Спросите у любого специалиста, как правильно организовать систему отопления в здании. При этом не важно - жилой это объект или промышленный. И профессионал ответит, что главное - это точно составить расчеты и грамотно выполнить проектирование. Речь, в частности, идет о расчете тепловой нагрузки на отопление. От этого показателя зависит объем потребления тепловой энергии, а значит, и топлива. То есть экономические показатели стоят рядом с техническими характеристиками.
Выполнение точных расчетов позволяет получить не только полный список необходимой для проведения монтажных работ документации, но и подобрать нужное оборудование, дополнительные узлы и материалы.
Что обычно подразумевают под термином «тепловая нагрузка на отопление»? Это количество теплоты, которое отдают все приборы отопления, установленные в здании. Чтобы избежать лишних трат на производство работ, а также покупку ненужных приборов и материалов, и необходим предварительный расчет. С его помощью можно отрегулировать правила установки и распределения теплоты по всем помещениям, причем сделать это можно экономично и равномерно.
Но и это еще не все. Очень часто специалисты проводят расчеты, полагаясь на точные показатели. Они касаются размеров дома и нюансов строительства, где учитывается разнообразие элементов здания и их соответствие требованиям теплоизоляции и прочего. Именно точные показатели дают возможность правильно сделать расчеты и, соответственно, получить максимально приближенные к идеалу варианты распределения тепловой энергии по помещениям.
Но нередко случаются ошибки в расчетах, что приводит к неэффективной работе отопления в целом. Подчас приходится переделывать в ходе эксплуатации не только схемы, но и участки системы, что приводит к дополнительным расходам.
Какие же параметры влияют на расчет тепловой нагрузки в целом? Здесь необходимо разделить нагрузку на несколько позиций, куда входят:
Профессионалы не упускают из виду ни одну мелочь, которая может повлиять на правильность расчета. Отсюда и достаточно больший список характеристик системы отопления, которые следует принимать во внимание. Вот только некоторые из них:
Схема отопления
Расчет тепловых нагрузок на отопление проводят еще на стадии проектирования здания. Но при этом обязательно учитывают нормы и требования различных стандартов.
К примеру, теплопотери ограждающих элементов здания. Причем в расчет берутся все помещения в отдельности. Далее, это мощность, которая необходима для нагрева теплоносителя. Приплюсуем сюда количество тепловой энергии, требующейся для нагрева приточной вентиляции. Без этого расчет будет не очень точным. Прибавим также энергию, которая затрачивается на обогрев воды для бани или бассейна. Специалисты обязательно принимают во внимание и дальнейшее развитие теплосистемы. Вдруг через несколько лет вам вздумается устроить в собственном частном доме турецкий хамам. Поэтому необходимо прибавить к нагрузкам несколько процентов - обычно до 10%.
Рекомендация! Рассчитывать тепловые нагрузки с «запасом» необходимо для загородных домов. Именно запас позволит в будущем избежать дополнительных финансовых затрат, которые часто определяются суммами в несколько нулей.
Параметры воздуха, а точнее, его температура берутся из ГОСТов и СНиПов. Здесь же подбираются коэффициенты теплопередачи. Кстати, паспортные данные всех видов оборудования (котлы, радиаторы отопления и прочее) берутся в расчет обязательно.
Что обычно включают в традиционный расчет нагрузки тепла?
Если все эти расчеты соизмерить и сопоставить с площадью теплоотдачи системы в целом, то получится достаточно точный показатель эффективности обогрева дома. Но придется учитывать и небольшие отклонения. К примеру, снижение потребления тепла в ночное время. Для промышленных объектов также придется учитывать выходные и праздничные дни.
Проектирование теплого пола
В настоящее время специалисты пользуются тремя основными способами расчета тепловых нагрузок:
Есть еще один вариант, который называется укрупненным расчетом. Его обычно применяют в том случае, когда отсутствуют какие-либо основные показатели и параметры здания, необходимые для стандартного расчета. То есть фактические характеристики могут отличаться от проектных.
