Какие параметры нуждаются в расчете при проектировании автономной системы отопления? Как выполняется расчет системы отопления частного дома в каждом конкретном случае? В статье мы предоставим в распоряжение читателя все необходимые формулы, справочные данные и сопроводим расчеты примерами.
Нам предстоит узнать, насколько это сложно – рассчитать параметры автономного отопления.
Что считаем
Из каких этапов состоит расчет системы отопления для частного дома?
Что именно нам предстоит считать?
- Суммарную потребность в тепле и соответствующую ей мощность отопительного котла.
- Потребность в тепловой энергии отдельного помещения и, соответственно, мощность отопительного прибора в нем.
Заметьте: нам предстоит затронуть и методы определения тепловой мощности для разных отопительных приборов.
- Объем расширительного бака.
- Параметры циркуляционного насоса.
В этом порядке и двинемся дальше.
Тепловая мощность
Грубо оценить потребность дома в тепле можно двумя способами:
Расчет по площади
Эта методика предельно проста и основана на СНиП полувековой давности: на 10 квадратных метров площади берется один киловатт тепловой мощности. Таким образом, дом общей площадью 100 м2 можно обогреть 10-киловаттным котлом.
Схема хороша тем, что не требует лезть в дебри и высчитывать тепловое сопротивление ограждающих конструкций. Но, как любая упрощенная схема расчетов, она дает весьма приблизительный результат.
Быстро, просто и… неточно.
Причин несколько:
- Котел прогревает весь объем воздуха в помещении, который зависит не только от площади дома, но и от высоты потолков. А этот параметр в частном домостроении может варьироваться в широчайших пределах.
- Окна и двери теряют гораздо больше тепла на единицу площади, чем стены. Хотя бы потому, что куда более прозрачны для инфракрасного излучения.
- Климатическая зона тоже очень сильно влияет на потери тепла через ограждающие конструкции. Увеличение дельты температур между помещением и улицей вдвое потянет за собой двукратное увеличение затрат на отопление.
Расчет по объему с региональными коэффициентами
Именно в силу перечисленных причин лучше использовать ненамного более сложную, но дающую куда более точный результат схему расчетов.
Климатическая зона
Коэффициент
Краснодарский край, Крым
0,7 – 0,9
Московская, Ленинградская области
1,2 – 1,3
Иркутский, Хабаровский край
1,5 – 1,6
Якутия, Чукотка
2,0
Крым, Ялта, декабрь. Расходы на отопление здесь невелики.
Давайте в качестве примера возьмем тот самый дом площадью в 100 квадратных метров.
Однако в этот раз мы оговорим ряд дополнительных условий:
- Высота его потолков – 3,5 метра.
- Дом имеет 10 окон и 2 двери в наружных стенах.
- Он расположен в городе Верхоянске (средняя температура января 45,4 С, абсолютный минимум – 67,6 С).
Итак, выполним расчет отопления частного дома для этих условий.
Зима в Верхоянске.
Как несложно заметить, разница с результатом, полученным по первой методике – больше четырехкратной.
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:
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:
Тип секции
Тепловая мощность на одну секцию, ватты
Чугунная с внутренним оребрением
160
Чугунная без внутреннего оребрения
140
Биметаллическая
180
Алюминиевая
200
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.
Обратите внимание: они привлекают не только низкой себестоимостью, но и исключительной прочностью на разрыв, что очень кстати при подключении дома к теплотрассе.
В автономной системе отопления их привлекательность сводится на нет непритязательным внешним видом и невысокой теплоотдачей на единицу объема отопительного прибора.
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.
Расширительный бак
И в этом случае есть две методики расчета – простая и точная.
Простая схема
Простой расчет прост донельзя: объем расширительного бака берется равным 1/10 объема теплоносителя в контуре.
Откуда взять значение объема теплоносителя?
Вот пара простейших решений:
Стало быть, в этом случае разумным минимумом будет расширительный бак для системы отопления в 80 литров (с округлением в большую сторону до стандартного значения).
Стандартные объемы расширительных бачков.
Точная схема
Более точно можно своими руками рассчитать объем расширительного бака по формуле V = (Vt х E)/D, в которой:
- V – искомое значение в литрах.
- Vt – полный объем теплоносителя.
- E – коэффициент расширения теплоносителя.
- D – коэффициент эффективности расширительного бака.
Очевидно, последние два параметра нуждаются в комментариях.
Коэффициент расширения воды и бедных водно-гликолевых смесей можно взять по следующей таблице (при нагреве с исходной температуры в +10 С):
Нагрев, С
Расширение, %
30
0,75
40
1,18
50
1,68
60
2,25
70
2,89
80
3,58
90
4,34
100
5,16
А вот коэффициенты для теплоносителей с большим содержанием гликоля.
Коэффициент эффективности бачка можно рассчитать по формуле D = (Pv – Ps) / (Pv + 1), в которой:
- Pv – максимальное давление в контуре (давление срабатывания предохранительного клапана).
Подсказка: обычно оно берется равным 2,5 кгс/см2.
- Ps- статическое давление контура (оно же – давление зарядки бака). Оно рассчитывается как 1/10 часть перепада в метрах между уровнем расположения бака и верхней точкой контура (избыточное давление в 1 кгс/см2 поднимает водяной столб на 10 метров). Давление, равное Ps, создается в воздушной камере бака перед заполнением системы.
Давайте в качестве примера подсчитаем требования к бачку для следующих условий:
- Перепад высоты между баком и верхней точкой контура равен 5 метрам.
- Мощность отопительного котла в доме равна 36 КВт.
- Максимальный нагрев воды равен 80 градусам (с 10 до 90С).
Итак:
Вместо расчета коэффициент можно взять из таблицы.
Циркуляционный насос
Как подобрать оптимальные параметры циркуляционного насоса для системы отопления?
Для нас важны два параметра: создаваемый насосом напор и его производительность.
На фото – насос в отопительном контуре.
С напором все не просто, а очень просто: контур любой разумной для частного дома протяженности потребует напора не более минимальных для бюджетных устройств 2 метров.
Справка: перепад в 2 метра заставляет циркулировать систему отопления 40-квартирного дома.
Простейший способ подобрать производительность – умножить объем теплоносителя в системе на 3: контур должен оборачиваться трижды за час. Так, в системе объемом 540 литров достаточно насоса производительностью 1,5 м3/час (с округлением).
Более точный расчет выполняется по формуле G=Q/(1,163*Dt), в которой:
- G – производительность в кубометрах в час.
- Q – мощность котла или участка контура, где предстоит обеспечить циркуляцию, в киловаттах.
- 1,163 – коэффициент, привязанный к средней теплоемкости воды.
- Dt – дельта температур между подачей и обраткой контура.
Подсказка: для автономной системы стандартные параметры – 70/50 С.
При пресловутой тепловой мощности котла в 36 КВт и дельте температур в 20 С производительность насоса должна составлять 36/(1,163*20)=1,55 м3/ч.
Иногда производительность указывается в литрах в минуту. Пересчитать несложно.
Заключение
Надеемся, что предоставили в распоряжение читателя все необходимые материалы. Дополнительную информацию о том, как выполняется расчет отопления в частном доме, можно найти в прикрепленном видео. Успехов!
