Розрахунок потужності системи опалення котлів, радіаторів, насосів, батарей
Проектування будь-якої системи опалення починається з розрахунку основних параметрів. Насамперед це стосується оптимального навантаження на теплопостачання. Тому, перш ніж закуповувати необхідне обладнання, слід зробити розрахунок потужності системи опалення: котлів, радіаторів, насосів, батарей.
Навіщо необхідний розрахунок опалення
Визначальним завданням виконання обчислень є оптимізація подальших витрат. Мінімальна необхідна потужність опалювального котла безпосередньо позначиться на споживанні енергоносія. Але економія має бути в межах розумного.
Головне призначення теплопостачання – підтримання комфортного рівня температури у житлових приміщеннях. На це впливає номінальна потужність чавунних радіаторів опалення, теплові втрати будівлі та параметри котла.
Для коректного підбору обладнання слід правильно розрахувати параметри. Це можна зробити за допомогою спеціалізованих програм чи самостійно, скориставшись певними формулами.
Крім цього фахівці рекомендують розрахувати потужність опалювального котла та інших компонентів системи для наступного:
- Планування витрат за придбання оборудования. Чим більша номінальна потужність котла або тепловіддача батареї – тим вища їхня вартість. У результаті це позначиться на бюджеті всього заходу щодо облаштування теплопостачання;
- Коректне складання графіка навантаження на систему. Правильний розрахунок потужності насоса для опалення дозволить дізнатися про максимальне та мінімальне навантаження на обладнання при зміні зовнішніх факторів – температури на вулиці, в кімнатах будинку;
- Модернізація системи. Якщоспостерігаються великі витрати на опалення, їхнє зниження є першочерговим завданням для мінімізації обслуговування. Для цього слід розрахувати потужність батареї опалення та інших компонентів.
Визначившись, що без обчислення основних даних не можна приступати до закупівлі матеріалу та комплектуючих для облаштування теплопостачання, слід вибрати методики розрахунків. Спочатку дізнаються характеристики кожного компонента окремо - котла, насоса радіаторів. Потім їх параметри вводяться у програму опалення та ще раз перевіряються. За такою ж методикою проводиться розрахунок опалення теплиці.
На розрахунок потужності газового котла опалення впливає тип використовуваного енергоносія. Слід заздалегідь визначитися, який саме вид газу буде застосовано магістральний або зріджений.
Визначення теплових втрат будинку
На першому етапі необхідно правильно розрахувати обсяг тепла, який йтиме через зовнішні стіни, вікна та двері будівлі. Робота теплопостачання повинна компенсувати ці втрати та на основі отриманих даних буде виконано подальший розрахунок потужності циркуляційного насоса для опалення, котла та батарей.
Визначальним параметром є опір теплопередачі стін та віконних конструкцій. Це зворотний показник теплопровідності матеріалів. Не можна зробити вибір потужності котла опалення без знання цих величин. Тому перед початком розрахунків слід дізнатися про товщину стін і матеріал, з яких вони зроблені.
Але цього недостатньо, щоб надалі здійснити розрахунок потужності сталевих радіаторів опалення. Додатково доведеться дізнатися товщину кожного типу матеріалів, що використовуються для будівництва стін. Співвідношення цієї величини до коефіцієнта теплопередачі і буде потрібним значенням:
R=D/λ
ДеR - опір теплопередачі;D - Товщина матеріалу;Λ – опір теплопередачі.
Під час обчислення не враховується троянда вітрів, характерна кожному за конкретного регіону. Дані про неї впливають на розрахунок лише багатоповерхових будинків.
Особливості розрахунку потужності різних опалювальних котлів
Для правильного підбору потужності опалювального котла заздалегідь визначаються з його місцем установки, типом системи теплопостачання (відкрита, закрита) і видом палива, що використовується. Додатково враховується загальна площа будинку та його об'єм. Ці дані дозволять зробити обчислення кількома способами.
Найпростіший спосіб обчислити номінальну потужність опалювального обладнання - використовувати тільки площу будинку. Для цього береться стандартне співвідношення, що для обігріву 10 м² приміщення необхідно витратити 1 кВт теплової енергії. Цей спосіб діятиме лише для будівель з гарною теплоізоляцією та стандартною висотою стель. Його недоліком є велика похибка. Так, для будинку площею 150 м² за розрахунком потужність опалювального котла потрібно вибрати модель 15 кВт.
Додатково застосовується поправочний коефіцієнт, який залежить від розташування будівлі. Тоді остаточна формула для розрахунку потужності газового котла опалення буде виглядати так:
W=(S/10)*K
ДеW – номінальна потужність казана;S - площа будинку;K - коефіцієнт поправки.
Для центральних областей України К=0,13; для північних широт його значення варіюється від 0,15 до 0,2. При виборі потужності котла теплопостачання для південних областей К=0,08.
Точні обчислення можна зробити лише після попереднього визначеннякоефіцієнта теплопередачі стін Ця методика була описана вище. Для початку знаходимо температурну різницю між нагрітим повітрям на вулиці та в будинку – Δt. Потім потрібно визначити теплові втрати. Вони знаходяться за формулою:
Р=Δt/R
ДеР - теплові втрати будинку;Δt – температурна різниця;R - коефіцієнт опору теплопередачі.
Далі для розрахунку потужності газового казана теплопостачання необхідно помножити площу зовнішніх стін на теплові втрати. Як приклад візьмемо будинок площею стін 127 м², коефіцієнт опору теплопередачі дорівнює 0,502. Оптимальне значення Δt має становити 55. У такому разі теплові втрати на 1 м² дорівнюватимуть:
Р=55/0,505=108 Вт/м²
Тому можна розрахувати потужність котла теплопостачання:
W=127*108=13.7 кВт
Надалі визначається навантаження на систему опалення за різних значень Δt. Рекомендується вибрати модель обладнання з невеликим запасом потужності – 10-15%. Це дозволить розширити теплопостачання без заміни котла та радіаторів.