Для этого специалисты используют очень простую формулу:
Q max от.=α x V x q0 x (tв-tн.р.) x 10 -6
α - это поправочный коэффициент, зависящий от региона строительства (табличная величина)
V - объем здания по наружным плоскостям
q0 - характеристика отопительной системы по удельному показателю, обычно определяется по самым холодным дням в году
Тепловые нагрузки, которые используются в расчетах системы отопления и подборе оборудования, имеют несколько разновидностей. К примеру, сезонные нагрузки, для которых присущи следующие особенности:
Программируемый контроллер, диапазон температур — 5-50 C
Современные отопительные агрегаты и приборы обеспечиваются комплектом разных регуляторов, с помощью которых можно изменять тепловые нагрузки, чтобы тем самым избежать провалов и скачков тепловой энергии в системе. Практика показала, что с помощью регуляторов можно не только снизить нагрузки, но и привести систему отопления к рациональному использованию топлива. А это уже чисто экономическая сторона вопроса. Особенно это относится к промышленным объектам, где за перерасход топлива приходится выплачивать достаточно большие штрафы.
Если же вы не уверены в правильности своих расчетов, то воспользуйтесь услугами специалистов.
Давайте рассмотрим еще пару формул, которые касаются разных систем. К примеру, системы вентиляции и горячего водоснабжения. Здесь вам потребуются две формулы:
Qв.=qв.V(tн.-tв.) - это касается вентиляции.
Здесь:
tн. и tв - температура воздуха снаружи и внутри
qв. - удельный показатель
V - внешний объем здания
Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср - для горячего водоснабжения, где
tг.-tх - температура горячей и холодной воды
r - плотность воды
в - отношение максимальной нагрузки к средней, которая определяется ГОСТами
П - количество потребителей
Gср - средний показатель расхода горячей воды
В комплексе с расчетными вопросами обязательно проводят исследования теплотехнического порядка. Для этого применяют различные приборы, которые выдают точные показатели для расчетов. К примеру, для этого обследуют оконные и дверные проемы, перекрытия, стены и так далее.
Именно такое обследование помогает определить нюансы и факторы, которые могут оказать существенное влияние на теплопотери. К примеру, тепловизорная диагностика точно покажет температурный перепад при прохождении определенного количества тепловой энергии через 1 квадратный метр ограждающей конструкции.
Так что практические измерения незаменимы при проведении расчетов. Особенно это касается узких мест в конструкции здания. В этом плане теория не сможет точно показать, где и что не так. А практика укажет, где необходимо применить разные методы защиты от теплопотерь. Да и сами расчеты в этом плане становятся точнее.
Расчетная тепловая нагрузка - очень важный показатель, получаемый в процессе проектирования системы отопления дома. Если подойти к делу с умом и провести все необходимые расчеты грамотно, то можно гарантировать, что отопительная система будет работать отлично. И при этом можно будет сэкономить на перегревах и прочих затратах, которых можно просто избежать.
Тема этой статьи — тепловая нагрузка. Мы выясним, что представляет собой этот параметр, от чего он зависит и как может рассчитываться. Кроме того, в статье будет приведен ряд справочных значений теплового сопротивления разных материалов, которые могут понадобиться для расчета.
Термин, в сущности, интуитивно-понятный. Под тепловой нагрузкой подразумевается то количество тепловой энергии, которое необходимо для поддержания в здании, квартире или отдельном помещении комфортной температуры.
Максимальная часовая нагрузка на отопление, таким образом – это, то количество тепла, которое может потребоваться для поддержания нормированных параметров в течение часа в наиболее неблагоприятных условиях.
Итак, что влияет на потребность здания в тепле?
Однако: тройные стеклопакеты и стекла с энергосберегающим напылением уменьшают разницу в несколько раз.
В случае водяного отопления пиковая тепловая мощность источника тепла должна быть равна сумме тепловой мощности всех отопительных приборов в доме. Разумеется, разводка тоже не должна становиться узким местом.
