Тепловая мощность: особенности и варианты расчета нагрузки на отопление

Тепловая мощность: особенности и варианты расчета нагрузки на отопление

Грамотно спроектировать дом невозможно без теплотехнических расчетов. Они нужны для создания комфортных условий проживания в постройке, особенно в зимний период. Во время расчетов всегда определяется энергетическая характеристика – тепловая мощность. Она нужна для составления теплового баланса и определения КПД отопительной системы. Читайте и узнаете, что она представляет собой, влияющие факторы на ее расчет и варианты вычисления.

Общие сведения

Для физического определения скорости, с которой осуществляется передача энергии или потребляется тепловая нагрузка, используется такое понятие, как мощность. Другими словами, она представляет собой важный параметр в виде определенного количества тепла. Такую тепловую энергию выделяет или потребляет какой-либо объект. К нему может относиться отдельно взятое оборудование, прибор, устройство или целое здание. При этом данный параметр учитывает выделяемое или потребляемое тепло за конкретный временной промежуток. В основном это один час.

Люди уже знают разные виды энергии. Она может быть механической, тепловой, химической. Еще существует энергия взрыва, полей, вакуума. Несмотря на разные ее виды, важной для человечества является именно тепловая энергия. В частности, она оказывает существенное влияние на комфорт в постройке. Поэтому перед началом строительства дома всегда выполняется расчет тепловой нагрузки на отопление здания. Ведь именно она «рождает» энергию тепла во времени.

На заметку! Все вопросы относительно получения, передачи и даже использования тепловой энергии рассматриваются в таком разделе науки, как теплотехника. При этом она является частью термодинамики. Это отдельный раздел физики об температурных изменениях разных систем.

Теплообмен возникает в результате внешнего воздействия, потому что оно изменяет внутреннюю энергию системы. В результате этого происходит потеря или приобретение определенного количества тепла. Другими словами, при взаимодействии системы с окружающей средой изменяется тепловая энергия. Для обозначения ее количества или просто тепла в системе СИ используются Джоули. Однако более распространенный вариант – это киловатт (кВт).

Важно! Только теплотехник способен правильно выполнить расчет тепловых нагрузок на отопление и горячее водоснабжение. Ведь специалист знает минимум размерность искомых величин, все формулы и имеет опыт их использования на практике. Поэтому он сможет безошибочно определить, например, количество необходимой энергии для нагрева конкретного объема воздуха, даже если его начальная температура имеет отрицательное значение.

На заметку! Исходя из определения, отраженного в ФЗ «О теплоснабжении», тепловая нагрузка – это количество тепла в единицу времени, которое принимает потребитель. Обычно такая энергия расходуется отопительной системой на нагрев объекта до заданной температуры. Существуют нормативные ее значения для разных помещений. Они были определены для самого холодного периода.

Знать расчетную тепловую нагрузку нужно, чтобы можно было безошибочно:

• Подобрать отопительное оборудование, которое будет эффективно выполнять свое назначение. К нему относится не только котел и радиаторы, но и трубы определенного диаметра.
• Выяснить количество тепловой энергии, которая будет поступать в помещения от установленных отопительных приборов или теплового контура здания с конкретными техническими характеристиками.
• Оценить количество необходимого тепла, требующегося для компенсации теплопотерь всего объекта и отдельных помещений. Потери тепла в основном происходят в доме через крышу, пол, стены, оконные конструкции, вентиляционную систему и дымоходный канал.

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания по СНиП также выполняется, чтобы согласовать подключение строения к распределительной газопроводной сети. Ведь для этого нужно сначала получить технические условия. Для достижения цели потребуется предварительно определить объем потребляемого газа, который не получится узнать без расчета мощности отопительного оборудования. В большинстве случаев им является полноценной газовый котел.

Влияющие факторы на расчеты

Перед тем как найти тепловую мощность, определяют количество необходимого тепла на обогрев отдельного помещения или всего дома. При его расчете учитывают несколько важных факторов:

Он позволит узнать, сколько нужно будет нагревать воздуха.

На заметку! Принято считать, что стандартная высота потолков не превышает 2,7 м. Однако на таком расстоянии от пола перекрытия монтировали в советское время. Если этот факт не учитывать, тогда можно воспользоваться упрощенным расчетом, основанным на площади. Сейчас высота потолка может быть больше, особенно в домах, построенных по индивидуально разработанным проектам.

• Климатическую зону.

