Тепловой расчет системы отопления: определяем нагрузку на систему и расход тепла

Отопительная система является многокомпонентной схемой, предназначенной для обеспечения требуемых температурных показателей в зданиях. Грамотный расчёт показателей тепловой нагрузки обогрева позволяет минимизировать затраты на оплату энергоносителей и сделать пребывание в здании комфортным вне зависимости от времени года.

Определение тепловой нагрузки

Само определение «Тепловая нагрузка» характеризует получение определённого количества теплоэнергии за одну единицу времени в конкретных условиях. В отопительный сезон такой показатель должен изменяться согласно установленному температурному графику теплоснабжения. Он отражает общий объём теплоэнергии, расходуемой всей отопительной конструкцией на прогрев строений до нормативного температурного уровня в самый холодный период.

Профессиональный расчёт показателя нагрузки необходим в следующих случаях:

• отсутствие приборов учёта;
• сокращение расчётной нагрузки;
• снижение расходов на обогрев здания;
• проектирование индивидуальной системы обогрева;
• изменение состава потребляющего энергию оборудования;
• подтверждение лимита для потребляемой тепловой энергии;
• выявление причин потери тепловой эффективности и перерасхода;
• оптимальное распределение субабонентов, использующих в работе тепло;
• подсоединение к схеме отопления построек и сооружений, потребляющих тепло;
• уточнение тепловых нагрузок и заключение договора со снабжающими организациями.

При определении максимальной почасовой нагрузки на отопление учитывается количество тепла, используемого с целью сохранения нормированных показателей на протяжении одного часа при максимально неблагоприятных внешних воздействиях.

Нормы температурных режимов помещений

Перед проведение любых расчётов параметров системы необходимо, как минимум, знать порядок ожидаемых результатов, а также иметь в наличии стандартизированные характеристики некоторых табличных величин, которые необходимо подставлять в формулы или ориентироваться на них.

Выполнив вычисления параметров с такими константами, можно быть уверенным в достоверности искомого динамического или постоянного параметра системы.

Для помещений разнообразного назначения существуют эталонные стандарты температурных режимов жилых и нежилых помещений. Эти нормы закреплены в так называемых ГОСТах

Для системы отопления одним из таких глобальных параметров является температура помещения, которая должна быть постоянной в независимости от периода года и условий окружающей среды.

А вот комнатная температура воздуха в зимний период обеспечивается системой отопления. Поэтому нам интересны диапазоны температур и их допуски отклонений для зимнего сезона.

В большинстве нормативных документов оговариваются следующие диапазоны температур, которые позволяют человеку комфортно находиться в комнате.

Для нежилых помещений офисного типа площадью до 100 м2:

• 22-24°С – оптимальная температура воздуха;
• 1°С – допустимое колебание.

Для помещений офисного типа площадью более 100 м2 температура составляет 21-23°С. Для нежилых помещений промышленного типа диапазоны температур сильно отличаются в зависимости от предназначения помещения и установленных норм охраны труда.

Комфортная температура помещения у каждого человека “своя”. Кто-то любит чтобы было очень тепло в комнате, кому-то комфортно когда в комнате прохладно – это всё достаточно индивидуально

Что же касаемо жилых помещений: квартир, частных домов, усадеб и т. д. существуют определённые диапазоны температуры, которые могут корректироваться в зависимости от пожеланий жильцов.

И всё же для конкретных помещений квартиры и дома имеем:

• 20-22°С – жилая, в том числе детская, комната, допуск ±2°С –
• 19-21°С – кухня, туалет, допуск ±2°С;
• 24-26°С – ванная, душевая, бассейн, допуск ±1°С;
• 16-18°С – коридоры, прихожие, лестничные клетки, кладовые, допуск +3°С

Важно отметить, что есть ещё несколько основных параметров, которые влияют на температуру в помещении и на которые нужно ориентироваться при расчёте системы отопления: влажность (40-60%), концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе (250:1), скорость перемещения воздушных масс (0.13-0.25 м/с) и т. п.

Как рассчитать нагрузку?

