Теплова потужність: особливості та варіанти розрахунку навантаження на опалення
Грамотно спроектувати будинок не можна без теплотехнічних розрахунків. Вони необхідні для створення комфортних умов проживання у будівництві, особливо в зимовий період. Під час розрахунків завжди визначається енергетична характеристика теплової потужності. Вона потрібна для складання теплового балансу та визначення ККД опалювальної системи. Читайте і дізнаєтеся, що вона являє собою фактори, що впливають на її розрахунок і варіанти обчислення.
Загальні відомості
Для фізичного визначення швидкості, з якою здійснюється передача енергії чи споживається теплове навантаження, використовується таке поняття, як потужність. Іншими словами, вона є важливим параметром у вигляді певної кількості тепла. Таку теплову енергію виділяє чи споживає якийсь об'єкт. До нього може належати окреме обладнання, прилад, пристрій або ціла будівля. При цьому даний параметр враховує тепло, що виділяється або споживається за конкретний часовий проміжок. Здебільшого це одна година.
Люди вже знають різні види енергії. Вона може бути механічною, тепловою, хімічною. Ще існує енергія вибуху, полів, вакууму. Незважаючи на різні її види, важливою для людства є теплова енергія. Зокрема, вона істотно впливає на комфорт у будівництві. Тому перед початком будівництва будинку завжди виконується розрахунок теплового навантаження на опалення будинку. Адже саме вона народжує енергію тепла в часі.
На замітку! Усі питання щодо отримання, передачі та навіть використання теплової енергії розглядаються у такому розділі науки, як теплотехніка. При цьому вона є частиною термодинаміки. Це окремий розділ фізики про температурні зміни різних систем.
Теплообмін виникає внаслідок зовнішнього впливу, тому що воно змінює внутрішню енергію системи. Внаслідок цього відбувається втрата або придбання певної кількості тепла. Іншими словами, при взаємодії системи з довкіллям змінюється теплова енергія. Для позначення її кількості чи просто тепла у системі СІ використовуються Джоулі. Проте найпоширеніший варіант – це кіловат (кВт).
Важливо! Тільки теплотехнік здатний правильно виконати розрахунок теплових навантажень на опалення та гаряче водопостачання. Адже фахівець знає мінімум розмірність шуканих величин, усі формули та має досвід їх використання на практиці. Тому він зможе безпомилково визначити, наприклад, кількість необхідної енергії для нагрівання конкретного обсягу повітря, навіть якщо початкова температура має негативне значення.
На замітку! Виходячи з визначення, відображеного у ФЗ «Про теплопостачання», теплове навантаження – це кількість тепла за одиницю часу, яку приймає споживач. Зазвичай, така енергія витрачається опалювальною системою на нагрівання об'єкта до заданої температури. Існують нормативні значення для різних приміщень. Вони були визначені для найхолоднішого періоду.
Знати розрахункове теплове навантаження потрібно, щоб можна було безпомилково:
- Підібрати опалювальне обладнання, яке ефективно виконуватиме своє призначення. До нього належить не тільки котел та радіатори, а й труби певного діаметра.
- З'ясувати кількість теплової енергії, яка надходитиме до приміщень від встановлених опалювальних приладів або теплового контуру будівлі з конкретними технічними характеристиками.
- Оцінити кількість необхідного тепла, потрібного для компенсації тепловтрат всього об'єкта та окремих приміщень. Втрати тепла переважно відбуваються в будинку через дах, підлогу, стіни, віконні конструкції, вентиляційну систему та димохідний канал.
Розрахунок теплового навантаження на опалення будівлі по СНиП також виконується, щоб узгодити підключення будівлі до розподільчої газопровідної мережі. Адже для цього потрібно спершу отримати технічні умови. Досягнення мети потрібно попередньо визначити обсяг споживаного газу, який вдасться дізнатися без розрахунку потужності опалювального устаткування. У більшості випадків їм є повноцінний газовий котел.
Фактори, що впливають на розрахунки
Перед тим як знайти теплову потужність визначають кількість необхідного тепла на обігрів окремого приміщення або всього будинку. При його розрахунку враховують кілька важливих факторів:
- Об'єм опалювального об'єкта .
Він дозволить дізнатися скільки потрібно буде нагрівати повітря.
На замітку! Вважають, що стандартна висота стель не перевищує 2,7 м. Однак на такій відстані від підлоги перекриття монтували за радянських часів. Якщо цей факт не враховувати, тоді можна скористатися спрощеним розрахунком, що ґрунтується на площі. Зараз висота стелі може бути більшою, особливо в будинках, побудованих за індивідуально розробленими проектами.
