Як розрахувати потужність обігрівача приклади та пояснення

Вже наводили методики оцінки потужностей обігрівача, але поголовно приблизні годяться виключно для вирішення незначних завдань. Сьогодні вирішили розкрити труднощі із припущення, що втрати лінійно залежать від різниці температур на обох сторонах поверхні. Це стіни, вікна, двері, гладь конвекторного нагрівача. Відповідно, змінюється і потужність обігрівачів, покликана компенсувати витік. Це припущення узгоджується зі СНиПами, де наводяться наукові формули. Як розрахувати потужність обігрівача, якщо відсутні відомості про радіатори, матеріал, структуру стін та інших параметрів, корисних професіоналам (і опускаються в літературі).

Тепловтрати та потужність обігрівача

Виходячи з того, що в будинку в квартирах температура однакова, тепло не тече через підлогу та внутрішні стіни. За наявності підвалу чи горища читачеві доведеться доповнити наші висновки своїми. Втрати через стіну, що виходить надвір, залежать від різниці температур у приміщенні та зовні. Наводимо графік як лінії, а нахил визначається потужністю батареї, невідомої заздалегідь.

Бачимо залежність тепловтрат Q від температури на вулиці t, де для зручності наведена різниця між зовнішньою та внутрішньою температурами. Видно, що лінійна залежність, причому при 20 ºC за вікном тепловтрати рівні нулю, а при — 40 ºC становлять 2х, в реальних умовах показники можуть змінюватися. Це типова ситуація, коли обиватель стикається зі складнощами розрахунку потужності обігрівача для приміщення. Ведемо розгляд у припущенні, що температура у приміщенні 20 ºC (типове значення, у документаціях, включаючи СНиПи та посібники з експлуатації приладів).

Припустимо, що за температури на вулиці -10 ºCбатарея гріє так, що у приміщенні рівно 20 ºC, необхідні за теорією. Подальший крок:

Температура за вікном знижується до -14 ºС.
Ставимо додатковий масляний обігрівач на 1,5 кВт.
Температура приходить у норму (20 ºС).
У цьому випадку будь-які 4 ºС різниці дорівнюють тепловтратам потужністю 1,5 кВт.

З цього випадку порахуємо номінальну потужність батареї за виміряної температури в умовах, коли клімат у приміщенні заданий (20 ºС).

Радіатори центрального опалення врівноважують втрати різниці 30 ºС, це означає, що енергія, що віддається приладами, становить (30/4) х 1,5 кВт = 11,25 кВт.

Тепер знаємо, що робити, якщо градуси за вікном впадуть до -40. Потрібні додаткові обігрівачі сумарною потужністю, що дорівнює радіаторам опалення, 11,25 кВт. Зауважте, не беремо до уваги тепло, що виділяється людьми: під час досвіду кімната порожня. Або, навпаки, сядьте там сім'єю. Тоді знайдені 11,25 кВт будуть рівні сумарної потужності людей і батарей при температурі 20 ºС.

Узагальнення розрахунку потужності обігрівачів на довільний випадок

Але складність в іншому: існує деяка температура батареї, кімнати, вулиці, а потрібно розрахувати потужність обігрівача. Тепер спробуємо вирішити це завдання, не чекаючи на встановлення за вікном -14 ºC. Допустимо, в кімнаті 20 ºC, але необхідно знайти потужність батарей, щоб апроксимувати результат на довільний випадок погодних та котельних умов. Тут потрібно знати, що потужність батареї залежить від різниці температур кімнати та поверхні радіатора. Отже, вносимо в будинок масляний обігрівач на 1,5 Вт і бачимо, що температура приміщення піднялася до 23 °C. Це забагато, але не відіграє особливої ролі. Потрібно виміряти і потужність батарей (за вікном, за домовленістю,-10 ºC). Допустимо, радіатор на поверхні 60 ºC. Це типове значення для Європи, в Україні та гаряче центральне опалення в теорії, а практиками дається і до 36 градусів Цельсія в мороз.

Це цікаво! В Україні практикують прокладання труб з гарячою водою, часом опалювальних по поверхні землі. Не надто затратно. Потім сумлінно одягають теплоізоляцією, але діти, перехожі, змушені переступати, здирають шубу.

Нехай номінальна потужність батареї при 20 ºС дорівнює N, одночасно різниця температур поверхні та приміщення дорівнює 40. У нових умовах потужність знизиться до 37N/40. Отримуємо рівність:

(37N/40 + 1,5) - N = 3 ºС.

