Расчет тепловой нагрузки на отопление здания: формула, примеры. Расчет тепловой энергии на отопление Пример расчета тепловой нагрузки здания

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:

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.
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.
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.

Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

Зачем нужно знать этот параметр

Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

Выбор методики расчета

Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где q° – удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, Vн – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

Точные расчеты тепловой нагрузки

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

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:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

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:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

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.

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:

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

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

Не учтена высота потолков, а ведь обогревать нужно не квадратные метры, а объем.
Через оконные и дверные проемы теряется больше тепла, чем через стены.
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:

В качестве базового применим следующий показатель - 40 Вт на кубический метр.
Для каждой двери предусмотрим по 200 Вт, а для окон - по 100 Вт.
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.
Также снова применим климатический коэффициент.

Таблица климатического коэффициента

Производим расчет:

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

Температурная дельта - 50 градусов (20 градусов тепла в помещении и 30 градусов мороза на улице).
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.
Теплопотери через потолок: (50/1,45)×144=4965 Вт.
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.
Складываем полученные результаты: 3912+4965+8944=17821. Полученное число - общие теплопотери дома без учета особенностей потерь через окна и двери.
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:

Газовое котельное оборудование работают с очень стабильным КПД, а конденсационные и соляровые котлы переходят на экономичный режим при небольшой нагрузке.
Электрокотлы имеют 100% коэффициент полезного действия.
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:

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.
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.

Первым и самым важным этапом в нелегком процессе организации отопления любого объекта недвижимости (будь-то загородный дом или промышленный объект) является грамотное выполнение проектирования и расчета. В частности, следует обязательно рассчитать тепловые нагрузки на обогревательную систему, а также объем потребления тепла и топлива.

Выполнение предварительных расчетом необходимо не только для того, чтобы получить весь ассортимент документации для организации отопления объекта недвижимости, но еще и для понимания объемов топлива и тепла, подбора того или иного типа генераторов теплоты.

Тепловые нагрузки отопительной системы: характеристики, определения

Под определением следует понимать количество теплоты, которое в совокупности отдается приборами обогрева, установленными в доме или на другом объекте. Следует отметить, что перед установкой всей техники данный расчет производится для исключения каких-то неприятностей, лишних финансовых затрат и работ.

Расчет тепловых нагрузок на отопление поможет организовать бесперебойную и эффективную работу системы обогрева объекта недвижимости. Благодаря этому расчету можно быстро выполнить абсолютно все задачи теплоснабжения, обеспечить их соответствие нормам и требованиям СНиП.

Цена ошибки, допущенной в расчете, может быть довольно значительной. Все дело в том, что в зависимости от полученных расчетных данных, в отделении ЖКХ города будут выделяться максимальные расходные параметры, устанавливаются лимиты и прочие характеристики, от которых и отталкиваются при расчете стоимости услуг.

Общая тепловая нагрузка на современную систему отопления состоит из нескольких основных параметров нагрузок:

На общую систему центрального отопления;
На систему напольного отопления (если она имеется в доме) – теплого пола;
Систему вентиляции (естественной и принудительной);
Систему горячего водоснабжения;
На всевозможные технологические нужды: бассейны, бани и прочие подобные конструкции.

Основные характеристики объекта, важные для учета при расчете тепловой нагрузки

Наиболее правильно и грамотно расчетная тепловая нагрузка на отопление будет определена лишь в том случае, когда учтены абсолютно все, даже самые мелкие детали и параметры.

Перечень этот довольно большой и в него можно включить:

Тип и назначение объектов недвижимости. Жилое либо нежилое здание, квартира или административное строение – все это очень важно для получения достоверных данных теплового расчета.

