Расчет расхода теплоносителя по тепловой нагрузке: расчетная формула

Современные дома, вне зависимости от применяемого при их возведении материала, нужно проектировать и составлять сметы. Именно на этом этапе для систем обогрева зданий рассчитываются характеристики. В тех схемах, где циркулирует обычная вода, вычисляется количество носителя тепла на основании тепловой нагрузки всего здания.

Этот показатель необходим для точного подбора емкости бака, предназначенного для регулирования давления. Этот параметр имеет непосредственное отношение к проектной нагрузке системы обогрева частного строения. Грамотно выбранное оборудование, используемое при отоплении жилого дома, нормально будет справляться с основной задачей – созданием комфортного температурного режима в жилых и вспомогательных помещениях.

Таблица с нормативными показателями для жилых помещений Источник stroypol14.ru

При выполнении расчета требуется точное выражение, выдающее правильный результат для выбора котла.

Считаем показатели количества теплоносителя: теория и практика

В индивидуальных жилых строениях или многоквартирных домах обычно используется:

• техническая вода;
• пропиленгликоль;
• этиленовый раствор.

Важно, чтобы любой теплоноситель соответствовал требованиям, предусмотренным в нормативных документах. В российских стандартных есть 5 условий, подлежащих соблюдению:

• оптимальное значение перемещения теплоносителя;
• невысокая вязкость с одновременным обеспечением проточности как у обычной воды;
• небольшая расширяемость во время остывания системы;
• исключение токсичности;
• недорогая цена.

Расчет показателей отопительной системы нельзя считать простыми, нужен опыт.

Схема отопительной системы дома Источник odstroy.ru

Для грамотного определения показателей с помощью расчетных формул для дальнейшего использования надежного носителя тепла рекомендуется пользоваться услугами специалиста, занимающегося проектированием индивидуальных схем отопления или грамотного сантехника.

Виды радиаторов

Самыми популярными среди общего количества конвекторов считаются три типа:

• Алюминиевый радиатор;
• Чугунная батарея;
• Биметаллический радиатор.

Если вы знаете, какой конвектор установлен у вас дома и способны посчитать количество секций, то произвести несложные расчеты не составит труда. Далее, рассчитайте объем воды в радиаторе отопления

,
таблица
и все необходимые данные, представлены ниже. Они помогут максимально точно вычислить количество теплоносителя во всей системе.

Биметаллический

Алюминиевый

Несмотря на то, что в некоторых случаях внутренняя система нагрева каждой батареи может отличаться, существуют общепринятые параметры, которые позволяют определить количество помещающейся в нее жидкости. С возможной ошибкой в 5% вы узнаете, что одна секция алюминиевого радиатора может содержать до 450 мл воды

Стоит обратить внимание, на то, что для других теплоносителей объемы могут быть увеличены

Чугунный

Посчитать количество жидкости, которая помещается в чугунном радиаторе немного сложней. Важным фактором будет новизна конвектора. В новых импортных радиаторах пустоты значительно меньше, а за счет усовершенствованного строения греют они не хуже старых.

Новый чугунный конвектор вмещает около 1 литра жидкости, в старый поместится на 700 мл больше.

Биметаллический

Подобные типы радиаторов довольно экономичны и производительны. Причина, по которой могут меняться объемы наполнения, кроются только в особенностях определенной модели и разбросу давления. В среднем подобный конвектор заполняется 250 мл воды.

Возможные изменения

Каждый производитель батарей устанавливает свои значения минимально/максимально допустимых норм, но объем теплоносителя во внутренних трубках у каждой модели может измениться исходя из соображений увеличения давления. Обычно в частных домах и новостройках на цокольном этаже устанавливается расширительный бачок, который позволяет стабилизировать давление жидкости даже при ее расширении при нагреве.

Меняются параметры также на устаревших радиаторах. Нередко даже на трубках из цветного металла образовываются наросты из-за внутренней коррозии. Проблемой тому могут стать примеси в воде.

Из-за подобных наростов в трубках количество воды в системе постепенно нужно уменьшать. Учитывая все особенности своего конвектора и общие данные из таблицы, вы легко высчитаете необходимый объем воды для радиатора отопления и всей системы.

Циркуляционный насос выбирается по двум основным характеристикам:

G* — расходу, выраженному в м 3 /час;

H — напору, выраженному в м.

