Главная / Разное интересное / Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

Использование воды в качестве теплоносителя в системе отопления — один из самых популярных вариантов обеспечить свой дом теплом в холодное время года. Нужно лишь правильно спроектировать, а затем выполнить монтаж системы. Иначе отопление будет неэффективным при высоких затратах топлива, что, согласитесь, крайне неинтересно при сегодняшних ценах на энергоресурсы.

Осуществить самостоятельно расчет водяного отопления (далее — СВО) без использования профильных программ невозможно, поскольку в вычислениях используются сложные выражения, определить значения которых с помощью обычного калькулятора нельзя. В этой статье мы подробно разберем алгоритм выполнения вычислений, приведем применяемые формулы, рассмотрев ход выполнения расчетов на конкретном примере.

Изложенный материал дополним таблицами со значениями и справочными показателями, которые нужны при проведении вычислений, тематическими фото и видеороликом, в котором продемонстрирован наглядный пример расчета путем использования программы.

Расчет теплового баланса жилищной конструкции

Для внедрения обогревательной установки, где в качестве циркуляционного вещества  выступает вода, требуется предварительно произвести точные гидравлические вычисления.

При разработке, внедрении любой системы обогревательного типа необходимо знать тепловой баланс (далее – ТБ). Зная тепловую мощность для поддержания температуры в помещении, можно правильно подобрать оборудование и грамотно распределить его нагрузку.

Зимой помещение несет определенные тепловые потери (далее – ТП). Основная масса энергии выходит через ограждающие элементы и вентиляционные проемы. Незначительные расходы приходятся на инфильтрацию, нагревание предметов и др.

Галерея изображенийФото из Грамотный расчет водяного отопления по аналогии с другими видами систем необходим для подбора нагревательного агрегата, способного полноценно возместить потери тепла В расчетах суммируются все виды потерь через ограждающие конструкции, утечки через дверные и оконные проемы В вычислениях мощности оборудования следует учесть необходимость обогрева воздуха, поступающего в помещения во время проветривания и через неплотно закрытые створки окон и полотна дверей В обязательном порядке учитывается обогрев воздушного потока, поставляемого приточной принудительной вентиляцией с функцией частичного подмеса свежей порции воздуха При включении двухконтурного котла в схему отопления в подсчете реальной мощности учитывается энергия, потраченная на нагрев горячей воды Правильно выполненные расчеты предполагают определение эффективности нагревательного агрегата и используемого топлива Большинство отопительных контуров в пределах обогреваемого помещения прокладываются открыто, кроме конструктивно расположенных в полу или стенах вариантов. В закрытых схемах необходимо учесть энергию на нагрев конструкций В открытых схемах отопления, контактирующих напрямую с атмосферой через расширительный бачок, учитывается потери на остывания теплоносителя Выполнение расчета водяного отопленияПотери через конструкцииУчет обогрева поступающего воздухаВентиляция с подмесом свежего воздухаУчет потерь на подготовку горячей водыВычисление эффективности перерабатываемого в котле горючегоОдин из вариантов устройства отопительного контураСистема с открытым расширительным бачком

ТП зависят от слоев, из которых состоят ограждающие конструкции (далее — ОК). Современные строительные материалы, в частности, утеплители, обладают низким коэффициентом теплопроводности (далее – КТ), благодаря чему через них уходит меньше тепла. Для домов одинаковой площади, но с разным строением ОК, тепловые затраты будут отличаться.

Помимо определения ТП, важно вычислить ТБ жилища. Показатель учитывает не только количество энергии, покидающей помещение, но и количество необходимой мощности для поддержания определенных градусных мер в доме.

Наиболее точные результаты дают профильные программы, разработанные для строителей. Благодаря им возможно учесть больше факторов, влияющих на ТП.

Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

Наибольшее количество тепла покидает помещение через стены, пол, крышу, наименьшее — через двери, оконные проемы

С высокой точностью можно вычислить ТП жилища с помощью формул.

Общие тепловые расходы дома рассчитывают по уравнению:

Q = Qok + Qv,

Где Qok — количество тепла, покидающее помещение через ОК; Qv — тепловые расходы вентиляции.

Потери через вентиляцию учитываются в том случае, если воздух, попадающий в помещение, имеет более низкую температуру.

В расчетах обычно учитывают ОК, входящие одной стороной на улицу. Это наружные стены, пол, крыша, двери и окна.