Также, от типа строения зависит норма нагрузок, которую определяют компании теплопоставщики и, соответственно, расходы на отопление;

Архитектурная часть. Учитываются габариты всевозможных наружных ограждений (стен, полов, крыши), размеры проемов (балконы, лоджии, двери и окна). Важна этажность здания, наличие подвалов, чердаков и их особенности;
Температурные требования для каждого из помещений здания. Под этим параметром следует понимать режимы температуры для каждой комнаты жилого дома или зоны административного строения;
Конструкция и особенности наружных ограждений, в том числе, тип материалов, толщина, наличие утепляющих прослоек;

Характер назначения помещения. Как правило, присуще для производственных строений, где для цеха или же участка нужно создать какие-то определенные тепловые условия и режимы;
Наличие и параметры специальных помещений. Наличие тех же бань, бассейнов и прочих подобных конструкций;
Степень технического обслуживания – наличие горячего водопровода, типа централизованного отопления, систем вентиляции и кондиционирования;
Общее количество точек, из которых производится забор горячей воды. Именно на эту характеристику следует обращать особое внимание, ведь чем больше число точек – тем больше будет тепловая нагрузка на всю систему отопления в целом;
Число людей, проживающих в доме или находящихся на объекте. От этого зависят требования к влажности и температуре – факторы, которые входят в формулу расчета тепловой нагрузки;

Прочие данные. Для промышленного объекта к таким факторам, например, относится число смен, количество рабочих в одну смену, а также рабочих дней за год.

Что касается частного дома – нужно учесть количество проживающих людей, число санузлов, помещений и т.д.

Расчет нагрузок тепла: что включается в процесс

Непосредственно сам расчет нагрузки на отопление своими руками производится еще на стадии проектирования загородного коттеджа или другого объекта недвижимости – это связано с простотой и отсутствием лишних денежных затрат. При этом учитываются требования различных норм и стандартов, ТКП, СНБ и ГОСТ.

Обязательными к определению в ходе расчета тепловой мощности являются следующие факторы:

Теплопотери наружных ограждений. Включает в себя желаемые температурные режимы в каждой из комнат;
Мощность, требуемая для нагрева воды в помещении;
Количество теплоты, требуемое для подогрева вентиляции воздуха (в том случае, когда требуется принудительная приточная вентиляции);
Тепло, нужное для подогрева воды в бассейне или же бане;

Возможные развития дальнейшего существования обогревательной системы. Подразумевается возможность вывода отопления на мансарду, в подвал, а также всевозможные строения и пристройки;

Совет. С «запасом» рассчитывают тепловые нагрузки нужно для того, чтобы исключить возможность лишних финансовых затрат. Особенно актуально для загородного дома, где дополнительное подключение элементов отопления без предварительной проработки и подготовки будет стоить непомерно дорого.

Особенности расчета тепловой нагрузки

Как уже оговаривалось ранее, расчетные параметры воздуха в помещениях выбираются из соответствующей литературы. В то же время, из этих же источников производится подбор коэффициентов теплопередачи (учитываются еще и паспортные данные обогревательных агрегатов).

Традиционный расчет тепловых нагрузок на отопление требует последовательного определения максимального теплового потока от обогревательных приборов (все фактически расположенные в здании отопительные батареи), максимального часового расхода энергии тепла, а также общих затрат тепловой мощности за определенный период, например, отопительный сезон.

Приведенная выше инструкция по расчету тепловых нагрузок с учетом площади поверхности теплового обмена может быть применена для различных объектов недвижимости. Нельзя не отметить, что такой способ позволяет грамотно и максимально правильно разработать обоснование для использования эффективного обогрева, а также энергетического обследования домов и зданий.

Идеальный способ расчета для дежурного отопления промышленного объекта, когда подразумевается снижение температур в нерабочее время (учитываются еще и праздничные, выходные дни).

Методы определения тепловых нагрузок

В настоящее время тепловые нагрузки рассчитываются несколькими основными способами:

Расчет теплопотерь посредством укрупненных показателей;
Определение параметров через различные элементы ограждающих конструкций, добавочных потерь на нагрев воздуха;
Расчет теплоотдачи всей установленной в строении отопительно-вентиляционной техники.

Укрупненный метод расчета нагрузок на отопление

Еще одним методом расчета нагрузок на систему отопления является так называемая укрупненная методика. Как правило, используется подобная схема в том случае, когда отсутствует информация о проектах либо же подобные данные не соответствуют фактическим характеристикам.

