Тепловой расчт системы отопления правила расчета тепловой нагрузки

Зачем нужен расчет тепловых нагрузок

Расчёт тепловой энергии на отопление необходим для правильного определения характеристик системы с учетом индивидуальных особенностей объекта: тип и назначение здания, количество проживающих людей, материал и конфигурация каждого помещения, географическое положение и многие другие. Вычисление размера тепловой нагрузки является отправной точкой для дальнейших расчетов параметров оборудования отопления:

• Подбор мощности котла. Это самый важный фактор, определяющий эффективность системы отопления в целом. Производительность котла должна обеспечивать бесперебойную работу всех потребителей в любых условиях, в том числе и при наиболее низких температурах (в самую холодную пятидневку). Вместе с тем при избыточной мощности котла часть вырабатываемой энергии, а следовательно, и денег хозяев будет в буквальном смысле вылетать в трубу;
• Согласование подключения к газовой сети. Для того чтобы получить разрешение на присоединение к газотранспортной магистрали, необходимо разработать ТУ на подключение. В заявке обязательно указывается планируемый годовой расход газа и оценка суммарной тепловой мощности всех потребителей;
• Расчет периферийного оборудования. Тип и характеристики батарей, длина и сечение труб, производительность циркуляционного насоса и многие другие параметры также определяются в результате расчета тепловых нагрузок.

Современные источники отопления дома

Электрические нагревательные приборы, к которым относятся тепловентиляторы, инфракрасные обогреватели, масляные радиаторы, тепловые пушки, «теплые полы» и другие, а также камины и печи чаще всего используют как вспомогательные источники отопления. Частный дом с системой воздушного отопления – чрезвычайная редкость.

Следует заметить, что есть общепринятые нормы удельной мощности котла в зависимости от климатических зон:

• W  = 1,5 – 2,0 кВт – в Северных районах.
• W  = 1,2 – 1,5 кВт – в Центральных районах;
• W = 0,7 – 0,9 кВт – в Южных районах;

С помощью формулы W кот. = S*W / 10 можно рассчитать мощность котла.

Расчет системы отопления дома включает в себя расчет мощности, при проведении которого следует учитывать следующие параметры: (См. также: Расчет котла отопления)

• S — общая площадь помещения, которое отапливается;
• W  – мощность котла (удельная) на 10 м3, которая определяется с учетом климатических особенностей региона.

Совет! С целью упрощения системы расчетов можно применить среднее значение удельной мощности котла (W), которое равно единице. Следовательно, нормативная мощность котла принимается из расчета 10 кВт на 100м2 помещения, которое отапливается. Например:

1)    S = 100 м2 – площадь помещения, которое отапливается;

2)    W = 1,2 кВт – удельная мощность Центральных районов.

W кот. = 100*1,2/10=12 кВт.

Рисунок 2: Проектирование системы отопления

Расход тепла на отопление

1 Расход тепла на отопление.

расход

Максимальный расход тепла на отоплениеопределим по формуле:

где a-поправочныйкоэффициент, учитывающий отклонение расчетной наружной   температуры от среднейрасчетной (-30°С), a = 0,9 [1];

    V-объем зданияпо наружному обмеру, м3;

    qот-тепловая отопительная характеристика здания, Вт/м3к;

    -расчетнаявнутренняя температура здания, °С;

    -расчетнаятемпература наружного воздуха для данной местности, для  Кемерово  =-50°С [1].

Для АБК получим

Аналогичныерасчеты максимального расхода тепла на отопление проводим для всех потребителейи результаты сводим в таблицу 1.

Таблица 1

           Рабочаятаблица расчета тепла на отопление и вентиляцию при tнар= -50°С

Суммарный максимальный расход наотопление по всем   потребителям – определим,просуммировав максимальные расходы тепла для каждого из потребителей (таблица1).

1.1 Средний расход.

Среднийрасход тепла на отопление определим по формуле:

где ti – средняя температуравнутреннего воздуха отапливаемых                      зданий, ti=24°С [2];

tот – средняя температура наружного воздухаза месяц отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха от  +8°С и менее, для Кемерово    tот=-8,2°С  [2];

to – расчетная температура наружноговоздуха для данной местности,  для Кемерово  tо= -50°С  [2].

В нашем случае средний расход получим исходя из суммарного максимальногорасхода тепла на отопление,то есть

2. Расход тепла на вентиляцию.

2.1 Максимальный расход.

Максимальный расход тепла на вентиляциюопределим по формуле:

где  qв-удельный расход теплоты на вентиляцию, равный расходутеплоты на 1м3  вентилируемого помещения при разности 1°С между расчетной температурой воздуха внутривентилируемого помещения tвр итемпературой наружного воздуха tн, Вт/м3*к [1].

