Расчеты тепловых нагрузок здания: как произвести вычисления

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.

Комфорт в доме во многом зависит от мощности отопительных приборов Источник mvestnik.ru

Тепловые нагрузки

Тепловая нагрузка — количество тепла для восполнения теплопотерь здания (помещения), с учётом использования отопительных приборов в пиковых температурных режимах.

Мощность, совокупность мощностей обогревательных приборов, участвующих в обогреве здания, обеспечивающих комфортную температуру для проживания, ведения хозяйственной деятельности. Мощностей источников тепла должно хватать для поддержания температуры в самые холодные дни отопительного сезона.

Измеряется тепловая нагрузка в Вт, Кал/час, — 1Вт=859,845 Кал/ч. Расчёт — сложный процесс. Самостоятельно, без знаний, навыков выполнить сложно.

Расчёт нагрузки – ответственный этап введения здания в централизованную теплосеть.

От проектирования нагрузки здания зависит внутренний тепловой режим. Ошибки негативно влияют на потребителей теплоэнергии, подключенных к системе. Наверное, каждый в холодные, зимние вечера, укутавшись в теплый плед, жаловался на ТеплоСети с холодными батареями — результат несоответствия с фактическими тепловыми режимами.

Тепловая нагрузка складывается с учётом количества отопительных приборов (радиаторных батарей) для поддержания тепла, с параметрами:

• теплопотеря здания, которая складывается из показателей теплопроводимости стройматериалов коробки, кровли дома;
• при вентилировании (принудительной, естественной);
• водоснабжения горячей водой объекта;
• дополнительные тепловые расходы (сауна, баня, хозяйственно-бытовые нужды).

При одинаковых требованиях к зданию, в разных климатических поясах нагрузка будет отличаться. Влияют: расположение относительно уровня моря, присутствие естественных преград холодных ветров, другие геологические факторы.

Диаметр трубопровода

Как выяснить минимальное значение внутреннего диаметра трубы розлива либо подводки к отопительному прибору? Не начнём лезть в дебри и воспользуемся таблицей, содержащей готовые результаты для отличия между подачей и обраткой в 20 градусов. Именно это значение характерно для автономных систем.

Большая скорость потока теплоносителя не должна быть больше 1,5 м/с чтобы не было появления шумов, чаще ориентируются на скорость в 1 м/с.

Скажем, для котла мощностью 20 КВт минимальный внутренний диаметр розлива при скорости потока в 0,8 м/с будет равен 20 мм.

Обратите внимание: внутренний диаметр близок к ДУ (условному проходу) металлической трубы. Пластиковые и металлопластиковые трубы в большинстве случаев маркируются наружным диаметром, который на 6-10 мм больше внутреннего. Так, полипропиленовая труба размером 26 мм имеет внутренний диаметр 20 мм.

Параметры для расчета тепловых нагрузок

Информация дается в ознакомительных целях, для расчётов нагрузки, не предназначенных проектной документации, нужной для подключения здания к центральной теплосети — в качестве статистической базы расходов теплоэнергии.

Тепловые характеристики

Произвести точный расчет сложно, — трудно учесть нюансы здания. Хорошо воспользоваться опытом знакомых, статистическими данными похожих объектов (расходы теплоэнергии в течение нескольких лет). Если нет, придется осваивать навык проектирования, расчета нагрузок самостоятельно.

• Перед вычислениями нужно определить назначение здания. Выявить, составить температурную смету по оптимальным режимам каждого помещения, — данные можно найти в СНиП 2.04.05, ДВН В.2.5-39:2008. Содержатся рекомендации по теплоносителю, оптимальным режимам для помещений. Правильный режим поможет в учёте, распределении тепловой энергии.
• Нужно изучить конструктивные особенности здания, используемые строительные материалы, толщину стен, теплоизоляцию, тип, характер кровли, чердачного помещения, количество, площадь дверных, оконных проемов. Каждый стройматериал обладает теплопроводностью, нужно знать, какой материал где используется, определить площадь, выявить общие теплопотери здания.
• В отдельные расчеты нужно отнести сауны, бани, оранжереи.
• Система вентиляции — значительная нагрузка на систему отопления.
• Интенсивность использования помещений. Нужно ли постоянное поддержание температуры для проживания или только для обслуживания.

Уточняющих факторов для расчета нагрузки может быть больше.