Показатель тепловой нагрузки определяется несколькими наиболее важными факторами, поэтому при выполнении расчётных мероприятий в обязательном порядке требуется учитывать:

• общую площадь остекления и количество дверей;
• разницу температурных режимов за пределами и внутри строения;
• уровень производительности, режим эксплуатации системы вентиляции;
• толщину конструкций и материалы, задействованные в возведении строения;
• свойства кровельного материала и основные конструктивные особенности крыши;
• величину инсоляции и степень поглощения солнечного тепла внешними поверхностями.

Практикуется применение нескольких способов вычисления тепловой нагрузки, которые заметно различаются не только степенью сложности, но и точностью полученных расчётных результатов. Важно предварительно собрать необходимые для проектирования и расчётных мероприятий сведения, касающиеся схемы установки радиаторов и места вывода ГВС, а также поэтажный план и экспликацию сооружения.

Простые способы

Любая методика расчета тепловой нагрузки позволяет подобрать оптимальные параметры системы обогрева. Также этот показатель помогает определиться с необходимостью проведения работ по улучшению теплоизоляции строения. Сегодня применяются две довольно простые методики расчета тепловой нагрузки.

Калькулятор расчета секций радиаторов отопления по площади

3.1

В зависимости от площади

Если в строении все помещения имеют стандартные размеры и обладают хорошей теплоизоляцией, можно воспользоваться методом расчета необходимой мощности отопительного оборудования в зависимости от площади. В этом случае на каждые 10 м2 помещения должен производиться 1 кВт тепловой энергии. Затем полученный результат необходимо умножить на поправочный коэффициент климатической зоны.

Это самый простой способ расчета, но он имеет один серьезный недостаток — погрешность очень высока. Во время проведения вычислений учитывается лишь климатический регион. Однако на эффективность работы системы обогрева влияет много факторов. Таким образом, использовать эту методику на практике не рекомендуется.

3.2

Укрупненные вычисления

Применяя методику расчета тепла по укрупненным показателям, погрешность вычислений окажется меньшей. Этот способ сначала часто применялся для определения теплонагрузки в ситуации, когда точные параметры строения были неизвестны. Для определения параметра применяется расчетная формула:

Qот = q0*a*Vн*(tвн — tнро),

где q0 — удельная тепловая характеристика строения;

a — поправочный коэффициент;

Vн — наружный объем строения;

tвн, tнро — значения температуры внутри дома и на улице.

Сначала необходимо с помощью нормативного документа установить все нужные для расчета вводные данные:

• Тепловая характеристика здания — 0,49 Вт/м³*С.
• Уточняющий коэффициент — 1.
• Оптимальный температурный показатель внутри здания — 22 градуса.

Предположив, что минимальная температура в зимний период составит -15 градусов, можно все известные величины подставить в формулу — Q =0.49*1*490 (22+15)= 8,883 кВт. Используя самую простую методику расчета базового показателя тепловой нагрузки, результат оказался бы более высоким — Q =17*1=17 кВт/час. При этом укрупненный метод расчета показателя нагрузки учитывает значительно больше факторов:

• Оптимальные температурные параметры в помещениях.
• Общую площадь строения.
• Температуру воздуха на улице.

Также эта методика позволяет с минимальной погрешностью рассчитать мощность каждого радиатора, установленного в отдельно взятом помещении. Единственным ее недостатком является отсутствие возможности рассчитать теплопотери здания.

Тепловой расчёт отопления: общий порядок

Классический тепловой расчёт отопительной системы являет собой сводный технический документ, который включает в себя обязательные поэтапные стандартные методы вычислений.

Но перед изучением этих подсчётов основных параметров нужно определиться с понятием самой системы отопления.

Галерея изображений

Фото из

Цель проведения расчетов для отопления

Специфика выполнения расчетов отопления

Учет теплопотерь через проемы

Учет теплоизоляции конструкций

Расход тепла на нагрев поступающего воздуха

Правила подбора котла для отопления

Производительность оборудования

Отопительный контур принудительного типа

Система отопления характеризуется принудительной подачей и непроизвольным отводом тепла в помещении.

Основные задачи расчёта и проектирования системы отопления:

• наиболее достоверно определить тепловые потери;
• определить количество и условия использования теплоносителя;
• максимально точно подобрать элементы генерации, перемещения и отдачи тепла.

При постройке системы отопления необходимо первоначально произвести сбор разнообразных данных о помещении/здании, где будет использоваться система отопления. После выполнить расчёт тепловых параметров системы, проанализировать результаты арифметических операций.

