Тепловой расчет системы отопления

Расширительный бак

И в этом случае есть две методики расчета — простая и точная.

Простая схема

Простой расчет прост донельзя: объем расширительного бака берется равным 1/10 объема теплоносителя в контуре.

Откуда взять значение объема теплоносителя?

Вот пара простейших решений:

1. Заполните контур водой, стравите воздух, а потом слейте всю воду через сбросник в любую мерную посуду.
2. Кроме того, грубо объем сбалансированной системы можно вычислить из расчета 15 литров теплоносителя на киловатт мощности котла. Так, в случае котла мощностью 45 КВт в системе будет примерно 45*15=675 литров теплоносителя.

Стало быть, в этом случае разумным минимумом будет расширительный бак для системы отопления в 80 литров (с округлением в большую сторону до стандартного значения).

Стандартные объемы расширительных бачков.

Точная схема

Более точно можно своими руками рассчитать объем расширительного бака по формуле V = (Vt х E)/D, в которой:

• V — искомое значение в литрах.
• Vt — полный объем теплоносителя.
• E — коэффициент расширения теплоносителя.
• D — коэффициент эффективности расширительного бака.

Коэффициент расширения воды и бедных водно-гликолевых смесей можно взять по следующей таблице (при нагреве с исходной температуры в +10 С):

А вот коэффициенты для теплоносителей с большим содержанием гликоля.

Коэффициент эффективности бачка можно рассчитать по формуле D = (Pv — Ps) / (Pv + 1), в которой:

Pv — максимальное давление в контуре (давление срабатывания предохранительного клапана).

Подсказка: обычно оно берется равным 2,5 кгс/см2.

Ps- статическое давление контура (оно же — давление зарядки бака). Оно рассчитывается как 1/10 часть перепада в метрах между уровнем расположения бака и верхней точкой контура (избыточное давление в 1 кгс/см2 поднимает водяной столб на 10 метров). Давление, равное Ps, создается в воздушной камере бака перед заполнением системы.

Давайте в качестве примера подсчитаем требования к бачку для следующих условий:

• Перепад высоты между баком и верхней точкой контура равен 5 метрам.
• Мощность отопительного котла в доме равна 36 КВт.
• Максимальный нагрев воды равен 80 градусам (с 10 до 90С).

1. Коэффициент эффективности бака будет равным (2,5-0,5)/(2,5+1)=0,57.

Вместо расчета коэффициент можно взять из таблицы.

1. Объем теплоносителя из расчета 15 литров на киловатт равен 15*36=540 литров.
2. Коэффициент расширения воды при нагреве на 80 градусов равен 3,58%, или 0,0358.
3. Таким образом, минимальный объем бака равен (540*0,0358)/0,57=34 литра.

Как самостоятельно провести расчет системы отопления частного дома

Системы отопления загородного дома

Не совсем правильно говорить о большом количестве современных вариантов отопления частных домов. Дело в том, что есть основные способы, а есть вспомогательные. К примеру, водяное отопление — основное, а масляные радиаторы, камины всех видов, тепловентиляторы и ИК-излучатели — это вспомогательные виды

При этом после выбора варианта отопления дома расчету и монтажу систем необходимо уделить особое внимание

Здесь важно учесть все элементы и узлы, к которым относятся котел, трубопроводы, запорная арматура и приборы теплоотдачи — радиаторы

Самое главное — понимать, что вся отопительная система будет работать качественно и эффективно, если учтены нижеследующие критерии:

1. Правильный расчет.
2. Качество монтажных работ.
3. Качество используемых материалов и узлов.
4. Грамотная эксплуатация.

Если все четыре критерия выдержаны, то долговечная, эффективная и надежная работа всей системы обеспечена.