*Для записи расхода теплоносителя производители насосного оборудования пользуются буквой Q. Производители запорной арматуры, например, Данфосс для расчета расхода пользуется буквой G. В отечественной практике также используется эта буква. Поэтому в рамках объяснений этой статьи мы также будем пользоваться буквой G, Но в других статьях, подойдя непосредственно к разбору графика работы насоса, для расхода мы все же будем использовать букву Q.

Расход теплоносителя в системе отопления: расчетная формула

Объём носителя, использующегося в схемах обогрева дома, выражается в килограммах, потраченных за одну секунду. Значение применяется для расчета количества выделяемого тепла, обеспечивающего комфортную температуру в жилых помещениях. Обычно в отопительных системах частных домом применяются современные приборы – батареи.

Для определения расчетных показателей требуются данные оборудования, в частности параметры отопительного котла, рассчитанные на нагревание 1 литра технической жидкости.

Пример таблицы отопительного котла для частного дома Источник kupisantehniky.ru

Выражение, используемое для вычисления расхода носителя тепла для системы обогрева жилых помещений:

G = N / Q, где:

• N — характеристика мощности оборудования, указывается в Ватт.
• Q — количество тепла, выражается в Дж/кг.

Поученное при расчете значение умножается на коэффициент (3,6 х 1000) для перевода в кг/час.

Формулы подсчёта объёма жидкости в отоплении

Суммарный объём жидкости будет состоять из количества теплоносителя в котле, трубопроводах и батареях. Здесь не учитывается объём расширительного бака, ведь вода будет поступать в этот прибор только в критических случаях при повышении температуры и давления.

Для расчёта количества жидкости в трубе используется следующая формула: V=S*L, где

S – площадь внутреннего сечения трубы;

L – длина трубопровода.

Информация относительно площади сечения трубы, взятая из таблиц может отличаться от фактических размеров (используемый материал, особенности производства сантехнических изделий). Именно поэтому диаметр измеряют штангенциркулем, после чего вычисляют площадь сечения. Подобные расчёты лучше доверить специалистам, так как отопительные системы достаточно протяжённые и разветвлённые конструкции.

Расчет потребления тепла с учетом периодического добавления жидкости в систему

В реальной практике частенько возникает ситуация, когда требуется повторно заполнить отопительные трубы новым носителем тепла. В основном так бывает после завершения ремонтных работ или модернизации обвязочных узлов. С этой целью считается объем расхода воды в системе отопления.

Формула расчета теплоносителя Источник probaltur.ru

Обычно при этом пользуются показателями, прописанными в технической документации, просто складывают величины. Можно вычислить этот параметр с помощью простого калькулятора, используя диаметр и протяженность труб. Значения перемножаются друг с другом и прибавляются к данным отопительной батареи. В основном объём секций стандартного радиатора составляет 0,45 л для следующих видов:

• алюминиевый;
• стальной;
• сделанный из сплава.

У чугунной батареи этот показатель другой – 1,45 литров.

Существует другая формула, позволяющая рассчитать приблизительное значение объема жидкости (общее) в обвязочной системе:

• V = N х VкВт, где:
• N – это мощность котла, Ватт.
• VкВт – количество, необходимое для системы, чтобы передавать 1 киловатт тепла, выраженное в дм3.

Расчет расширительного бака

Основные правила:

1. Объем расширительного бака должен быть не менее 10% от объема системы отопления. Данного объема будет достаточно для расширения теплоносителя при нагреве в пределах 45…80 °С.
2. Для больших протяженных систем, с высокой температурой теплоносителя, запас по объему должен быть не менее 80% от объема системы отопления. Это актуально для котлов с максимальной температурой теплоносителя выше 80…90 °С, паровых систем отопления от печей.
3. Объем расширительного бака с предохранительным клапаном может составлять 3-5% от объема системы отопления. Но при этом важно контролировать его работу: при срабатывании клапана необходимо пополнять систему водой.
4. При расчете необходимо учитывать давление в системе. В большинстве случаев для одно и двухэтажных коттеджей оно составляет 1,5…2 атмосферы. Масса готовых баков рассчитаны на данные показатели с запасом. При проектировании системы отопления большого объема, с повышенными характеристиками давления в коммуникациях (для высотных зданий), необходимо учитывать данный параметр.
5. Учитывать вид теплоносителя при выборе – обязательно. Чем легче жидкость в системе – тем больший расширительный бак ей требуется.