На основании полученных данных подобирают компоненты системы отопления с последующей закупкой, установкой и вводом в эксплуатацию.

Отопление – это многокомпонентная система обеспечения утверждённого температурного режима в помещении/здании. Являет собой обособленную часть комплекса коммуникаций современного жилищного помещения

Примечательно, что указанная методика теплового расчёта позволяет достаточно точно вычислить большое количество величин, которые конкретно описывают будущую систему отопления.

В результате теплового расчёта в наличии будет следующая информация:

• число тепловых потерь, мощность котла;
• количество и тип тепловых радиаторов для каждой комнаты отдельно;
• гидравлические характеристики трубопровода;
• объём, скорость теплоносителя, мощность теплового насоса.

Тепловой расчёт – это не теоретические наброски, а вполне точные и обоснованные итоги, которые рекомендуется использовать на практике при подборе компонентов системы отопления.

Исходные данные. Расчет максимальной тепловой нагрузки

Настоящий расчет выполнен с целью определения фактической тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение нежилых помещений.

Заказчик	Магазин продовольственных товаров
Адрес объекта	г. Москва
Договор теплоснабжения	есть
Этажность здания	17 этажей
Этаж, на котором расположены обследуемые помещения	1 этаж
Высота этажа	3,15 м.
Система отопления	независимая
Тип розлива	нижний
Температурный график	95/70 °С
Расчетный температурный график для этажей на которых находятся помещения	95/70 °С
ГВС	Централизованное
Расчетная температура внутреннего воздуха	18 °С
Представленная техническая документация	1. Копия договора теплоснабжения 2. Копия плана помещения. 3. Копия экспликации помещений. 4. Справка о численности персонала.

Схема расположения радиаторов отопления

Средняя тепловая нагрузка

Максимально просто осуществляется самостоятельный расчёт тепловой нагрузки по площади здания или отдельно взятого помещения. В этом случае показатели обогреваемой площади умножаются на уровень тепловой мощности (100 Вт). Например, для здания общей площадью 180 м2 уровень тепловой нагрузки составит:

180 × 100 Вт = 18000 Вт

Таким образом, для максимально эффективного обогрева здания площадью 180 м2 потребуется обеспечить 18 кВт мощности. Полученный результат необходимо разделить на количество тепла, выделяемого в течение одного часа отдельной секцией установленных отопительных радиаторов.

18000 Вт / 180 Вт = 100

В результате можно понять, что в разных по назначению и площади помещениях здания должно быть установлено не менее 100 секций. С этой целью можно приобрести 10 радиаторов, имеющих по 10 секций, или остановить свой выбор на других вариантах комплектации. Следует отметить, что средняя тепловая нагрузка чаще всего рассчитывается в зданиях, оснащённых централизованной системой отопления при температурных показателях теплоносителя в пределах 70-75оС.  

Расчет тепловой нагрузки на горячее водоснабжение

1. Вероятность действия санитарно-технических приборов

P = (qhhr,u x U) / (qh0 x N x 3600) = (1,7 x 4) / (0,2 х 2 х 3600) = 0,00472,

где:qhhr,u = 1,7 л;

U = 4 человека — количество персонала;

qh0 = 0,2 л/с;

N = 2 — число санитарно-технических приборов с горячей водой.

2. Вероятность использования санитарно-технических приборов

Phr = (3600 х P х qh0) / qh0,hr  = (3600 х 0,00472x 0,2) / 200 = 0,016992,

где:qh0,hr  = 200;

3. Phr < 0,1

 аhr = 0,207

4. Средний часовой расход воды

qt = qhu x U/ 1000 x T = 10,2 x 4/ 1000 x 24 = 0,0017 м3/час

где: qhu = 10,2 л/час

5. Максимальный часовой расход воды

qhr = 0,005 х qh0,hr  х  аhr = 0,005 х 200 х 0,207 = 0,207 м3/час

6. Тепловой поток

а) в течении среднего часа

QhT = 1,16 х qhT х (65 – tc) + Qht = 1,16 х 0,0017 х (65 – 5) + 0,017748= 0,136068 кВт x 859,8 = 116,9913 ккал /ч (0,0001169913 Гкал/ч)