Виды систем отопления

Задачи инженерных расчётов такого рода осложняются высоким разнообразием систем отопления, как с точки зрения масштабности, так и в плане конфигурации. Различают несколько видов отопительных развязок, в каждой из которых действуют свои закономерности:

1. Двухтрубная тупиковая система — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

Двухтрубная тупиковая система отопления

2. Однотрубная система или «Ленинградка» считается лучшим способом устройства гражданских отопительных комплексов тепловой мощностью до 30–35 кВт.

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией: 1 — котёл отопления; 2 — группа безопасности; 3 — радиаторы отопления; 4 — кран Маевского; 5 — расширительный бак; 6 — циркуляционный насос; 7 — слив

3. Двухтрубная система попутного типа — наиболее материалоёмкий вид развязки отопительных контуров, отличающийся при этом наивысшей из известных стабильностью работы и качеством распределения теплоносителя.

Двухтрубная попутная система отопления (петля Тихельмана)

4. Лучевая разводка во многом схожа с двухтрубной попуткой, но при этом все органы управления системой вынесены в одну точку — на коллекторный узел.

Лучевая схема отопления: 1 — котёл; 2 — расширительный бак; 3 — коллектор подачи; 4 — радиаторы отопления; 5 — коллектор обратки; 6 — циркуляционный насос

Прежде чем приступить к прикладной стороне расчётов, нужно сделать пару важных предупреждений. В первую очередь нужно усвоить, что ключ к качественному расчёту лежит в понимании принципов работы жидкостных систем на интуитивном уровне. Без этого рассмотрение каждой отдельно взятой развязки превращается в переплетение сложных математических выкладок. Второе — практическая невозможность изложить в рамках одного обзора больше, чем базовые понятия, за более подробными разъяснениями лучше обратиться к такой литературе по расчёту отопительных систем:

• Пырков В. В. «Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика» 2-е издание, 2010 г.
• Р. Яушовец «Гидравлика — сердце водяного отопления».
• Пособие «Гидравлика котельных» от компании De Dietrich.
• А. Савельев «Отопление дома. Расчёт и монтаж систем».

Циркуляционный насос

Как подобрать оптимальные параметры циркуляционного насоса для системы отопления?

Для нас важны два параметра: создаваемый насосом напор и его производительность.

На фото – насос в отопительном контуре.

С напором все не просто, а очень просто: контур любой разумной для частного дома протяженности потребует напора не более минимальных для бюджетных устройств 2 метров.

Простейший способ подобрать производительность – умножить объем теплоносителя в системе на 3: контур должен оборачиваться трижды за час. Так, в системе объемом 540 литров достаточно насоса производительностью 1,5 м3/час (с округлением).

Более точный расчет выполняется по формуле G=Q/(1,163*Dt), в которой:

• G – производительность в кубометрах в час.
• Q – мощность котла или участка контура, где предстоит обеспечить циркуляцию, в киловаттах.
• 1,163 – коэффициент, привязанный к средней теплоемкости воды.
• Dt – дельта температур между подачей и обраткой контура.

При пресловутой тепловой мощности котла в 36 КВт и дельте температур в 20 С производительность насоса должна составлять 36/(1,163*20)=1,55 м3/ч.

Иногда производительность указывается в литрах в минуту. Пересчитать несложно.

Расчет теплопотерь дома – что нужно помнить?

Для расчета вам нужно:

• Выяснить теплопроводность строительных материалов.
• Определить размеры элементов дома, включая наружные стены, пол и потолок, проемы.

Также следует узнать внутреннюю площадь каждой комнаты, определить климатический район и выяснить месторасположение здания относительно сторон света.

Для определения тепловой нагрузки нужно воспользоваться формулой:

Мк = 1,2хТп, где

• Тп — суммарные теплопотери здания;
• Мк — мощность котла отопления;
• 1,2 — коэффициент запаса (20%).

Стоит отметить, что расчет системы отопления зданий – работа очень сложная для человека, который никогда ранее этим не занимался. Однако не все застройщики пользуются услугами проектировщиков, самостоятельно выполняя эти работы.