Считаем расход теплоты по квадратуре

Для приблизительной прикидки отопительной нагрузки обычно используется простейший тепловой расчет: берется площадь здания по наружному обмеру и умножается на 100 Вт. Соответственно, потребление тепла дачным домиком 100 м² составит 10000 Вт или 10 кВт. Результат позволяет подобрать котел с коэффициентом запаса 1.2—1.3, в данном случае мощность агрегата принимается равной 12.5 кВт.

Мы предлагаем выполнить более точные вычисления, учитывающие расположение комнат, количество окон и регион застройки. Итак, при высоте потолков до 3 м рекомендуется использовать следующую формулу:

Расчет ведется для каждого помещения отдельно, затем результаты суммируются и умножаются на региональный коэффициент. Расшифровка обозначений формулы:

• Q – искомая величина нагрузки, Вт;
• Sпом – квадратура комнаты, м²;
• q – показатель удельной тепловой характеристики, отнесенный к площади помещения, Вт/м²;
• k – коэффициент, учитывающий климат в районе проживания.

Для справки. Если частный дом расположен в полосе умеренного климата, коэффициент k принимается равным единице. В южных регионах k = 0.7, в северных применяются значения 1.5—2.

В приближенном подсчете по общей квадратуре показатель q = 100 Вт/м². Подобный подход не учитывает расположение комнат и разное количество световых проемов. Коридор, находящийся внутри коттеджа, потеряет гораздо меньше тепла, чем угловая спальня с окнами той же площади. Мы предлагаем принимать величину удельной тепловой характеристики q следующим образом:

• для помещений с одной наружной стеной и окном (или дверью) q = 100 Вт/м²;
• угловые комнаты с одним световым проемом – 120 Вт/м²;
• то же, с двумя окнами – 130 Вт/м².

Как правильно подбирать значение q, наглядно показано на плане здания. Для нашего примера расчет выглядит так:

Q = (15.75 х 130 + 21 х 120 + 5 х 100 + 7 х 100 + 6 х 100 + 15.75 х 130 + 21 х 120) х 1 = 10935 Вт ≈ 11 кВт.

Как видите, уточненные вычисления дали другой результат – по факту на отопление конкретного домика 100 м² израсходуется на 1 кВт тепловой энергии больше. Цифра учитывает расход теплоты на подогрев наружного воздуха, проникающего в жилище сквозь проемы и стены (инфильтрацию).

Расчет мощности системы

Поправочных коэффициентов много. Как рассчитывали нагрузку предки, без проектов? Методом проб, ошибок, учитывали большой запас.

Расчёт в процентах

Главное в самостоятельных расчетах – определить ориентировочный показатель тепла для выбора источника. Нужно учитывать:

• восполнение тепла при потерях через стены, крышу, окна, двери;
• отопление для компенсации, при вентилировании воздуха в помещениях;
• обогрев специфических объектов;
• резерв для экстремальных ситуаций: аномально холодной зимы, сооружение дополнительных хозяйственно-бытовых объектов.

Рассчитанной нагрузки, с учетом факторов, достаточно для полноценного обогрева зданий. В остальных случаях существуют проектные бюро, где за разработанные тепловые системы специалисты несут персональную ответственность

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.

Формула вычисления потерь тепла через крышу и стены Источник ppt-online.org

Особенности расчета

Чтобы самостоятельно подготовить расчет нагрузки понадобится документация.

Формула

• СП 131.13330.2012 Строительная климатология;
• Методика определения количества тепловой энергии, теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения от 06 мая 2000г., №105;
• ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»;
• ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые, общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

В нормативах содержатся параметры для расчёта нагрузки здания, кроме:

• Расположения здания;
• Объёма здания, вычисленного по внешнему периметру. Параметр можно брать из технической документации на дом (тех.паспорт), определить самостоятельно,замерив.
• Назначение вводимого в эксплуатацию дома (жилое, административное, лечебное, санаторное).
• Высота для расчета коэффициента инфильтрации — показатель противодействия ветровым, тепловым нагрузкам.

Методы вычисления

Методологий определения может быть несколько. Можно узнать тепловую нагрузку следующими способами:

• Метод определения тепловых потерь объекта.

Определяют стройматериалы, из которых выполнены стены, кровля, учитывается количество, площадь дверных, оконных проёмов, этажность. Берутся коэффициенты, вычисляется общее значение теплопотерь.

• Метод расчетов, учитывающий необходимую мощность отопительно-вентиляционных приборов, необходимых для поддержания температурного режима.
• Метод с использованием укрупнённых величин теплопотерь.

