В условиях российской зимы, когда центрального отопления не хватает, невозможно обойтись без дополнительных обогревателей. Точнее обойтись можно, но какой ценой? Постоянными простудами, кашлем или бронхитом. Такая экономия обернется большими затратами на восстановление подорванного здоровья. Но даже если вы понимаете необходимость установки в доме обогревателя, нужно выбрать правильную модель, которая будет отапливать комнату и потреблять минимум электроэнергии.
Как рассчитать мощность
Для расчета мощности обогревателя можно воспользоваться простой формулой, которую предлагают практически все производители. Формула актуальна для всех устройств, кроме инфракрасных радиаторов (для них сделаем отдельный расчет).
Мощность зависит от размера отапливаемого помещения, но не только от квадратных метров – также нужно знать высоту потолков. Допустим, площадь комнаты 20 квадратов, потолки стандартные – 2.7 метров. Нужно умножить 20 м2 на 2.7 м. Получаем объем помещения, равный 54. Далее делим 54 на 30 (неизменный коэффициент, который предлагают использовать для расчета производители). Мощность радиатора должна быть не менее 1.8 кВт.
Если этот способ сложный, можно воспользоваться более простым методом, но он подойдет только для домов с высотой потолков до 3 метров. На 1 квадратный метр требуется минимум 100 Вт. Нужно умножить площадь комнаты на 100 Вт. Полученный ответ – рекомендуемая мощность. К примеру, размер помещения 15 квадратов. Умножаем 15 на 100, получаем 1.5 кВт.
Однако при расчете не учитываются нюансы: наличие щелей в окнах и стенах, из которых поступает холодный воздух, торцевое расположение квартиры, сквозняки и так далее. При наличии перечисленных проблем, а также для неотапливаемых помещений, к полученной мощности нужно прибавить 20-30%, чтобы обогреватель работал корректно и выполнял свои функции.
Для инфракрасных приборов мощность рассчитывается иначе, поскольку они отличаются высоким классом энергопотребления. Чтобы устройство работало максимально эффективно, учитывают не только квадратуру дома, но и количество находящихся людей и предметов в комнате. В среднем для нагрева 1 квадратного метра требуется 50 Вт, что в 2 раза меньше, чем для остальных моделей.
Как производители обеспечивают безопасность
Безопасность – один из основных критериев при выборе радиатора. Прибор должен поддерживать функцию автоматического выключения при перегреве, наклоне и опрокидывании. Это позволит оставлять устройство включенным, даже если вас не будет дома.
Опция отключения при перегреве обеспечивается за счет датчика температуры. При достижении максимальной температуры ТЭНом, датчик температуры разрывает соединение в электрической цепи, что приводит к выключению.
Желательно, чтобы обогреватель мог поддерживать функцию антизамерзания, когда температура воздуха в комнате не опускается ниже 5-7 градусов. Конечно, для человека это некомфортные условия. Однако для помещений с водопроводом, канализацией при отключенном отоплении – этой температуры будет достаточно, чтобы трубы не замерзли.
Если вы выбираете прибор для обогрева ванной комнаты, бани или других помещений с повышенным уровнем влажности, выбирайте модель с водозащитным корпусом. Иначе не избежать замыканий, что может привести к поломке устройства и пожару.
Какое управление выбрать
Для большинства людей, вид управления нагревательным прибором – не принципиален, пока они не узнают о возможностях электронного управления. Рассмотрим их:
- Точное выставление температуры с шагом в 1 градус. В механическом управлении можно выставить температуру 5-30 градусов.
- Таймер. Можно выставить определенное время для включения и выключения устройства. Например, перед приходом домой за 30-60 минут включите прибор, к вашему возвращению дома будет тепло.
- Управление на расстоянии. Современные модели с помощью специальных программ передают данные через Wi-Fi и Bluetooth на мобильный телефон. С телефона можно включить или выключить обогреватель, установить температуру, запрограммировать таймер и так далее.
