Тепловой расчет отопления: Тепловой расчет здания — расчет тепловой нагрузки на отопление, теплотехнический расчет, расчет систем отопления — цена от 35 руб./м2 в Екатеринбурге

1. Тепловой расчет существенно упрощает бюрократические процессы, связанные с газификацией частного дома.
2. Определение мощности, требуемой для отопления жилья, позволяет выбрать нагревательный котел с оптимальными характеристиками. Вы не переплатите за избыточные характеристики изделия и не будет испытывать неудобств из-за того, что котел недостаточно мощен для вашего дома.
3. Тепловой расчет позволяет более точно подобрать радиаторы, трубы, запорную арматуру и прочее оборудование для отопительной системы частного дома. И в итоге все эти довольно дорогостоящие изделия проработают столько времени, сколько заложено в их конструкции и характеристиках.

Схема, иллюстрирующая систему отопления частного дома

Исходные данные для теплового расчета системы отопления

Прежде чем приступать к подсчетам и работе с данными, их необходимо получить. Здесь для тех владельцев загородных домов, которые прежде не занимались проектной деятельностью, возникает первая проблема – на какие характеристики стоит обратить свое внимание. Для вашего удобства они сведены в небольшой список, представленный ниже.

1. Площадь постройки, высота до потолков и внутренний объем.
2. Тип здания, наличие примыкающих к нему строений.
3. Материалы, использованные при возведении постройки – из чего и как сделаны пол, стены и крыша.
4. Количество окон и дверей, как они обустроены, насколько качественно утеплены.
5. Для каких целей будут использоваться те или иные части здания – где будут располагаться кухня, санузел, гостиная, спальни, а где – нежилые и технические помещения.
6. Продолжительность отопительного сезона, средний минимум температуры в этот период.
7. «Роза ветров», наличие неподалеку других строений.
8. Местность, где уже построен или только еще будет возводиться дом.
9. Предпочтительная для жильцов температура тех или иных помещений.
10. Расположение точек для подключения к водопроводу, газу и электросети.

Теплопотери в доме

Мероприятия по теплоизоляции, приведенные на изображении выше, помогут существенно уменьшить количество энергии и теплоносителя, необходимого для обогрева жилого дома

Расчет мощности системы отопления по площади жилья

Одним из наиболее быстрых и простых для понимания способов определения мощности отопительной системы является расчет по площади помещения. Подобный метод широко применяется продавцами нагревательных котлов и радиаторов. Расчет мощности системы отопления по площади происходит в несколько простых шагов.

Возможно, Вас заинтересует информация-теплосчетчики на отопление

Шаг 1. По плану или уже возведенному зданию определяется внутренняя площадь постройки в квадратных метрах.

Шаг 2. Полученная цифра умножается на 100-150 – именно столько ватт от общей мощности отопительной системы нужно на каждый м² жилья.

Шаг 3. Затем результат умножается на 1,2 или 1,25 – это необходимо для создания запаса мощности, чтобы отопительная система была способна поддерживать комфортную температуру в доме даже в случае самых сильных морозов.

Шаг 4. Вычисляется и записывается конечная цифра – мощность системы отопления в ваттах, необходимая для обогрева того или иного жилья. В качестве примера – для поддержания комфортной температуры в частном доме площадью 120 м

Совет! В некоторых случаях владельцы коттеджей разделяют внутреннюю площадь жилья на ту часть, которой требуется серьезный обогрев, и ту, для которой подобное излишне. Соответственно, для них применяются разные коэффициенты – к примеру, для жилых комнат это 100, а для технических помещений – 50-75.

Шаг 5. По уже определенным расчетным данным подбирается конкретная модель нагревательного котла и радиаторов.

Расчет площади коттеджа по его плану. Также здесь отмечены магистрали отопительной системы и места установки радиаторов

Таблица расчета мощности радиаторов по площади помещения

Следует понимать, что единственным преимуществом подобного способа теплового расчета отопительной системы является скорость и простота. При этом метод обладает множеством недостатков.