Для АБК получим

Аналогичныерасчеты максимального расхода тепла на вентиляцию проводим для всехпотребителей и результаты сводим в таблицу 1.

Суммарный максимальный расход навентиляцию –  по всем потребителям определим,просуммировав максимальные расходы тепла для каждого из потребителей (таблица1).

2.2 Средний расход.

Среднийрасход тепла на вентиляцию определим по формуле:

Средний расход тепла на вентиляцию получим исходя из суммарногомаксимального расхода тепла на вентиляцию, то есть

горячей воды

Нормы потребления горячейводы на нужды потребителей принимаются по [2]:

АБК:-санитарная гигиена: 7 л/сут на человека на 6 часов в сутки;

Столовая:                                                                                                         – мытьё посуды: 3 л/еденицу за 1час всмену;                                             – санитарная гигиена: 8л/сут на человека на 3 часа в сутки;    

Автобаза:                                                                                                                  – мойка автомобилей: 75 л/автомобиль на 8часов в сутки;  

Приблизительные методики оценки

Точный расчет отопления помещения – это сложная инженерная задача, которая требует определенной квалификации и наличия специальных знаний. Именно поэтому ее чаще всего поручают специалистам.

Однако, как и в некоторых других случаях, существуют более простые способы, которые дают приблизительную оценку величины необходимой тепловой энергии и могут быть выполнены самостоятельно.

Можно выделить следующие методы определения тепловой нагрузки:

• Расчёт по площади помещения . Существует мнение, что строительство жилых домов обычно производится по проектам, которые уже учитывают климатические особенности конкретного региона и предполагают использование материалов, обеспечивающих необходимый тепловой баланс. Поэтому при устройстве системы отопления с достаточной долей точности можно использовать коэффициент удельной мощности, который не зависит от конкретных особенностей здания.

  Для Москвы и области этот коэффициент обычно берется равным 100–150 Вт/м 2 , а полная нагрузка вычисляется его умножением на общую площадь помещения.

• Учет объема и температуры . Немного более сложный алгоритм позволяет принять во внимание высоту потолков, уровень комфорта в зоне отопления, а также, очень приблизительно, учесть особенности самого здания.

  Тепловая нагрузка вычисляется по формуле: Q = V*ΔT*K/860. Здесь V – объем (произведение длины, ширины и высоты помещения), ΔT – разница температур внутри и снаружи, К – коэффициент потерь энергии тепла.

  Именно с помощью коэффициента К в расчет и закладываются конструктивные особенности здания. Например, для сооружений из двойной кирпичной кладки с обычной кровлей значение К берется из диапазона 1,0–1,9, а для упрощенных деревянных конструкций оно может достигать 3,0–4,0.

• Метод укрупненных показателей . Этот метод похож на предыдущий, но используется для определения тепловой нагрузки при устройстве системы отопления больших объектов, например, многоквартирных зданий.

Несмотря на простоту и доступность, указанные методы дают лишь примерную оценку тепловой нагрузки вашего дома или квартиры. Результаты, полученные с их помощью, могут отличаться от реальных как в большую, так и в меньшую сторону. Недостатки устройства маломощной системы отопления очевидны, но и сознательно закладывать необоснованный запас по мощности также нежелательно. Использование более производительного, чем требуется, оборудования приведет к его быстрому износу, перерасходу электрической энергии и топлива.

Применять приведенные выше формулы на практике рекомендуется с большой долей осторожности. Такие расчеты могут быть оправданы в самых простых случаях, например, при выборе циркуляционного насоса для имеющегося котла или для получения грубых оценок величины затрат на отопление.

Скорость теплоносителя

Затем, используя полученные значения расхода теплоносителя, необходимо для каждого участка труб перед радиаторами вычислить скорость движения воды в трубах по формуле:где V – скорость движения теплоносителя, м/с;m – расход теплоносителя через участок трубы, кг/сρ – плотность воды, кг/куб.м. можно принять равной 1000 кг/куб.м.f – площадь поперечного сечения трубы, кв.м. можно посчитать по формуле: π * r2, где r – внутренний диаметр, деленный на 2

Калькулятор скорости теплоносителяm = л/с; труба мм на мм; V = м/с

Тепловые пункты ТП

Теплопункты в соответствии со СНиП * подразделяют на:

• индивидуальные теплопункты (ИТП) — устраивают для подсоединения отопительных, вентиляционных, технологических систем и ГВС в одном здании;
• центральные теплопункты (ЦТП) — аналогичного назначения для двух или более объектов.