Общие ТП Qok равны сумме ТП каждой ОК, то есть:

Qok = ∑Qst + ∑Qokn + ∑Qdv +∑Qptl + ∑Qpl,

Где:

  • Qst — значение ТП стен;
  • Qokn — ТП окон;
  • Qdv — ТП дверей;
  • Qptl — ТП потолка;
  • Qpl — ТП пола.
  • Если пол или потолок имеет неодинаковое строение по всей площади, то ТП вычисляют для каждого участка отдельно.

    Расчет теплопотерь через ОК

    Для вычислений потребуются следующие сведения:

  • строение стен, используемые материалы, их толщина, КТ;
  • наружная температура в предельно холодную пятидневку зимы в городе;
  • площадь ОК;
  • ориентация ОК;
  • рекомендуемая температура в жилище в зимний период.
  • Для вычисления ТП нужно найти общее тепловое сопротивление Rок. Для этого нужно узнать тепловое сопротивление R1, R2, R3, …, Rn каждого слоя ОК.

    Коэффициент Rn рассчитывается по формуле:

    Rn = B/k,

    В формуле: B — толщина слоя ОК в мм, k — КТ каждого слоя.

    Общее R возможно определить по выражению:

    R = ∑Rn

    Производители дверей и окон обычно указывают коэффициент R в паспорте к изделию, поэтому рассчитывать его отдельно нет необходимости.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    Тепловое сопротивление окон можно не рассчитывать, поскольку в техническом паспорте уже присутствуют необходимые сведения, что упрощает вычисление ТП

    Общая формула расчета ТП через ОК выглядит следующим образом:

    Qok = ∑S × (tvnt — tnar) × R × l,

    В выражении:

  • S — площадь ОК, м2;
  • tvnt — желаемая температура в помещении;
  • tnar — наружная температура воздуха;
  • R — коэффициент сопротивления, рассчитывается отдельно или берется из паспорта изделия;
  • l — уточняющий коэффициент, учитывающий ориентацию стен относительно сторон света.
  • Расчет ТБ позволяет подобрать оборудование необходимой мощности, что исключит вероятность образования дефицита тепла или его переизбытка. Дефицит тепловой энергии компенсируют путем увеличение потока воздуха через вентиляцию, переизбыток – установкой дополнительного отопительного оборудования.

    Тепловые расходы вентиляции

    Общая формула расчета ТП вентиляции имеет следующий вид:

    Qv = 0.28 × Ln × pvnt × c × (tvnt — tnar),

    В выражении переменные имеют следующий смысл:

  • Ln — затраты поступающего воздуха;
  • pvnt — плотность воздуха при определенной температуре в помещении;
  • c — теплоемкость воздуха;
  • tvnt — температура в доме;
  • tnar — наружная температура воздуха.
  • Если в здании установлена вентиляция, то параметр Ln берется из технических характеристик к прибору. Если же вентиляция отсутствует, то берется стандартный показатель удельного воздухообмена, равный 3 м3 в час.

    Исходя из этого, Ln вычисляется по формуле:

    Ln = 3 × Spl,

    В выражении Spl — площадь пола.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    2% от всех тепловых потерь приходится на инфильтрацию, 18% — на вентиляцию. Если помещение оборудовано системой вентиляции, то в расчетах учитывают ТП через вентиляцию, а инфильтрацию во внимание не берут

    Далее следует вычислить плотность воздуха pvnt при заданной в помещении температуре tvnt.

    Сделать это можно по формуле:

    pvnt = 353/(273+tvnt),

    Удельная теплоемкость c = 1.0005.

    Если вентиляция или инфильтрация неорганизованная, в стенах присутствуют щели или дыры, то вычисление ТП через отверстия следует доверить специальным программам.

    В другой нашей статье мы привели подробный пример теплотехнического расчета здания с конкретными примерами и формулами.

    Пример расчета теплового баланса

    Рассмотрим дом высотой 2.5 м, шириной 6 м и длиной 8 м, располагающийся в городе Оха в Сахалинской области, где в предельно холодную 5-дневку градусник термометра опускается на -29 градусов.