- Кліматичну зону .
Різниця між вуличною та кімнатною температурою лінійно пов'язана з тепловтратами через зовнішні будівельні конструкції будинку. Так, для приміщень з однаковим утепленням та об'ємом кількість необхідного тепла на опалення відрізнятиметься при різному їхньому географічному розташуванні. Наприклад, в Якутії його знадобиться втричі більше, ніж у Ялті.
- Якість теплоізоляційних матеріалів .
Утеплювач, що використовується, впливає на тепловтрати через будівельні конструкції будинку. Крім того, враховують кількість та розміри вікон, а також їх виконання. Адже скління може бути одне, дво- і навіть трикамерним. Кожен із варіантів має свої втрати.
На розрахунок теплової потужності системи опалення також впливає вид радіаторів, що використовуються. Тому спочатку потрібно дізнатись про тепловіддачу кожного приладу. При її визначенні враховують:
- Різницю температур теплоносія та повітря у приміщенні. Потужність радіатора зростає із збільшенням дельти.
- Площа поверхні опалювального приладу. Адже з її збільшенням зростає кількість тепла, що віддає радіатор навколишньому середовищу. Цей вид теплопередачі здійснюється інфрачервоним випромінюванням та завдяки прямому контакту нагрітої поверхні з повітрям.
Важливо! Виробники для збільшення площі радіаторів виготовляють такі прилади з ребра. Завдяки його наявності зростає потужність батарей. При цьому обсяг теплоносія, що протікає через них, не змінюється.
- Теплопровідність матеріалу, з якого створено радіатори. Зі збільшенням її значення сильніше нагріваються краї приладів з ребра. Тому повітря в приміщеннях швидше прогріватиметься.
Важливо! Сумарна потужність опалювальних радіаторів та тепловіддача труб системи в будинку не повинна бути меншою від загальних тепловтрат будівлі. Тільки за дотримання цієї умови вдасться забезпечити комфортні умови проживання у будівництві взимку.
Варіанти розрахунку навантаження
Для забезпечення комфортних умов проживання шляхом створення нормативної температури в приміщеннях недостатньо розуміти, що теплова потужність – це характеристика, яка дозволяє пов'язати тепло, що віддається та споживається. Необхідно ще знати та вміти користуватися популярними методами розрахунку навантаження.
Щоб дізнатися потрібний параметр (навантаження), визначають загальну витрату теплоти. Кількість цієї енергії має бути достатньою для нагріву будинку (повітря в приміщеннях) хоча б до нормативної температури. Для вирішення такого завдання виконується розрахунок теплових навантажень на опалення одним із трьох поширених методів. Кожен із способів відрізняється складністю. При цьому отримані результати матимуть різну точність.
Розрахунок необхідного параметра виконують:
- по втратам теплоти через зовнішні конструкції та витратам на нагрівання повітря, що подається через вентиляційну систему.
- за площею, коли висота стель менше 3 м;
- за обсягом, якщо перекриття розташовані від підлоги з відривом від 3 м;
На замітку! Зараз широко використовуються різні онлайн-сервіси, що дозволяють швидко здійснити розрахунок теплового навантаження на опалення будівлі, калькулятор на яких значно спрощує весь процес. Однак, цей варіант вимагає перевірки. Тільки так вдасться точно визначити кількість теплової енергії.
Теплотехніки та проектувальники розраховують теплову енергію відповідно до правил СНиП. Це складна методика, що застосовується професіоналами у цій галузі. Розрахунок виконується під час використання різних довідкових даних. Цей метод дозволяє отримати результат, який має точність приблизно 95%.
Розрахунки за площею чи обсягом – це простіші способи. Вони ґрунтуються на використанні питомої теплової характеристики. Такі обчислення мають досить простий алгоритм. Він не дозволяє отримати результат з точністю, як при обчисленні тепловтрат.
Розрахунок теплоти, що витрачається по площі
Опалювальне навантаження розраховується приблизно за дуже простою методикою наступним чином:
- Спочатку обмірюють периметр будинку з боку вулиці та обчислюють його площу. За наявності проекту дані беруть із відповідної документації.
- Потім виміряний результат множать на 100 Вт.
- Потім підбирають котельний агрегат з урахуванням коефіцієнта запасу, що зазвичай становить 1,2 або 1,3.
Однак краще виконати інший розрахунок. З його допомогою буде обчислена більш точна середня теплова потужність у ВАТ, так як береться до уваги розташування приміщень, регіон будівництва будинку та кількість вікон.