Для укрупненного расчета тепловой нагрузки отопления используется довольно простая и незамысловатая формула:

Qmax от.=α*V*q0*(tв-tн.р.)*10 -6

В формуле используются следующие коэффициенты: α является поправочным коэффициентом, учитывающим климатические условия в регионе, где построено здание (применяется в случае, когда расчетная температура отличная от -30С); q0 удельная характеристика отопления, выбираемая в зависимости от температуры наиболее холодной недели в году (так называемой «пятидневки»); V – наружный объем строения.

Виды тепловых нагрузок для учета в расчете

В ходе выполнения расчетов (а также при подборе оборудования) учитывается большое количество самых различных тепловых нагрузок:

Сезонные нагрузки. Как правило, для них присущи следующие особенности:

В течение всего года происходит изменение тепловых нагрузок в зависимости от температуры воздуха снаружи помещения;
Годовые расходы теплоты, которые определяются метеорологическими особенностями того региона, где расположен объект, для которого рассчитываются тепловые нагрузки;

Изменение нагрузки на систему обогрева в зависимости от времени суток. За счет теплостойкости наружных ограждений здания такие значения принимаются как незначительные;
Расходы тепловой энергии вентиляционной системы по часам суток.

Круглогодичные тепловые нагрузки. Следует отметить, что для систем обогрева и горячего водоснабжения большинство отечественных объектов имеют тепловое потребление на протяжении года, которое изменяется довольно мало. Так, например, летом расходы тепловой энергии по сравнению с зимой снижается практически на 30-35%;
Сухое тепло – конвекционный теплообмен и тепловое излучение от других подобных устройств. Определяется за счет температуры сухого термометра.

Данный фактор зависит от массы параметров, среди которых всевозможные окна и двери, оборудование, системы вентиляции и даже воздухообмен через щели в стенах и перекрытия. Еще обязательно учитывается количество людей, которые могут находиться в помещении;

Скрытое тепло – испарения и конденсация. Опирается на температуру влажного термометра. Определяется объем скрытой теплоты влажности и ее источниками в помещении.

В любом помещении на влажность оказывают влияние:

Люди и их количество, которые одновременно находятся в помещении;
Технологическое и другое оборудование;
Потоки воздуха, которые проходят через трещины и щели в конструкциях здания.

Регуляторы тепловых нагрузок, как возможность выхода из сложных ситуаций

Как можно видеть на многих фото и видео современных и прочего котельного оборудования, в комплект с ними входят специальные регуляторы тепловых нагрузок. Техника данной категории призвана обеспечить поддержку определенного уровня нагрузок, исключить всевозможные скачки и провалы.

Следует отметить, что РТН позволяют существенно сэкономить на оплате отопления, ведь во многих случаях (а особенно для промышленных предприятий) устанавливаются определенные лимиты, которые нельзя превышать. В противном случае, если будут зафиксированы скачки и превышения тепловых нагрузок, то возможны штрафы и подобные санкции.

Совет. Нагрузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирования – важный момент в проектировании дома. Если самостоятельно выполнить работы по проектированию невозможно, то лучше всего доверить его специалистам. В то же время, все формулы простые и незамысловаты, а потому самим рассчитать все параметры не так уже и сложно.

Нагрузки на вентиляцию и ГВС – один из факторов тепловых систем

Тепловые нагрузки на отопление, как правило, рассчитываются в комплексе еще и с вентиляцией. Это сезонная нагрузка, она предназначена для замены отработанного воздуха на чистый, а также его нагрев до установленной температуры.

Часовые расхода теплоты на системы вентиляции рассчитываются по определенной формуле:

Qв.=qв.V(tн.-tв.) , где

Кроме, собственно, вентиляции рассчитываются тепловые нагрузки и на систему горячего водоснабжения. Причины для проведения подобных расчетов аналогичны вентиляции, да и формула несколько схожа:

Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср , где

r, в, tг.,tх. – расчетная температура горячей и холодной воды, плотность воды, а также коэффициент, в котором учтены значения максимальной нагрузки горячего водоснабжения к среднему значению, установленному ГОСТом;

Комплексный расчет тепловых нагрузок

Кроме, собственно, теоретических вопросов расчета, также выполняются и некоторые практические работы. Так, например, комплексные теплотехнические обследования включают в себя обязательное термографирование всех конструкций – стен, перекрытий, дверей и окон. Следует отметить, что такие работы позволяют определить и зафиксировать факторы, которые оказывают существенное влияние на теплопотери строения.