1. Отсутствие учета климата в той местности, где возводиться жилье – для Краснодара система отопления с мощностью 100 Вт на каждый квадратный метр будет явно избыточной. А для Крайнего Севера она может оказаться недостаточной.
2. Отсутствие учета высоты помещений, типа стен и полов, из которых они возведены – все эти характеристики серьезно влияют на уровень возможных тепловых потерь и, следовательно, на необходимую мощность отопительной системы для дома.
3. Сам способ расчета системы отопления по мощности изначально был разработан для больших производственных помещений и многоквартирных домов. Следовательно, для отдельного коттеджа он не является корректным.
4. Отсутствие учета количества окон и дверей, выходящих на улицу, а ведь каждый из подобных объектов является своеобразным «мостиком холода».

Так имеет ли смысл применять расчет системы отопления по площади? Да, но только в качестве предварительных прикидок, позволяющих получить хоть какое-то представление о вопросе. Для достижения лучших и более точных результатов следует обратиться к более сложным методикам.

Расчет мощности системы отопления по объему жилья

Представим следующий способ расчета мощности системы отопления – он также является довольно простым и понятным, но при этом отличается более высокой точностью конечного результата. В данном случае основой для вычислений становится не площадь помещения, а его объем. Кроме того, в расчете учитывается количество окон и дверей в здании, средний уровень морозов снаружи. Представим небольшой пример применения подобного метода – имеется дом общей площадью 80 м², комнаты в котором имеют высоту 3 м. Постройка располагается в Московской области. Всего есть 6 окон и 2 двери, выходящие наружу. Расчет мощности тепловой системы будет выглядеть так.                                                                                     «Как сделать автономное отопление в многоквартирном доме, Вы можете прочитать в нашей статье».

Шаг 1. Определяется объем здания. Это может быть сумма каждой отдельной комнаты либо общая цифра. В данном случае объем вычисляется так – 80*3=240 м³.

Шаг 2. Подсчитывается количество окон и количество дверей, выходящих на улицу. Возьмем данные из примера – 6 и 2 соответственно.

Шаг 3. Определяется коэффициент, зависящий от местности, в которой стоит дом и того, насколько там сильные морозы.

Таблица. Значения региональных коэффициентов для расчета мощности отопления по объему.

Тип зимы	Значение коэффициента	Регионы, для которых данный коэффициент применим
Теплая зима. Холода отсутствуют или очень слабы	От 0,7 до 0,9	Краснодарский край, побережье Черного моря
Умеренная зима	1,2	Средняя полоса России, Северо-Запад
Суровая зима с достаточно сильными холодами	1,5	Сибирь
Экстремально холодная зима	2,0	Чукотка, Якутия, регионы Крайнего Севера

Расчет мощности системы отопления по объему жилья

Так как в примере речь идет о доме, построенном в Московской области, то региональный коэффициент будет иметь значение 1,2.

Шаг 4. Для отдельно стоящих частных коттеджей определенное в первой операции значение объема здания умножается на 60. Делаем подсчет – 240*60=14 400.

Шаг 5.

Шаг 6. Число окон в доме умножается на 100, число дверей, выходящих наружу – на 200. Результаты суммируются. Вычисления в примере выглядят следующим образом – 6*100 + 2*200 = 1000.

Шаг 7. Цифры, полученные по итогам пятого и шестого шагов, суммируются: 17 280 + 1000 = 18 280 Вт. Это и есть мощность отопительной системы, необходимая для поддержания оптимальной температуры в здании при условиях, указанных выше.

Стоит понимать, что расчет системы отопления по объему также не является абсолютно точным – в вычислениях не уделяется внимание материалу стен и пола здания и их теплоизоляционным свойствам. Также не делается поправка на естественную вентиляцию, свойственную любому дому.

Расчет  количества секций радиаторов отопления- калькулятор

Укажите запрашиваемые данные и нажмите
«РАССЧИТАТЬ ОБЪЕМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ»

.

КОТЁЛ

Объем теплообменника котла , литров (паспортная величина)

.

РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАК

Объем расширительного бака, литров

.

ПРИБОРЫ ИЛИ СИСТЕМЫ ТЕПЛООБМЕНА

.