Сравнение: Какой котел выбрать для отопления дома? Достоинства и недостатки.

Как рассчитывается самое низкое значение количества расхода воды

Вычисляется точно таким же способом, как потребление теплоносителя, израсходованные на отопление жилого дома за один час. Минимальный расход считают в промежутке между сезонами, когда была выключена отопительная система, поскольку данная величина зависит от ГВС.

Существует 2 выражения, использующиеся в вычислениях. В тех вариантах, где в отопительной системе не предусмотрено принудительной циркуляции горячего водоснабжения или она выключена на период выполнения профилактических мероприятий.

Параметр рассчитывается с заранее известными величинами потребления теплоносителя (средний показатель):

Gmin = $ х Qгср / [(Tп — Tоб3) х C], где:

• Qгср – это величина тепла, передаваемая приборами за час функционирования в сезон, когда отопление отключено (среднее), Дж.;
• $ — коэффициент колебания потребления жидкости в зимнее и летнее время. Принимаются данные, соответствующие 1,0 и 0,8 (зима, лето);
• Tп – температурная величина теплоносителя в отопительный сезон;
• Tоб3 – то же, но в обратной трубе, подключенной в параллельном исполнении;
• C – теплоёмкость жидкости, берется с учетом коэффициента 10-3, Дж/°С;
• температурные параметры, которые вставляются в расчётную формулу с конкретными значениями: 70 и 300С.

Антифризы параметры и виды теплоносителей

Основой для производства антифриза служит этиленгликоль или пропиленгликоль. В чистом виде эти вещества представляют собой весьма агрессивные среды, но дополнительные присадки делают антифриз пригодным для использования в системах отопления. От введенных присадок зависит степень антикоррозийности, срок работы и, соответственно, конечная стоимость.

Главной же задачей присадок является защита от коррозии. Имея низкую теплопроводность, слой ржавчины становится изолятором тепла. Ее частицы способствуют засорению каналов, выводят из строя циркуляционные насосы, приводят к протечкам и повреждениям в отопительной системе.

Более того, сужение внутреннего диаметра трубопровода влечет за собой гидродинамическое сопротивление, из-за чего скорость теплоносителя снижается, увеличиваются энергозатраты.

Антифриз имеет широкий диапазон температур (от -70°С до +110°С), но, изменяя пропорции воды и концентрата, можно получить жидкость с другой температурой замерзания. Это позволяет использовать прерывистый режим отопления и включать обогрев помещений только при необходимости. Как правило, антифриз предлагается двух типов: с температурой замерзания не больше -30°С и не больше -65°С.

В промышленных системах охлаждения и кондиционирования, а также в технических системах с отсутствием особых экологических требований используется антифриз на основе этиленгликоля с антикоррозийными присадками. Связано это с токсичностью растворов. Для их применения требуются расширительные баки закрытого типа, не допускается использование в двухконтурных котлах.

Иные возможности применения получил раствор на основе пропиленгликоля. Это экологически чистый и безопасный состав, который применяют в пищевой, парфюмерной промышленности и жилых зданиях. Везде, где требуется не допустить возможности попадания в почву и грунтовые воды токсичных веществ.

Следующий тип — триэтиленгликолевый, который применяют при высоких температурных режимах (до 180°С), но его параметры не дали широкого применения.

Выбор циркуляционного насоса

Сегодня ни одна отопительная система не монтируется без циркуляционного насоса. Две характеристики, по которым подбирается устройство:

• Q — параметр расхода теплоносителя за один час, считающийся в м3.
• Н — показатель давления, выраженный в метрах.

Теплоноситель, который нагревается до необходимой для отопления помещений температуры, циркулируя по системе, часть тепла отдает в стены, выходящие на улицу. Данный показатель – это теплопотери отопительной системы дома. Насос помогает в данной ситуации, за счет того, что в нужном режиме перемещает теплоноситель по трубам и батареям.