    В результате измерения было установлена температура грунта — +5. Рекомендуемая температура внутри конструкции составляет +21 градус.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    Изобразить схему дома удобнее всего на бумаге, указав не только длину, ширину и высоту постройки, но и ориентированность относительно сторон света, а также расположение, габариты окон и дверей

    Стены рассматриваемого дома состоят из:

  • кирпичной кладки толщиной В=0.51 м, КТ k=0.64;
  • минеральной ваты В=0.05 м, k=0.05;
  • облицовки В=0.09 м, k=0.26.
  • При определении k лучше воспользоваться таблицами, представленными на сайте производителя, или найти информацию в техническом паспорте изделия.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    Зная теплопроводность, можно подобрать максимально эффективные с точки зрения тепловой изоляции материалы. Исходя из вышеприведенной таблицы, наиболее целесообразно использовать в строительстве минераловатные плиты и пенополистирол

    Напольное покрытие состоит из следующих слоев:

  • OSB-плит В=0.1 м, k=0.13;
  • минваты В=0.05 м, k=0.047;
  • стяжки цементной В=0.05 м, k=0.58;
  • пенополистирола В=0.06 м, k=0.043.
  • В доме подвальное помещение отсутствует, а пол имеет одинаковое строение по всей площади.

    Потолок состоит из слоев:

  • листов гипсокартона B=0.025 м, k= 0.21;
  • утеплителя В=0.05 м, k=0.14;
  • кровельного перекрытия В=0.05 м, k=0.043.
  • Выходы на чердак отсутствуют.

    В доме всего 6 двухкамерных окон с И-стеклом и аргоном. Из технического паспорта на изделия известно, что R=0.7. Окна имеют габариты 1.1х1.4 м.

    Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель R=0.36.

    Шаг #1 — расчет теплопотерь стены

    Стены по всей площади состоят из трех слоев. Вначале рассчитаем их суммарное тепловое сопротивление.

    Для чего используем формулу:

    R = ∑Rn,

    и выражение:

    Rn = B/k

    Учитывая исходные сведения, получим:

    Rst = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14

    Узнав R, можно приступить к расчетам ТП северной, южной, восточной и западной стены.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    Добавочные коэффициенты учитывают особенности расположения стен относительно сторон света. Обычно в северной части во время холодов образуется «роза ветров»,в результате чего ТП с этой стороны будут выше, чем с других

    Вычислим площадь северной стены:

    Ssev.sten = 8 × 2.5 = 20

    Тогда, подставляя в формулу Qok = ∑S × (tvnt — tnar) × R × l и учитывая, что l=1.1, получим:

    Qsev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

    Площадь южной стены Syuch.st = Ssev.st = 20.

    В стене отсутствуют встроенные окна или двери, поэтому, учитывая коэффициент l=1, получим следующие ТП:

    Qyuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

    Для западной и восточной стены коэффициент l=1.05. Поэтому можно найти общую площадь этих стен, то есть:

    Szap.st + Svost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

    В стены встроено 6 окон и одна дверь. Рассчитаем общую площадь окон и S дверей:

    Sokn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

    Sdv = 1 × 2.2 = 2.2

    Определим S стен без учета S окон и дверей:

    Svost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

    Подсчитаем общие ТП восточной и западной стены:

    Qvost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

    Получив результаты, подсчитаем количество тепла, уходящего через стены:

    Qst = Qsev.st  +  Qyuch.st  +  Qvost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

    Итого общие ТП стен составляют 6 кВт.

    Шаг #2 — вычисление ТП окон и дверей

    Окна располагаются на восточной и западной стенах, поэтому при расчетах коєффициент l=1.05. Известно, что строение всех конструкций одинаково и R=0.7.

    Используя значения площади, приведенные выше, получим:

    Qokn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

    Зная, что для дверей R=0.36, а S=2.2, определим их ТП:

    Qdv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42

    В итоге через окна выходит 340 Вт тепла, а через двери — 42 Вт.

    Шаг #3 — определение ТП пола и потолка

    Очевидно, что площадь потолка и пола будет одинакова, и вычисляется следующим образом:

    Spol = Sptl = 6 × 8 = 48

    Рассчитаем общее тепловое сопротивление пола с учетом его строения.

    Rpol = 0.1/0.13 + 0.05/0.047 + 0.05/0.58 + 0.06/0.043 = 0.77 + 1.06 + 0.17 + 1.40 = 3.4

    Зная, что температура грунта tnar=+5 и учитывая коэффициент l=1, вычислим Q пола:

    Qpol = 48 × (21 — 5) × 1 × 3.4 = 2611

    Округлив, получим, что теплопотери пола составляют около 3 кВт.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    В расчетах ТП нужно учитывать слои, влияющие на тепловую изоляцию, например, бетон, доски, кирпичная кладка, утеплители и др

     

    Определим тепловое сопротивление потолка Rptl и его Q:

  • Rptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
  • Qptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832
  • Отсюда следует, что через потолок и пол уходит почти 6 кВт.