В теплопунктах предусмотрена установка оборудования, запорно-регулирующей арматуры, контрольно-измерительных, управляющих приборов и автоматики, выполняющих следующие функции:

• преобразование физического состояния теплоносителя (из парообразного в жидкое) или его свойств;
• контроль физических характеристик рабочего тела (обязательное присутствие);
• учет расхода теплоты (наличие обязательно), рабочего тела и количества конденсата;
• регулировка расхода рабочей среды и ее перераспределение по теплопроводящим контурам (через раздаточные ветви в ЦТП или направление напрямую в линию ИТП);
• защита теплосети от аварийного превышения параметров носителя;
• наполнение и подпитывание теплопотребляющих стояков;
• собирание, охлаждение, возвращение конденсированной жидкости в контур и контроль ее состояния;
• аккумулирование тепла;
• подготовка воды для систем ГВС.

ИТП размещают в каждом здании вне зависимости от присутствия ЦТП, его основная функция – присоединение объекта к теплосетям с выполнением мероприятий, не принятых в ЦТП.

Рис. 4 Параметры некоторых видов отопительных систем разного назначения по СНиП

Расчеты энергии

В первом случае перед тем, как приобрести котел того или иного вида, необходимо произвести определенный тепловой расчет, исходя из которого можно будет подобрать котел, который будет работать наиболее эффективно, и вы сможете получить бесперебойное горячее водоснабжение и хороший обогрев всего сооружения целиком.

Схема организации системы отопления двухэтажного частного дома.

Далеко не каждый котел сможет подойти, а это значит, что необходимо приобретать котел именно такой мощности, который будет работать даже при самых максимальных нагрузках, и при этом срок эксплуатации подобного оборудования не сократится

Для того чтобы добиться необходимых результатов при выборе, необходимо обращать пристальное внимание на этот аспект. Примерно то же касается и выбора оптимального оборудования для отопления помещения в целом

Правильный расчет тепловой энергии не только позволит приобрести те приборы отопления, которые прослужат долго, но и даст возможность немного сэкономить на покупке, а значит, затраты на отопление помещения тоже могут снизиться.

Что касается получения ТУ и согласования на газификацию объекта, то расчет энергии в данном случае является основополагающим фактором. Подобного рода разрешения необходимо получать тогда, когда в качестве топлива предполагается использование природного газа под котел. Чтобы получить документацию такого рода, нужно предоставить показатели годового расхода топлива и сумму мощности отопительных источников (Гкал/час).

Разумеется, что получить такую информацию можно только исходя из проведенного расчета тепловой энергии, а затем можно будет приобрести отопительный прибор, который помимо всего прочего сведет к минимуму затраты на отопление. Использование природного газа в качестве топлива под котел сегодня является одним из наиболее популярных способов на отопление помещения.

де, ч.

. (6а)

ТС — тепловая сеть

— теплосчетчик

— водосчетчик

. (7)

, (8)

, (9)

, (10)

. (11)

. (9а)

. (9б)

, (12)

, (13)

. (13а)

, (14)

, (13б)

, (15)

, (16)

, (17)

, (18)

где — средняя часовая нагрузка горячего водоснабжения рассматриваемого абонента по договору теплоснабжения (расчетный водоразбор), т/ч.

Методические рекомендации по определению средних часовых нагрузок горячего водоснабжения абонентов приведены в приложении 1.

Виды тепловых нагрузок для расчетов

При осуществлении расчетов и выборе оборудования во внимание принимают разные тепловые нагрузки:

1. Сезонные нагрузки, имеющие следующие особенности: — им присущи изменения в зависимости от температуры окружающего воздуха на улице; — наличие отличий в величине расхода тепловой энергии в соответствии с климатическими особенностями региона местонахождения дома; — изменение нагрузки на отопительную систему в зависимости от времени суток. Поскольку наружные ограждения имеют теплостойкость, данный параметр считается незначительным; — расходы тепла вентиляционной системы в зависимости от времени суток.
2. Постоянные тепловые нагрузки. В большинстве объектов системы теплоснабжения и горячего водоснабжения они используются на протяжении года. Например, в теплое время года расходы тепловой энергии в сравнении с зимним периодом снижаются где-то на 30-35%.
3. Сухое тепло. Представляет собой тепловое излучение и конвекционный теплообмен за счет иных подобных устройств. Определяют данный параметр при помощи температуры сухого термометра. Он зависит от многих факторов, среди которых окна и двери, системы вентиляции, различное оборудование, воздухообмен, происходящий за счет наличия щелей в стенах и перекрытиях. Также учитывают количество людей, присутствующих в помещении.
4. Скрытое тепло. Образуется в результате процесса испарения и конденсации. Температура определяется при помощи влажного термометра. В любом по назначению помещении на уровень влажности влияют: — численность людей, одновременно находящихся в помещении; — наличие технологического или другого оборудования; — потоки воздушных масс, проникающих сквозь щели и трещины, имеющиеся в ограждающих конструкциях здания.