Підвищення споживання на 1,5 кВт (і зниження потужності опалення) дало підвищення на 3 ºС. Виходить, що 1,5 - 0,075N кВт дає підвищення на 3 ºС. А від робочої точки за нормальної температури всередині (20 ºС) до нульової (температура на вулиці 20 ºС) є відрізок довжиною 30 ºС. Виходить що:

N = 10 (1,5 - 0,075N), знаходимо шукане значення. Вийшло близько 8,57 кВт. Це потужність батареї. Тепер, знаючи номінал, збудуємо характеристики для довільних температур батареї, приміщення та вулиці. Наприклад, взимку -14 ºC, центральне опалення не тягне, потрібно привести ситуацію до норми (20 ºC) у приміщенні. Зауважте, не вказуємо температуру в кімнаті. 8,57 кВт дорівнюють 30 ºC за шкалою температур, отже, додамо 8,57/30 х 4 кВт = 1,15 кВт. Це означає, що потрібно розрахувати потужність масляного обігрівача так, щоб вийшла не менша за цю цифру, але перевищувати значення занадто сильно не потрібно, щоб не вийти з потрібного кліматичного поясу. Отже, йдемо в магазин і беремо прилад із трьома режимами, перший має видавати 1,15 кВт тепла.

Пристрої могутніше знадобляться вмороз. Наприклад, при -40 ºC знадобиться вдвічі більше, ніж видають радіатори опалення, що становитиме 17 кВт. Тяжко для розподільчого електричного щитка на майданчику. Ставте газовий конвектор із коаксіальною лінією, що пробиває стіну назовні. Можливі й гібридні варіанти: частина удару на себе візьме тепла підлога, а решта ляже на газове опалення. Вважаємо, що тепер читачам зрозуміло, як розрахувати потужність конвекторного обігрівача.

Приклад розрахунку потужності для узагальненого випадку

Припустимо, є та сама кімната, але всередині 17ºС, а поверхня радіатора, наприклад, 55 ºС. Зовні мороз -10 ºС, а досягаємо номінального кімнатного значення (20 ºС), причому температура радіатора центрального опалення в найгіршому випадку 50 ºC. Знайдемо максимальну потужність обігрівача, що витягла найгірший описаний випадок за температури за вікном -30 ºС. В першу чергу знаходимо потужність батареї при температурі поверхні 55 ºС і кімнатної 17 ºС. Вже показали, як діяти в даному випадку тепер покажемо на практиці. Беремо масляний обігрівач на 1,5 кВт, чекаємо, поки кімната вийде на режим, та заміряємо різницю температур. Нехай для простоти вийшли самі 3 ºC. За графіком знаходимо потрібну пропорцію:

(1,5 + (55 – 20)/(55 – 17)N) – N = 3 ºC.

Від робочої точки до перетину графіка з горизонтальною віссю відстань у градусах становить 27. У результаті виходить:

N = 9 (1,5 - 0,078N), звідки знаходимо вати. Вийшло 7,9 квт. Це потужність радіатора центрального опалення при різниці температур 38ºС (між поверхнею батареї та кімнатою). У найгіршому випадку ця диференціація буде меншою і становитиме 30. Отримана потужність зменшується пропорційно і становитиме 6,23 кВт. Будуємо графік для даного випадку аналогічно тому, що накартинці. Згадуємо значення втрати втрати при 27ºС з нульовою точкою. Це 7,9 квт. Наводимо завдання до вирішеної вище, для чого знаходимо тепловтрати при -10 ºC зовні та кімнатній температурі 20 ºС. Виходить 30 ºС різниці. Отже, ділимо 7,9 на 0,9 та отримуємо 8,77 кВт. Для утримання кімнати на заданому рівні в цих умовах до батарей додамо різницю (8,77 - 6,23) = 2,54 кВт.

При температурі за вікном -30ºС умови стануть жорсткішими. Розв'язуємо задачу, як показано вище, для пошуку результату. Щодо вже наявних тепловтрат 8,77 кВт додасться додатково 2/3 зазначеного числа, становлячи 5,78 кВт. Сумарна потужність обігрівачів перевищить енергію радіаторів та становитиме 5,78 + 2,54 кВт = 8,32 кВт. Зрозуміло, що за рахунок електрики цей результат малоймовірний, отже, потрібен інфрачервоний камін на блакитному паливі або подібний пристрій.

Тепер аналогічно читачі розрахують потужність інфрачервоного обігрівача будь-якого типу. Єдине, розповідь вели так, щоб прогріти приміщення, але, якщо потрібно віддати тепло виключно конкретному сектору, діліть площу на метраж підлоги та множите цифру у ватах на коефіцієнт менше одиниці. Вийде скромніше число. Говорять, що інфрачервоні обігрівачі допомагають заощаджувати. Розрахувати потужність газового обігрівача складніше, оскільки гріє за рахунок конвекції. У цьому випадку необхідно правильно розташувати обладнання для отримання належного ефекту. Для орієнтування користуємося алгоритмом, наведеним вище, як відправною точкою для подальших пошуків.

Розрахунки допускають похибку, але оцінити потрібну для квартири потужність реально. Важливо дочекатися виходу температури на режим, якомога точніше провести вимірювання.