    Шаг #4 — вычисление ТП вентиляции

    В помещении вентиляция организована, вычисляется по формуле:

    Qv = 0.28 × Ln × pvnt × c × (tvnt — tnar)

    Исходя из технических характеристик, удельный теплообмен составляет 3 кубических метра в час, то есть:

    Ln = 3 × 48 = 144.

    Для вычисления плотности используем формулу:

    pvnt = 353/(273+tvnt).

    Расчетная температура в помещении составляет +21 градус.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    ТП вентиляции не рассчитывают, если система снабжена устройством подогрева воздуха

    Подставляя известные значения, получим:

    pvnt = 353/(273+21) = 1.2

    Подставим в вышеприведенную формулу полученные цифры:

    Qv = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21  — 29) = 2431

    Учитывая ТП на вентиляцию, общее Q здания составит:

    Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

    Переведя в кВт, получим общие тепловые потери 16 кВт.

    Галерея изображенийФото из В расчетах нагревательного агрегата для водяного отопления следует учитывать теплотворную способность топлива — количество тепла, выделяемого при его сгорании При сгорании 1 кг каменного угля выделяется 5600–7000 ккал/кг тепловой энергии, при сгорании бурого аналога только 2200–3200 ккал/кг Немногим эффективней бурого угля дрова, поставляющие только 2700–3200 ккал/кг. Однако это один из самых дешевых и доступных видов топлива Наиболее выгоден для использования в частном хозяйстве газ, выделяющий 8400 ккал/нм³ при сжигании одного его кубометра. Правда при использовании газа из баллонов или газгольдера цены будут повыше Проведение учета теплотворной способности топливаОпределение количества тепла при сгорании угляСпособность при сжигании дровОптимальный вариант — использование голубого топлива

    Особенности расчета СВО

    После нахождения показателя ТП переходят к гидравлическому расчету (далее — ГР).

    На его основе получают информацию о следующих показателях:

  • оптимальном диаметре труб, который при перепадах давления будет способен пропускать заданное количество теплоносителя;
  • расходе теплоносителя на определенном участке;
  • скорости движения воды;
  • значении удельного сопротивления.
  • Перед началом расчетов для упрощения вычислений изображают пространственную схему системы, на которой все ее элементы располагают параллельно друг другу.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    На схеме изображена система отопления с верхней разводкой, движение теплоносителя — тупиковое

    Рассмотрим основные этапы расчетов водяного отопления.

    ГР главного циркуляционного кольца

    Методика расчета ГР основывается на предположении, что во всех стояках и ветвях перепады температуры одинаковые.

    Алгоритм расчета следующий:

    1. На изображенной схеме, учитывая теплопотери, наносят тепловые нагрузки, действующие на отопительные приборы, стояки.
    2. Исходя из схемы, выбирают главное циркуляционное кольцо (далее — ГЦК). Особенность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает наименьшее значение.
    3. ГЦК разбивают на участки, имеющие постоянные расход тепла. Для каждого участка указывают номер, тепловую нагрузку, диаметр и длину.

    В вертикальной системе однотрубного типа в качестве ГЦК берется то кольцо, через которое проходит наиболее нагруженный стояк при тупиковом или попутном движении воды по магистралям. Детальнее об увязывании циркуляционных колец в однотрубной системе и выборе основного мы говорили в следующей статье. Отдельно уделили внимание порядку выполнения расчетов, используя для наглядности конкретный пример.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    В вертикальных системах двухтрубного типа ГЦК проходит через нижнее отопительное устройство, имеющее максимальную нагрузку при тупиковом или попутном движении воды

    В горизонтальной системе однотрубного типа ГЦК должно иметь наименьшее циркуляционное давление да единицу длины кольца. Для систем с естественной циркуляцией ситуация аналогична.

    При ГР стояков вертикальной системы однотрубного типа проточные, проточно-регулируемые стояки, имеющие в своем составе унифицированные узлы, рассматривают в качестве единого контура. Для стояков с замыкающими участками производят разделение, учитывая распределение воды в трубопроводе каждого приборного узла.