Тепловизионная диагностика покажет, каков будет реальный температурный перепад при прохождении некоего строго определенного количества теплоты через 1м2 ограждающих конструкций. Также, это поможет узнать расход тепла при определенном перепаде температур.

Практические измерения – незаменимая составляющая различных расчетных работ. В комплексе такие процессы помогут получить наиболее достоверные данные о тепловых нагрузках и теплопотерях, которые будут наблюдаться в определенном строении на протяжении определенного периода времени. Практичный расчет поможет достичь того, чего не покажет теория, а именно «узкие» места каждого сооружения.

Заключение

Расчет тепловых нагрузок, как и – важный фактор, вычисления которого должны обязательно производиться перед началом организации системы обогрева. Если все работы выполнить грамотно и подходить к процессу с умом, можно гарантировать обеспечить безотказную работу отопления, а также сэкономить деньги на перегреве и прочих лишних затратах.

Тепловая нагрузка подразумевает под собой количество тепловой энергии, необходимое для поддержания комфортной температуры в доме, квартире или отдельной комнате. Под максимальной часовой нагрузкой на отопление подразумевается количество тепла, необходимое для поддержания нормированных показателей в течение часа в самых неблагоприятных условиях.

Факторы, влияющие на тепловую нагрузку

Материал и толщина стен. К примеру, стена из кирпича в 25 сантиметров и стена из газобетона в 15 сантиметров способны пропустить разное количество тепла.
Материал и структура крыши. Например, теплопотери плоской крыши из железобетонных плит значительно отличаются от теплопотерь утепленного чердака.
Вентиляция. Потеря тепловой энергии с отработанным воздухом зависит от производительности вентиляционной системы, наличия или отсутствия системы рекуперации тепла.
Площадь остекления. Окна теряют больше тепловой энергии по сравнению со сплошными стенами.
Уровень инсоляции в разных регионах. Определяется степенью поглощения солнечного тепла наружными покрытиями и ориентацией плоскостей зданий по отношению к сторонам света.
Разность температур между улицей и помещением. Определяется тепловым потоком через ограждающие конструкции при условии постоянного сопротивления теплопередаче.

Распределение тепловой нагрузки

При водяном отоплении максимальная тепловая мощность котла должна равняться сумме тепловой мощности всех устройств отопления в доме. На распределение устройств отопления влияют следующие факторы:

Жилые комнаты в середине дома – 20 градусов;
Угловые и торцевые жилые комнаты – 22 градуса. При этом за счет более высокой температуры не промерзают стены;
Кухня – 18 градусов, поскольку в ней имеются собственные источники тепла – газовые или электрические плиты и пр.
Ванная комната – 25 градусов.

При воздушном отоплении тепловой поток, который поступает в отдельное помещение, зависит от пропускной способности воздушного рукава. Зачастую простейшим способом его регулировки является подстройка положения решеток вентиляции с контролем температуры вручную.

При системе отопления, где применяется распределительный источник тепла (конвектора, теплые полы, электрообогреватели и т.д.), необходимый режим температуры устанавливается на термостате.

Методики расчета

Для определения тепловой нагрузки существует несколько способов, обладающие различной сложностью расчета и достоверностью полученных результатов. Далее представлены три наиболее простые методики расчета тепловой нагрузки.

Метод №1

Согласно действующему СНиП, существует простой метод расчета тепловой нагрузки. На 10 квадратных метров берут 1 киловатт тепловой мощности. Затем полученные данные умножаются на региональный коэффициент:

Южные регионы имеют коэффициент 0,7-0,9;
Для умеренно-холодного климата (Московская и Ленинградская области) коэффициент равен 1,2-1,3;
Дальний Восток и районы Крайнего Севера: для Новосибирска от 1,5; для Оймякона до 2,0.

Расчет на примере:

Площадь здания (10*10) равна 100 квадратных метров.
Базовый показатель тепловой нагрузки 100/10=10 киловатт.
Это значение умножается на региональный коэффициент, равный 1,3, в итоге получается 13 кВт тепловой мощности, которые требуются для поддержания комфортной температуры в доме.