Потребители тепла

Виды тепловых нагрузок для расчетов

Тепловые нагрузки – величина непостоянная, может колебаться в большую, меньшую сторону. Условно можно разделить:

• Нагрузка, зависящая от отопительного сезона, — разница составляет до 40%.

В зависимости от внешней температуры, показатель может значительно варьироваться. Температурная разница значительно отличается в зимний и осенне-весенний период. Изменяется нагрузка в зависимости от времени суток, перепады возникают от работы системы вентиляции.

• Нагрузка зависит от ИН-излучения. Не только радиаторы, любое оборудование, выделяющее тепло. Не нужно сбрасывать естественное излучение, поступающее внутрь здания через оконные проемы.
• Дополнительные источники тепла. Основной источник — люди, чем больше, тем больше тепла излучают.

Дополнительный обогрев — внешние факторы: воздушные потоки, поступающие внутрь помещения через щели.

Изменения в тепловом режиме помещения влекут изменения температуры теплоносителя (Т. обратки), влияющей на показатели системы.

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.

Регуляторы мощностей

РТН (регулятор тепловой нагрузки) – элементы регулирования отопительных котлов бытового, промышленного назначения. Устройства стабилизируют работу источников тепла, поддерживают температуру теплоносителя в системе на заданных величинах.

Разводка теплосети

С помощью РНГ можно наиболее точно выставить необходимую температуру, оптимизировать систему отопления. Обогревательный котёл работает равномерно, исключая температурные скачки в системе.

Самостоятельно отрегулировать режим сложно, лучше обратиться к мастеру.

Выводы и решение проблем

Как видите, имеющиеся способы расчета тепловой нагрузки своими руками дают весьма существенные погрешности. К счастью, избыточная мощность котла не повредит:

• Газовые котлы на уменьшенной мощности работают практически без падения КПД, а конденсационные так и вовсе выходят на наиболее экономичный режим при неполной нагрузке.
• То же самое касается соляровых котлов.
• Электрическое нагревательное оборудование любого типа всегда имеет КПД, равный 100 процентам (разумеется, это не относится к тепловым насосам). Вспомните физику: вся мощность, не потраченная на совершения механической работы (то есть перемещения массы против вектора гравитации) в конечном счете, расходуется на нагрев.

Единственный тип котлов, для которых работа на мощности меньше номинальной противопоказана — твердотопливные. Регулировка мощности в них осуществляется довольно примитивным способом — ограничением притока воздуха в топку.

Что в результате?

1. При недостатке кислорода топливо сгорает не полностью. Образуется больше золы и сажи, которые загрязняют котел, дымоход и атмосферу.
2. Следствие неполного сгорания — падение КПД котла. Логично: ведь часто топлива покидает котел до того, как сгорела.

Ограничение мощности твердотопливного котла сказывается на его КПД.

Однако и здесь есть простой и изящный выход — включение в схему отопления теплоаккумулятора. Теплоизолированный бак емкостью до 3000 литров подключается между подающим и обратным трубопроводом, размыкая их; при этом формируется малый контур (между котлом и буферной емкостью) и большой (между емкостью и отопительными приборами).

Как работает такая схема?

• После растопки котел работает на номинальной мощности. При этом за счет естественной или принудительной циркуляции его теплообменник отдает тепло буферной емкости. После того, как топливо прогорело, циркуляция в малом контуре останавливается.
• Следующие несколько часов теплоноситель движется по большому контуру. Буферная емкость постепенно отдает накопленное тепло радиаторам или водяным теплым полам.

Как видите, в этом случае запас по мощности котла будет иметь исключительно положительное последствие — больший промежуток времени между растопками (

Нагрузки на ГВС, вентиляцию

Тепловой пункт
Свежий воздух необходим для жизнедеятельности человека, потому системы вентиляции и требуются. Однако, вентиляция значительно увеличивает теплопотери.

Компенсация потерь значительно увеличивает общую тепловую нагрузку. Учитывается на этапе проектирования, расчетов. Формула:

Q=qV(tн.-tв.)

V – общий объём здания по внешнему контуру,

t (н и в) – наружная, внутренняя температура воздуха;

q – удельная величина.

Формула для расчётов снабжения здания горячей водой:

Q=0,042rВ*∆T*P*G

∆T – разница температур воды;

P – количество потребителей (раковин);

В – отношение нагрузок по ГОСТу;

r – плотность воды.