не получится согласовать проект по газификации частного дома, так как в 80% случаев монтажа автономного отопления устанавливают газовый котел и соответствующее оборудование. Для остальных типов отопительных агрегатов технические условия и документация на подключение не нужны. Для газового оборудования необходимо знать годовой расход газа, и без соответствующих вычислений точную цифру получить не удастся;
3. Получить тепловые параметры отопительной системы также нужно для покупки правильного оборудования – труб, радиаторов, фитингов, фильтров, и т.д.

Точные расчеты мощности и расхода тепла для жилых помещений

Уровень и качество утепления зависят от качества работ и архитектурных особенностей помещений ми всего дома. Бо́льшая часть тепловых потерь (до 40%) при отоплении здания происходит через поверхность наружных стен, через окна и двери (до 20%), а также через кровлю и пол (до 10%). Оставшиеся 30% тепла могут уходить из дома через вентиляционные отверстия и каналы.

Для получения уточненных результатов применяют следующие справочные коэффициенты:

1. Q 1 – используется при расчетах для помещений с окнами. Для ПВХ окон с двухкамерными стеклопакетами Q 1 =1, для окон с однокамерным остеклением Q 1 =1,27, для трехкамерного окна Q 1 =0,85;
2. Q 2 – используется при расчетах коэффициента утепления внутренних стен. Для пенобетона Q 2 = 1, для бетона Q 2 – 1,2, для кирпича Q 2 = 1,5;
3. Q 3 применяется при расчетах соотношений площадей пола и оконных проемов. Для 20% площади остекления стены коэффициент Q3 = 1, для 50% остекления Q3 принимается, как 1,5;
4. Значение коэффициента Q 4 варьируется в зависимости от минимальной уличной температуры за весь годовой отопительный период. При наружной температуре -20 0 C Q 4 = 1, далее – для каждых 5 0 C в ту или иную сторону добавляют или отнимают 0,1;
5. Коэффициент Q 5 применяется при расчетах, учитывающих общее количество стен здания. При одной стене в расчетах Q 5 = 1, при 12-х и 3-х стенах Q 5 = 1,2, для 4-х стен Q 5 = 1,33;
6. Q 6 используют, если при расчетах потерь тепла учитывается функциональное назначение помещения под той комнатой, для которой делаются вычисления. Если наверху находится жилой этаж, то коэффициент Q 6 = 0,82, если отапливаемый или утепленный чердак, то Q 6 – 0,91, для холодного чердачного помещения Q 6 = 1;
7. Параметр Q 7 колеблется в зависимости от высоты потолков обследуемого помещения. При высоте потолка ≤ 2,5 м коэффициент Q 7 = 1,0, если потолок выше 3-х м, то Q 7 принимается, как 1,05.

После определения всех необходимых поправок проводят расчет тепловой мощности и тепловых потерь в отопительной системе для каждого отдельно взятого помещения по следующей формуле:

• Q i = q х Si х Q 1 х Q 2 х Q 3 х Q 4 х Q 5 х Q 6 х Q 7 , где:
• q =100 Вт/м²;
• Si – площадь обследуемого помещения.

Результаты параметров будут увеличиваться при применении коэффициентов ≥ 1, и уменьшаться, если Q 1- Q 7 ≤1. После расчетов конкретного значения результатов расчетов для конкретного помещения можно рассчитать общую тепловую мощность частного автономного отопления по следующей формуле:

Q = Σ х Qi, (i = 1…N), где: N – общее количество помещений в здании.

Чтобы выяснить, какой мощностью должно располагать теплосиловое оборудование частного дома, нужно определить общую нагрузку на систему отопления, для чего и выполняется тепловой расчет. В данной статье мы не станем говорить об укрупненной методике подсчетов по площади или объему здания, а представим более точный способ, используемый проектировщиками, только в упрощенном виде для лучшего восприятия. Итак, на систему отопления дома ложится 3 вида нагрузок:

• компенсация потерь тепловой энергии, уходящей сквозь строительные конструкции (стены, полы, кровлю);
• нагрев воздуха, потребного для вентиляции помещений;
• подогрев воды для нужд ГВС (когда в этом задействован котел, а не отдельный нагреватель).

Определение потерь тепла через наружные ограждения

Для начала представим формулу из СНиП, по которой производится расчет тепловой энергии, теряемой через строительные конструкции, отделяющие внутреннее пространство дома от улицы:

Q = 1/R х (tв – tн) х S, где:

• Q – расход тепла, уходящего через конструкцию, Вт;
• R – сопротивление передаче тепла сквозь материал ограждения, м2ºС / Вт;
• S – площадь этой конструкции, м2;
• tв – температура, которая должна быть внутри дома, ºС;
• tн – средняя уличная температура за 5 самых холодных дней, ºС.

Для справки. Согласно методике расчет теплопотерь выполняется отдельно для каждого помещения. С целью упростить задачу предлагается взять здание в целом, приняв приемлемую среднюю температуру 20-21 ºС.

Площадь для каждого вида наружного ограждения вычисляется отдельно, для чего измеряются окна, двери, стены и полы с кровлей. Так делается, потому что они изготовлены из разных материалов различной толщины. Так что расчет придется делать отдельно для всех видов конструкций, а результаты потом просуммировать. Самую холодную уличную температуру в своем районе проживания вы наверняка знаете из практики. А вот параметр R придется рассчитать отдельно по формуле:

R = δ / λ, где:

• λ – коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/(мºС);
• δ – толщина материала в метрах.