Разница между уличной и комнатной температурой линейно связана с теплопотерями через наружные строительные конструкции дома. Так, для помещений с одинаковым утеплением и объемом количество необходимого тепла на отопление будет отличаться при разном их географическом расположении. Например, в Якутии его потребуется в 3 раза больше, чем в Ялте.

• Качество теплоизоляционных материалов.

Используемый утеплитель влияет на теплопотери через строительные конструкции дома. Кроме того, учитывают количество и размеры окон, а также их исполнение. Ведь остекление может быть одно, двух- и даже трехкамерным. У каждого из вариантов свои теплопотери.

На расчет тепловой мощности системы отопления также влияет вид используемых радиаторов. Поэтому сначала нужно узнать теплоотдачу каждого прибора. При ее определении учитывают:

• Разницу температур теплоносителя и воздуха в помещении. Мощность радиатора возрастает с увеличением дельты.
• Площадь поверхности отопительного прибора. Ведь с ее увеличением растет количество тепла, которое отдает радиатор окружающей среде. Этот вид теплопередачи осуществляется инфракрасным излучением и благодаря прямому контакту нагретой поверхности с воздухом.

Важно! Производители для увеличения площади радиаторов изготавливают такие приборы с оребрением. Благодаря его наличию возрастает мощность батарей. При этом объем теплоносителя, протекающего через них, не меняется.

• Теплопроводность материала, из которого созданы радиаторы. С увеличением ее значения сильнее нагреваются края приборов с оребрением. Поэтому воздух в помещениях будет быстрее прогреваться.

Важно! Суммарная мощность отопительных радиаторов и теплоотдача труб системы в доме не должна быть меньше общих теплопотерь здания. Только при соблюдении этого условия удастся обеспечить комфортные условия проживания в постройке зимой.

Смотрите также:
Каталог компаний, что специализируются на утеплении домов

Варианты расчета нагрузки

Для обеспечения комфортных условий проживания путем создания нормативной температуры в помещениях недостаточно понимать, что тепловая мощность – это характеристика, которая позволяет связать отдаваемое и потребляемое тепло. Необходимо еще знать и уметь пользоваться популярными методами расчета нагрузки.

Чтобы узнать требуемый параметр (нагрузку), определяют общий расход теплоты. Количества этой энергии должно быть достаточным для нагрева дома (воздуха в помещениях) хотя бы до нормативной температуры. Для решения такой задачи выполняется расчет тепловых нагрузок на отопление одним из трех распространенных методов. Каждый из способов отличается сложностью. При этом полученные результаты будут иметь разную точность.

Расчет требуемого параметра выполняют:

• по потерям теплоты через наружные конструкции и затратам на нагрев воздуха, подаваемого через вентиляционную систему.

• по площади, когда высота потолков меньше 3 м;
• по объему, если перекрытия расположены от пола на расстоянии от 3 м;

На заметку! Сейчас широко используются различные онлайн-сервисы, позволяющие быстро выполнить расчет тепловой нагрузки на отопление здания, калькулятор на которых существенно упрощает весь процесс. Однако этот вариант требует проверки. Только так удастся точно вычислить количество тепловой энергии.

Теплотехники и проектировщики рассчитывают тепловую энергию в соответствии с правилами СНиП. Это сложная методика, применяющаяся профессионалами в этой области. Расчет выполняется при использовании различных справочных данных. Этот метод позволяет получить результат, у которого точность будет примерно 95%.

Расчеты по площади или объему – это более простые способы. Они основаны на использовании удельной тепловой характеристики. У таких вычислений достаточно простой алгоритм. Он не позволяет получить результат с точностью, как при вычислениях теплопотерь.

Расчет расходуемой теплоты по площади

Отопительная нагрузка рассчитывается приблизительно по очень простой методике следующим образом:

1. Сначала обмеряют периметр дома со стороны улицы и вычисляют его площадь. При наличии проекта данные берут из соответствующей документации.
2. Потом измеренный результат умножают на 100 Вт.
3. Затем подбирают котельный агрегат с учетом коэффициента запаса, который обычно составляет 1,2 или 1,3.

Однако лучше выполнить другой расчет. С его помощью будет вычислена более точная средняя тепловая мощность в ваттах, так как принимается во внимание расположение помещений, регион постройки дома и число окон.

Если высота комнат не превышает 3 м, тогда сначала вычисляется их суммарная площадь. Потом полученное значение умножается на коэффициент, который учитывает климатические условия региона постройки здания. Он равен единице, когда дом расположен в зоне с умеренным климатом. При этом для южных регионов страны этот коэффициент составляет 0,7, а для северных широт его величина равна 1,5-2.