Необходимость расчета тепловой мощности системы отопления

Потребность в вычислении тепловой энергии, необходимой для обогрева комнат и подсобных помещений, связана с тем, что нужно определить основные характеристики системы в зависимости от индивидуальных особенностей проектируемого объекта, включая: 

• назначение здания и его тип;
• конфигурацию каждого помещения;
• количество жильцов;
• географическое положение и регион, в котором находится населенный пункт;
• прочие параметры. 

Расчет необходимой мощности отопления является важным моментом, его результат используют для вычисления параметров отопительного оборудования, которое планируют установить:

1. Подбор котла в зависимости от его мощности. Эффективность функционирования отопительной конструкции определяется правильностью выбора нагревательного агрегата. Котел должен иметь такую производительность, чтобы обеспечить обогрев всех помещений в соответствии с потребностями людей, проживающих в доме или квартире, даже в наиболее холодные зимние дни. Одновременно при наличии у прибора избыточной мощности часть вырабатываемой энергии не будет востребована, а значит, некоторая сумма денег потратится напрасно. 
2. Необходимость согласовывать подключение к магистральному газопроводу. Для присоединения к газовой сети потребуется ТУ. Для этого подают заявку в соответствующую службу с указанием предполагаемого расхода газа на год и оценкой тепловой мощности в сумме для всех потребителей. 
3. Выполнение расчетов периферийного оборудования. Расчет тепловых нагрузок на отопление необходим для определения длины трубопровода и сечения труб, производительности циркуляционного насоса, типа батарей и т.д. 

Типы котлов

При выборе котла нужно учитывать, на каком виде отопителя он работает.

Твердотопливные котлы

Котлы имеют следующие достоинства:

• экономичность;
• автономность;
• простота конструкции и управления.

• необходимо заготавливать и хранить топливо;
• необходима периодическая загрузка топлива и чистка от продуктов сгорания;
• колебания суточной температуры в пределах 5ºС.

Система является далеко не самой лучшей, но при отсутствии других источников топлива — это единственно возможный вариант.

Недостатки можно уменьшить с помощью термобаллона или водных аккумуляторов. Термобаллон регулирует подачу воздуха в топку, увеличивая тем самым продолжительность сгорания топлива. За счет этого увеличивается экономичность и сокращается количество заправок. Теплоаккумуляторы предназначены для увеличения инерционности системы отопления. В контур отопления врезается теплоизолированная снаружи емкость. Установка термостатического клапана, установленного на входе регистров, ограничивает подачу холодной воды из теплоаккумулятора на его входе.

За счет этого теплоноситель быстро нагревается, а потом уже начинает нагреваться аккумулятор тепла. Отдача тепла в систему отопления происходит намного дольше. Таким образом уменьшаются колебания температуры в доме.

Встроенные в аккумулятор тепла ТЭНы с автоматическим управлением позволяют включать его на электроподогрев в ночное время, когда стоимость электроэнергии минимальная. Фактически теплоаккумулятор выполняет функцию электрического котла.КПД твердотопливного котла составляет 71-79 %. Создание пиролизных котлов позволяет поднять его до 85%. Необходимо всем знать что данный тип котлов работает только на дровах.

Газовые котлы

Применение газового котла является лучшим вариантом для отопления дома. Он прост и безопасен в эксплуатации, имеет дешевое топливо, которое не требуется складировать и загружать.

Для него необходим дымоход. Котельная требуется только для котлов с открытой камерой сгорания. КПД газовых котлов составляет 89-91 %, но бывают котлы еще более эффективные. Поэтому этот показатель приводят в характеристике каждой модели.

Электрические котлы

Электрический котел является самым экологичным источником тепла. Он может применяться для подогрева горячей воды через бойлер или как резервный источник.

Для частных домов продают модели, мощность которых достигает 20 кВт. Большую мощность котла могут не потянуть счетчики электроэнергии, которые электрослужба устанавливает на входе. Несмотря на высокую стоимость электроэнергии у электрических котлов самый высокий КПД, составляющий 99 %. Ступенчатая регулировка мощности обеспечивает их более экономичную работу.