Радиаторы с механическим управлением лишены этих возможностей.
Обзор ассортимента
К устройствам обогрева относятся:
- тепловые пушки;
- конвекторы;
- масляные и конвекционные радиаторы;
- инфракрасные обогреватели;
- тепловые завесы.
Перечисленное оборудование подбирается для определенных целей с учетом возможностей и необходимости обслуживания. Если производительность прибора не отвечает потребностям помещения, он будет нерационально расходовать энергию. Тепловые завесы в быту не используются. Они актуальны в магазинах, больших мастерских и на промышленных объектах. Остальные же можно встретить дома, на даче или в гараже. Именно для них актуален вопрос, как рассчитать мощность обогревателя.
Проверка расчета опытом.
Как не трудно догадаться такой несколько странный пример выбран не случайно, а для возможности проведения простого опыта и последующего сравнения результатов. Были взяты термометр, часы и произведены замеры температуры воды в банке в процессе нагревания. Результаты расчетов и опыта отражены на графиках.
Результаты проведенного опыта показали, что нагрев банки с водой от +13 °C до +22 °C в комнате (+24 °C) продолжался примерно 3 часа 20 минут. Это на 5 минут меньше расчетного времени по Кондратьеву и на 17 минут дольше времени по классическому закону Ньютона-Рихмана.
Близость результатов и радует, и удивляет. Но не стоит переоценивать полученные итоги! Время охлаждения (нагрева), вычисленное по предложенной программе расчета в Excel, можно использовать лишь для приблизительных оценок продолжительности процессов! Дело в том, что принятые в расчете константами теплофизические характеристики тела и коэффициент теплоотдачи таковыми на самом деле не являются. Они зависят от изменяющейся температуры! К тому же регулярный режим теплообмена устанавливается не сразу после помещения тела в среду, а спустя какое-то время.
Обратите внимание, что полученные из опыта значения температур банки с водой в течение первого часа расположены выше теоретической расчетной кривой (см. графики). Это означает, что коэффициент теплоотдачи в этом периоде времени был больше выбранного нами значения α=8,3 Вт/(м2·К).
Определим среднее значение α в первые 58 минут из результатов опыта. Для этого:
- Запишем t2=17,5 °C в ячейку D6.
- Активируем («встанем мышью») ячейку D28.
- Выполним: Сервис – Подбор параметра.
- И установим в D28 значение 58 минут, изменяя ячейку D3.
α=9,2 Вт/(м2·К)!!!
Проделав ту же процедуру для t2=22,5 °C и t=240 мин, получим α=8,3 Вт/(м2·К).
Выбранное при теоретическом расчете значение α (по рекомендации СП 50.13330.2012 и формуле из Справочника по физике – см. примечание к ячейке D3) чудесным образом, хотя и совершенно случайно, совпало со значением α, вычисленным по опытным данным.
Рассмотренным способом можно определять реальные точные средние значения коэффициента теплоотдачи тел с любой формой поверхности по практическим замерам всего двух значений температуры тела и промежутка времени между этими замерами.
Остается добавить, что температура банки с водой после рассмотренных 4-х часов в последующее время будет асимптотически приближаться к 24 °C.
Прошу уважающих труд автора скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!
Ссылка на скачивание файла: vremya-ohlazhdeniya (xls 55,5KB).
Быстрый расчет производительности для отапливаемого помещения
Этот вариант очень прост, но не позволяет рассчитать мощность инфракрасного обогревателя. Требуется:
1. Замерить площадь (s).
2. Определить высоту стен (h).
3. Вычислить объем помещения (v), перемножив первые значения.
4. Результат вычисления кубатуры разделить на 30 – специально определенное число-коэффициент для такого типа вычислений.
Формула определяемой производительности выглядит так: W=s*h/30.