Распределение отопительных приборов по помещениям определяется несколькими факторами:
Уточнение: в домах с нижним розливом стояки соединяются попарно. На подающем — температура убывает при подъеме с первого этажа к последнему, на обратном, соответственно, наоборот.
Как распределятся температуры в случае верхнего розлива — догадаться тоже нетрудно.
В случае воздушного отопления тепловой поток, поступающий в отдельную комнату, определяется пропускной способностью воздушного рукава. Как правило, простейший метод регулировки — ручная подстройка положений регулируемых вентиляционных решеток с контролем температур по термометру.
Наконец, в случае, если речь идет о системе обогрева с распределенными источниками тепла (электрические или газовые конвектора, электрические теплые полы, инфракрасные обогреватели и кондиционеры) необходимый температурный режим просто задается на термостате. Все, что требуется от вас — обеспечить пиковую тепловую мощность приборов на уровне пика теплопотерь помещения.
Уважаемый читатель, у вас хорошее воображение? Давайте представим себе дом. Пусть это будет сруб из 20-сантиметрового бруса с чердаком и деревянным полом.
Мысленно дорисуем и конкретизируем возникшую в голове картинку: размеры жилой части здания будут равны 10*10*3 метра; в стенах мы прорубим 8 окон и 2 двери — на передний и внутренний дворы. А теперь поместим наш дом… скажем, в город Кондопога в Карелии, где температура в пик морозов может опуститься до -30 градусов.
Определение тепловой нагрузки на отопление может быть выполнено несколькими способами с разной сложностью и достоверностью результатов. Давайте воспользуемся тремя наиболее простыми.
Действующие СНиП предлагают нам простейший способ расчета. На 10 м2 берется один киловатт тепловой мощности. Полученное значение умножается на региональный коэффициент:
Инструкция по расчету с использованием этого метода неимоверно проста:
Однако: если уж пользоваться столь простой методикой, лучше сделать запас как минимум в 20% для компенсации погрешностей и экстремальных холодов. Собственно, будет показательным сравнить 13 КВт со значениями, полученными другими способами.
Понятно, что при первом методе расчета погрешности будут огромными:
Что же, скорректируем метод.
Как там поживает наш домик в Карелии?
Однако: на практике такая мощность потребуется лишь в несколько дней пика морозов. Зачастую разумным решением будет ограничить мощность основного источника тепла меньшим значением и купить резервный нагреватель (к примеру, электрокотел или несколько газовых конвекторов).
Не обольщайтесь: описанный способ тоже весьма несовершенен. Мы весьма условно учли тепловое сопротивление стен и потолка; дельта температур между внутренним и внешним воздухом тоже учтена лишь в региональном коэффициенте, то есть весьма приблизительно. Цена упрощения расчетов — большая погрешность.
Вспомним: для поддержания внутри здания постоянной температуры нам нужно обеспечить количество тепловой энергии, равное всем потерям через ограждающие конструкции и вентиляцию. Увы, и здесь нам придется несколько упростить себе расчеты, пожертвовав достоверностью данных. Иначе полученные формулы должны будут учитывать слишком много факторов, которые трудно измерить и систематизировать.
Упрощенная формула выглядит так: Q=DT/R, где Q — количество тепла, которое теряет 1 м2 ограждающей конструкции; DT — дельта температур между внутренней и внешней температурами, а R — сопротивление теплопередаче.
Заметьте: мы говорим о потерях тепла через стены, пол и потолок. В среднем еще около 40% тепла теряется через вентиляцию. Ради упрощения расчетов мы подсчитаем теплопотери через ограждающие конструкции, а потом просто умножим их на 1,4.
Дельту температур измерить легко, но где брать данные о термическом сопротивлении?
Увы — только из справочников. Приведем таблицу для некоторых популярных решений.
А теперь вернемся к нашему дому. Какими параметрами мы располагаем?
Заметьте: чтобы не высчитывать доли квадратных метров, мы пренебрегли разницей в теплопроводности стен и окон с дверьми.
Как видите, имеющиеся способы расчета тепловой нагрузки своими руками дают весьма существенные погрешности. К счастью, избыточная мощность котла не повредит:
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?