б) в течении часа максимального потребления

Qhhr = 1,16 х qhhr х (65 – tc) + Qht = 1,16 х 0,207 х (65 – 5) + 2,16108= 16,56828 кВт x 859,8 =  14245,407 ккал /ч (0,014245407 Гкал/ч)

Qhгод = gumh ´  m ´ с ´ r ´ ´ (1+ Kт.п) ´ 10-6  =  10,2 ´ 4 ´ 1 ´ 1 ´ ´ (1+ 0,3) ´ 10-6 = 1,16158 Гкал/год

где: gumh = 10,2 л/сутки

Посмотреть на примеры экономии воды

Гидравлический расчёт водоснабжения

Безусловно, “картина” расчета тепла на отопление не может быть полноценной без вычисления таких характеристик, как объём и скорость теплоносителя. В большинстве случаев теплоносителем выступает обычная вода в жидком или газообразном агрегатном состоянии.

Реальный объём теплоносителя рекомендуется рассчитывать через суммирование всех полостей в системе отопления. При использовании одноконтурного котла – это оптимальный вариант. При применении двухконтурных котлов в системе отопления необходимо учитывать расходы горячей воды для гигиенических и иных бытовых целей

Расчет объема воды, подогреваемой двухконтурным котлом для обеспечения жильцов горячей водой и нагрева теплоносителя, производится путем суммирования внутреннего объема отопительного контура и реальных потребностей пользователей в нагретой воде.

Объём горячей воды в отопительной системе рассчитывается по формуле:

W=k*P, где

• W – объём носителя тепла;
• P – мощность котла отопления;
• k – коэффициент мощности (количество литров на единицу мощности, равен 13.5, диапазон – 10-15 л).

В итоге конечная формула выглядит так:

W = 13.5*P

Скорость теплоносителя – заключительная динамическая оценка системы отопления, которая характеризует скорость циркуляции жидкости в системе.

Эта величина помогает оценить тип и диаметр трубопровода:

V=(0.86*P*μ)/∆T, где

• P – мощность котла;
• μ – КПД котла;
• ∆T – разница температур между подаваемой водой и водой обратном контуре.

Используя вышеизложенные способы гидравлического расчёта, удастся получить реальные параметры, которые являются “фундаментом” будущей системы отопления.

Расчет панельных радиаторов

Технические характеристики панельных радиаторов PURMO Plan Ventil Compact FCV 22
Температура теплоносителя, не более, град. С	110
Избыточное рабочее давление, не более, МПа (г/кв. см)	1,0
Высота H, мм	300
Длина L, мм	700, 1200, 1300
Номинальная тепловая мощность при Тгр. 75/65/20°C, Вт	656, 1124, 1312

Температурный режим отопительной системы – 95/70/18.

Для определения фактической тепловой мощности системы, для каждого отопительного прибора, установленного в помещениях определённого функционального назначения учитывается поправочный коэффициент К, определяемый как:

K = Tнапор.ф / Tнапор.н

Где:     Тнапор.н – номинальный температурный напор принятый заводом изготовителем для определения теплоотдачи отопительного прибора при номинальных условиях;

Тнапор.ф – фактический температурный напор, ºС:

Tнапор.ф = (tвх + tвых) / 2 – tвн.в

Где: tвх, tвых, — температура теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, tвн.в – проектная температура внутреннего воздуха, ºС;

С учётом значения температуры теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, рассчитывается значение температурного напора и коэффициента К:

Tнапор.н = (75+65)/2-20 = 50

Tнапор.ф = (95+70)/2-18 = 64,5

К = 64,5/50 = 1,29

Тепловая мощность панельного радиатора при индивидуальной температуре в системе отопления;

Q = QS · К ,

где: QS – номинальная тепловая мощность панельного радиатора;

Панельные радиаторы PURMO Plan Ventil Compac FCV 22:

Q = (QS · К) ·n= (656 · 1,29) ·2 =  1692,48 (Вт) · 0,863 = 1460,61 (Ккал/ч)

Q = (QS · К) ·n= (1124 · 1,29) ·1 =  1449,96 (Вт) · 0,863 = 1251,32 (Ккал/ч)

Q = (QS · К) ·n= (1312  · 1,29) ·2 =  3384,96 (Вт) · 0,863 = 2921,22  (Ккал/ч)

где: n – количество панельных радиаторов марки PURMO Plan Ventil Compact FCV 22, шт.

Посмотреть на энергопаспорт магазина продовольственных товаров

Суммарная тепловая нагрузка панельных радиаторов:

Qр.от.= 1460,61 + 1251,32 + 2921,22 = 5633,15  Ккал/ч

Максимальный часовой расход на отопление в трубопроводах

Кривые для определения теплопередачи 1м вертикальных гладких труб различных диаметров
трубы Ду 20	tтр. = + 82,5 оC	tв = + 18 оC
Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), стр. 56, рис. 12.2

Qпод.тр.Ду20 ´ l1  =  57,31 ´ 0,75  = 42,9825 ккал/ч (0,000043 Гкал/ч)

Qпод.тр.Ду20 = 57,31 ккал/ч — потери тепловой энергии в подающем трубопроводе на один погонный метр;

l1= 0,75 м – длина подающего трубопровода;

Максимальный часовой расход на отопление

Qo max = Qр.от. + Qтр.= 5633,15 + 42,98 = 5676,13 ккал/ч (0,00567613 Гкал/ч).

Выводы и полезное видео по теме

Простой расчёт отопительной системы для частного дома представлен в следующем обзоре:

Все тонкости и общепринятые методики просчёта теплопотерь здания показаны ниже:

Ещё один вариант расчёта утечек тепла в типичном частном доме:

В этом видео рассказывается об особенностях циркуляции носителя энергии для обогрева жилища:

Тепловой расчёт отопительной системы носит индивидуальный характер, его необходимо выполнять грамотно и аккуратно. Чем точнее будут сделаны вычисления, тем меньше переплачивать придется владельцам загородного дома в процессе эксплуатации.

Имеете опыт выполнения теплового расчета отопительной системы? Или остались вопросы по теме? Пожалуйста, делитесь своим мнением и оставляйте . Блок обратной связи расположен ниже.

Годовой расход за отопительный период

Qoгод  = Qomax´ ((ti – tm)/(ti – tо))´ 24´ Zo´ 10-6 = 5676,13 ´ ´ 24 ´ 214 ´ 10-6=  = 13,3722  Гкал/год, где:

tm = -3,1 °С – средняя температура наружного воздуха за расчетный период;

ti  = 18 °С – расчетная температура внутреннего воздуха в помещениях;

tо  = -28 °С – расчетная температура наружного воздуха;

24 час. – продолжительность работы системы отопления в сутки;

Zo = 214 сут. – продолжительность работы системы отопления за расчетный период.

Техническое заключение • Расчет максимальной тепловой нагрузки

В результате выполненных расчетов тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение нежилого помещения получены такие результаты:

№ п.п.		Тепловые нагрузки, Гкал/ч			Годовое потребление, Гкал/год
		Договорные	Расчетные
			Средние	Макси- мальные	Дого- ворное	Расчетное
1	2	3	4	5	6	7
1	Отопление	0,057	0,00567613	135,857	13,3722
2	ГВС	0,0029	0,000117	0,014245	22,787	1,1616
3	Вентиляция	–	–	–	–	–
4	Производстве- нные нужды	–	–	–	–	–
Итого:		0,0599	0,000117	0,01992113	158,644	14,5338

Расчет тепловой нагрузки • Согласование в МОЭК

Список нормативно-технической и специальной литературы

Расходы тепла подсчитаны согласно и с учетом требований следующих документов:

1. Методических указаний по определению расходов топлива, электроэнергии и воды на выработку теплоты отопительными котельными коммунальных теплоэнергетических предприятий (ГУП Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, 2002 г.);
2. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»;
3. Расчет систем центрального отопления (Р.В. Щекин, В.А. Березовский, В.А. Потапов, 1975 г.);
4. Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.);
5. СП30.13330 СНиП 2.04.-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».
6. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
7. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
8. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»
9. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
10. ГОСТ Р 54853-2011. Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с помощью тепломера
11. ГОСТ 26602.1-99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче»
12. ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные. Общие технические условия»
13. ГОСТ 30971-2002 «Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам. Общие технические условия»
14. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
15. Приказ Минэнерго России от 30.06.2014 N 400 «Об утверждении требований к проведению энергетического обследования и его результатам и правил направления копий энергетического паспорта, составленного по результатам обязательного энергетического обследования».

Посмотреть другие отчеты по тепловым нагрузкам.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...