Чтобы выяснить, какой мощностью должно располагать теплосиловое оборудование частного дома, следует 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 сооружения, 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 конструкции строительства (стены, полы, кровлю);
- нагрев воздуха, потребного для проветривания помещений;
- подогрев воды для нужд ГВС (когда в этом задействован котел, а не отдельный нагреватель).
Рассмотрим, как правильно сосчитать любую из данных нагрузок по отдельности и определить общую мощность отопления сооружения.
Обозначение потерь тепла через заграждения с наружной стороны
Для начала представим формулу из СНиП, по которой делается расчет тепловой энергии, теряемой через конструкции строительства, отделяющие пространство в середине 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, м2?С / Вт;
- S – площадь подобной конструкции, м2;
- tв – температура, какая должна быть внутри дома, ?С;
- tн – средняя уличная температура за 5 самых холодных дней, ?С.
Для справки. Согласно методике расчет теплопотерь выполняется отдельно для абсолютно всех помещений. С целью сделать легче задачу предлагается взять здание в общем, приняв подобающую среднюю температуру 20—21 ?С.
Площадь для любого вида наружного заграждения вычисляется отдельно, для чего измеряются окна, двери, стены и полы с кровлей. Так делается, потому что они выполнены из разных материалов различной толщины. Так что расчет придется делать отдельно для полностью всех видов конструкций, а результаты после просуммировать. Самую холодную уличную температуру в своем районе проживания вы наверняка знаете из практики. А вот параметр R придется сосчитать отдельно по формуле:
R = ? / ?, где:
- ? – показатель теплопроводимости материала ограждения, Вт/(м?С);
- ? – толщина материала в метрах.
Примечание. Значение ? – справочное, его очень легко отыскать в любой справочной литературе, а для Пластиковых окон данный показатель вам подскажут производители. Ниже приводится таблица с коэффициентами теплопроводимости некоторых стройматериалов, причем для вычислений необходимо брать рабочие значения ?.
Вот например подсчитаем, сколько тепла потеряет 10 м2 кирпичные стены толщиной 250 мм (2 кирпича) при разнице температур с наружи и в доме 45 ?С:
R = 0.25 м / 0.44 Вт/(м · ?С) = 0.57 м2 ?С / Вт.
Q = 1/0.57 м2 ?С / Вт х 45 ?С х 10 м2 = 789 Вт или 0.79 кВт.
Если стенка состоит из разных материалов (конструкционный материал плюс утеплитель), то их тоже необходимо считать отдельно по приведенным выше формулам, а результаты суммировать. Таким образом просчитываются окна и кровля, а вот с полами дело обстоит иначе. Сначала необходимо изобразить план сооружения и его разделить шириной 2 м, как это сделано на рисунке:
В настоящий момент необходимо определить площадь каждой зоны и попеременно 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 приобретаем общие потери тепла через полы.
Расход на подогрев вентиляционного воздуха
Малосведущие люди часто не берут во внимание, что приточный воздух в доме тоже необходимо обогревать и эта тепловая нагрузка тоже ложится на отопительную систему. Холодный воздух все равно попадает в дом с наружной стороны, хотим мы того или нет, и на его нагрев нужно истратить энергию. Больше того, в частном доме должна работать настоящаяя система вентиляции приточно-вытяжного типа, как правило, с реальным побуждением. Обмен воздуха создается благодаря наличию тяги в каналах для проветривания и дымоходе котла.
Предлагаемая в документации правовой базы методика определения тепловой нагрузки от вентиляции довольно трудна. Довольно точные результаты можно получить, если сосчитать эту нагрузку по общеизвестной формуле через теплоемкость вещества:
Qвент = сант.?t, здесь:
- Qвент – кол-во теплоты, нужное для нагрева приточного воздуха, Вт;
- ?t – разница температур на улице и внутри дома, ?С;
- m – масса воздушной смеси, поступающей с наружной стороны, кг;
- с – теплоемкость воздуха, принимается 0.28 Вт / (кг ?С).
Затрудненность расчета этого типа тепловой нагрузки находится в правильном определении массы нагреваемого воздуха. Выяснить, сколько его попадает во внутрь дома, при естественной вентиляции тяжеловато. Вследствие этого нужно обратиться к нормативам, ведь сооружения строят по проектам, где заложены потребные воздухообмены. А нормы говорят, что в большом количестве 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 плиту для кухни газовую – 100 м3/ч.
Чтобы выполнить расчет тепловой нагрузки на отопление от вентиляции, получившийся объем воздуха необходимо посчитать в массу, узнав его плотность при разных температурах из таблицы:
Предположим, что общее кол-во приточного воздуха составляет 350 м3/ч, температура с наружи – минус 20 ?С, внутри – плюс 20 ?С. Тогда его масса как правило составит 350 м3 х 1.394 кг/м3 = 488 кг, а тепловая нагрузка на отопительную систему — Qвент = 0.28 Вт / (кг ?С) х 488 кг х 40 ?С = 5465.6 Вт или 5.5 кВт.
Тепловая нагрузка от нагревания воды для ГВС
Для определения этой нагрузки воспользуйтесь той же простой формулой, лишь теперь необходимо посчитать тепловую энергию, растрачиваемую на подогрев воды. Ее теплоемкость известна и составляет 4.187 кДж/кг °С или 1.16 Вт/кг °С. Если предусмотреть, что семье из 4 человек на все надобности достаточно 100 л воды на 1 сутки, нагретой до 55 °С, подставляем эти цифры в формулу и приобретаем:
QГВС = 1.16 Вт/кг °С х 100 кг х (55 – 10) °С = 5220 Вт или 5.2 кВт теплоты в течении дня.
Примечание. По умолчанию принято, что 1 л воды равён 1 кг, а температура холодной воды из крана равна 10 °С.
Единица мощности оборудования всегда отнесена к 1 часу, а полученные 5.2 кВт – к суткам. Но разграничивать эту цифру на 24 нельзя, ведь горячую воду мы хотим получать как можно скорее, а для этого котел должен располагать мощностным запасом. Иначе говоря эту нагрузку необходимо добавить к остальным как есть.
Заключение
Данный расчет нагрузок на отопление дома даст наиболее точные результаты, чем традиционный способ по площади, хотя потрудиться придется. Конечный результат следует обязательно умножить на показатель запаса – 1.2, а то и 1.4 и по рассчитанному значению подбирать котельное оборудование. Еще 1 способ укрупненного расчета тепловых нагрузок по правилам показан на видео:
