Расчет отопления частного дома

Выбор труб

Трубопровод для системы индивидуального отопления является средой для транспортировки тепловой энергии (в частности, нагретой воды). На отечественном рынке трубы для монтажа систем представлены в трёх основных видах:

• металлические
• медные
• пластиковые

Металлические трубы имеют ряд значительных недостатков. Кроме того, что они обладают большим весом и требуют специального оборудования для монтажа, а также наличие опыта, они ещё подвержены коррозии и могут накапливать статическое электричество. Хороший вариант — медные трубы, они способны выдерживать температуру до 200 градусов и давление около 200 атмосфер. Но медные трубы отличаются спецификой в монтаже (требуется специальное оборудование, серебряный припой и большой опыт работы), кроме того их стоимость очень велика. Самым популярным вариантом считаются пластиковые трубы. И вот почему:

• они имеют алюминиевую основу, которая с двух сторон покрыта пластмассой, благодаря чему они обладают огромной прочностью;
• они абсолютно не пропускают кислород, что позволяет свести к нулю процесс образования коррозии на внутренних стенках;
• благодаря алюминиевому армированию у них очень низкий коэффициент линейного расширения;
• пластиковые трубы антистатичны;
• обладают малым гидравлическим сопротивлением;
• не требуется специальных навыков для монтажа.

Расчет и подбор радиаторов отопления.

Радиаторы или конвекторы являются главными элементами отопительной системы, так как их основной функцией является передача тепла от теплоносителя воздуху в помещении или поверхностям комнаты. Мощность радиаторов при этом должна четко соответствовать тепловым потерям по помещениям. Из предыдущих разделов цикла статей видно, что укрупнено мощность радиаторов можно определить по удельным показателям по площади или объему комнаты.

Так, для отопления помещения в 20 м? с одним окном требуется в среднем установить прибор отопления мощностью 2 кВт, а если учесть небольшой запас на поверхность в размере 10-15%, то мощность радиатора составит 2,2 кВт ориентировочно. Этот метод подбора радиаторов является достаточно грубым, так как не учитывает много значимых особенностей и строительных характеристик здания. Более точным является подбор радиаторов на основании теплотехнического расчета жилого дома, который выполняется специализированными проектными организациями.

Основным параметром для подбора типоразмера прибора отопления является его тепловая мощность. А в случае с секционными алюминиевыми или биметаллическими радиаторами указывается мощность одной секции. Наиболее часто используемыми в системах отопления радиаторами являются приборы с межосевым расстоянием 350 или 500 мм, выбор которых основан, прежде всего на конструкции окна и отметке подоконника относительно финишного напольного покрытия.

В техническом паспорте на приборы отопления производители указывают тепловую мощность применительно к каким-либо температурным условиям. Стандартными являются параметры теплоносителя 90-70 °C, в случае низкотемпературного отопления тепловую мощность следует корректировать согласно коэффициентам, указанных в технической документации.

В этом случае мощность приборов отопления определяется следующим образом:

Q=A*k*?T,

где

А – площадь теплоотдачи, м?

k – коэффициент теплопередачи радиатора, Вт/м?*°C.

?T – температурный напор, °C

?T является средней величиной между температурой подающего и обратного теплоносителя и определяется  по формуле:

?T= (Тпод+Тобр)/2 - tпомещ

Паспортными данными является мощность радиатора Q и температурный напор, определенные в стандартных условиях. Произведение коэффициентов k*A является величиной постоянной и определяется сначала для стандартных условий, а затем можно подставить в формулу для определения фактической мощности радиатора, который будет работать в системе отопления с параметрами, отличающимися от принятых.

Для каркасного дома, рассматриваемого в качестве примера с толщиной изоляции 150 мм, подбор радиатора для помещения площадью 8,12 м2 будет выглядеть следующим образом.

Ранее мы определили, что удельные теплопотери для углового помещения с учетом инфильтрации 125 Вт/м2, значит, мощность радиатора должна составлять не менее 1 015 Вт, а с запасом в 15% 1 167 Вт.

Для установки доступен радиатор мощностью 1,4 кВт при параметрах теплоносителя 90/70 градусов, что соответствует температурному напору ?T= 60 градусов. Планируемая система отопления будет работать на параметрах воды 80/60 градусов (?T=50) Следовательно, чтобы удостовериться в том, что радиатор сможет полностью перекрыть теплопотери помещения необходимо определить его фактическую мощность.

Для этого, определив значение k*A=1400/60=23,3 Вт/град, определяем фактическую мощность Qфакт=23,3*50=1167 Вт, что полностью удовлетворяет требуемой тепловой мощности прибора отопления, который должен быть установлен в данном помещении.

Видео ролик на тему расчета мощности радиатора:

https://youtube.com/watch?v=PWPYSQ7qoxk

Как рассчитать оптимальное количество и объемы теплообменников

При расчёте количества необходимых радиаторов, следует учитывать из какого материала они произведены. Рынок сейчас предлагает три вида металлических радиаторов:

• Чугун,
• Алюминий,
• Биметаллический сплав.

Все они имеют свои особенности. Чугун и алюминий имеют одинаковый показатель теплоотдачи, но при этом алюминий быстро остывает, а чугун медленно нагревается, но долго сохраняет тепло. Биметаллические радиаторы быстро нагреваются, но остывают значительнее медленнее алюминиевых.

При расчете количества радиаторов также следует учитывать и другие нюансы:

• теплоизоляция пола и стен помогает сохранить до 35% тепла,
• угловая комната прохладнее других и требует большего количества радиаторов,
• использование стеклопакетов на окнах сохраняет 15% теплоэнергии,
• через крышу «уходит» до 25% теплоэнергии.

Количество радиаторов отопления и секций в них зависит от многих факторов

В соответствии с нормами СНиП, на обогрев 1 м3 требуется 100 Вт тепла. Следовательно, 50 м3 потребуют 5000 Вт. Если биметаллический прибор на 8 секций выделяет 120 Вт, то с помощью простого калькулятора считаем: 5000 : 120 = 41,6. После округления в большую сторону, получаем 42 радиатора.

Можно воспользоваться примерной формулой расчета секций радиатора:

N*= S/P *100

Значок (*) показывает, что дробная часть округляется по общим математическим правилам, N – количество секций, S – площадь комнаты в м2, а P – теплоотдача 1 секции в Вт.

Фотогалерея – декоративная краска для стен

Если вам понравилась статья, пожалуйста, поделитесь ей

Толщина труб системы отопления

Этот параметр также определяется с учетом того, что для эффективного обогрева 10 м² помещения необходима 1 кВт энергии. То есть для дома в 50 м² этот показатель будет составлять 5 кВт и с поправкой в 20% — 6 кВт или 6000 Вт.

Собственно сам диаметр труб вычисляется по специальным таблицам. Для двухтрубной системы отопления такая таблица будет выглядеть так:

В нашем примере, для того чтобы определить сечение труб, нужно найти в таблице в общем поле вычисленный нами показатель в 6000 Вт и посмотреть на указанное в правом столбце значение. Мощность теплового потока в данном случае будет находиться между цифрами 5748 и 7185. Следовательно, в доме необходимо будет протянуть магистрали сечением 15 мм.

Процесс заточки

Затачивание сверла нужно делать определенным образом. Для начала берем инструмент левой рукой возле передней (рабочей) части. Правой рукой плотно обхватываем хвостовик. Запускаем вращение диска на болгарке или станке и аккуратно (без сильного нажима) подводим к нему заднюю часть режущей кромки сверла.

Продолжая слегка прижимать сверло к диску, правой рукой поворачиваем его, чтобы заточить заднюю часть. Все это время проверяем нужный наклон сверла. Также присматриваем, чтобы режущие кромки получились одинаковыми по длине и заточены под идентичным углом.

Баки с мембраной баллонного типа.

В этом случае воздушная камера находится по периметру всего резервуара и окружает резиновую камеру для теплоносителя. При его поступлении последняя начинает расширяться подобно надуваемому шарику. Благодаря такому устройству бака удаётся более точно контролировать давление в системе.

Хочется отметить, что баллонные мембраны можно заменять по мере износа, а диафрагменные замене не подлежат. Очень важен материал, из которого сделана мембрана. Она должна обладать термоустойчивостью и при этом высокой эластичностью. При выборе бака следует ознакомиться с такими характеристиками мембраны, как долговечность, рабочая температура, водостойкость и соответствие санитарно-гигиеническим нормам.

Схема работы расширительного бака

Советы по экономии

Влияние способов подключения и места установки на теплоотдачу радиаторов

При расчете фактической мощности радиаторов следует знать, что теплоотдача приборов также зависит и от способа размещения. Фактическая мощность, полученная в результате расчетов, показывает какое количество тепла радиатор отдаст при расчетных параметрах теплоносителя, грамотной схеме подключения, сбалансированной системе отопления, а также при установке открыто на стене или под окном без использования декоративных экранов.

Как правило, оконные проемы являются строительными элементами с максимальными потерями тепла вне зависимости от количества камер и прочих  энергоэффективных показателей. Поэтому радиаторы отопления принято размещать в пространстве под окном. В таком случае радиатор, нагревая воздух в зоне установки, создает некую душирующую завесу вдоль окна, направленную вверх помещения и позволяющую отсекать поток холодного воздуха. При смешивании холодного воздуха с теплыми потоками от радиатора возникают конвективные потоки в помещении, которые позволяют увеличить скорость прогрева.

Рекомендуется устанавливать радиаторы шириной не меньше половины ширины оконного проема.

Еще одним требованием увеличить эффективность обогрева комнаты является подбор габарита радиатора относительно ширины оконного проема. Длину радиатора рекомендуется подбирать не мене половины ширины оконного проема. В противном случае будет велика вероятность образования холодных зон в непосредственной близости к окну и будет заметно снижена конвективная составляющая обогрева помещения.

Если в здании присутствует большое количество угловых комнат, то следует размещать такое количество приборов отопления, равное количеству наружных ограждающих конструкций.

Например, для помещения 1-го этажа рассматриваемого в качестве примера жилого дома площадью 8, 12 м2 следует предусматривать по 2 радиатора. Один располагается под оконными конструкциями, второй или у противоположного окна или у глухой стены, но в максимальном приближении к углу помещения. Таким образом, будет соблюден максимально равномерный прогрев всех комнат.

Если система отопления дома проектируется по вертикальной схеме, то прокладку стояков для подводки к радиаторам угловых комнат следует производить непосредственно в угловых стыках стен. Это позволит дополнительно прогревать наружные строительные конструкции и предотвратить отсыревание и порчу отделочных материалов в углах.

В случае установки радиаторов под окнами с использованием дополнительных декоративных элементов (экранов, широких подоконников) или установки в нишах для расчета фактической мощности отопительных приборов необходимо пользоваться следующими поправочными коэффициентами:

• Узкий подоконник не перекрывает радиатор по глубине, но лицевая панель прибора отопления закрыта декоративным экраном (расстояние между стеной и экраном не менее 250 мм) – Ккорр=0,9.
• Широкий подоконник полностью перекрывает глубину радиатора, декоративный экран закрывает лицевую панель (расстояние между стеной и экраном не менее 250 мм), но в верхней части оставлена щель, равная 100 мм по вертикали – Ккорр=1,12.
• Широкий подоконник полностью перекрывает радиатор по глубине, дополнительные декоративные конструкции отсутствуют – Ккорр=1,05.

Из рассмотренных выше вариантов установки приборов отопления видно, что для того чтобы уровень конвекции не был снижен следует оставлять воздушные зазоры со всех сторон приборов отопления. Минимальными расстояниями от финишного уровня напольного покрытия и от подоконника до прибора отопления должно составлять не менее 100 мм, а зазор между стеной и задней поверхностью радиатора не менее 30 мм.

Различают одностороннее подключение радиаторов к системам отопления и разностороннее, когда трубопроводы подводят к прибору с противоположных сторон. Односторонний способ является наиболее экономичным и удобным с точки зрения дальнейшей эксплуатации приборов отопления. Подключение радиаторов с разных сторон немного увеличивает их теплоотдачу, но на практике этот способ используют при установке отопительных приборов более 15-ти секций или при подключении нескольких радиаторов в связке.

Теплосъем от радиаторов зависит также и от точки подвода подающего трубопровода. При подключении по схеме «сверху-вниз», когда горячая вода подводится к верхнему патрубку, а обратка к нижнему, теплопередача от радиатора увеличивается. При подключении «снизу-вверх» тепловой поток снижается, при этом прогрев радиаторов осуществляется неравномерно, а типоразмер приборов должен быть значительно увеличен для достижения расчетной мощности.

Что такое гидравлический расчёт

Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

• диаметр и пропускную способность труб;
• местные потери давления на участках;
• требования гидравлической увязки;
• общесистемные потери давления;
• оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов.

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор).

Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

Комплексные задачи — минимизация расходов:

1. капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
2. эксплуатационных:
   • зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
   • стабильность и надёжность;
   • бесшумность.

Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

1. по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
2. по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
3. по характеристикам проводимости и сопротивления;
4. сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

Конкретные расчёты

Допустим, нужно сделать расчёт для домовладения площадью 150 кв. м. Если принять, что на 1 квадратный метр теряется 100 Ватт тепла, получаем: 150х100=15 кВатт тепловых потерь.

Как соотносится это значение с циркуляционным насосом? При тепловых потерях происходит постоянный расход тепловой энергии. Для поддержания температурного режима в помещении необходимо большее количество энергии, чем для его компенсации.

Для расчёта циркуляционного насоса для системы отопления, следует понимать, какие у него функции. Это устройство выполняет следующие задачи:

• создать напор воды, достаточный для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление узлов системы;
• перекачать по трубам и радиаторам такой объем горячей воды, который требуется для эффективного прогрева домовладения.

То есть, для того, чтобы система заработала, нужно подогнать тепловую энергию к радиатору. И эту функцию выполняет циркуляционный насос. Именно он стимулирует подачу теплоносителя к приборам отопления.

Следующая задача: какое количество воды, согретой до нужной температуры, надо доставить к радиаторам за определённый период времени, при этом компенсируя все теплопотери? Ответ выражается в количестве перекачанного теплоносителя в единицу времени. Это и будет называться мощностью, которой обладает циркуляционный насос. И наоборот: можно определить примерный расход теплоносителя по мощности насоса.

Данные, которые для этого нужны:

• Количество тепловой энергии, необходимой для того, чтобы компенсировать теплопотери. Для данного домовладения площадью 150 кв. метров эта цифра 15 кВт.
• Удельная теплоёмкость воды, которая выступает в роли теплоносителя — 4200 Дж на 1 килограмм воды, на каждый градус температуры.
• Дельта температур между водой на подаче из котла и на последнем отрезке трубопровода в обратке.

Считается, что в нормальных условиях это последнее значение не бывает больше 20 градусов. В среднем берут 15 градусов.

Формула для того, чтобы рассчитать насос, следующая: G/(cх(Т1-Т2))= Q

• Q — это расходование теплоносителя в отопительной системе. Столько жидкости при определённой температуре нужно доставить циркуляционному насосу к отопительным приборам в единицу времени, чтобы теплопотери были компенсированы. Нецелесообразно приобретать устройство, у которого мощность больше. Это приведёт только к повышенному расходу электричества.
• G — теплопотери дома;
• Т2 — температура теплоносителя, вытекающая из теплообменника котла. Это именно тот уровень температуры, который нужен для обогрева помещения (примерно 80 градусов);
• Т1 — температура теплоносителя на обратном трубопроводе при входе в котёл (чаще всего 60 градусов);
• с — это удельная теплоёмкость воды (4200 Джоулей на кг).

При вычислении с помощью указанной формулы получается цифра 2,4 кг/с.

Теперь нужно перевести этот показатель на язык производителей циркуляционных насосов.

1 килограмм воды соответствует 1 кубическому дециметру. Один кубический метр равен 1000 кубических дециметров.

Получается, что в секунду насос перекачивает воду следующим объёмом:

2,4/1000=0,0024 куб. м.

Далее нужно перевести секунды в часы:

0,0024х3600=8,64 куб. м/ч.

Пример расчета количества радиаторов

Допустим, нужно узнать требуемое количество биметаллических радиаторов для комнаты в 20 м² с потолками высотой в 2.5 м, одним окном, не имеющей наружных ограждающих конструкций. Сначала узнаем общую требуемую мощность:

20*100=2000 Вт.

Теперь вычисляем нужное количество биметаллических секций, с учетом того, что мощность одной из них (стандартной на 500 мм) обычно составляет 200 Вт:

2000/200=10.

То есть в данном случае для эффективного обогрева помещения необходимо 10 биметаллических секций. Следовательно, в комнате придется установить, к примеру, два радиатора по пять секций или же один— на 10 секций.

Если в помещении предусмотрено больше одного окна, а его потолки имеют высоту, превосходящую 3 м, применяем поправочный коэффициент 1.1:

• 2000*1.1=2200 — для второго окна;
• 2200*1.1=2420 — поправка на потолок.

Далее по описанной выше схеме рассчитываем число секций:

2420/200=12.1.

То есть в данном случае в комнате на 20 м2, скорее всего, придется установить два радиатора по 6 секций.

Сводная таблица единиц измерения

Особенности газового отопления

Если учитывать стоимость энергоносителя, то обогреваться газом обходится значительно экономнее, нежели электричеством. Но проведение газа к дому – очень дорогой и достаточно долгий процесс. Поэтому целесообразно проводить газ только в том случае, если газовые трубы проходят в непосредственной близости от вашего дома.

Мы дадим вам несколько советов, как сделать проведение газа максимально экономным:

• заказывайте проект, монтаж и обслуживание в одной организации.
• тщательно выбирайте место для котельной.
• покупайте соответствующий площади жилья котел.
• устанавливайте дымоход оптимального размера.

Отопительные приборы

Как рассчитать отопление в частном доме для отдельных помещений и подобрать соответствующие этой мощности отопительные приборы?

Сама методика расчета потребности в тепле для отдельной комнаты полностью идентична приведенной выше.

К примеру, для комнаты площадью 12 м2с двумя окнами в описанном нами доме расчет будет иметь такой вид:

1. Объем комнаты равен 12*3,5=42 м3.
2. Базовая тепловая мощность будет равной 42*60=2520 ватт.
3. Два окна добавят к ней еще 200. 2520+200=2720.
4. Региональный коэффициент увеличит потребность в тепле вдвое. 2720*2=5440 ватт.

Как пересчитать полученное значение в количество секций радиатора? Как подобрать количество и тип отопительных конвекторов?

Производители всегда указывают тепловую мощность для конвекторов, пластинчатых радиаторов и т.д. в сопроводительной документации.

Таблица мощности для конвекторов VarmannMiniKon.

• Для секционных радиаторов необходимую информацию обычно можно найти на сайтах дилеров и производителей. Там же нередко можно обнаружить калькулятор для пересчета киловатт в секции.
• Наконец, если вы используете секционные радиаторы неизвестного происхождения, при их стандартном размере в 500 миллиметров по осям ниппелей можно ориентироваться на следующие усредненные значения:

В автономной отопительной системе с ее умеренными и предсказуемыми параметрами теплоносителя чаще всего используются алюминиевые радиаторы. Их разумная цена очень приятным образом сочетается с пристойным внешним видом и высокой теплоотдачей.

В нашем случае алюминиевых секций мощностью 200 ватт потребуется 5440/200=27 (с округлением).

Разместить в одной комнате столько секций – нетривиальная задача.

Как всегда, есть пара тонкостей.

• При боковом подключении многосекционного радиатора температура последних секций куда ниже, чем первых; соответственно, падает тепловой поток от отопительного прибора. Решить проблему поможет простая инструкция: подключайте радиаторы по схеме “снизу вниз”.
• Производители указывают тепловую мощность для дельты температур между теплоносителем и помещением в 70 градусов (например, 90/20С). При ее снижении тепловой поток будет падать.

Особый случай

Нередко в качестве отопительных приборов в частных домах используются самодельные стальные регистры.

Прямо скажем – не верх эстетики.

Тем не менее: как оценить тепловую мощность регистра известного размера?

Для одиночной горизонтальной круглой трубы она вычисляется по формуле вида Q = Pi*Dн *L * k * Dt, в которой:

• Q – тепловой поток;
• Pi – число “пи”, принимаемое равным 3,1415;
• Dн – наружный диаметр трубы в метрах;
• L – ее длина (тоже в метрах);
• k – коэффициент теплопроводности, который берется равным 11,63 Вт/м2*С;
• Dt – дельта температур, разница между теплоносителем и воздухом в комнате.

В многосекционном горизонтальном регистре теплоотдача всех секций, кроме первой, умножается на 0,9, поскольку они отдают тепло восходящему потоку нагретого первой секцией воздуха.

В многосекционном регистре нижняя секция отдает больше всего тепла.

Давайте вычислим теплоотдачу четырехсекционного регистра с диаметром секции 159 мм и длиной 2,5 метра при температуре теплоносителя 80 С и температуре воздуха в комнате 18 С.

1. Теплоотдача первой секции равна 3,1415*0,159*2,5*11,63*(80-18)=900 ватт.
2. Теплоотдача каждой из остальных трех секций равна 900*0,9=810 ватт.
3. Суммарная тепловая мощность отопительного прибора – 900+(810*3)=3330 ватт.

Принцип гидравлического расчета для системы отопления

Расход теплоносителя

Расход теплоносителя рассчитывается по формуле:

,
где Q — суммарная мощность системы отопления, кВт; берется из расчета теплопотерь здания

Cp — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*град.C); для упрощенных расчетов принимаем равной 4,19 кДж/(кг*град.C)

ΔPt — разность температур на входе и выходе; обычно берем подачу и обратку котла

Калькулятор расхода теплоносителя (только для воды)
Q = кВт; Δt = oC; m = л/с
Точно также можно посчитать расход теплоносителя на любом участке трубы. Участки выбираются так, чтобы в трубе была одинаковая скорость воды. Таким образом, разбиение на участки происходит до тройника, либо до редукции. Нужно просуммировать по мощности все радиаторы, к которым течет теплоноситель через каждый участок трубы. Потом подставить значение в формулу выше. Эти расчеты необходимо сделать для труб перед каждым радиатором.

Заключение

Если вести разговор о качественном и эффективном обогреве, который сможет обеспечить бесперебойным теплом любой частный дом или торговый центр, то лучше не экономить средства при покупке радиаторов. Приобретайте анодированные или еще лучше вакуумные батареи.

Анодированные приборы великолепно защищены от воздействий коррозии, поэтому имеют длительный срок эксплуатации – не менее тридцати лет. Инструкция такого оборудования гарантирует теплопередающую способность элемента не менее 220 Вт.

Вакуумные отопительные радиаторы – это последнее слово в теплотехнике! Они наиболее экономичны из всех типов существующих батарей. Они универсальны в плане выбора места для установки и могут монтироваться как в жилом помещении, так и в торговом.

Анодированные приборы

Качественными и экономичными считаются также батареи, сделанные из цветного металла. На рынке большой выбор алюминиевых и медных приборов самой различной мощности и размерами. Для создания определенного дизайна изготовляются вертикальные батареи, которые могут хорошо вписаться в ограниченные объемы.

Как рассчитать отопление в частном доме вы уже узнали благодаря этой статье и убедились в том, что в процессе этих вычислений нет ничего сложного. Все примеры в этой статье требуют минимального числа параметров и позволяют произвести расчеты быстро и точно.

Медный радиатор

Применяя на практике полученные в ходе расчета отопления коттеджа цифры, можно соорудить хорошую и функциональную систему обогрева, как для общественных построек (супермаркеты, учебные заведения), так и для жилых (квартиры, частные дома, коттеджи).