Разборные, секционные радиаторы

Тип радиатора:

— чугунные МС-140 с межосевым 500 мм — чугунные МС-140 с межосевым 300 мм — чугунные ЧМ-2 с межосевым 500 мм — чугунные ЧМ-2 с межосевым 300 мм — алюминиевые с межосевым 500 мм — алюминиевые с межосевым 350 мм — биметаллические с межосевым 500 мм — биметаллические с межосевым 350 мм

Общее количество секций

.

Неразборные радиаторы и конвекторы

Объем прибора по паспорту

Количество приборов

Теплый пол

— нет — есть

.

ТРУБЫ КОНТУРА ОТОПЛЕНИЯ (подача + обратка)

Стальные трубы ВГП

Армированные полипропиленовые трубы

Металлопластиковые трубы

.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ (теплоаккумулятор, гидрострелка, коллектор, теплобоменник и другие)

Наличие дополнительных приборов и устройств:

— нет — есть

Видео — Мощность котла и емкость системы отопления

Тепловой расчет системы отопления – пошаговая инструкция

Перейдем от быстрых и простых способов расчета к более сложному и точному методу, учитывающему различные факторы и характеристики жилья, для которого проектируется система отопления. Используемая формула похожа по своему принципу на ту, что использовалась для расчета по площади, но дополнена огромным количеством корректирующих коэффициентов, каждый из которых отображает тот или иной фактор или характеристику здания.

Q=1,2*100*S*К₁*К₂*К₃*К₄*К₅*К₆*К₇

Теперь разберем составляющие этой формулы по отдельности. Q – конечный результат вычислений, необходимая мощность отопительной системы. В данном случае представлен в ваттах, при желании вы можете перевести его в КВт*ч. Как рассчитать объем воды в системе отопления, Вы можете прочитать в нашей статье.

А 1,2 – это коэффициент резерва по мощности. Желательно учитывать его в ходе расчетов – тогда вы точно можете быть уверены в том, что нагревательный котел обеспечит вам комфортную температуру в доме даже в самые сильные морозы за окном.

Отопительный котел должен обеспечивать комфортную температуру вне зависимости от погоды за окном

Цифру 100 вы могли видеть ранее – это количество ватт, необходимых для обогрева одного квадратного метра жилой комнаты. Если речь идет о нежилом помещении, кладовке и т. д. – его можно изменить в меньшую сторону. Также данная цифра нередко корректируется, исходя из личных предпочтений хозяина дома – кому-то комфортно в «натопленной» и очень теплой комнате, кому-то больше по душе прохлада поэтому печь с водяным контуром для отопления дома, возможно подойдет вам.

S – площадь комнаты. Высчитывается на основе плана постройки или уже по готовым помещениям.

Теперь перейдем непосредственно к корректирующим коэффициентам. К₁ учитывает конструкцию окон, применяющихся в той или иной комнате. Чем больше значение – тем выше потери тепла. Для самого простого одинарного стекла К₁ равен 1,27, для двойного и тройного стеклопакетов – 1 и 0,85 соответственно.

Виды стеклопакетов

К₂ учитывает фактор потерь тепловой энергии через стены здания. Значение зависит от того, из какого материала они сложены, и обладают ли слоем теплоизоляции.

Некоторые из примеров данного коэффициента приведены в следующем списке:

• кладка в два кирпича со слоем теплоизоляции 150 мм – 0,85;
• пенобетон – 1;
• кладка в два кирпича без теплоизоляции – 1,1;
• кладка в полтора кирпича без теплоизоляции – 1,5;
• стена бревенчатого сруба – 1,25;
• стена из бетона без утепления – 1,5.

Затраты на утеплитель на этапе строительства дома окупят себя путем экономии на счетах за газ и воду

К₃ показывает соотношение площади окон к площади помещения. Очевидно, что чем больше их – тем выше теплопотери, так как каждое окно является «мостиком холода», и полностью этот фактор нельзя устранить даже для самых качественных тройных стеклопакетов с прекрасным утеплением. Значения данного коэффициента приведены в таблице ниже.

Таблица. Корректирующий коэффициент соотношения площади окон к площади помещения.

