Как выполнить расчет системы отопления?

Автономное отопление жилых домов – это важнейший элемент системы жизнеобеспечения, поэтому к его обустройству нужно подходить грамотно. Это означает, что до покупки котла и монтажа системы нужно сделать расчет системы отопления частного дома, на основе которого выполняются проектные работы. Расчеты предназначены для выявления основных характеристик будущей системы:

• мощности котла;
• объема теплоносителя;
• давления в системе;
• мощности и количества радиаторов отопления;
• параметров вспомогательного оборудования.

Рассчитываем мощность котла

Вычисления мощности генератора тепла рекомендуется выполнять максимально точно. Завышение или занижение мощности котла может привести к перерасходу топлива, к невозможности обеспечить нормальную температуру в доме, а при перегрузке оборудования – и к его выходу из строя.

Возможны разные методики расчета системы отопления, но чаще всего используют способ вычисления по площади отапливаемого помещения.

Начинать надо с определения площади каждой комнаты, которую планируется отапливать. Сложение полученных данных дает общую площадь, из значения которой мы будем исходить при дальнейших подсчетах.

Количество тепловой энергии, которое нужно для отопления 10 м² площади (S), зависит от климата региона. Поскольку территория Российской Федерации охватывает несколько климатических зон, для каждой из них установлены разные нормативы удельной мощности (Wуд):

• для южных регионов – 0,7 – 0,9 кВт;
• для средней полосы – 1 – 1,2 кВт;
• для северных территорий – от 1,5 до 2,0 кВт;
• для Москвы и Московской области – от 1,2 до 1,5 кВт.

Подставим эти значения в простую формулу:

W = Wуд × S / 10

Например, если дом имеет площадь 100 м² и расположен в Подмосковье, то:

1,2 кВт × 100 м² /10 м² = 12 кВт.

Чтобы котлу не пришлось постоянно работать с полной нагрузкой (это уменьшает его ресурс), необходим запас мощности. Достаточным считается добавление 30% от полученного результата:

12 + 3,6 = 15,6 кВт.

Согласно данной методике, высота потолка при подсчете принимается за единицу, если она равна 2,7 м. Если же она меньше или больше указанной, то в расчетах системы отопления используют поправочный коэффициент. Чтобы определить его, нужно вычислить отношение реальной высоты потолка к стандартной. Например, если высота потолка равна 3 м:

3 / 2,7 = 1,1;

15,6×1,1 = 17,16 кВт.

Несмотря на то, что частные дома строятся по схожим или одинаковым проектам, теплопотери в них заметно различаются. Они зависят от следующих особенностей здания:

• толщина стен – чем они толще, тем лучше сохраняется тепло;
• разная теплопроводность материалов, из которых могут быть выполнены стены. Дерево удерживает тепло лучше, чем кирпич, поэтому при одинаковой толщине стен выигрывают деревянные. Металлы и бетон также уступают дереву. Зато минеральная вата и пенополистирол являются хорошими изоляторами, поэтому они часто используются для утепления;
• существуют программы для расчета системы отопления, калькулятор которых может включать коэффициенты теплопроводности стройматериалов. Если вы не пользуетесь онлайн-калькуляторами, а считаете «вручную», то эту информацию можно получить из специальных таблиц;
• очень важно, какую площадь занимают окна и двери. Герметичные окна с двойными стеклопакетами имеют меньшую теплопроводность, чем старые деревянные рамы с щелями по всему периметру, но все равно потери тепла через окна будут больше, чем через стены. То же касается и дверей. Лучше, если на улицу ведет двойная дверь – слой воздуха между двумя створками играет роль термоизолятора;
• определенный процент потерь тепла приходится на систему вентиляции и даже на канализацию. Масштабы этих потерь невелики, поэтому их обычно не учитывают при проектировании систем отопления индивидуальных жилых домов. Но для больших промышленных или общественных сооружений они обязательно принимаются во внимание;
• если отопительный котел одновременно будет использоваться для нагревания воды, то к рассчитанной мощности добавляют ещё 20%.

Определение давления в системе

Для гравитационных систем рассчитывать давление не нужно, так как оно равно 1 атмосфере. Для закрытых систем отопления с циркуляционными насосами и мембранными баками нужно выполнить несложные вычисления:

• общую высоту отопительной системы (в метрах) умножить на коэффициент 0,1;
• к полученной цифре прибавить 0,2 – 0,5 бар.