Якщо висота кімнат не перевищує 3 м, тоді спочатку обчислюється їхня сумарна площа. Потім отримане значення множиться на коефіцієнт, який враховує кліматичні умови регіону будівлі. Він дорівнює одиниці, коли будинок розташований у зоні з помірним кліматом. У цьому південних регіонів країни цей коефіцієнт становить 0,7, а північних широт його величина дорівнює 1,5-2.
На наступному етапі враховується питома теплова характеристика. При розрахунку за площею вона становить:
- для кімнати, біля якої одна вулична стіна та одне вікно або такі конструкції зовсім відсутні – 100 Вт/м²;
- для кутового приміщення з однією віконною конструкцією – 120 Вт/м²;
- для кутової кімнати з двома світловими отворами – 130 Вт/м².
Після вибору відповідної питомої теплової характеристики вона множиться на результат добутку сумарної площі приміщень і так званого кліматичного коефіцієнта. У ході таких обчислень виходить точніший результат. Розраховане значення дозволяє оцінити кількість необхідної теплоти на нагрівання зовнішнього холодного повітря, яке потрапляє до будинку за рахунок інфільтрації та крізь будівельні отвори.
Корисне відео
Розрахунок кількості тепла за обсягом приміщень
Якщо висота стель у кімнатах дорівнює або перевищує 3 м, обчислення необхідної кількості теплової енергії для опалення не здійснюється за площею. Такий розрахунок не дозволить одержати коректний результат. Для точного обчислення використовують питомі укрупнені показники витрати тепла. Їхні значення вже відомі з розрахунку на 1 м³ повітря в конкретній кімнаті.
Орієнтовна середня теплова потужність, формула якої практично така сама, як і для обчислення кількості тепла за площею, дозволяє досить швидко підібрати котел для конкретного будинку. Відмінність обчислень полягає у використанні сумарного обсягу замість загальної площі споруди.
У формулі, що дозволяє розрахувати кількість тепла за обсягом, використовуються такі значення питомої витрати:
- для приміщення без зовнішніх стін та вікон, або в якому присутні по одній такій конструкції – 35 Вт/м³;
- для кутової кімнати виключно з одним склопакетом – 40 Вт/м³;
- для приміщення з двома зовнішніми стінами та вікнами – 45 Вт/м³.
На замітку! Для цього методу застосовуються такі ж звані кліматичні коефіцієнти в залежності від місця будівництва будинку, як і для формули, яка дозволяє розрахувати кількість теплової енергії по площі.
Якщо використовувати цей варіант обчислення, результат вийде більше, тому що формула враховує, що споруда має вищі стелі. Значить, у будинку збільшується кількість повітря, яке потрібно буде нагрівати. Через це доведеться використовувати потужніше опалювальне обладнання. Якщо ж під час обчислення обсягів враховувати, що висота стель становить 2,7 м, тоді підсумковий результат вийде приблизно таким самим, як і при використанні формули, що дозволяє виконати розрахунок за площею.
Корисне відео
Алгоритм розрахунку кількості теплоти з урахуванням тепловтрат
Обчислення потужності опалювальної системи згідно з СНиП – це найточніший метод розрахунку. Він дозволяє підібрати ефективне обладнання для обігріву приміщень. Розрахунок теплової потужності здійснюється у наступній послідовності:
- Вимірюється площа перекриття, підлоги, всіх зовнішніх стін, віконних конструкцій у кожному приміщенні.
- Обчислюються тепловтрати через кожну огорожу будинку, яка контактує з вулицею.
- Визначається кількість тепла, що витрачається на нагрівання повітря, що надходить із системи вентиляції.
- Складаються всі отримані значення теплової енергії.
Важливо! Якщо розрахунок теплових навантажень виконується для двоповерхового будинку, тоді при обчисленнях не враховуються міжповерхові перекриття, тому що вони не контактують з навколишнім середовищем.
Теплові втрати через зовнішні будівельні конструкції будівлі – це кількість тепла, яке «випаровується» на вулицю. При цьому значення для кожного матеріалу буде різним, тому що вони відрізняються теплопровідністю та товщиною.
На замітку! При обчисленні площі зовнішніх стінок не враховується квадратура віконних отворів. Адже через світлопрозорі конструкції завжди втрачається більше тепла. Тому їм виконується окремий розрахунок.
Коли вимірюється ширина приміщень, тоді до значення додається половина товщини міжкімнатних перегородок. Ще потрібно не забувати про зовнішній кут. Обов'язково враховується його розмір. При вимірі вважають повну площу кожної огороджувальної будівельної конструкції будинку. Адже через її поверхню відбувається втрата тепла.