Заключение

Если рассчитать мощность отопительного котла приведенными выше простыми способами, то можно выбрать необходимый агрегат для отопления дома. Вариант расчета через теплопотери ограждающих конструкций дает возможность более точно определить необходимую мощность котла.

Если дом обеспечить достаточным утеплением, то котел понадобится с меньшей мощностью, а расходы на обогрев помещений значительно уменьшатся из-за снижения теплопотерь.

Исходные данные для теплового расчета системы отопления

Прежде чем приступать к подсчетам и работе с данными, их необходимо получить

Здесь для тех владельцев загородных домов, которые прежде не занимались проектной деятельностью, возникает первая проблема – на какие характеристики стоит обратить свое внимание. Для вашего удобства они сведены в небольшой список, представленный ниже

1. Площадь постройки, высота до потолков и внутренний объем.
2. Тип здания, наличие примыкающих к нему строений.
3. Материалы, использованные при возведении постройки – из чего и как сделаны пол, стены и крыша.
4. Количество окон и дверей, как они обустроены, насколько качественно утеплены.
5. Для каких целей будут использоваться те или иные части здания – где будут располагаться кухня, санузел, гостиная, спальни, а где – нежилые и технические помещения.
6. Продолжительность отопительного сезона, средний минимум температуры в этот период.
7. «Роза ветров», наличие неподалеку других строений.
8. Местность, где уже построен или только еще будет возводиться дом.
9. Предпочтительная для жильцов температура тех или иных помещений.
10. Расположение точек для подключения к водопроводу, газу и электросети.

Теплопотери в доме

Мероприятия по теплоизоляции, приведенные на изображении выше, помогут существенно уменьшить количество энергии и теплоносителя, необходимого для обогрева жилого дома

Схема отопления

Несмотря на сказанное выше, использовать лучистое отопление для нашей схемы мы не будем. Дело в том, что большая часть производственных застроек еще советского образца, с большими теплопотерями. Для них необходим самый недорогостоящий вариант отопления, желательно с использование альтернативного топлива.

Итак, средний объем таких зданий составляет 5760 кубических метра, а для того чтобы восполнить потери, требуется мощность в 108 киловатт за час. Это весьма приблизительные цифры, которые зависят от ряда факторов. Отметим лишь, что у нас должен быть еще 30%-й запас мощности. Наше топливо – древесина и пеллеты.

Дабы получить необходимую нам мощность, требуется порядка 40 килограмм топлива в час, а если на производстве восьмичасовой рабочий день (плюс час перерыва), то в сутки потребуется 360 килограмм топлива. В среднем отопительный сезон составляет 150 дней, значит, в общей сложности нам понадобится 54 тонны дров. Но это значение максимально.

Теперь рассчитаем стоимость. (см. таблицу)

Так как с каждым днем растет конкуренция на  отечественном рынке, производители вынуждены уделять внимание всем пунктам затрат. Если посмотреть на этот список, то далеко не замыкающую позицию будет занимать расход на отопления различных производственных помещений. С тех пор, как увеличилась стоимость энергоносителей, увеличился и их процент себестоимости

С тех пор, как увеличилась стоимость энергоносителей, увеличился и их процент себестоимости.

Воздушное отопление производственного помещения

Если раньше такой вопрос, как выбор наиболее экономного варианта, был еще не таким острым, то сейчас он позиционируется в категории наиболее актуальных. Воздушное отопление производственного помещения в подобной ситуации нередко рассматривается как наиболее эффективный и в то же время наиболее экономичный вариант.

Максимально точный вариант расчета

Из приведенных выше расчетов мы увидели, что ни один из них не является идеально точным, т.к. даже для одинаковых помещений результаты пусть и немного, но все равно отличаются.

Если вам нужна максимальная точность вычислений, используйте следующий метод. Он учитывает множество коэффициентов, способных повлиять на эффективность обогрева и прочие значимые показатели.