Например: площадь комнаты – 18 кв. м, высота ее стен – 2,8 м. Получаем кубатуру в 50,4 куб. м. Объем делим на 30 и видим результат – 1,68 кВт необходимо для подогрева комнаты и поддержания в ней тепла. В целом можно говорить, что для 10 кв. м (высота до 3 м) нужно до 1 кВт/ч.
Такой метод будет точнее, если учитывать местонахождение комнат в здании. Для кабинета в северной или угловой части увеличиваем прогнозированную производительность до 20%.
Расчет в Excel времени охлаждения (нагрева).
Алгоритм расчета базируется на законе Ньютона-Рихмана и на теоретических и практических исследованиях регулярного теплового режима советскими учеными Г.М. Кондратьевым («Регулярный тепловой режим», Москва, 1954г.) и М.А. Михеевым («Основы теплопередачи», Москва, 1977 г.).
Для примера выбран расчет времени нагрева до +22 °C в комнате с температурой воздуха +24 °C пивной алюминиевой банки с водой, предварительно охлажденной до +13 °C.
Исходные данные:
Параметров, необходимых для выполнения расчета времени охлаждения (нагрева) – 12 (см. скриншот).
Ориентировочные сведения о значениях коэффициента теплоотдачи α приведены в примечании к ячейке D3.
Теплофизические характеристики материала тела λ, a, ρ, c легко можно найти в справочниках или по запросу в Интернете. В нашем примере – это параметры воды.
В принципе, для выполнения расчета достаточно знать значения любой из пар характеристик: λ, a или ρ, c. Но для возможности выполнения проверки и минимизации вероятности ошибки рекомендую заполнить значениями все 4 ячейки.
Вводим значения исходных данных в соответствующие ячейки листа Excel и считываем результат: нагрев воды от +13 °C до +22 °C в спокойном воздухе комнаты с постоянной температурой +24 °C будет длиться 3 часа 25 минут.
Для справки в самом конце таблицы вычислено время нагрева без учета формы тела – 3 часа 3 минуты.
Алгоритм расчета:
- 13.1. F=2·H·L+2·B·L+2·H·B – для параллелепипеда;
- 13.2. F=π·D·L+2·π·D2/4 – для цилиндра;
- 13.3. F=π·D2 – для шара.
- 14.1. V=H·L·B – для параллелепипеда;
- 14.2. V=L·π·D2/4 – для цилиндра;
- 14.3. V=π·D3/6 – для шара.
- 15. G=ρ·V
- 16.1 K=((π/H)2+(π/L)2+(π/B)2)-1 – для параллелепипеда;
- 16.2 K=((2,405/(D/2))2+(π/L)2)-1 – для цилиндра;
- 16.3 K=((D/2)/π)2 – для шара.
- 17. m∞=a/K
- 18. Bi=α·K·F/(λ·V)
- 19. Ψ=(1+1,44·Bi+Bi2)-0,5
- 20. M=Ψ·Bi
- 21. mαλ=M·m∞
- 22. mcρ=Ψ·α·F/(c·ρ·V)
- 23. Δ=ABS (1-mαλ/mcρ)·100
- 24. t=(LN (ABS (tc-t1)) -LN (ABS (tc-t2))/mαλ
- 25. tN=(LN (ABS (tc-t1)) -LN (ABS (tc-t2)))·c·ρ·V/(α·F)
Как рассчитать мощность электрических обогревателей для гаража или склада
Этот алгоритм подходит для неотапливаемых хозяйственных помещений. Он учитывает объем, теплоизоляцию стен, разницу температур.
1. Определяем кубатуру помещения: v=s*h.
2. Высчитываем разницу температур (?T). От ожидаемой температуры отнимаем уличные показатели.
3. Полученные числа перемножаем вместе с коэффициентом термоизоляции (k) и выходит необходимое количество килокалорий в час, нужных для нагрева и поддержки тепла.
4. Все делим на 860. Результатом окажутся искомые киловатты.
Формула, позволяющая рассчитать мощность электрических обогревателей для гаража и других хозяйственных помещений: W=k*v*?T/860.