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?
Как обычно, некоторое количество дополнительной информации о том, как еще может быть рассчитана тепловая нагрузка, вы найдете в видео в конце статьи. Теплых зим!
В системах централизованного теплоснабжения тепло расходуется на отопление в системах отопления зданий , нагревание приточного воздуха в установках систем вентиляции на горячее водоснабжение в системах ГВС, а также технологические процессы промышленных предприятий.
Система отопления – комплекс инженерно-технических устройств потребителя, использующих тепловую энергию, поставляемую энергоснабжающей организацией, для отопления.
Система вентиляции – комплекс инженерно-технических устройств потребителя, использующих тепловую энергию, поставляемую энергоснабжающей организацией, для вентиляции.
Система горячего водоснабжения (ГВС) – комплекс инженерно-технических устройств потребителя, использующих тепловую энергию, поставляемую энергоснабжающей организацией, для горячего водоснабжения.
В системах отопления и вентиляции тепло расходуется не непрерывно в течение года, а только при сравнительно низких температурах наружного воздуха в отопительный период. Таких потребителей тепловой энергии принято называть сезонными, а их тепловые нагрузки -
Тепловая энергия в системах горячего водоснабжения и в технологических процессах промышленных предприятий расходуется непрерывно в течение года и мало зависит от температуры наружного воздуха.
Тепловые нагрузки на горячее водоснабжение и технологические нужды считаются круглогодовыми тепловыми нагрузками.
При проектировании систем теплоснабжения расчетные данные о сезонных тепловых нагрузках следует принимать из проектов отопления и вентиляции зданий. При перспективном строительстве расчетные расходы тепла рекомендуется принимать из типовых проектов с соответствующей корректировкой по климатическим условиям района строительства.
При отсутствии проектных данных отопительные тепловые нагрузки зданий определяются одним из следующих методов:
При отсутствии проектных данных отопительные тепловые нагрузки, как правило, определяются по укрупненным показателям.
Конечной целью расчетов является определение тепловых нагрузок (максимальных, средних для отопительного периода и т.д.) объектов системы теплоснабжения на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, расчет и построение графиков тепловых нагрузок.
Величина и характер изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических условий: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и др. Основное влияние на величину тепловой нагрузки оказывает наружная температура. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки.
R –сопротивление теплопередаче конструкции ограждения, м 2 o С /Вт (м 2 0 С ч/ккал) ;
– расчетная температура внутреннего воздуха помещения, o С;
– расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления или температура воздуха более холодного помещения (при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения), o С;
- добавочные потери теплоты в долях от основных для различных типов помещений и ограждений; = 0,6 – для Европейской части севернее 52 северной широты; для центральных районов Западной (до 68 с.ш.) и Восточной (до 70 с.ш.) Сибири, Хабаровского и Приморского краев, за исключением прибрежных районов до высоты 500 м, а также для районов Средней Азии и Закавказья;
n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху.
Добавочные потери теплоты на нагрев инфильтрирующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений
где G
и – расход инфильтрующегося воздуха через ограждающие конструкции помещения
| , кг/ч, | (2.12) |
^ А 3 – площадь щелей, неплотностей и проемов в наружных ограждающих конструкциях, м 2 ;
p i , p 1 – расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций соответственно на расчетном этаже и на уровне пола первого этажа, Па;
^ R и – сопротивление воздухопроницанию проемов, м 2 ч Па/кг;
G н – нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций, кг/м 2 ч.
l – длина стыков стеновых панелей, м.
Расчетная разность давлений определяется по формуле
| , Па | (2.13) |
h i – расчетная высота от уровня земли до верха окон, балконных дверей, ворот, проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей, м;
н, в – удельный вес, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении, определяемый по формуле
| кг/(м 2 с 2), | (2.14) |
w - скорость ветра, м/с;
с нс, с пс – аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания;
к 1 – коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания ;
p в – условно постоянное давление воздуха в здании, Па.
