Практическое занятие № 1 (Расчет мощности системы отопления)

Исходными данными расчета системы отопления, для жилых помещений служат общие тепловые потери помещения, которые определяются теплотехническими характеристиками помещения, внешними климатическими условиями, системой вентиляции и заданной температурой в помещении. Кроме того, учитываются теплопоступления от внутренних источников тепла. Разность этих величин определяет размер теплопоступлений, который должен обеспечиваться системой отопления. Но такова методика сложна и требует довольно высокой квалификации, более простой способ расчета подробно рассмотрен ниже.

Для большинства случаев в частном, коттеджном или ином строительстве требуется лишь рассчитать необходимую мощность отопительного оборудования для конкретного помещения, а оптимизацию расхода электрической энергии на поддержание заданной температуры автоматически выполнит термостат автоматической системы управления. В этом случае можно обойтись упрощенной методикой расчета, основанной на использовании величин и коэффициентов, полученных опытным путем. Ниже приведена упрощенная методика расчетов по определению установленной мощности обогревателей электрического отопления для типовых жилых помещений с высотой потолков 2,5 — 3 м. Методика верна для случая, когда температура в помещении принимается равной +20°С при максимальной внешней температуре —26°С.

Расчетное выражение имеет следующий вид:

Руст = Ро•S• Кст•Кнст•Кок•Кэт•Кдв, (кВт),

где:  Руст, (кВт) — максимальная электрическая мощность, потребляемая отопительными элементами;  Ро (кВт / м2) — расчетная удельная мощность, величина которой зависит от географической широты:  Рo=0,02 — для южных широт России;  Рo=0,03 — для средней полосы России;  Рo=0,04 — 0,05 — для северной части России.  S — площадь отапливаемого помещения, м2.  Кст — коэффициент, учитывающий теплопотери через стены:  Стены бетонные панельные, блочные — Кст = 1,25-1,5;  Стены бревенчатые, брусовые — Кст = 1,25;  Стены кирпичные в 1,5 кирпича — Кст = 1,5;  Стены кирпичные в 2,5 кирпича — Кст = 1,1;  Стены пенобетоннные с повышенной теплоизоляцией — Кст = 1.  Кнст — коэффициент, учитывающий количество наружных стен:  Кнст = 1, если одна наружная стена;  Кнст = 1,15, если две наружных стены;

Кнст = 1,22, если три наружных стены;

Кнст = 1,33, если четыре наружных стены;

Кнст = 0,1 — 0,3, если внутреннее помещение.  Кок — коэффициент, учитывающий теплопотери через окна:  Кок = 1 + ρ* Sок, где: Sок — площадь окна, м2;

ρ = 0,2 (1/ м2) — для обычного типового окна со спаренной рамой;  ρ = 0,1 (1/ м2) — для окна с однокамерным стеклопакетом;  ρ = 0,07 (1/ м2) — для окна с двухкамерным стеклопакетом.

ρ = 0,057 (1/ м2) — для окна с двухкамерным стеклопакетом из энергосберегающего стекла.

Кэт — коэффициент, учитывающий этажность помещения:  Кэт = 1,1 — 1,3 — для первого и последнего этажей;  Кэт = 1,0 — для средних этажей;  Кдв — коэффициент, учитывающий теплопотери через входную и балконную двери:  Кдв = 1 — если входная дверь граничит с отапливаемым помещением;  Кдв = 1,2 — 1,4 — Если входная (балконная) дверь выходит на улицу.

Пример 1

Для примера рассчитаем максимальную электрическую мощность отопительных панелей для автономного отопления жилой комнаты площадью 20 м2 в типовой квартире общей площадью 60 м2, расположенной в северной полосе России. 

Дом панельный, комната расположена на 2-ом этаже и имеет две наружных стены и одно окно с однокамерным стеклопакетом, площадью 1,8м х 1,5м.

Таким образом, Ро = 0,03 кВт/м2; S = 20 м2; Кст = 1,25;

Кнст = 1,15; Кок = 1 + 0,1 • 1,5 • 1,8 = 1,27; Кэт = 1,0; Кдв = 1,0.

Руст = 0,03 • 20 • 1,25 • 1,15 • 1,27 • 1,0 • 1,0 = 1,10 (кВт)

Удельный расход тепла на отопление q.h. = 1100/20 = 55 Вт/м2.

 

Пример 2

Расчет отопления дома

Необходимая мощность системы отопления должна обеспечить дом нужным количеством тепла. Для определения мощности системы отопления необходимо провести расчет отопления дома.

Расчет отопления дома проводится по заданным параметрам с использованием специальных формул. Две основные величины, которые нужно определить при расчете отопления - это мощность (теплопроизводительность) котла и величина теплопотерь.