Корисне відео
Розрахунок теплових втрат через стіни та дах
Щоб розрахувати тепло, яке втрачає будівлю через конкретну будівельну конструкцію, використовується спеціальна формула. Перед її застосуванням обчислюється площа зовнішнього огородження будівлі (A, м²), визначається нормативна температура всередині приміщення та її мінімальне значення на вулиці за найхолодніший п'ятиденний період на рік для місцевості, де збудовано будинок. У формулі також використовують опір передачі тепла будівельної зовнішньої конструкції. Цей параметр зазвичай позначається буквою R та вимірюється м²*℃/Вт.
Опір передачі тепла розраховується окремо з урахуванням матеріалу, з якого виготовлено будівельну конструкцію. Береться до уваги також її товщина за метри. Для обчислення цього параметра спочатку визначається коефіцієнт теплопровідності конкретного матеріалу. Для його виміру використовується Вт/(м*℃). Потім товщина конкретного матеріалу у будівельній конструкції поділяється на його коефіцієнт теплопровідності.
На замітку! Стіна або дах може складатися з кількох шарів різноманітних матеріалів. Тому опір передачі тепла розраховується кожному з них. Потім отримані значення підсумовуються.
За таким же принципом виконується розрахунок втрат тепла для віконних конструкцій та перекриттів. Якщо обчислення здійснюються для приміщення, яке розташоване всередині будівлі та не має зовнішніх стін, тоді враховують, що з нього може «виходити» теплова енергія тільки через дах та/або підлогу залежно від поверху, де вона знаходиться.
Втрати тепла через підлогу
Для визначення теплової енергії, яка «іде» через підлогу, якщо його конструкція виконана на ґрунті, він ділиться на зони. Їхня стандартна ширина становить 2 м. Розподіл підлоги на зони починається від зовнішніх стін. Після цього виконуються такі дії:
- Розраховується площа кожної зони на підлозі. При цьому квадратні метри враховуються двічі у кутках.
- Обчислюються теплові втрати для кожної зони за формулою, що застосовуються для підрахунку теплової енергії, що втрачається через окрему будівельну конструкцію.
Коли конструкції підлоги є утеплювальний матеріал, наприклад, пінополістирол або минвата, тоді розрахунок здійснюється за аналогічною методикою. Відмінність полягає в тому, що опір теплопередачі збільшується на значення такої характеристики для конкретного утеплювача. Якщо втрати тепла обчислюються для підлоги в підвальному приміщенні, що опалюється, тут перша зона починається на стіні, яка знаходиться під землею.
На замітку! У першої зони підлоги опір теплопередачі становитиме 2,1 Вт/(м*℃). У другої та третьої ділянки цей параметр дорівнює відповідно 4,3 та 8,6 Вт/(м*℃). Для решти зон опір теплопередачі приймають 14,2 Вт/(м*℃).
Обчислення тепла на підігрів повітря та завершення всього розрахунку
Теплова потужність системи опалення не може бути правильно розрахована, якщо не буде враховано енергію на підігрів вентиляційного повітря. Він може надходити до будинку через віконні конструкції та щілини у дверях, а також через окремі спеціальні канали. Нагрівається вентиляційне повітря теплом опалювальної системи. Для визначення кількості використовується спеціальна формула.
Закінчується розрахунок втрат тепла конкретного будинку додаванням всіх раніше знайдених величин. При цьому обов'язково враховується теплова енергія, що утворюється внаслідок роботи побутової техніки. Коли обчислюється теплове навантаження на опалення, кількість тепла від приладів віднімається із загальних тепловтрат.
На замітку! Розрахунок теплових втрат здійснюється для кожного приміщення у будинку. Усі кімнати мають свої особливості. Їх оточують будівельні конструкції різної товщини та структури. Усі такі особливості враховуються, коли обчислюються втрати тепла.
Корисне відео
Висновок
Кількість необхідного тепла завжди визначається, коли створюється опалення. Адже тільки так можна створити ефективну систему обігріву будинку. За допомогою цього параметра визначається швидкість передачі теплової енергії від опалювального обладнання та споживання конкретним об'єктом. Значення даної характеристики залежить від обсягу будинку, кліматичної зони його розташування, теплопровідності матеріалів, розмірів радіаторів, внутрішньої та зовнішньої температури.
Необхідна теплова енергія може бути обчислена спрощеним чи точним методом. Способи за укрупненими даними мають на увазі розрахунок за площею чи за обсягом. Для більш точного обчислення визначають загальні тепловтрати об'єкта через зовнішні будівельні конструкції. Додатково враховується тепло, що витрачається на вентиляцію.