На следующем этапе учитывается удельная тепловая характеристика. При расчете по площади она составляет:

• для комнаты, у которой одна уличная стена и одно окно или такие конструкции совершенно отсутствуют – 100 Вт/м²;
• для углового помещения с одной оконной конструкцией – 120 Вт/м²;
• для угловой комнаты с двумя световыми проемами – 130 Вт/м².

После выбора подходящей удельной тепловой характеристики она умножается на результат произведения суммарной площади помещений и так называемого климатического коэффициента. В ходе таких вычислений получается более точный результат. Рассчитанное значение позволяет оценить количество требуемой теплоты на нагрев наружного холодного воздуха, который попадает в дом за счет инфильтрации и сквозь строительные проемы.

Видео описание

В этом видео специалист рассказывает, что нужно учитывать при расчете требуемого количества тепла (мощности котла) для отопления объекта:

Читайте также:
Расчет мощности газового котла для частного дома – для одно и двухконтурной схемы

Расчет количества тепла по объему помещений

Если высота потолков в комнатах равна или превышает 3 м, вычисление требуемого количества тепловой энергии для их отопления не осуществляется по площади. Такой расчет не позволит получить корректный результат. Для более точного вычисления используют удельные укрупненные показатели расхода тепла. Их значения уже известны из расчета на 1 м³ воздуха в конкретной комнате.

Ориентировочная средняя тепловая мощность, формула которой практически такая же, как и для вычисления количества тепла по площади, позволяет достаточно быстро подобрать котел для конкретного дома. Отличие вычислений заключается в использовании суммарного объема вместо общей площади постройки.

В формуле, позволяющей рассчитать количество тепла по объему, используются следующие значения удельного расхода:

• для помещения без наружных стен и окон, или в котором присутствуют по одной такой конструкции – 35 Вт/м³;
• для угловой комнаты исключительно с одним стеклопакетом – 40 Вт/м³;
• для помещения с двумя наружными стенами и окнами – 45 Вт/м³.

На заметку! Для этого метода применяются такие же так называемые климатические коэффициенты в зависимости от места постройки дома, как и для формулы, которая позволяет рассчитать количество тепловой энергии по площади.

Если использовать этот вариант вычисления, результат получится больше, потому что формула учитывает, что постройка имеет более высокие потолки. Значит, в доме увеличивается количество воздуха, который нужно будет нагревать. Из-за этого придется использовать более мощное отопительное оборудование. Если же во время вычисления объемов учитывать, что высота потолков составляет 2,7 м, тогда итоговый результат получится примерно таким же, как и при использовании формулы, позволяющей выполнить расчет по площади.

Видео описание

Об особенностях подбора котла и зависимости его мощности от различных характеристик дома рассказывает специалист в видео:

Алгоритм расчета количества теплоты с учетом теплопотерь

Вычисление мощности отопительной системы согласно СНиП – это самый точный метод расчета. Он позволяет подобрать эффективное оборудование для обогрева помещений. Расчет тепловой мощности осуществляется в следующей последовательности:

• Измеряется площадь перекрытия, пола, всех наружных стен, оконных конструкций в каждом помещении.
• Вычисляются теплопотери через каждое ограждение дома, которое контактирует с улицей.
• Определяется количество тепла, расходуемого на нагрев воздуха, поступающего из системы вентиляции.
• Складываются все ранее полученные значения тепловой энергии.

Важно! Если расчет по тепловым нагрузкам выполняется для двухэтажного дома, тогда при вычислениях не учитываются межэтажные перекрытия, потому что они не контактируют с окружающей средой.

Тепловые потери через наружные строительные конструкции постройки – это количество тепла, которое «улетучивается» на улицу. При этом значение для каждого материала будет разным, потому что они отличаются теплопроводностью и толщиной.

На заметку! При вычислении площади наружных стен не учитывается квадратура оконных проемов. Ведь через светопрозрачные конструкции всегда теряется больше тепла. Поэтому для них выполняется отдельный расчет.

Когда замеряется ширина помещений, тогда к значению прибавляется половина толщины межкомнатных перегородок. Еще необходимо не забывать про наружный угол. Обязательно учитывается его размер. При измерении считают полную площадь каждой ограждающей строительной конструкции дома. Ведь через всю ее поверхность происходит потеря тепла.