Мощность системы отопления напрямую зависит от величины теплопотерь здания и вычисляется по формуле:

 

N_k=1,2×Q_t

где N_k- теплопроизводительность отопительной сситемы в кВт

Q_t- теплопотери здания

1,2 - коэффициент запаса (20%).

Коэффициент запаса необходим для того, чтобы:

• учесть непредвиденные теплопотери

• учесть возможное падение давления газа (в холодный период года).

• иметь оптимальные возможности для регулирования температурного режима

Таким образом, для того, чтобы произвести расчет отопления дома, в частности узнать необходимую мощность системы отопления, нужно определить величину теплопотерь здания.

Теплопотери распределяются не равномерно.

Потери тепла происходят:

• через наружные стены (около 40 %)

• через окна (около 20 %)

• через крышу (5-10 %)

• через пол (около 10%).

• остальное (около 20 %) (двери, вентиляция и т.п.)

Таким образом, устройство и качество этих частей здания напрямую влияет на величину теплопотерь дома, а значит, их нужно учитывать при расчете отопления дома.

Исходя из этого, при расчете отопления здания необходимо принять во внимание такие критерии (коэффициенты):

• тип окон (К1)

• изоляцию стен (К2)

• соотношение площадей окон и пола (К3)

• минимальную температуру вне помещения (К4)

• число стен помещения, выходящих наружу (К5)

• тип помещения над тем, для которого производятся расчеты (К6)

• высоту помещения (К7)

Эти параметры будут определять соответствующие коэффициенты, необходимые для расчета отопления дома.

Окна с тройным стеклопакетом надежнее уберегут от потерь тепла, чем простое (даже двойное) стекло. Коэффициент потерь тепла для окон соответственно:

• тройной стеклопакет - 0,85

• двойной стеклопакет - 1

• обычное остекление - 1,27.

Изоляция стен - важный компонент, который нужно учитывать при расчете отопления дома. Хорошая изоляция даст коэффициент 0,85, плохая - 1,27. За единицу принимают коэффициент стен из двойного кирпича с утеплителем.

Чем больше процентное соотношение площадей окон и пола, тем больший коэффициент теплопотерь у дома. Например,

Соотношение площадей окон и пола	Коэффициент
10 %	0,80
11-19 %	0,90
20 %	1,00
21-29 %	1,10
30 %	1,20
31-39 %	1,30
40 %	1,40
50 %	1,50

При более низкой температуре снаружи теплопотери будут возрастать:

• при температурах выше -10° - коэффициент 0,70

• -10° - 0,80

• -15° - 0,90

• -20° - 1,00

• -25° - 1,10

• -30° - 1,20

• -35° - 1,30

Чем больше стен помещения выходит наружу, тем выше коэффициент теплопотерь. Например,

• одна стена - 1,00

• две стены - 1,11

• три стены - 1,22

• четыре стены - 1,33

Важно при расчете отопления помещения учитывать, какое помещение находится над тем, для которого производится расчет отопления. Если это холодный чердак - коэффициент 1,00, теплый чердак - 0,91, отапливаемое помещение - 0,82.

Также играет роль и высота помещения:

• высота 2,5 м - коэффициент 1,00

• 3,0 - 1,05

• 3,5 - 1,10

• 4,0 - 1,15

• 4,5 -1,20

При расчете отопления необходимо учесть также площадь помещения (в м²) и удельную величину тепловых потерь (приблизительно 100 ватт/ м²). Таким образом, формула для расчета теплопотерь выглядит так:

Q_т = ватт/м² × м² × К1 × К2 × К3 × К4 × К5 × К6 × К7 = ватт

где Q_т- теплопотери дома

ватт/м²- удельная величина тепловых потерь

м²- площадь помещения

К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7 - соответствующие коэффициенты

Пример 2

Возьмем для расчета отопления максимально благоприятные условия:

• окна с тройным стеклопакетом - коэффициент 0,85

• стены с хорошей теплоизоляцией - 0,85

• соотношение площадей окон и пола 10 % - 0,80

• температура снаружи до -10° - 0,70

• одна стена выходит наружу - 1,00

• сверху находится отапливаемое помещение - 0,82

• высота помещения - 1,00

Условная площадь помещения - 100 м². В таком случае теплопотери помещения составят:

Q_т= 100×100×0,85×0,85×0,80×0,70×1,00×0,82×1,00 = 3317,72 ватт = 3,31772 кВт

Расчет отопления дома напрямую зависит от этой цифры - чем большая величина теплопотерь в доме, тем мощнее нужно устанавливать котел. Мощность системы отопления в данном случае будет равняться:

N_k=1,2×Q_t= 1,2 × 3,31772 кВт = 3,9881 кВт

Такой детальный расчет отопления не всегда возможен. В таких случаях используют приблизительные расчеты: 1 кВт мощности котла обеспечивает теплом 10 м² здания высотой 2,7 м (плюс 20 % запаса).