Обратите внимание! Если использовать эту методику для определения тепловой нагрузки, то необходимо еще учесть запас мощности в 20 процентов, чтобы компенсировать погрешности и экстремальные холода.

Метод №2

Первый способ определения тепловой нагрузки имеет много погрешностей:

Разные строения имеют разную высоту потолков. Учитывая то, что обогревается не площадь, а объем, этот параметр очень важен.
Через двери и окна проходит больше тепла, чем через стены.
Нельзя сравнивать городскую квартиру с частным домом, где снизу, сверху и за стенами не квартиры, а улица.

Корректировка метода:

Базовый показатель тепловой нагрузки равняется 40 ватт на 1 кубический метр объема помещения.
Каждая дверь, ведущая на улицу, добавляет к базовому показателю тепловой нагрузки 200 ватт, каждое окно – 100 ватт.
Угловые и торцевые квартиры многоквартирного дома имеют коэффициент 1,2-1,3, на который влияет толщина и материал стен. Частный дом обладает коэффициентом 1,5.
Региональные коэффициенты равны: для Центральных областей и Европейской части России – 0,1-0,15; для Северных регионов – 0,15-0,2; для Южных регионов – 0,07-0,09 кВт/кв.м.

Расчет на примере:

Метод №3

Не стоит обольщаться – второй способ расчета тепловой нагрузки также весьма несовершенен. В нем весьма условно учтено тепловое сопротивление потолка и стен; разность температур между наружным воздухом и воздухом внутри.

Стоит отметить, чтобы поддерживать внутри дома постоянную температуру необходимо такое количество тепловой энергии, которое будет равняться всем потерям через вентиляционную систему и ограждающие устройства. Однако, и в этом методе расчеты упрощены, так как невозможно систематизировать и измерить все факторы.

На теплопотери влияет материал стен – 20-30 процентов потери тепла. Через вентиляцию уходит 30-40 процентов, через крышу – 10-25 процентов, через окна – 15-25 процентов, через пол на грунте – 3-6 процентов.

Чтобы упростить расчеты тепловой нагрузки, подсчитываются тепловые потери через ограждающие устройства, а затем это значение просто умножается на 1,4. Дельта температур измеряется легко, но взять данные про термическое сопротивление можно только в справочниках. Ниже приведены некоторые популярные значения термического сопротивления:

Термическое сопротивление стены в три кирпича равно 0,592 м2*С/Вт.
Стены в 2,5 кирпича составляет 0, 502.
Стены в 2 кирпича равно 0,405.
Стены в один кирпич (толщина 25 см) равно 0,187.
Бревенчатого сруба, где диаметр бревна 25 см – 0,550.
Бревенчатого сруба, где диаметр бревна 20 сантиметров – 0,440.
Сруба, где толщина сруба 20 см – 0,806.
Сруба, где толщина 10 см – 0,353.
Каркасной стены, толщина которой 20 см, утепленной минеральной ватой – 0,703.
Стены из газобетона, толщина которой 20 см – 0,476.
Стены из газобетона, толщина которой 30 см – 0,709.
Штукатурки, толщина которой 3 см – 0,035.
Потолочного или чердачного перекрытия – 1,43.
Деревянного пола – 1,85.
Двойной деревянной двери – 0,21.

Расчет по примеру:

Вывод

Как видно из расчетов, способы определения тепловой нагрузки обладают существенными погрешностями . К счастью, избыточный показатель мощности котла не навредит:

Работа газового котла на уменьшенной мощности осуществляется без падения коэффициента полезного действия, а работа конденсационных устройств при неполной нагрузке осуществляется в экономичном режиме.
То же относится и к соляровым котлам.
Показатель коэффициента полезного действия электрического нагревательного оборудования равен 100 процентам.

Обратите внимание! Работа твердотопливных котлов на мощности меньше номинального значения мощности противопоказана.

Расчет тепловой нагрузки на отопление является важным фактором, вычисления которого обязательно необходимо выполнять перед началом создания системы отопления. В случае подхода к процессу с умом и грамотного выполнения всех работ гарантируется безотказная работа отопления, а также существенно экономятся деньги на лишних затратах.