В целом расчетная формула имеет следующий вид:

T=100 Вт/м2 *A *B * C * D * E * F * G * S,

• где Т – суммарное количество тепла, необходимое для обогрева рассматриваемой комнаты;
• S – площадь обогреваемой комнаты.

Остальные коэффициенты нуждаются в более подробном изучении. Так, коэффициент А учитывает особенности остекления помещения.

Особенности остекления помещения

Значения следующие:

• 1,27 для комнат, окна которых остеклены просто двумя стеклами;
• 1,0 – для помещений с окнами, оснащенными двойными стеклопакетами;
• 0,85 – если окна имеют тройной стеклопакет.

Коэффициент В учитывает особенности утепления стен помещения.

Особенности утепления стен помещения

Зависимость следующая:

• если утепление низкоэффективное, коэффициент принимается равным 1,27;
• при хорошем утеплении (к примеру, если стены выложены в 2 кирпича либо же целенаправленно утеплены качественным теплоизолятором), используется коэффициент равный 1,0;
• при высоком уровне утепления – 0,85.

Коэффициент C указывает на соотношение суммарной площади оконных проемов и поверхности пола в комнате.

Соотношение суммарной площади оконных проемов и поверхности пола в комнате

Зависимость выглядит так:

• при соотношении равном 50% коэффициент С принимается как 1,2;
• если соотношение составляет 40%, используют коэффициент равный 1,1;
• при соотношении равном 30% значение коэффициента уменьшают до 1,0;
• в случае с еще меньшим процентным соотношением используют коэффициенты равные 0,9 (для 20%) и 0,8 (для 10%).

Коэффициент D указывает на среднюю температуру в наиболее холодный период года.

Распределение тепла в комнате при использовании радиаторов

Зависимость выглядит так:

• если температура составляет -35 и ниже, коэффициент принимается равным 1,5;
• при температуре до -25 градусов используется значение 1,3;
• если температура не опускается ниже -20 градусов, расчет ведется с коэффициентом равным 1,1;
• жителям регионов, в которых температура не опускается ниже -15, следует использовать коэффициент 0,9;
• если температура зимой не падает ниже -10, считайте с коэффициентом 0,7.

Коэффициент E указывает на количество внешних стен.

Количество внешних стен

Если внешняя стена одна, используйте коэффициент 1,1. При двух стенах увеличьте его до 1,2; при трех – до 1,3; если же внешних стен 4, используйте коэффициент равный 1,4.

Коэффициент F учитывает особенности вышерасположенной комнаты. Зависимость такова:

• если выше находится не обогреваемое чердачное помещение, коэффициент принимается равным 1,0;
• если чердак отапливаемый – 0,9;
• если соседом сверху является отапливаемая жилая комната, коэффициент можно уменьшить до 0,8.

И последний коэффициент формулы – G – учитывает высоту помещения.

Высота комнаты

Порядок следующий:

• в комнатах с потолками высотой 2,5 м расчет ведется с использованием коэффициента равного 1,0;
• если помещение имеет 3-метровый потолок, коэффициент увеличивают до 1,05;
• при высоте потолка в 3,5 м считайте с коэффициентом 1,1;
• комнаты с 4-метровым потолком рассчитываются с коэффициентом 1,15;
• при расчете количества секций батареи для обогрева помещения высотой 4,5 м увеличьте коэффициент до 1,2.

Этот расчет учитывает почти все существующие нюансы и позволяет определить необходимое число секций отопительного агрегата с наименьшей погрешностью. В завершение вам останется лишь разделить расчетный показатель на теплоотдачу одной секции батареи (уточните в прилагающемся паспорте) и, конечно же, округлить найденное число до ближайшего целого значения в сторону увеличения.