    Расход воды на заданном участке вычисляется по формуле:

    Gkont = (3.6 × Qkont × β1 × β2)/((tr — t0) × c)

    В выражении буквенные символы принимаю следующие значения:

  • Qkont — тепловая нагрузка контура;
  • β1, β2 — добавочные табличные коэффициенты, учитывающие теплоотдачу в помещении;
  • c — теплоемкость воды, равна 4,187;
  • tr — температура воды в подающем магистрали;
  • t0 — температура воды в обратной магистрали.
  • Определив диаметр и количество воды, необходимо узнать скорость ее движения и значение удельного сопротивления R. Все расчеты удобнее всего осуществить с помощью специальных программ.

    ГР второстепенного циркуляционного кольца

    После ГР главного кольца определяют давление в малом циркуляционном кольце, образующееся через ближайшие его стояки, учитывая, что потери давления могут отличаться на не более чем 15 % при тупиковой схеме и не более, чем на 5%, при попутной.

    Если невозможно увязать потери давления, устанавливают дроссельную шайбу, диаметр которой вычисляют с использованием программных методов.

    Расчет радиаторных батарей

    Вернемся к плану дома, размещенного выше. Путем вычислений было выявлено, что для поддержания теплового баланса потребуется 16 кВт энергии. В рассматриваемом доме 6 помещений разного назначения – гостиная, санузел, кухня, спальня, коридор, прихожая.

    Исходя из габаритов конструкции, можно вычислить объем V:

    V=6×8×2.5=120 м3

    Далее нужно найти количество тепловой мощности на один м3. Для этого Q необходимо поделить на найденный объем, то есть:

    P=16000/120=133 Вт на м3

    Далее необходимо определить, сколько тепловой мощности потребуется для одной комнаты. На схеме площадь каждого помещения уже рассчитана.

    Определим объем:

  • санузел – 4.19×2.5=10.47;
  • гостиная – 13.83×2.5=34.58;
  • кухня – 9.43×2.5=23.58;
  • спальня – 10.33×2.5=25.83;
  • коридор – 4.10×2.5=10.25;
  • прихожая – 5.8×2.5=14.5.
  • В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.

    Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

    Коридор отапливается пассивным способом, в него тепло будет поступать за счет циркуляции теплового воздуха при передвижении людей, через дверные проемы и др

    Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р.

    Получим требуемую мощность:

  • для санузла — 10.47×133=1392 Вт;
  • для гостиной — 34.58×133=4599 Вт;
  • для кухни — 23.58×133=3136 Вт;
  • для спальни — 25.83×133=3435 Вт;
  • для коридора — 10.25×133=1363 Вт;
  • для прихожей — 14.5×133=1889 Вт.
  • Приступим к расчету радиаторных батарей. Будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт.

    Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей:

  • санузел — 1392/150=10;
  • гостиная — 4599/150=31;
  • кухня — 3136/150=21;
  • спальня — 3435/150=23;
  • прихожая — 1889/150=13.
  • Итого потребуется: 10+31+21+23+13=98 радиаторных батарей.

    У нас на сайте также есть другие статьи, в которых мы подробно рассмотрели порядок выполнения теплового расчета системы отопления, пошаговый расчет мощности радиаторов и труб отопления. А если ваша система предполагает наличие теплых полов, то вам понадобится выполнить дополнительные вычисления.

    Более подробно все эти вопросы освещены в следующих наших статьях:

  • Тепловой расчёт системы отопления: как грамотно сделать расчет нагрузки на систему
  • Расчет радиаторов отопления: как рассчитать необходимое количество и мощность батарей
  • Расчет объема трубы: принципы вычислений и правила производства расчетов в литрах и кубических метрах
  • Как сделать расчет теплого пола на примере водяной системы
  • Расчёт труб для тёплого пола: виды труб, способы и шаг укладки + расчет расхода
  • Выводы и полезное видео по теме

    В видео можно ознакомиться с примером расчета водяного отопления, который осуществляется средствами программы Valtec:

    Гидравлические расчеты лучше всего осуществлять с помощью специальных программ, которые гарантируют высокую точность вычислений, учитывают все нюансы конструкции.

    Вы специализируетесь на выполнении расчета систем отопления с использованием воды в качестве теплоносителя и хотите дополнить нашу статью полезными формулами, поделиться профессиональными секретами?

    А может хотите акцентировать внимание на дополнительных расчетах или указать на неточность в наших вычислениях? Пишите, пожалуйста, свои замечания и рекомендации в блоке под статьей.

    Источник

    Смотрите также

    Самодельный ленточный шлифовальный станок

    Ленточный шлифовальный станок из двигателя от стиральной машины, подробные фото и описание изготовления. Увлекаюсь изготовлением …