Коэффициент термоизоляции разный:
- сооружения, не обладающие теплоизоляцией, – 4,0;
- простые постройки из дерева или профнастила – от 3,0;
- одинарная кирпичная кладки с простой оконной и кровельной конструкцией – от 2,0;
- обычные постройки (советские многоэтажные дома, старые здания) – от 1,0;
- современные сооружения или с дополнительным утеплением – от 0,6.
В качестве примера предлагаем рассчитать прогнозируемую мощность электрических обогревателей для гаража с кладкой из одинарного кирпича и несложной шиферной крышей. Допустим, его площадь – 24 кв. м, от пола до потолка – 3 м, температура на улице – -3 градуса, хотим получить тепло +15. Считаем по формуле:
W=2*24*3*(15 — (-3)/860=3 кВт, или W=2,9*24*3*(15 — (-3)/860=4,4 кВт.
Вывод: для обогрева в указанных условиях необходима производительность от 3 до 4,4 киловатта.
Мы начинаем короткую серию статей, посвященную расчету мощности обогревателей для квартир и частных домов. Начнем с радиаторов отопления. Почему это важно? Ответ прост: в доме должно быть тепло и комфортно. Даже в самые лютые морозы вы не надеваете в помещении валенки и шапку. А в идеале — никогда не покупаете электрические обогреватели. С другой стороны, жара тоже не вариант. Принудительное отключение радиаторов не поможет сэкономить на коммунальных платежах, а регулярное проветривание комнат не всегда возможно. Особенно если в доме дети.
Поэтому давайте узнаем, сколько секций радиаторов нужно для комфортной жизни. И как эту цифру получить.
Самый простой расчет
Если вы занимаетесь строительством дома самостоятельно, и не слишком разбираетесь в вопросах отопления, то легко попадетесь на удочку консультантов строительных магазинов. Очень часто можно услышать, что расчет секций радиаторов самый элементарный:
100 Вт мощности на 1 квадратный метр
Или другой вариант:
2 секции батареи на 1 квадратный метр
Казалось бы, все ясно и понятно. Но дело ведь в нюансах. Такая примитивная формула не учитывает особенностей помещения, высоту потолков, количество дверей и окон, наличие теплоизоляции и балконов. Всего того, что влияет на теплопотери и без чего система отопления не будет работать эффективно и — что важно — экономно.
Какая информация нужна
Прежде чем браться за расчет мощностей обогревателя, соберите «анамнез».
Это вся информация о конкретном помещении, где планируется установить отопительные приборы.
- Климат местности и температура воздуха в отопительный сезон. Выбор обогревателей, расчет их количества и мощности будет сильно отличаться в средней полосе и северной части нашей страны.
- Расположение помещения и конкретно окон (север, юг, восток, запад)
- Назначение помещения: гостиная, детская, кухня, подсобное помещение, чердак.
- Материал и толщина стен.
- Количество окон, дверей, их конфигурация (обычные или французские окна), наличие и тип балконов (лоджия, мансарда).
- Вентиляция — естественная и принудительная.
Затем нужно определиться с материалом будущих радиаторов. Обычно это происходит еще на этапе дизайн-проекта, но, если речь идет о квартире с уже установленными приборами, а вы хотите их поменять, решение о замене принимают на первых стадиях ремонта. Количество секций радиаторов на отдельно взятую комнату зависит от их вида:
- Стальные имеют мощность 100-150 Вт на секцию
- Чугунные — 160 Вт
- Биметаллические — 170-180 Вт
- Алюминиевые — самые мощные, 180-200 Вт.
И еще один параметр. Приведенные выше значения мощности радиаторов разных материалов — идеальные. Их производитель указывает в сопроводительной документации, но они слегка оторваны от реальности. На мощности секции радиатора отопления влияет показатель температуры теплоносителя. Если вы его знаете, расчет получится точнее. Так называемый параметр DT учитывает температуру теплоносителя на входе и выходе. Максимальная мощность секции радиатора достигается при параметре 90/70. Но такая температура редка для российской отопительной системы. Стандартная цифра — 67-75/53-55 °С.