Видео описание

О необходимости выполнения точного расчета тепловых потерь рассказывает специалист в этом видеоматериале:

Расчет тепловых потерь через стены и крышу

Чтобы рассчитать тепло, которое теряет здание через конкретную строительную конструкцию, используется особая формула. Перед ее применением вычисляется площадь наружного ограждения постройки (A, м²), определяется нормативная температура внутри помещения и ее минимальное значение на улице за самый холодный пятидневный период в году для местности, где построен дом. В формуле также используется сопротивление передачи тепла строительной внешней конструкции. Этот параметр обычно обозначается буквой R и измеряется м²*℃/Вт.

Читайте также:
Как делается расчёт радиаторов отопления по площади + калькулятор

Сопротивление передачи тепла рассчитывается отдельно с учетом материала, из которого изготовлена строительная конструкция. Принимается во внимание также ее толщина в метрах. Для вычисления этого параметра сначала определяется коэффициент теплопроводности конкретного материала. Для его измерения используется Вт/(м*℃). Потом толщина конкретного материала в строительной конструкции делится на его коэффициент теплопроводности.

На заметку! Стена или крыша может состоять из нескольких слоев разнородных материалов. Поэтому сопротивление передачи тепла рассчитывается для каждого из них. Потом полученные значения суммируются.

По такому же принципу выполняется расчет потерь тепла для оконных конструкций и перекрытий. Если вычисления осуществляются для помещения, которое расположено внутри здания и не имеет наружных стен, тогда учитывают, что из него может «уходить» тепловая энергия только через крышу и/или пол в зависимости от этажа, где оно находится.

Потери тепла через пол

Для определения тепловой энергии, которая «уходит» через пол, если его конструкция выполнена на грунте, он делится на зоны. Их стандартная ширина составляет 2 м. Деление пола на зоны начинается от внешних стен. После этого выполняются следующие действия:

1. Рассчитывается площадь каждой зоны на полу. При этом квадратные метры учитываются дважды в углах.
2. Вычисляются тепловые потери для каждой зоны по формуле, которая применяются для подсчета тепловой энергии, теряемой через отдельную строительную конструкцию.

Когда в конструкции пола имеется утеплительный материал, например, пенополистирол или минвата, тогда расчет осуществляется по аналогичной методике. Отличие состоит в том, что сопротивление теплопередаче увеличивается на значение такой же характеристики для конкретного утеплителя. Если потери тепла вычисляются для пола в отапливаемом подвальном помещении, здесь первая зона начинается на стене, которая находится под землей.

На заметку! У первой зоны пола сопротивление теплопередаче будет составлять 2,1 Вт/(м*℃). У второго и третьего участка этот параметр равен соответственно 4,3 и 8,6 Вт/(м*℃). Для остальных зон сопротивление теплопередаче принимают 14,2 Вт/(м*℃).

Вычисление тепла на подогрев воздуха и завершение всего расчета

Тепловая мощность системы отопления не может быть правильно рассчитана, если не будет учтена энергия на подогрев вентиляционного воздуха. Он может поступать в дом через оконные конструкции и щели в дверях, а также через отдельные специальные каналы. Нагревается вентиляционный воздух теплом отопительной системы. Для определения его количества используется специальная формула.

Заканчивается расчет потерь тепла конкретного дома сложением всех ранее найденных величин. При этом обязательно учитывается тепловая энергия, которая образуется в результате работы бытовой техники. Когда вычисляется тепловая нагрузка на отопление, тогда количество тепла от приборов вычитается из общих теплопотерь.

На заметку! Расчет тепловых потерь осуществляется для каждого помещения в доме. Все комнаты имеют свои особенности. Их окружают строительные конструкции разной толщины и структуры. Все такие особенности учитываются, когда вычисляются потери тепла.

Видео описание

Видео поможет разобраться во всех тонкостях расчета теплопотерь:

Читайте также:
Расчёт тёплого пола по потерям тепла, определение метража труб и других данных

Коротко о главном

Количество требуемого тепла всегда вычисляется, когда создается отопление. Ведь только так можно создать эффективную систему обогрева дома. С помощью этого параметра определяется скорость передачи тепловой энергии от отопительного оборудования и ее потребления конкретным объектом. Значение данной характеристики зависит от объема дома, климатической зоны его расположения, теплопроводности материалов, размеров радиаторов, внутренней и наружной температуры.

Необходимая тепловая энергия может быть вычислена упрощенным или точным методом. Способы по укрупненным данным подразумевают расчет по площади или по объему. Для более точного вычисления определяют общие теплопотери объекта через все наружные строительные конструкции. Дополнительно учитывается расходуемое тепло на вентиляцию.

Источник https://m-strana.ru/articles/teplovaya-moshchnost/