По своей сути К₄ похож на региональный коэффициент, который использовался в тепловом расчете системы отопления по объему жилья. Но в данном случае он привязан не к какой-то конкретной местности, а к среднему минимуму температуры в самый холодный месяц года (обычно для этого выбирается январь). Соответственно, чем этот коэффициент выше, тем больше энергии потребуется для отопительных нужд – прогреть помещение при -10°С намного проще, чем при -25°С.

Все значения К₄ приведены ниже:

• до -10°С – 0,7;
• -10°С – 0,8;
• -15°С – 0,9;
• -20°С – 1,0;
• -25°С – 1,1;
• -30°С – 1,2;
• -35°С – 1,3;
• ниже -35°С – 1,5.

Это карта среднемесячных температур в России на январь

Следующий коэффициент К₅ учитывает число стен в помещении, выходящих наружу. Если она одна – его значение равно 1, для двух – 1,2, для трех – 1,22, для четырех – 1,33.

Важно! В ситуации, когда тепловой расчет применяется для всего дома сразу, используется К₅, равный 1,33. Но значение коэффициента может уменьшиться в том случае, когда к коттеджу пристроен отапливаемый сарай или гараж.

Перейдем к двум последним корректирующим коэффициентам. К₆ учитывает то, что находится над помещением – жилой и отапливаемый этаж (0,82), утепленный чердак (0,91) или холодный чердак (1).

К₇ корректирует результаты расчета в зависимости от высоты комнаты:

• для помещения высотой 2,5 м – 1;
• 3 м – 1,05;
• 5 м – 1,1;
• 0 м – 1,15;
• 5 м – 1,2.

Совет! При расчетах также стоит обратить внимание на розу ветров в той местности, где будет располагаться дом. Если он будет постоянно находиться под воздействием северного ветра, то потребуется более мощная двухтрубная система отопления частного дома.

Результатом применения формулы, изложенной выше, станет требуемая мощность отопительного котла для частного дома. А теперь приведем пример расчета по данному способу. Исходные условия следующие.

1. Площадь помещения – 30 м². Высота – 3 м.
2. В качестве окон используются двойные стеклопакеты, их площадь относительно таковой у комнаты – 20%.
3. Тип стены – кладка в два кирпича без слоя теплоизоляции.
4. Средний минимум января для местности, где стоит дом, составляет -25°С.
5. Помещение является угловым в коттедже, следовательно, наружу выходят две стены.
6. Над комнатой – утепленный чердак.

Формула для теплового расчета мощности отопительной системы будет выглядеть следующим образом:

Q=1,2*100*30*1*1,1*1*1,1*1,2*0,91*1,02=4852 Вт

Двухтрубная схема нижней разводки системы отопления

Важно! Существенно ускорить и упростить процесс расчета системы отопления поможет специальное программное обеспечение.

Программный продукт nanoCAD «Отопление» включает в себя специализированные инструменты инженера-проектировщика отопительных систем

После завершения расчетов, изложенных выше, необходимо определить, сколько радиаторов и с каким числом секций понадобится для каждого отдельного помещения. Для подсчета их количества есть простой способ.

Шаг 1. Определяется материал, из которого будут изготовлены батареи отопления в доме. Это может быть сталь, чугун, алюминий или биметаллический композит.

Шаг 2. Далее указываются места, где будут располагаться радиаторы. В большинстве помещений они находятся под окнами – там батарея создает воздушную тепловую завесу, мешающую холоду проникнуть внутрь.

Шаг 3. Подбираются модели радиаторов, подходящих владельцу частного дома по стоимости, материалу и некоторым другим характеристикам.

Шаг 4. На основании технической документации, ознакомиться с которой можно на сайте компании-производителя или продавца радиаторов, определяется, какую мощность выдает каждая отдельная секция батареи.

Шаг 5. Последний шаг – разделить мощность, требуемую на обогрев помещения, на мощность, вырабатываемую отдельной  секцией радиатора.

Мощность и теплоотдача радиаторов

На этом ознакомление с базовыми знаниями о тепловом расчете системы отопления и способах его осуществления можно считать законченным. Для получения большего объема информации желательно обратиться к специализированной литературе. Также будет не лишним ознакомиться с нормативными документами, такими как СНиП 41-01-2003.

СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Файл для скачивания (нажмите на ссылку, чтобы открыть PDF-файл в новом окне).

