Расчет тепловой нагрузки на отопление здания: по укрупненным показателям и другие

Для обогрева помещений необходимы обогреватели подходящей мощности. Расчет тепловой нагрузки на отопление здания позволяет точно определить, какой мощности нужен котел, какие размеры радиаторов необходимо установить и какая схема отопления будет наиболее эффективной. При расчетах учитываются многие факторы.

Понятия тепловой нагрузки

Расчет теплопотерь ведется отдельно для каждого помещения в зависимости от площади или объема

Отопление помещений является компенсацией потерь тепла. Через стены, фундаменты, окна и двери тепло постепенно отводится наружу. Чем ниже температура наружного воздуха, тем быстрее тепло передается наружу. Для поддержания комфортной температуры внутри здания установлены обогреватели. Их производительность должна быть достаточно высокой, чтобы покрыть потери тепла.

Тепловая нагрузка определяется как сумма тепловых потерь здания, равная необходимому эффекту обогрева. Подсчитав, сколько и как дом теряет тепла, узнают мощность системы отопления. Общего значения недостаточно. Комната с 1 окном теряет меньше тепла, чем комната с 2 окнами и балконом, поэтому показатель рассчитывается для каждой комнаты отдельно.

При расчете необходимо учитывать высоту потолка. Если она не превышает 3 м, производится расчет размера площади. Если высота от 3 до 4 м, расход рассчитывается по объему.

Факторы, влияющие на ТН

Теплоизоляция – внутренняя или внешняя – значительно снижает потери тепла

Потери тепла зависят от многих факторов:

• Фундамент – утепленный вариант сохраняет тепло в доме, неутепленный пропускает до 20%.
• Стена – поризованный бетон или деревянное бетонное покрытие имеет значительно меньший расход, чем кирпичная стена. Красный глиняный кирпич лучше сохраняет тепло, чем силикатный кирпич. Важна и толщина перегородки: кирпичная стена толщиной 65 см и пенобетон толщиной 25 см имеют одинаковый уровень теплопотерь.
• Отопление – теплоизоляция существенно меняет картину. Наружное утепление пенополиуретаном – лист толщиной 25 мм – одинаково эффективно при второй кирпичной стене толщиной 65 см. Отделка пробкой внутри — лист 70 мм — заменяет пенобетон 25 см. Не зря специалисты говорят, что эффективное отопление начинается с правильного утепления.
• Крыша – наклонная конструкция и утепленный чердак снижают потери. Плоская крыша из железобетонных плит пропускает до 15% тепла.
• Площадь стекла – теплопроводность стекла очень высока. Независимо от того, насколько плотны рамы, тепло уходит через стекло. Чем больше окон и больше площадь, тем выше тепловая нагрузка на здание.
• Вентиляция – уровень теплопотерь зависит от производительности устройства и частоты использования. Система рекуперации позволяет несколько снизить потери.
• Разница между температурой снаружи и внутри дома – чем она больше, тем выше нагрузка.
• Распределение тепла в здании – влияет на производительность каждого помещения. Помещения внутри здания остывают меньше: в расчетах комфортной температурой здесь считается +20 С. Торцевые помещения остывают быстрее – нормальная температура здесь будет +22 С. На кухне достаточно обогревать воздуха до +18 С, так как есть много других источников тепла: плита, духовка, холодильник.

При расчете тепловой нагрузки многоквартирного дома учитывают материал, толщину и изоляцию перегородок и крыш.

Характеристики объекта для расчета

Для дома с большими стеклопакетами требуется более интенсивное отопление

Тепловая нагрузка на отопление и теплопотери дома не одно и то же. Техническое здание не нужно так интенсивно отапливать, как жилые помещения. Прежде чем приступить к расчетам, необходимо определить следующее:

• Назначение объекта жилой дом, квартира, школа, спортзал, магазин. Потребности в отоплении разные.
• К особенностям архитектуры относятся размеры оконных и балконных проемов, устройство кровли, наличие чердаков и подвалов, этажность здания и так далее.
• Температурные нормы – для жилых комнат и офисов они разные.
• Назначение помещения – параметр важен для промышленных объектов, так как для каждого цеха или даже участка требуется свой температурный режим.
• Конструкция наружных ограждений – наружные стены и кровли.
• Уровень обслуживания – наличие горячей воды снижает теплопотери, усиливается интенсивно работающая вентиляция.
• Количество людей, постоянно проживающих в доме – например, влияет на показатели температуры и влажности.
• Количество точек забора теплоносителя – чем их больше, тем больше потери тепла.
• Другими особенностями являются, например, наличие бассейна, сауны, теплицы или количество часов пребывания здания.

При расчете теплопотерь в магазине или на объекте общественного питания учитывается количество оборудования, вырабатывающего тепло – витрины, холодильники, кухонные приборы.

Виды тепловых нагрузок

В расчетах учитываются средние сезонные температуры

Тепловые нагрузки имеют различный характер. Существует определенный постоянный уровень теплопотерь, связанный с толщиной стены, конструкцией крыши. Он временный – при резком снижении температуры, при интенсивной вентиляции легких. Это также учитывается при расчете всей тепловой нагрузки.

Сезонные нагрузки

Так называемые потери тепла связаны с погодой. К ним относятся:

• разница между температурой наружного воздуха и воздуха в помещении;
• скорость и направление ветра;
• количество солнечной радиации – при высокой теплоизоляции здания и большом количестве солнечных дней даже зимой дом меньше охлаждается;
• влажность воздуха.

Сезонная нагрузка характеризуется переменным годовым графиком и постоянным суточным графиком. Сезонная тепловая нагрузка приходится на отопление, вентиляцию и кондиционирование. Первые два вида называются зимними.