Для квартир із нормальним утепленням можна взяти співвідношення 41 Вт тепла на 1 м³ об'єму приміщення в панельному будинку та 38 Вт у цегляному. Якщо було виконано теплоізоляцію стін – потрібно зробити вищеописаний розрахунок.
Розрахунок потужності радіаторів та батарей опалення
Але крім казана на роботу теплопостачання впливають технічні характеристики інших компонентів. Тому потрібно знати, як розрахувати потужність батареї опалення. Фактично у ній відбувається теплова передача енергії від гарячої води повітрі у приміщенні.
Для розрахунку потужності батарей опалення необхідно фактично визначити їхню тепловіддачу. Так називається сам процес передачі тепла віднагрітого тіла повітря в приміщення. Є кілька факторів, що впливають на цей показник. Головним є матеріал виготовлення. Чим менший опір теплопередачі у батареї – тим нижчі теплові втрати. Однак водночас потрібно враховувати ефект акумулювання енергії. Це спостерігається у чавунних конструкцій. Так як для розрахунку потужність батареї опалення необхідно знати рівень заповнення її гарячою водою слід обчислити загальну площу конструкції. Від цього залежить сумарна тепловіддача.
Для розрахунків необхідно визначити Δt за такою формулою:
Δt=((Тпод-Тобр)/2)-Тпом
ДеТпод,Тобр іТпом - температури в трубі, що подає, зворотній трубі і в приміщенні.
Для обчислення потужності чавунних радіаторів опалення знадобиться коефіцієнт теплопровідності конкретного матеріалу та загальна площа конструкцій. Перше можна взяти із стандартних таблиць. Для біметалічних моделей у розрахунку потужності радіатора опалення враховується сталеві сердечники трубопроводів та алюмінієва нагрівальна поверхня.
Обчислення виконується за такою формулою:
Q=Δt*k*S
ДеQ - питома теплоємність радіатора;К - коефіцієнт теплопровідності;S - загальна площа конструкції.
Таким чином, можна розрахувати потужність батареї опалення. Однак на практиці це важко, тому що залишаються невідомими кілька факторів - фактична товщина стінки, додаткові елементи, які використовуються при виготовленні. Також у розрахунку потужності батареї теплопостачання не враховуються теплові втрати у приміщенні.
Більшість виробників вказує у паспорті радіатора номінальну потужність. Але це робиться лише для одного теплового режиму опалення. Тому взявшиза основу паспортних даних виробу можна точно розрахувати потужність радіатора теплопостачання.
Фактичні показники тепловіддачі батареї залежить від правильності її установки. При розрахунку потужності сталевих радіаторів опалення не враховується їхнє розташування щодо підвіконня, підлоги та стін у кімнаті.
Обчислення потужності циркуляційного насоса
У закритих системах теплопостачання циркуляція рідини відбувається примусово. Перш ніж розрахувати потужність насоса для опалення потрібно скласти схему теплопостачання. Тільки після цього можна приступати до обчислень.
Існує кілька параметрів, що визначають основні характеристики цього компонента опалення. Робота насоса спрямовано збільшення швидкості руху теплоносія у системі. Крім цього, він не повинен створювати надмірні гідравлічні навантаження, підвищувати шум. Саме тому важливо розрахувати потужність насоса для опалення.
Для виконання обчислень знадобляться такі характеристики обладнання:
- Продуктивність. Вона характеризує кількість тепла, що переноситься за одиницю часу трубопроводами за допомогою циркуляційного насоса;
- Гідравлічний опір. Це втрата тиску в магістралях через тертя води про внутрішню поверхню компонентів теплопостачання. При розрахунку потужності насоса для опалення цей показник є одним із визначальних, оскільки від нього залежить швидкість потоку теплоносія;
- Споживана потужність. Вказується виробником у паспорті пристрою. Визначається характеристиками електродвигуна, що підключений до ротора насоса.
На першому етапі розрахунку потужності циркуляційного насоса для опалення слід визначити продуктивність.Для цього знадобиться необхідна теплова потужність системи теплопостачання. Розрахунок продуктивності виконуються за такою формулою:
Q=(0.86*R)/(Tпід-Тоб)
ДеQ - продуктивність пристрою;R - розрахункова теплова потужність, Вт;Тпод таТоб – температура води в трубі опалення, що подає і зворотній.
Основним фактором, що впливає на продуктивність насоса, є теплова потужність системи. Найкраще визначити її максимально точно, щоб уникнути покупки пристрою з невідповідними параметрами. Також на розрахунок потужності насоса для теплопостачання впливають характеристики теплоносія. У разі використання антифризів номінальний показник необхідно збільшити на 10-15%, оскільки їхня щільність значно вища, ніж у дистильованої води.
Гідравлічний опір циркуляційного насоса визначається такою формулою:
Н = 1,3 * (R1 * L1 + R2 * L2 + ... Z1 + Z2) / 10000
ДеR1 іR2 - втрата тиску на подаючої та зворотній ділянках магістралі;L1 таL2 - протяжність трубопроводів;Z1 таZ2 - гідравлічний опір компонентів системи.
Останній показник для розрахунку потужності насоса для теплопостачання можна взяти із паспорта пристрою. Якщо ж такого немає – рекомендується використовувати дані з таблиці.
Компонент теплопостачання
Гідравлічний опір, Па