СНиП 41-01-2003

Тепловой расчет системы отопления

Схема, иллюстрирующая систему отопления частного дома

Теплопотери в доме

Мероприятия по теплоизоляции, приведенные на изображении выше, помогут существенно уменьшить количество энергии и теплоносителя, необходимого для обогрева жилого дома

Расчет площади коттеджа по его плану. Также здесь отмечены магистрали отопительной системы и места установки радиаторов

Таблица расчета мощности радиаторов по площади помещения

Расчет мощности системы отопления по объему жилья

Отопительный котел должен обеспечивать комфортную температуру вне зависимости от погоды за окном

Виды стеклопакетов

Затраты на утеплитель на этапе строительства дома окупят себя путем экономии на счетах за газ и воду

Это карта среднемесячных температур в России на январь

Двухтрубная схема нижней разводки ситемы отопления

Программный продукт nanoCAD «Отопление» включает в себя специализированные инструменты инженера-проектировщика отопительных систем

Мощность и теплоотдача радиаторов

Базовые тепловые расчеты — EngineeringClicks

Теплотехника является одной из наиболее фундаментальных областей машиностроения и химической инженерии, а изучение теплообмена является одной из наиболее важных дисциплин. Тепло — это энергия, поэтому теплопередача — это практически передача энергии, которая происходит в небольших масштабах, но влияет на большие системы, такие как установки для сбора возобновляемой энергии, промышленные системы охлаждения, паровые электростанции и т. д. В этом посте мы рассмотрим основы теплотехники и теплообмена с упоминанием основных концепций и расчетов, которые инженеры выполняют для определения производительности систем теплообмена, охлаждения и отопления.

2-й закон термодинамики

Прежде чем мы приступим к собственно математическим расчетам теплопередачи, важно отметить, что согласно второму закону термодинамики тепло может передаваться только от горячего объекта к более холодному. Это связано с тем, что для изолированной системы энтропия имеет тенденцию увеличиваться до максимального значения, поэтому энергия практически рассеивается между элементами системы, и через достаточное время все массовые частицы будут иметь одинаковое количество энергии или тепла, если хотите. . Тем не менее, у вас не может быть теплового потока от более холодного объекта к более горячему, потому что это нарушает второй закон термодинамики.

Основные величины, формулы и свойства

Продолжая с того места, где мы ушли из предыдущего абзаца, я начну с энтропии , которая символизируется буквой «S» и связана с «Q», которая представляет собой тепловую энергию ( измеряется в джоулях) и «T» — температура (измеряется в градусах Кельвина). Для изолированной системы энтропия будет возрастать до максимального значения, поэтому мы имеем ΔS = Q/T, что означает, что начальное и конечное значение S определяется общей тепловой энергией и температурой системы.

Продолжая дальше, а поскольку передача тепла происходит на молекулярном уровне, для инженеров важно уметь рассчитать количество молей материала для данной массы (измеряется в граммах). Это рассчитывается по формуле n = m/M, где «M» — это полученная (или полученная) молярная масса . Например, молярная масса воды составляет около 18 г/моль, поэтому, если у вас есть 500 граммов воды, вы на самом деле имеете 27,7 молей воды. Теперь, чтобы определить количество молей в молекулах, нужно умножить 27,7 на число Авогадро, которое равно 6,02*10 9 .0025 23 . Результат обозначается буквой «N».

Основным соображением является удельная теплоемкость , которая указывает количество энергии на единицу массы, достаточное для повышения температуры объекта на один градус Цельсия. Это связывает разность температур с количеством обмениваемой энергии и выражается формулой «Q=cmΔT». Часть «с» представляет собой удельную теплоемкость, представленную в таблицах и измеренную в «Джоулях/г*Цельсия».

Далее у нас есть скорость теплопередачи «Q _dot » измеряется в джоулях в секунду, что важно для оценки производительности теплообменников, а также указывает на то, когда система достигла теплового равновесия. Точно так же существует тепловой поток (q _вектор ), который указывает, сколько энергии в джоулях в секунду (Ваттах) течет от или к квадратному метру площади теплообменника. Этот поток зависит от разности температур двух тел, составляющих элементы, обменивающиеся энергией, толщина (dx) и теплопроводность  (k), которая определяется экспериментально. Например, для воды значение k равно 0,591 Вт/(м*К). Формула, которая позволяет нам рассчитать тепловой поток, представляет собой q _вектор = -k(dT/dx) или, альтернативно, «P=dQ/dt» для более общего результата объемной энергии без учета площади и толщины тел.