В формулах используются не кратковременные резкие изменения температуры и влажности – максимальные, а средние значения: значения, наблюдаемые в течение 5 самых холодных дней 5 самых холодных зим за 50 лет.

Постоянные тепловые

Промышленное холодильное оборудование вырабатывает большое количество тепла

Предусмотрено круглогодичное горячее водоснабжение и технологическое оборудование. Последнее важно для промышленных предприятий: котлы, промышленные холодильники, паровые камеры выделяют огромное количество тепла.

В жилых домах нагрузка на горячее водоснабжение становится сравнимой с нагрузкой на отопление. Это значение мало меняется в течение года, но сильно варьируется в зависимости от времени суток и дня недели. Летом расход горячей воды снижается на 30%, так как температура воды в холодном водопроводе на 12 градусов выше, чем зимой. В холодное время года увеличивается потребление горячей воды, особенно в выходные дни.

Сухое тепло

Комфортный режим определяется температурой и влажностью воздуха. Эти параметры рассчитываются с использованием условий сухого и скрытого тепла. Сухой – это значение, измеренное специальным сухим термометром. На него влияют:

• стекло и дверные проемы;
• солнечные и отопительные нагрузки для зимнего отопления;
• перегородки между помещениями с разной температурой, полы над пустым пространством, потолки под чердаками;
• трещины, щели, дыры в стенах и дверях;
• воздуховоды вне отапливаемых помещений и вентиляция;
• оборудование;
• люди.

Полы на бетонных основаниях, подземные стены в расчеты не включаются.

Скрытое тепло

Влажность в помещении повышает температуру внутри

Этот параметр определяет влажность. Источник:

• оборудование – прогревает воздух, снижает влажность;
• люди являются источником влаги;
• воздушные потоки, проходящие через трещины и щели в стенах.

Как правило, вентиляция не влияет на сухость помещения, но бывают и исключения.

Методики расчета тепловой нагрузки на отопление здания

Для расчета необходимой тепловой нагрузки данные о нормах температуры и влажности берутся из ГОСТ и СНиП. Также имеется информация о коэффициентах теплопередачи различных материалов и конструкций. При расчете необходимо учитывать паспортные данные на радиаторы, котел и другое оборудование.

Расчеты включают:

• расход тепловой энергии радиатора – максимальное значение;
• максимальный расход за 1 час при работе системы отопления;
• расходы на отопление в сезон.

Приблизительное значение дает соотношение между расчетными данными и площадью дома или комнат. Однако этот подход не учитывает конструктивные особенности здания.

Вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей

Формула расчета теплопотерь

Этот метод используется, когда невозможно определить точные характеристики здания. Для расчета тепловой нагрузки используйте формулу.

Qот = α*qо*V*(тв-тн.р); Где:

• q° – удельный тепловой показатель здания по проекту или типовой таблице. Для зданий разного назначения – многоквартирного дома, гаража, лаборатории – по-разному.
• а – поправочный коэффициент, разный для разных климатических зон.
• Vn – внешний объем здания, м³.
• Твн и Тнро – температура внутри дома и снаружи.

Метод позволяет рассчитать показатели как для всего здания, так и для каждой зоны или помещения. Однако в формулу не включены данные о теплопроводности материалов, из которых построен дом, а показатели для дерева, пенобетона и камня сильно различаются.

Определение теплоотдачи отопительно-вентиляционного оборудования

Приблизительная мощность батареи в зависимости от площади помещения

Для получения более достоверного результата используйте расчет для стен и окон и дополнительно рассчитайте тепловую нагрузку вентиляции. Расчеты производятся в несколько этапов:

• рассчитать площадь стен и стекла;
• рассчитать сопротивление теплопередаче по справочным данным;
• коэффициент рассчитывается по типу утеплителя – данные есть и в инструкции по строительству, можно проверить в паспорте изделия;
• рассчитать уровень теплопотерь через окна;
• расчетные значения умножаются на сумму температур (внутри и снаружи здания) и получается общий расход тепла.

Расчет тепловой вентиляционной нагрузки проводят по формуле Qв = с*м*(Тв-Тн), где:

• Qв – расход тепла на вентиляцию;
• с – теплоемкость воздуха;
• m – воздушная масса: в среднем для нормальной вентиляции требуется объем воздуха, равный трехкратной площади помещения; масса получается путем умножения значения на плотность воздуха;
• Tv-Tn – это разница между наружной и внутренней температурами.

Общая цифра получается путем сложения расчетных потерь тепла здания и потерь через вентиляцию.

Вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций

Обследование зданий тепловизионной камерой позволяет обнаружить утечки тепла, сырые места в помещениях

Если для расчетов использовать теоретические данные – показатели теплопотерь для каждого материала – результат все равно не совсем точен. В расчетах нельзя учитывать количество и размеры щелей и отверстий, работу с освещением и так далее.

Наиболее точный результат дает тепловизионное обследование здания. Процедуру проводят в темноте, при выключенном свете. Рекомендуется на время убрать ковры и мебель, чтобы не исказить показания.

Обследование проводится в 3 этапа:

• с помощью тепловизионной камеры изучают помещение изнутри, внимательно осматривают углы и стыки;
• измерять потери снаружи – при этом учитываются все особенности материалов и архитектуры;
• данные прибора передаются на компьютер, подсчитывается результат.

По результатам обследования даются рекомендации: по утеплению, реконструкции и выбору тепловых пунктов.

Современные котлы оснащены регуляторами тока. Это устройства, которые поддерживают производительность на заданном уровне, но предотвращают скачки и падения во время работы. Существуют ограничения на использование энергоресурсов: при превышении установленного значения увеличивается плата за газ или электроэнергию. РУТ ограничивает потребление энергии топливом.