Причины использования температурного графика

Основой работы каждой котельной, обслуживающей жилые, административные и другие здания, на протяжении отопительного периода является температурный график, в котором указываются нормативы показателей теплоносителя в зависимости от того, какой является фактическая наружная температура.

• Составление графика дает возможность подготовить отопление к понижению температуры на улице.
• Также это экономия энергоресурсов.

ВНИМАНИЕ!

Для того, чтобы контролировать температуру теплоносителя и иметь право на перерасчет из-за несоблюдения теплового режима, теплодатчик должен быть установлен в систему централизованного отопления. Приборы учета должны проходить ежегодную проверку.

Современные строительные компании могут увеличивать стоимость жилья за счет использования дорогих энергосберегающих технологий при возведении многоквартирных зданий.

Несмотря на изменение строительных технологий, применение новых материалов для утепления стен и других поверхностей здания, соблюдение в системе отопления нормы температуры теплоносителя – оптимальный способ поддержать комфортные жилищные условия.

Пример теплового расчёта

В качестве примера теплового расчёта в наличии есть обычный 1-этажный дом с четырьмя жилыми комнатами, кухня, санузел, “зимний сад” и подсобные помещения.

Фундамент из монолитной железобетонной плиты (20 см), наружные стены – бетон (25 см) со штукатуркой, крыша – перекрытия из деревянных балок, кровля – металлочерепица и минеральная вата (10 см)

Обозначим исходные параметры дома, необходимые для проведения расчетов.

Габариты здания:

• высота этажа – 3 м;
• малое окно фасадной и тыльной части здания 1470*1420 мм;
• большое окно фасада 2080*1420 мм;
• входные двери 2000*900 мм;
• двери тыльной части (выход на террасу) 2000*1400 (700 + 700) мм.

Общая ширина постройки 9.5 м2, длинна 16 м2. Отапливаться будут только жилые комнаты (4 шт.), санузел и кухня.

Для точного расчёта теплопотерь на стенах из площади внешних стен нужно вычесть площадь всех окон и дверей – это совсем другой тип материала со своим тепловым сопротивлением

Начинаем с расчёта площадей однородных материалов:

• площадь пола – 152 м2;
• площадь крыши – 180 м2 , учитывая высоту чердака 1.3 м и ширину прогона – 4 м;
• площадь окон – 3**+* м2;
• площадь дверей – 2*0.9+2*2*1.4=7.4 м2.

Площадь наружных стен будет равна 51* м2.

Переходим к расчёту теплопотерь на каждом материале:

• Qпол=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7= Вт;
• Qкрыша=180*40*0.1/ Вт;
• Qокно=*40* Вт;
• Qдвери=7.4*40* Вт;

А также Qстена эквивалентно *40* Сумма всех теплопотерь будет составлять 19628.4 Вт.

В итоге подсчитаем мощность котла: Ркотла=Qпотерь*Sотаплив_комнат*К/100=19628.4*(10.4+10.4+13.5+27.9+14.1+7.4)**83.7* кВт.

Расчёт количества секций радиаторов произведём для одной из комнат. Для всех остальных вычисления аналогичны. Например, угловая комната (слева, нижний угол схемы) площадь 10.4 м2.

Значит, N=(100*к1*к2*к3*к4*к5*к6*к7)/C=(100*10.4*1.0*1.0*0.9*1.3*1.2*1.0*)/180=

Для этой комнаты необходимо 9 секций радиатора отопления с теплоотдачей 180 Вт.

Переходим к расчёту количества теплоносителя в системе – W=13.5*P=13.5*21=283.5 л. Значит, скорость теплоносителя будет составлять: V=(*P*μ)/∆T=(*21000*0.9)/20=812.7 л.

В результате полный оборот всего объёма теплоносителя в системе будет эквивалентен раза в один час.

Подборка статей по тепловому расчету поможет определиться с точными параметрами элементов отопительной системы:

1. Расчет системы отопления частного дома: правила и примеры расчёта
2. Теплотехнический расчет здания: специфика и формулы выполнения вычислений + практические примеры

Обзор программ

Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой популярной является Excel.

Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

• HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
• DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
• «Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.