Примечание. Значение λ – справочное, его нетрудно отыскать в любой справочной литературе, а для пластиковых окон этот коэффициент вам подскажут производители. Ниже приводится таблица с коэффициентами теплопроводности некоторых стройматериалов, причем для вычислений надо брать эксплуатационные значения λ.

В качестве примера подсчитаем, сколько тепла потеряет 10 м2 кирпичной стены толщиной 250 мм (2 кирпича) при разнице температур снаружи и в доме 45 ºС:

R = 0.25 м / 0.44 Вт/(м · ºС) = 0.57 м2 ºС / Вт.

Q = 1/0.57 м2 ºС / Вт х 45 ºС х 10 м2 = 789 Вт или 0.79 кВт.

Если стена состоит из разных материалов (конструкционный материал плюс утеплитель), то их тоже надо считать отдельно по приведенным выше формулам, а результаты суммировать. Таким же образом просчитываются окна и кровля, а вот с полами дело обстоит иначе. Первым делом необходимо нарисовать план здания и разбить его на зоны шириной 2 м, как это сделано на рисунке:

Теперь следует вычислить площадь каждой зоны и поочередно подставить в главную формулу. Вместо параметра R нужно взять нормативные значения для зоны I, II, III и IV, указанные ниже в таблице. По окончании расчетов результаты складываем и получаем общие потери тепла через полы.

Расход на подогрев вентиляционного воздуха

Малосведущие люди часто не учитывают, что приточный воздух в доме тоже надо подогревать и эта тепловая нагрузка тоже ложится на отопительную систему. Холодный воздух все равно попадает в дом извне, хотим мы того или нет, и на его нагрев нужно затратить энергию. Больше того, в частном доме должна функционировать полноценная приточно-вытяжная вентиляция, как правило, с естественным побуждением. Воздухообмен создается благодаря наличию тяги в вентиляционных каналах и дымоходе котла.

Предлагаемая в нормативной документации методика определения тепловой нагрузки от вентиляции достаточно сложна. Довольно точные результаты можно получить, если просчитать эту нагрузку по общеизвестной формуле через теплоемкость вещества:

Qвент = cmΔt, здесь:

• Qвент – количество теплоты, потребное для нагрева приточного воздуха, Вт;
• Δt – разница температур на улице и внутри дома, ºС;
• m – масса воздушной смеси, поступающей извне, кг;
• с – теплоемкость воздуха, принимается 0.28 Вт / (кг ºС).

Сложность расчета этого типа тепловой нагрузки заключается в правильном определении массы нагреваемого воздуха. Выяснить, сколько его попадает внутрь дома, при естественной вентиляции сложно. Поэтому стоит обратиться к нормативам, ведь здания строят по проектам, где заложены потребные воздухообмены. А нормативы говорят, что в большинстве комнат воздушная среда должна меняться 1 раз в час. Тогда берем объемы всех помещений и прибавляем к ним нормы расхода воздуха на каждый санузел – 25 м3/ч и кухонную газовую плиту – 100 м3/ч.

Чтобы произвести расчет тепловой нагрузки на отопление от вентиляции, полученный объем воздуха надо пересчитать в массу, узнав его плотность при разных температурах из таблицы:

Предположим, что общее количество приточного воздуха составляет 350 м3/ч, температура снаружи – минус 20 ºС, внутри – плюс 20 ºС. Тогда его масса составит 350 м3 х 1.394 кг/м3 = 488 кг, а тепловая нагрузка на отопительную систему - Qвент = 0.28 Вт / (кг ºС) х 488 кг х 40 ºС = 5465.6 Вт или 5.5 кВт.

Тепловая нагрузка от нагрева воды для ГВС

Для определения этой нагрузки можно воспользоваться той же простой формулой, только теперь надо посчитать тепловую энергию, расходуемую на подогрев воды. Ее теплоемкость известна и составляет 4.187 кДж/кг °С или 1.16 Вт/кг °С. Учитывая, что семье из 4 человек на все потребности достаточно 100 л воды на 1 сутки, нагретой до 55 °С, подставляем эти цифры в формулу и получаем:

QГВС = 1.16 Вт/кг °С х 100 кг х (55 – 10) °С = 5220 Вт или 5.2 кВт теплоты в сутки.

Примечание. По умолчанию принято, что 1 л воды равен 1 кг, а температура холодной водопроводной воды равна 10 °С.

Единица мощности оборудования всегда отнесена к 1 часу, а полученные 5.2 кВт – к суткам. Но делить эту цифру на 24 нельзя, ведь горячую воду мы хотим получать как можно скорее, а для этого котел должен располагать запасом мощности. То есть, эту нагрузку надо прибавить к остальным как есть.

Заключение

Данный расчет нагрузок на отопление дома даст гораздо более точные результаты, нежели традиционный способ по площади, хотя потрудиться придется. Конечный результат нужно обязательно умножить на коэффициент запаса – 1.2, а то и 1.4 и по рассчитанному значению подбирать котельное оборудование. Еще один способ укрупненного расчета тепловых нагрузок по нормативам показан на видео: