Тепловая мощность: особенности и варианты расчета нагрузки на отопление. Как определить тепловую мощность?

В качестве примера рассчитаем минимальную мощность автономной системы отопления (с двумя типами) для независимой сервисной мастерской (высота потолка 4 м, площадь 250 м 2, объем 1000 м3, большие окна с обычным остеклением, отсутствие теплоизоляции крыши и стен, упрощенная конструкция).

Тепловая мощность: особенности и варианты расчета нагрузки на отопление

Невозможно адекватно спроектировать дом без тепловых расчетов. Они необходимы для создания комфортных условий проживания в здании, особенно в зимний период. В расчетах всегда определяется энергетическая ценность — производство тепла. Это используется для составления теплового баланса и определения эффективности системы отопления. Читайте далее, чтобы узнать, что это значит, какие факторы влияют на расчет и какие варианты расчета существуют.

Общие сведения

Мощность используется для физического определения скорости передачи энергии или количества потребляемого тепла. Другими словами, это важный параметр в виде определенного количества тепла. Эта тепловая энергия производится или потребляется объектом. Это может быть отдельное устройство, прибор, часть оборудования или целое здание. Этот параметр учитывает количество тепла, выделяемого или потребляемого в течение определенного периода времени. В основном это один час.

Люди уже знакомы с различными видами энергии. Оно может быть механическим, термическим или химическим. Существует также взрывная энергия, энергия поля и энергия вакуума. Несмотря на различные виды, тепловая энергия важна для человечества. Прежде всего, он оказывает значительное влияние на комфорт в здании. Поэтому мы всегда рассчитываем тепловую нагрузку здания перед началом строительства. Это энергия, которая «производит» тепловую энергию с течением времени.

Небольшое замечание!

Теплопередача вызывается внешними воздействиями, поскольку они изменяют внутреннюю энергию системы. В результате теряется или приобретается определенное количество тепла. Другими словами, тепловая энергия изменяется в результате взаимодействия системы с окружающей средой. В системе СИ для обозначения количества или просто тепла используются джоули. Однако более распространенным вариантом является киловатт (кВт).

Важно.

Знание расчетной тепловой нагрузки важно для того, чтобы избежать ошибок:

• Подобрать отопительное оборудование, которое будет эффективно выполнять свое назначение. К нему относится не только котел и радиаторы, но и трубы определенного диаметра.
• Выяснить количество тепловой энергии, которая будет поступать в помещения от установленных отопительных приборов или теплового контура здания с конкретными техническими характеристиками.
• Оценить количество необходимого тепла, требующегося для компенсации теплопотерь всего объекта и отдельных помещений. Потери тепла в основном происходят в доме через крышу, пол, стены, оконные конструкции, вентиляционную систему и дымоходный канал.

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания по СНиП также выполняется для согласования подключения здания к газораспределительной сети. Для этого сначала необходимо получить технические характеристики. Для этого необходимо заранее определить количество потребляемого газа, что невозможно без расчета мощности системы отопления. В большинстве случаев это встроенный газовый котел.

Влияющие факторы на расчеты

Перед определением тепловой мощности определяется количество тепла, необходимое для обогрева одной комнаты или всего дома. При его расчете учитывается несколько важных факторов:

Он показывает, какое количество воздуха необходимо нагреть.

Разница между наружной температурой и температурой в помещении имеет линейную зависимость от теплопотерь через ограждающие конструкции здания. Таким образом, для помещений с одинаковой изоляцией и одинаковым объемом количество тепла, необходимого для отопления, будет варьироваться в зависимости от географического положения. В Якутии, например, она будет в три раза выше, чем в Ялте.

• Качество теплоизоляционных материалов.

Используемая изоляция влияет на потери тепла через конструкцию дома. Кроме того, учитывается количество и размер окон, а также их конструкция. Остекление может быть одинарным, двойным или даже тройным. Каждый из вариантов имеет свои тепловые потери.

Тип используемых радиаторов также влияет на расчет тепловой эффективности системы отопления. Поэтому, прежде всего, необходимо знать тепловую эффективность отдельных агрегатов. Это учитывается при определении:

• Разницу температур теплоносителя и воздуха в помещении. Мощность радиатора возрастает с увеличением дельты.
• Площадь поверхности отопительного прибора. Ведь с ее увеличением растет количество тепла, которое отдает радиатор окружающей среде. Этот вид теплопередачи осуществляется инфракрасным излучением и благодаря прямому контакту нагретой поверхности с воздухом.

• Теплопроводность материала, из которого созданы радиаторы. С увеличением ее значения сильнее нагреваются края приборов с оребрением. Поэтому воздух в помещениях будет быстрее прогреваться.

Определение понятия тепловой мощности

Тепловая мощность относится к количеству тепла, произведенного при преобразовании входной среды в тепловую энергию. Эта величина различна для разных типов источников энергии и рассчитывается отдельно для каждого источника энергии. Для газовых котлов он зависит от количества природного или сжиженного газа, подаваемого на горелку в единицу времени.

Для электроприборов этот параметр напрямую связан с электрической мощностью, которую прибор потребляет от сети 220 или 380 вольт, и его тепловой эффективностью. Соотношение тепловой и электрической мощности задается специальными формулами, которые преобразуют одну величину в другую.

Необходимые характеристики

Расчет тепловой эффективности очень важен, так как результаты необходимы для определения параметров выбранной системы отопления для образца. К последним традиционно относятся:

• электрическая мощность агрегата для энергозависимых моделей;
• эффективность преобразования (или КПД котла);
• производительность, определяемая как количество тепла, формируемое устройством в единицу времени.

Модели котлов с сетевым подключением — это приборы с входной мощностью в систему отопления, определяемой количеством сжигаемого твердого или газообразного топлива. В энергонезависимых моделях это определяется напрямую — без пересчета потребления электроэнергии.

Эффективность любой системы отопления во многом зависит от правильного выбора оборудования для преобразования тепловой энергии (теплообменника). Грамотное решение этой проблемы позволяет добиться требуемой тепловой эффективности и комфорта в доме даже в самые холодные дни.

Чрезмерное выделение тепла нежелательно, так как в этом случае часть потраченных денег уходит впустую.

Факторы, влияющие на потребность в тепле

Наиболее важные факторы, определяющие потребность помещения в тепле, включают:

• полный объем нагреваемых пространств;
• тип и качество утеплительного материала;
• климатическая зона, в которой располагается здание.

Объем помещения определяет количество нагреваемого воздушного пространства. Чем больше отапливаемое помещение, тем больше тепла требуется для поддержания желаемого климата. Если потолки одинаковой высоты (около 2,5 м), то обычно производится упрощенный расчет на основе площади помещения.

Качество теплоизоляции оценивается на основе теплоизоляции стен, а также размера и периметра окон и дверей. Учитывается также тип остекления — одинарное и тройное остекление имеют разные теплопотери. Влияние климатического фактора учитывается при прочих одинаковых условиях как разница температур между наружным воздухом и котельной.

Для прибора (батареи отопления)

При рассмотрении факторов, влияющих на теплоотдачу радиаторов, особенно выделяются три фактора:

• показатель, соответствующий разнице нагрева теплоносителя и окружающей воздушной среды – с его повышением увеличивается тепловая мощность;
• площадь поверхности, отдающей тепло;
• теплопроводность используемого материала.

В этом случае наблюдается такая же линейная зависимость: С увеличением площади поверхности радиатора увеличивается теплоотдача. По этой причине многие современные радиаторы оснащены специальными алюминиевыми ребрами, которые увеличивают общую теплоотдачу.

Эффективность нагревателей

Мощность — это физическое определение скорости передачи или потребления энергии. Она соответствует соотношению между количеством работы, выполненной за определенный период времени, и этим периодом времени. Отопительные приборы обозначаются по потребляемой мощности в киловаттах.

Для того чтобы сравнить энергии различных типов, была введена формула для выработки тепла: N = Q / D t, где:

1. Q — количество теплоты в джоулях;
2. Δ t — интервал времени выделения энергии в секундах;
3. размерность полученной величины Дж / с = Вт.

В этом видео вы узнаете, как рассчитать количество тепла:

Для оценки эффективности отопительных приборов используется коэффициент, который показывает количество тепла, используемого по назначению — КПД. Коэффициент определяется путем деления полезной энергии на затраченную энергию; он является безразмерной единицей и выражается в процентах. По отношению к различным частям, составляющим окружающую среду, эффективность нагревателя имеет неодинаковые значения. Если вы используете чайник в качестве водонагревателя, его КПД составляет 90 %, но если вы используете его в качестве обогревателя помещения, коэффициент повышается до 99 %.

Объяснение простое: в результате теплообмена с окружающей средой часть температуры рассеивается и теряется. Количество теряемой энергии зависит от проводимости материалов и других факторов. Теоретически теплопотери можно рассчитать по формуле P = λ × S Δ T / ч. Где λ — коэффициент теплопроводности, Вт/(м × К); S — площадь пути теплообмена, м²; Δ T — разность температур на контролируемой поверхности, °C; h — толщина изоляционного слоя, м.

Из формулы видно, что для увеличения производительности необходимо увеличить количество нагревательных элементов и площадь теплообмена. За счет уменьшения площади контакта с внешней средой потери температуры в помещении сводятся к минимуму. Чем компактнее стены здания, тем меньше потери тепла.

Баланс отопления помещений

Разработка проекта любого здания начинается с теплотехнического расчета, направленного на решение проблемы теплоснабжения здания с учетом потерь каждого помещения. Балансировка помогает узнать, сколько тепла хранится в стенах здания, сколько уходит наружу и сколько энергии необходимо для обеспечения комфортного климата в помещениях.

Чтобы определить теплоемкость, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. высчитать нагрузку отопительного котла, которая обеспечит обогрев, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха и функционирование системы проветривания;
2. согласовать газификацию здания и получить технические условия на подключение к распределительной сети. Для этого потребуются объёмы годового расхода горючего и потребность в мощности (Гкал/час) тепловых источников;
3. выбрать оборудование, необходимое для отопления помещений.

Из закона сохранения энергии следует, что в замкнутом пространстве с постоянным температурным режимом должно поддерживаться тепловое равновесие: Qприрост — Qпотери = 0, или Qизбыток = 0, или Σ Q = 0. В зданиях социально значимых учреждений — жилых домах, детских и лечебных учреждениях, производственных помещениях с непрерывным режимом работы — в течение отопительного периода поддерживается постоянный микроклимат на одном уровне. Когда теплопотери превышают теплопоступления, помещения необходимо отапливать.

Технические расчеты помогают оптимизировать использование строительных материалов и снизить стоимость строительства зданий. Общая тепловая мощность котла представляет собой сумму энергии для отопления жилых помещений, нагрева горячей воды, компенсации потерь при вентиляции и кондиционировании воздуха и резерва для пиков холодной погоды.

Расчет тепловой мощности

Точные расчеты систем отопления сложны для неспециалиста, но упрощенные методы позволяют рассчитать показатели даже неподготовленному человеку. Если вы рассчитываете «на глаз», может оказаться, что котел или система отопления имеют слишком низкую мощность. И наоборот, может случиться так, что вам придется тратить тепло из-за избытка произведенной энергии.

Как самостоятельно оценить эффективность вашей системы отопления:

1. Использование норматива из проектной документации. Для Московской области применяется величина 100-150 Ватт на 1 м². Площадь, подлежащая обогреву, умножается на ставку — это и будет искомый параметр.
2. Применение формулы расчета тепловой мощности: N = V × Δ T × K, ккал/час. Обозначения символов: V — объём комнаты, Δ T — разница температур внутри и снаружи помещения, K — коэффициент пропускания тепла или рассеивания.
3. Опора на укрупнённые показатели. Метод похож на предыдущий способ, но используется для определения тепловой нагрузки многоквартирных зданий.

Значения коэффициента диффузии берутся из таблиц, пределы характеристики варьируются от 0,6 до 4. Приблизительные значения для упрощенного расчета:

Материал стен	Материал стенок: Коэффициент теплоотдачи
Неизолированный металлический профиль	3―4
Изоляционный материал Неизолированный изоляционный материал Неизолированный изоляционный материал	2,5-3,5
Кладка из 1 кирпича с минимальной изоляцией	2―3
Стандартное перекрытие, двери и окна, перегородка из 2 блоков	1―2
Двойное остекление, керамическая петля с изоляцией	0,6-0,9

Пример расчета тепловой эффективности котла для помещения площадью 80 м² с высотой потолка 2,5 м. Объем 80 × 2,5 = 200 м³. Коэффициент диффузии для типичного дома составляет 1,5. Разница между комнатной температурой (22°C) и наружной температурой (минус 40°C) составляет 62°C. Нанесите формулу: N = 200 × 62 × 1,5 × 1,5 = 18600 ккал/час. Переведите в киловатты, разделив на 860. Результат = 21,6 кВт.

Если существует риск замерзания при температуре ниже 40°C / 21,6 × 1,1 × 1,1 = 23,8, увеличьте результат на 10%. Для дальнейших расчетов округлите результат до 24 кВт.

Расчет тепловой мощности

Для отопления помещений необходимо знать требуемую мощность для каждой комнаты, а затем рассчитать теплоотдачу радиатора. Тепловая мощность для обогрева помещения определяется довольно простым способом. В зависимости от местоположения возьмите значение тепловой мощности для обогрева 1 м3 пространства, которое составляет 35 Вт/м3 для южной стороны здания и 40 Вт/м3 — для северной. Умножьте фактический объем помещения на это значение и получите требуемую мощность.

Предупреждение. Данный метод определения размеров является приблизительным и может использоваться только в качестве ориентира.

При расчете алюминиевых или биметаллических радиаторов следует руководствоваться информацией, содержащейся в документации производителя. В соответствии с нормами там мощность 1 секции радиатора указана в DT = 70. Это означает, что 1 секция обеспечивает заданный тепловой поток при температуре подачи 105 ºC и температуре обратки 70 ºC. Температура окружающей среды принимается равной 18 ºC.

Наша таблица показывает, что тепловая мощность биметаллического радиатора с осевым размером 500 мм составляет 204 Вт, но только при температуре подачи 105 ºC. Современные системы, особенно атомные, не имеют такой высокой температуры, поэтому теплоотдача снижается. Для определения фактического теплового потока сначала необходимо рассчитать DT для существующих условий по формуле:

DT = (tpod + tobr) / 2 — tkomn, где:

• tпод – температура воды в подающем трубопроводе;
• tобр – то же, в обратке;
• tкомн – температура внутри комнаты.

Затем номинальная тепловая мощность радиатора умножается на поправочный коэффициент, который, как предполагается, соответствует значению DT из таблицы:

Например, если температура хладагента составляет 80 / 60 ºC, а температура в помещении 21 ºC, то параметр DT равен (80 + 60) / 2 — 21 = 49, а поправочный коэффициент равен 0,63. Тогда тепловой поток секции того же биметаллического радиатора равен 204 x 0,63 = 128,5 Вт. На основании этого результата выбирается количество секций.

Заключение

Как и следовало ожидать при сравнении радиаторов по теплоотдаче, биметаллические радиаторы находятся на первом месте, а алюминиевые радиаторы не сильно отстают. Использование чугунных радиаторов имеет смысл только при определенных условиях эксплуатации.

Фактическая теплоотдача различных типов радиаторов до сих пор является предметом споров, которые не утихают на различных сайтах и форумах. Споры ведутся в связи с вопросом, какие устройства являются лучшими по данному показателю, что в конечном итоге влияет на выбор тех или иных обогревателей пользователями. Поэтому полезно сравнить теплотехнические характеристики различных отопительных приборов, оценив их фактическую тепловую мощность. Этому и посвящен представленный здесь материал.

Как правильно рассчитать реальную теплоотдачу батарей

Всегда следует начинать с технического паспорта, который прилагается к продукту от производителя. В нем вы наверняка найдете интересующие вас данные, например, теплоотдачу профиля или радиатора определенного размера. Но не спешите восхищаться отличными показателями алюминиевых или биметаллических батарей, указанными на паспортном рисунке — он не окончательный и требует корректировки, а значит, необходимо произвести расчет теплоотдачи.

Часто можно услышать следующее утверждение: производительность алюминиевых радиаторов самая высокая, поскольку известно, что тепловая эффективность меди и алюминия самая лучшая среди других металлов. Медь и алюминий обладают наилучшей теплопроводностью, это правда, но теплопередача зависит от многих факторов, которые объясняются ниже.

Тепловая мощность, указанная в техническом паспорте нагревателя, действительна, если разница между средней температурой теплоносителя (t подача + t обратка)/2 и температурой в помещении составляет 70 °C. Это выражается формулой:

Для информации. В документации на продукцию разных компаний этот параметр называют по-разному: dt, Δt или DT, иногда просто пишут «при разнице температур 70 °C».

Что означает, когда в документации на биметаллический нагреватель указано, что тепловая мощность детали составляет 200 Вт при DT = 70 °C? Вам поможет та же формула, только нужно подставить известную комнатную температуру — 22 °C — и произвести расчеты в обратном порядке:

Если мы знаем, что разница температур между подачей и обраткой не должна превышать 20 °C, мы рассчитываем значения следующим образом:

Теперь вы видите, что 1 секция биметаллического радиатора из примера излучает 200 Вт тепла, когда вода в подающем трубопроводе нагрета до 102 °C, а в помещении установлена комфортная температура 22 °C. Первое условие нереально, поскольку современные котлы ограничивают нагрев до 80 °C, что означает, что радиатор никогда не сможет обеспечить заданные 200 Вт тепла. И редко когда теплоноситель в частном доме нагревается настолько сильно, обычный максимум — 70°C, что соответствует DT = 38-40°C.

Порядок расчета

Оказалось, что реальная производительность кулера гораздо ниже, чем заявлено в техническом паспорте, но чтобы ее скорректировать, нужно знать, на сколько. Для этого существует простой метод: применить понижающий коэффициент к исходному значению тепловой эффективности нагревателя. В таблице ниже приведены значения коэффициента, на который следует умножить тепловую мощность нагревателя, в зависимости от значения DT:

Алгоритм расчета фактической тепловой мощности радиаторов для ваших условий следующий:

1. Определить, какая должна быть температура в доме и воды в системе.
2. Подставить эти значения в формулу и рассчитать свою реальную Δt.
3. Найти в таблице соответствующий ей коэффициент.
4. Умножить на него паспортную величину теплоотдачи радиатора.
5. Подсчитать число отопительных приборов, нужное для обогрева комнаты.