Для определения отношения теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям теплопередачей через наружные ограждения можно использовать приближенную формулу
, | (2.15) |
, | м, | (2.16) |
T в, T н – температура внутреннего и наружного воздуха, К;
К а – аэродинамический коэффициент;
w – расчетная скорость ветра для холодного периода для соответствую-щей местности, м/с;
- поправочный коэффициент;
= 1,2 - для прибрежных районов Приморского края до высоты 500 м над уровнем моря; = 1,0 – для остальных территорий;
b – постоянная величина (b = 0,0350,040 – для отдельно стоящих промышленных зданий с большими световыми проемами; b = 0,0080,010 – для жилых и общественных зданий с двойным остеклением при сплошной застройке кварталов).
Расход тепла на вентиляцию жилых зданий, не имеющих, как правило, специальной приточной системы, невелик. Он обычно не превышает 5-10 % расхода тепла на отопление и учитывается величиной удельной тепловой потери q о.
Расход тепла на вентиляцию производственных и коммунальных предприятий, а также общественных и культурных учреждений составляет значительную долю от суммарного теплопотребления объекта. В производственных предприятиях расход тепла на вентиляцию часто превышает расход на отопление.
Ориентировочно максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий определяется по укрупненным показателям: общей площади F
или наружному объему здания V
н соответственно по формулам (2.17) и (2.18):
, | МВт (Гкал/ч), | (2.17) |
, | МВт (Гкал/ч), | (2.18) |
q в – удельная вентиляционная характеристика кДж/(м 3. ч К) (ккал/(м 3 . ч. о С)) ;
- расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, о С.
Средний тепловой поток на вентиляцию для средней температуры воздуха за отопительный сезон
В промышленности технологические аппараты нередко потребляют тепло в больших количествах и весьма разнообразно во времени. Это, например, различные сушильные и выпарные установки, пропарочные камеры, варочные котлы, гальванические ванны, ректификационные аппараты и др.
Удельные нормы технологического потребления тепла относят к единице продукции. Поэтому расходы тепла на производственные нужды следует определять по материалам технологических проектов или по ведомственным нормам проектирования.
Усовершенствование и рационализация технологического процесса могут существенно повлиять на размеры и характер тепловой нагрузки.
Тепловое потребление для целей горячего водоснабжения в течение отопительного периода изменяется сравнительно мало, но отличается большой неравномерностью по часам суток. Летом расход тепла в системах горячего водоснабжения жилых зданий по сравнению с зимой уменьшается на 30-35 %. Это объясняется тем , что в летнее время температура воды в холодном водопроводе на 10-12 С выше, чем в зимний период. Кроме того, значительная часть городского населения летом, в субботние и воскресные дни, выезжает в загородные зоны, т.е. в те дни, когда в жилом секторе зимой наблюдаются максимальные разборы горячей воды.
По своему значению во многих жилых районах крупных городов нагрузка на ГВС становится сопоставимой с отопительной нагрузкой. В ряде районов годовой отпуск тепла на горячее водоснабжение достигает 40 % суммарного отпуска тепла по жилому району.
Средний тепловой поток на горячее водоснабжение (ГВС) жилых и общественных зданий
где m
– расчетное число потребителей горячей воды;
а – норма расхода воды на ГВС при температуре 55 С на одного человека в сутки, проживающего в здании с горячим водоснабжением, принимаемая в зависимости от степени комфортности, л/сут;
b – норма расхода воды на ГВС в общественных зданиях при температуре 55 С, принимаемая в размере 25 л/cут на 1 чел;
Удельная теплоемкость воды равная 4,187 кДж/(кг С) (1 ккал/(кг С));
- температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии других данных принимается равной 5 С);
Максимальный тепловой поток на ГВС жилых и общественных зданий
Средний тепловой поток на ГВС в неотопительный (летний) период
где t
з, t
л – соответственно температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 С) и неотопительный (летний) период (принимается равной 15 С);
- коэффициент, учитывающий изменение расхода воды на ГВС. Принимается при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора - 0,8 (для курортных и южных городов = 1,5), для предприятий – 1,0.