Расчет по площади
Это тот же самый простой расчет, о котором мы говорили выше, но с уточнениями. Подходит для помещения с обычной высотой потолков, не больше 3 метров.
Формула:
100 Вт*S/N,
где S — площадь помещения (м²) и N — мощность секции радиатора
Пример:
100*15/150=10
10 секций радиатора понадобится для отопления 15-метровой жилой комнаты.
Чтобы получить более реальную и точную цифру прибавляют:
- +20% за балкон в комнате или окно-эркер;
- +30% за два окна, две наружные стены и угловое расположение квартиры;
- +10-15% за экраны для радиаторов, которые их полностью скрывают;
- + 15% добавляют всегда на случай аномальных холодов.
Формулу расчет уточняют еще и климатическим коэффициентом. Он актуален для северных и южных регионов, где температура воздуха значительно отличается от средней полосы России. Коэффициент для севера — 1,6. Для юга — 0,9.
Расчет по объему помещения
Проводится для помещений с высокими потолками и нестандартной конфигурацией. Исходит из того, что на отопление 1 кубического метра помещения необходимо 40 Вт тепловой мощности.
Формула:
V*40Вт/ N,
Где V — объем помещения м3, а N — мощность секции радиатора
Пример расчета:
104 (ширина 6,5*длина 5*высота 3,2)*40/150 = 27.
Т.е. 27 секций понадобится для комфортного отопления помещения объемом 104 м3.
Подробный расчет количества секций радиаторов отопления
Эта формула имеет массу уточнений. Она может подойти и для квартир, но для этого надо знать все тонкости строительства конкретного многоэтажного дома. Все же собственник коттеджа имеет привилегию непосредственно участвовать в возведении объекта, контролировать покупку стройматериалов и отделки, а также получать исчерпывающую информацию о каждом используемом материале.
Формула
100Вт *S *К1 *К2 *К3 *К4 *К5 *К6 * К7,
где S — площадь помещения (м²), а множество К — это коэффициенты, которые помогут детализировать расчет.
К1 — остекления окон: коэффициент за двойное стекло, 1,0 за двойной стеклопакет, 0,85 за тройной.
К2 — коэффициент теплоизоляции стен: 1,27 низкая, 1,0 однослойная, 0,85 двухслойная.
К3 — соотношение площади окон и пола: 0,8 (10%); 0,9; 1,0; 1,1; 1,2 (50%).
К4 — коэффициент самой низкой температуры в зимнее время: 0,7 (10°C); 0,9 (15°C); 1,1 (20°C); 1,3 (25°C); 1,5 (30°C).
К5 — коэффициент количества наружных стен: одна 1,1; две 1,2; три 1,3; четыре 1,4.
К6 — тип помещения: чердак коэффициент 1; теплый чердак — 0,9; теплый цокольный этаж — 0,8
К7 — высота потолков: коэффициент 1 за высоту 2,5 метра; 1,05 за 3 м; 1,1 за 3,5 м; 1,15 за 4 м; 1,2 за 4,5 м.
Сэкономить на количестве секций радиаторов без потери тепла поможет:
- Качественная теплоизоляция
- Утепление дверей и откосов
- Застекленные и утепленные лоджии и балконы
- Работающие на кухне или в зоне столовой приборы нагрева: плиты, духовые шкафы, грили и т.д. Вот почему так важно учитывать тип помещения для установки и расчета радиаторов.
Инфракрасные обогреватели: как подсчитать их мощность?
Такое устройство нагревает предметы и людей, их тепло дальше распространяется по комнате. Поэтому требуемая производительность определяется иначе. Рассчитать мощность инфракрасного обогревателя в пространстве можно так: в зависимости от модели на 1 кв. м предполагаются затраты до 0,1 киловатта. Это число может начинаться от 0,01 кВт.