Результат показывает, какое давление должно быть в «холодной» системе (когда котел не работает). Как правило, мембранные баки поставляются с заводов с давлением 1,5 атм, поэтому, если расчетная цифра отличается, давление в баке нужно отрегулировать. По правилам эксплуатации оно должно быть ниже на 0,2 бар, чем давление в системе, и на 0,5 - 1 бар ниже, чем допустимое давление для котла.

Следующий этап расчета системы отопления – определение мощности радиаторов

Правильный подбор радиаторов позволяет добиться максимального температурного комфорта. Слишком мощные батареи ставить нецелесообразно, так как это потребует увеличения объема теплоносителя в системе и покупки дорогого мощного котла с большим расходом топлива. Если же их мощность занизить, то вполне возможно, что в морозы придется дополнительно пользоваться электрическими обогревателями.

По этим причинам вычисление мощности радиаторов включается в гидравлический расчет системы отопления (пример расчета приводится в этом разделе). Здесь также исходят из площади помещения. Существует стандарт, согласно которому норма тепловой энергии на 1 квадратный метр площади составляет 100 Вт. Вычисления выполняются по формуле:

Q = S ×100 Вт, где

Q – тепловая мощность, которая необходима для поддержания теплового комфорта в помещении;

S – площадь этого помещения.

Так же, как и при вычислении мощности котла, данная формула применяется для помещений с высотой потолка 2,7 метра. При другой высоте нужно воспользоваться следующей формулой:

Q = S × h× 40 Вт (или 34 Вт), где

S – площадь комнаты, которую нужно отапливать;

h – высота потолка в данной комнате;

40 Вт – норма тепловой мощности на 1 кубический метр помещений в панельных домах. Здания, построенные из кирпича, держат тепло лучше, поэтому норма для них составляет 34 Вт на 1м³.

С помощью этих вычислений можно получить примерный результат. Однако, как мы уже упоминали, уточняющие коэффициенты. Применительно к радиаторам используются поправки:

• на количество внешних стен в каждой комнате и расположение комнат относительно сторон света;
• на качество утепления наружных и граничащих с неотапливаемыми помещениями стен, полов и потолков;
• на среднегодовые температуры в самом холодном месяце года (январь), которые для разных регионов отличаются;
• на потери тепла через двери и через окна;

Поэтому точный расчет выполняется по следующей, более сложной формуле, в которую включены все необходимые коэффициенты:

Q = S ×100 кВт× A × B × C × D × E × F × H ×I × J

Если вас заинтересовала эта методика расчета, вы можете подробно ознакомиться с ней в статье «Расчет радиаторов отопления».

После того, как рассчитана мощность радиаторов, выбрать модели с нужной мощностью не составит труда. В паспорте, прилагаемом к этому оборудованию, указана мощность прибора, если он имеет монолитную конструкцию, или мощность каждой отдельной секции, если прибор можно разбирать. Разделив мощность, требуемую для обогрева комнаты, на мощность секции (или батареи), получим количество секций или батарей, необходимое для данного помещения.

Расчет расширительного бака системы отопления

Назначение расширительного бака – аккумуляция излишка теплоносителя, который образуется в отопительной системе при нагревании. В зависимости от типа системы в ней применяются баки разной конструкции. Для отопления с естественной циркуляцией выпускаются пластмассовые или нержавеющие емкости, снабженные крышками, но не закрывающиеся герметично. В системах закрытого типа применяются мембранные герметичные баки.

Рассчитать необходимый объем такого устройства нетрудно – он составляет приблизительно 10 – 12% от объема теплоносителя, определенного по расходомеру. Можно выполнить и более точный гидравлический расчет системы отопления, определив объем теплоносителя на основе следующих исходных данных:

• подсчитывается емкость всех элементов системы: теплообменника котла, трубопроводов и радиаторов;
• принимаются во внимание такие параметры, как давление в трубах и коэффициент расширения теплоносителя при нагревании (коэффициенты для воды и для незамерзающих жидкостей, используемых в отоплении, различаются);
• вычисляется объем теплоносителя, необходимый для создания водяного затвора в баке;
• результаты вычислений суммируются, и от суммы берется тот же процент.

Высокая точность требуется при проектировании и монтаже крупных котельных, ведь потери тепла при некорректных подсчетах там могут быть очень большими. Для частного дома вполне достаточно примерной цифры. При желании можно воспользоваться услугами профильных сайтов в интернете, где автоматически выполняется расчет расширительного бака системы отопления (калькулятор использует индивидуальные параметры отопительной системы, значения которых нужно подставить в соответствующие графы).

Компания «Мой котел» оказывает клиентам всестороннюю помощь в организации автономного отопления, в том числе выполняет расчеты и проектирование отопительных систем. Звоните, мы рядом!