Поскольку материалы обладают значением собственной теплопроводности, они также имеют собственное тепловое сопротивление 92/Вт. Формула, которая обеспечивает тепловое сопротивление, выглядит так: «R = ΔT/q» или «R = dx/k», если мы снова рассматриваем толщину материала для расчета теплоизоляции.

Наконец, мы должны также включить свойство скрытой теплоты , которое обозначается как «Q _L » и определяется формулой: Q _L =m*L, где «L» — удельная скрытая теплота. значение приведено в таблицах и измерено в кДж/кг. Скрытая теплота – это количество энергии, которое требуется материалу для изменения фазы без изменения температуры. Например, чтобы превратить жидкую воду в пар, мы должны передать определенное количество энергии молекулам воды, чтобы вода закипела и превратилась в газ. Поскольку мы поставляем эту энергию в виде тепла, вода кипит при стабильной температуре 100 градусов по Цельсию, испаряясь в пар. Количество энергии, которое используется для этого фазового перехода при стабильной температуре, называется скрытой теплотой.

Пример основных тепловых расчетов

Вот простой пример охлаждения горячего объекта путем его погружения в резервуар с водой. Из второго закона термодинамики мы знаем, что через достаточное время горячий объект и вода достигнут теплового равновесия. Предположим, что бак находится в помещении при постоянной температуре 20 градусов Цельсия, как определено в нашей системе, и что в баке находится 100 кг воды. Погружаем предмет массой 10 кг из чугуна с удельной теплоемкостью 0,46 Дж/г*Цельсия и температурой 500 градусов Цельсия. Какой будет конечная температура?

Используя формулу, описанную в разделе «Удельная теплоемкость» нашего поста, мы предполагаем, что тепловая энергия, которая должна быть потеряна из чугунного предмета, будет такой же, как тепловая энергия, полученная водой в процессе. Таким образом, у нас есть Q _CI = Q _W => CM _CI Δτ _CI = CM _W Δτ _W => 0,46*10000*(500-T _Final ) = 4,186*1006*10000*(500-T _Final ) = 4,186*1006*100000*100000*100000*100000*100000*100000*100000*100000*1006*100000*1006*10000*(500-T _Final ) = 4. (T _final -20) => T _final = 25,2 градуса Цельсия . Это будет конечная температура как воды в резервуаре, так и чугунного предмета.

Термические расчеты

Обзор

1. Расчет мощности при закалке (нагреве/охлаждении) жидких сред

2. Расчет времени обработки для заданной мощности нагрева

3. Расчет потребности в охлаждении для охлаждения помещения с потолочный вентилятор и работа с гликолем

4. Расчет температуры смеси двух жидкостей

5. Расчет объема газа

1. Расчет производительности при закалке (нагреве/охлаждении) жидких сред

=> Мощность [ P ]

=> Время обработки 6 90 Жидкость объем:

литра

Тепловая мощность:

кДж/(кгК)

Разница температур:

°К / °С

Тепловые потери (резерв):

%

Плотность:

кг/дм³

Тепловая мощность:

кВт

Результат [ сек. ]

Пример:

Сколько времени потребуется, чтобы нагреть воду объемом 5000 литров с 20°C до 30°C, если тепловая мощность нагревателя (или поверхности нагрева в стенке бака) составляет 243 кВт? Дополнительные 40% должны быть включены для абсолютной уверенности.

— Объемный расход: 5000 литров

— Теплоемкость: 4,1819 кДж/кгK

— Разница температур: 10°K

— Теплопотери: 40%

— Плотность: 0,998234 кг/дм3 — Теплопроизводительность:

243 кВт

Результат: t = 1203 секунды

3. Потребность в охлаждении для охлаждения помещения с потолочным вентилятором и режимом работы с гликолем

=> Требуемая мощность охлаждения