Обращайте внимание на заводские характеристики, чтобы понять, как рассчитать мощность обогревателя. Современные инфракрасные производители тепла дают существенную экономию и в неотапливаемом помещении. Но их эффективность в среднем в 2 раза меньше. То есть на 1 кв. м затраты могут достигать 0,2 киловатта.
Автоматическая терморегуляция
Раньше у владельцев домов просто не было другого выбора, кроме как рассчитывать все цифры и следить за теплопотерями в доме, мощностью обогревателей и пр. Однако в наши дни можно значительно упростить себе задачу благодаря современному прибору – терморегулятору, работающему на основе датчиков тепла.
Автоматическая терморегуляция осуществляется с помощью специального прибора
Конечно, все инновации касаются только автономного отопления, которое имеет серьезное преимущество перед центральным. Например, если вы желаете, чтобы в помещении была температура 22 градуса, то нужно быть поистине гением, чтобы рассчитать по формуле все теплопотери и угадать, какие батареи поставить в комнатах. Однако при наличии термодатчиков все элементарно – выставляете нужную температуру, и котел сам нагревает батареи настолько, насколько это необходимо. Датчик покажет, когда котлу остановиться, и наоборот проинформирует устройство, когда температура снова опустилась ниже и нужно подогреть помещение. Если вы хотите точно и удобно управлять уровнем тепла в доме, то советуем вам взять на вооружение автономное отопление и не усложнять жизнь сложными расчетами.
Немного советов по выбору
Каждый производитель сейчас старается обеспечить покупателя полным набором оборудования, которое только может ему понадобится, мощность учитывается тоже. Электрический котёл не стал исключением. В комплекте с ним идут программатор, насос для циркуляции теплоносителя, расширительный бак. Благодаря этому легко понять, каким должен быть показатель мощности у электрического котла. С этим справится даже начинающий пользователь.
Кроме того, обязательны устройства для защиты оборудования и специальных кабелей. Таким образом, установку можно полностью выполнить своими руками. Мощность котла не имеет значения.
Но иногда требуется и самостоятельная доукомплектация. Для тех, кто разбирается в электрических моделях, это решение зачастую становится наиболее актуальным. В том числе и по мощности. Систему электроснабжения можно использовать обычного типа, если устанавливается электрический котёл, мощность которого доходит до 6 кВт.
С недавнего времени потребление электроэнергии электрическим котлом стало не менее важным показателем, чем установка в системе специального насоса. Такое решение тоже помогает понять, сколько электроэнергии уходит, и почему. В данном случае расход заметно уменьшается. В системе можно будет использовать трубы с меньшим диаметром, чем в обычной ситуации. Насос с мокрым ротором – основный вид оборудования, который чаще всего можно увидеть в частных домах. Мощность его вполне соответствует требованиям.
- Ротор омывается жидкостью, которая электрическим оборудованием никогда не перекачивается. Потребление ресурсов становится более выгодным.
- Не требуется установки дополнительного вентилятора, поскольку устройство никогда не перегревается. Мощности котла хватает для нагрузок в нормальном режиме.
- Из-за того, что вентилятор отсутствует, работа всей системы становится практически бесшумной. В жилых помещениях это становится особенно актуальным, мощность от этого не страдает.
Такие насосы сами могут поддерживать автоматическую, либо ручную регулировку. Мощность в данном случае большой роли не играет. Первый вариант является наиболее предпочтительным, поскольку он позволяет экономить электроэнергию. Тогда более выгодным становится само отопление электрическим котлом.
Сколько обходится его работа? Чтобы произвести расчёт, достаточно знать о некоторых особенностях эксплуатации. Например, какая температура чаще всего поддерживается в помещении. Что касается общей схемы для отопления дома, то лучше выбирать принудительную циркуляцию. Это тоже оптимальный вариант, позволяющий добиться максимальных результатов при минимальных вложениях.