Калькулятор расчета радиатора отопления

Для удобства, все эти параметры внесены в специальный калькулятор расчета радиаторов отопления. Достаточно указать все запрашиваемые параметры — и нажатие на кнопку «РАССЧИТАТЬ» сразу даст искомый результат:

Советы по энергосбережениюСоветы по энергосбережению

Удачных расчетов!

Правильный расчет теплоносителя в системе отопления

По совокупности признаков бесспорным лидером среди теплоносителей является обыкновенная вода. Лучше всего использовать дистиллированную воду, хотя подойдет и кипячёная или химически обработанная – для осаждения растворённых в воде солей и кислорода.

Однако если существует вероятность того, что температура в помещении с системой отопления на некоторое время опустится ниже нуля, то вода в качестве теплоносителя не подойдёт. Если она замёрзнет, то при увеличении объёма велика вероятность необратимого повреждения системы отопления. В таких случаях используют теплоноситель на базе антифриза.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.

Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.

В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.

2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:

а) заданный расход воды;

б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце R_ср.

Для расчета R_cp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.

3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле

, (5.1)

где– давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное

, (5.2)

где

– сумма длин участков главного циркуляционного кольца;

– естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как

, (5.3)

где– расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение коэффициента можно определить из табл.5.1.

Таблица 5.1 – Значение в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления

(),C	, кг/(м3К)
85-65	0,6
95-70	0,64
105-70	0,66
115-70	0,68

– естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубопроводах .

В насосных системах с нижней разводкой величинойможно пренебречь.

1. Определяются удельные потери давления на трение

, (5.4)

где к=0,65 определяет долю потерь давления на трение.

5. Расход воды на участке определяется по формуле

(5.5)

гдеQ – тепловая нагрузка на участке, Вт:

(t_г – t_о) – разность температур теплоносителя.

6. По величинамиподбираются стандартные размеры труб .

6. Для выбранных диаметров трубопроводов и расчетных расходов воды определяется скорость движения теплоносителя v и устанавливаются фактические удельные потери давления на трение R_ф.

При подборе диаметров на участках с малыми расходами теплоносителя могут быть большие расхождения междуи. Заниженные потерина этих участках компенсируются завышением величинна других участках.

7. Определяются потери давления на трение на расчетном участке, Па:

. (5.6)

Результаты расчета заносят в табл.5.2.

8. Определяются потери давления в местных сопротивлениях, используя или формулу:

, (5.7)

где– сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке .

Значение ξ на каждом участке сводят в табл. 5.3.

Таблица 5.3 – Коэффициенты местных сопротивлений

№ п/п	Наименования участков и местных сопротивлений	Значения коэффициентов местных сопротивлений	Примечания

9. Определяют суммарные потери давления на каждом участке

. (5.8)

10. Определяют суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях в главном циркуляционном кольце

. (5.9)

11. Сравнивают Δр с Δр_р. Суммарные потери давления по кольцу должны быть меньше величины Δр_р на

. (5.10)

Запас располагаемого давления необходим на неучтенные в расчете гидравлические сопротивления.

Если условия не выполняются, то необходимо на некоторых участках кольца изменить диаметры труб.

12. После расчета главного циркуляционного кольца производят увязку остальных колец. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные не общие участки, параллельно соединенные с участками основного кольца.

Невязка потерь давлений на параллельно соединенных участках допускается до 15% при тупиковом движении воды и до 5% – при попутном.

Таблица 5.2 – Результаты гидравлического расчета для системы отопления

На схеме трубопровода

По предварительному расчету

По окончательному расчету

Номер участка

Тепловая нагрузка Q, Вт

Расход теплоносителя G, кг/ч

Длина участка l,м

Диаметрd, мм

Скоростьv, м/с

Удельные потери давления на трение R, Па/м

Потери давления на трение Δртр, Па

Сумма коэффициентов местных сопротивлений∑ξ

Потери давления в местных сопротивлениях Z

d, мм

v, м/с

R, Па/м

Δртр, Па

∑ξ

Z, Па

Rl+Z, Па

Занятие 6