Циркуляционный насос VIEIR ЦН25-4 180 мм Источник zonacomf.ru

Как правильно определиться с типом отопительного котла и рассчитать его мощность

В системе отопления котлу отводится роль генератора тепла

Делая выбор между котлами — газовым, электрическим, жидко- или твердотопливным обращают внимание на эффективность его теплоотдачи, простоту эксплуатации, учитывают, какой тип топлива преобладает в месте проживания

Эффективная работа системы и комфортная температура в помещении напрямую зависят от мощности котла. При малой мощности в помещении будет холодно, а при слишком большой — неэкономно использоваться топливо. Поэтому необходимо выбирать котел с оптимальной мощностью, которую можно довольно точно высчитать.

При ее расчете обязательно нужно учитывать:

• площадь отапливаемого помещения (S);
• удельная мощность котла на десять кубических метров помещения. Она устанавливается с корректировкой, учитывающей климатические условия региона проживания (W уд.).

Есть установленные значения удельной мощности (W уд.) для определенных климатических зон, которые составляют для:

• Южных районов – от 0,7 до 0,9 кВт;
• Центральных районов – от 1,2 до 1,5 кВт;
• Северных районов — от 1,5 до 2,0 кВт.

Мощность котла (Wкот) рассчитывается по формуле:

W кот. = S*W уд. / 10

Поэтому принято мощность котла выбирать, из расчета 1 кВт на 10кв. м отапливаемого помещения.

От площади дома будет зависеть не только мощность , но и тип водяного отопления. Конструкция отопления с естественным движением воды, не сможет эффективно обогревать дом площадью более 100 кв. м (из-за малой инерционности). Для помещения с большой площадью потребуется система отопления с циркулярными насосами, которая будет подталкивать, и ускорять подачу теплоносителя по трубам.

Поскольку насосы работают в безостановочном режиме, к ним предъявляются определенные требования — бесшумность, малая энергоемкость, долговечность и надежность. На современных моделях газового котла, насосы уже встроены непосредственно в корпус.

Объем воды в котле

Для настенных газовых котлов 3-6 литров.

Для напольных газовых котлов и парапетных газовых котлов, в зависимости от мощности и соответственно размера котла, значение колеблется в пределах 10-30 литров. Более точно можно посмотреть в характеристиках самого аппарата.

Таким нехитрым способом, сложив все значения. мы можем определить объем системы.

Объем секции и расход теплоносителя

Сегодня не все автономные отопительные системы заполняются водой . Это обуславливается двумя факторами.

Размер секции

1. Возникновение ситуации, когда хозяевам необходимо надолго оставить дом без отопления, так как в связи с длительным отсутствием отпадает необходимость в обогреве помещений.
2. Вода имеет свойство замерзать уже при нулевой температуре. При замерзании вода, расширяясь, превращается в лед,то есть переходит из одного физического состояния в другое. Во время этого процесса высвобождаются и меняются межмолекулярные связи воды, в результате развивается огромное усилие, которое разрывает радиаторы и трубы из любого металла.

Чтобы не произошло подобных ситуаций, для заполнения системы отопления вместо воды используют другой теплоноситель, лишенный проблемы замерзания. Это могут быть такие бытовые антифризы, как:

• этиленгликоль;
• солевой раствор;
• глицериновый состав;
• пищевой спирт;
• нефтяное масло.

Благодаря специальным добавкам, которые вводятся в эти компоненты, составы теплоносителей сохраняют свое агрегатное состояние в жидком виде даже при отрицательных температурах.

Расчет теплоносителя

Определение объема расхода теплоносителя необходимого для автономной системы отопления требует точного расчета. Для простого способа узнать, сколько нужно антифриза, чтобы заполнить отопительную систему, существуют разнообразные расчетные таблицы.

Объем воды в одной секции

Для базовых расчетов можно воспользоваться той информацией, которая изложена в тематических справочниках:

• Стандартная секция алюминиевой батареи содержит 0,45 литра теплоносителя.
• Погонный метр 15-миллиметровой трубы содержит 0,177 литра, а труба диаметром в 32 мм – 0,8 литра теплоносителя.

Информацию о характеристике подпиточного насоса и расширительного бака можно взять из паспортных данных этого оборудования.

Общий объем системы отопления будет равен совокупному объему всех отопительных приборов:

• радиаторов;
• трубопроводов;
• теплообменника котла;
• расширительного бака.

Уточненная формула основного расчета корректируется с учетом коэффициента расширения теплоносителя. Для воды это 4%, для этиленгликоля ─ 4,4%.