Как произвести расчет тепловой нагрузки на отопление здания. Расчет тепловой нагрузки на отопление

Главная > Документ

РАСЧЕТ

тепловых нагрузок и годового количества

тепла и топлива для котельной

индивидуального жилого дома

Москва 2005

ООО «ОВК инжениринг»

Москва 2005

Общая часть и исходные данные

Настоящий расчет составлен для определения годового расхода тепла и топлива, необходимого для котельной, предназначенной для отопления и ГВС индивидуального жилого дома. Расчет тепловых нагрузок выполнен в соответствии со следующими нормативными документами:

МДК 4-05.2004 «Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения» (Госстрой РФ 2004 год); СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»; СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»; СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Характеристика здания:

Строительный объем здания – 1460 м Общая площадь – 350,0 м² Жилая площадь – 107,8 м² Расчетное количество жильцов – 4 человека

Климатол огические данные района строительства:

Место строительства: РФ, Московская область, г. Домодедово

Расчетные температуры воздуха:

Для проектирования системы отопления: t = -28 ºС Для проектирования системы вентиляции: t = -28 ºС В отапливаемых помещениях: t = +18 C

Поправочный коэффициент α (при -28 С) – 1.032

Удельная отопительная характеристика здания – q = 0.57 [Ккал/мч С]

Отопительный период:

Продолжительность: 214 суток Средняя температура отопительного периода: t = -3,1 ºС Средняя наиболее холодного месяца = -10,2 ºС КПД котла – 90%

Исходные данные для расчета ГВС:

Режим работы – 24 часа в сутки Продолжительность работы ГВС в отопительный период – 214 суток Продолжительность работы ГВС в летний период – 136 суток Температура водопроводной воды в отопительный период – t = +5 C Температура водопроводной воды в летний период – t = +15 C Коэффициент изменения расхода горячей воды в зависимости от периода года – β = 0,8 Норма расхода воды на горячее водоснабжение в сутки – 190 л/чел. Норма расхода воды на горячее водоснабжение в час – 10.5 л/чел. КПД бойлера – 90% КПД котла – 86%

Зона влажности – «нормальная»

Максимально-часовые нагрузки потребителей следующие:

На отопление - 0,039 Гкал/час На горячее водоснабжение - 0,0025 Гкал/час На вентиляцию - нет

Общий максимально-часовой расход тепла с учетом тепловых потерь в сетях и на собственные нужды - 0,0415 Гкал/час

Для отопления жилого дома предусматривается устройство котельной, оборудованной газовым котлом марки «Ишма-50» (производительность 48 кВт). Для горячего водоснабжения предусматривается установка накопительного газового бойлера «Ariston SGA 200» 195 л (производительность 10.1 кВт)

Мощность отопительного котла – 0,0413 Гкал/час

Мощность бойлера – 0,0087 Гкал/час

Топливо – природный газ; общий годовой расход натурального топлива (газа) составит 0,0155 млн. нм³ в год или 0,0177 тыс. т.у.т. в год условного топлива.

Расчет составил: Л.А. Альтшулер

ПЕРЕЧЕНЬ

Данных, представляемых областными главными управлениями, предприятиями (объединениями) в Администрацию Московской области вместе с ходатайством об установлении вида топлива для предприятий (объединений) и теплопотребляющих установок.

Общие вопросы

Вопросы	Ответы
Министерство (ведомство)	Бурлаков В.В.
Предприятие и его местонахождение (область, район, населенный пункт, улица)	Индивидуальный жилой дом расположенный по адресу: Московская область, г. Домодедово ул. Соловьиная, д.1
Расстояние объекта до:- железнодорожной станции- газопровода- базы нефтепродуктов- ближайшего источника теплоснабжения (ТЭЦ, котельная) с указанием его мощности, загруженности и принадлежности
Готовность предприятия к использованию топливно-энергетических ресурсов (действующее, проектируемое, строящееся) с указанием категории	строящееся, жилое
Документы, согласования (заключения), дата, номер, наименование организации:- об использовании природного газа, угля;- о транспортировке жидкого топлива;- о строительстве индивидуальной или расширенной котельной.	Разрешение ПО Мособлгаз № _______ от ___________ Разрешение министерства ЖКХ, топлива и энергетики Московской области № _______ от ___________
На основании какого документа проектируется, строится, расширяется, реконструируется предприятие
Вид и количество (т.у.т.) используемого в настоящее время топлива и на основании какого документа (дата, номер, установленный расход), для твердого топлива указать его месторождение, а для донецкого угля – его марку	не используется
Вид запрашиваемого топлива, общий годовой расход (т.у.т.) и год начала потребления	природный газ; 0,0155 тыс. т.у.т. в год; 2005 год
Год выхода предприятия на проектную мощность, общий годовой расход (тыс. т.у.т.) топлива в этом году	2005 год; 0,0177 тыс. т.у.т.

Котельные установки

а) потребность в теплоэнергии

На какие нужды	Присоединенная максимальная тепловая нагрузка (Гкал/час)		Кол-во часов работы в году	Годовая потребность в тепле (Гкал)		Покрытие потребности в тепле (Гкал/год)
	Сущест-вующая	руемая, включая			Проек-тируе-мая, включая	Ко-тель-ная	ричные энер- го ре-сурсы	За счет дру-гих
Горячее водо- снабже-ние
кие нужды
ние потреби-
ствен-ные котель-ной
Потери в тепло-вых

Примечание: 1. В графе 4 указать в скобках число часов работы в году технологического оборудования при максимальных нагрузках. 2. В графах 5 и 6 показать отпуск тепла сторонним потребителям.

б) состав и характеристика оборудования котельных, вид и годовой

расход топлива

Тип котлов по группам			Используемое топливо			Запрашиваемое топливо
			Вид основ- ного (резер-	ный расход	вой расход	Вид основ- ного (резер-	ный расход	вой расход
Действующиеиз них:демонтируемые
«Ишма-50»«Ariston SGA 200»		0,050						тыс. т.у.т. в год;

Примечание: 1. Годовой расход топлива указать общий по группам котлов. 2. Удельный расход топлива указать с учетом собственных нужд котельной. 3. В графах 4 и 7 указать способ сжигания топлива (слоевой, камерный, в кипящем слое).

Потребители тепла

	Потребители тепла	Максимальные тепловые нагрузки (Гкал/час)			Технология
		Отопле-ние		Горячее водо-снабже-ние
	Жилой дом
	Жилой дом
	Итого по жилому дому

Потребность в тепле на производственные нужды

	Потребители тепла	Наименование продукции	продукции	Удельный расход тепла на единицу продукции	Годовое потребление тепла

Технологические топливопотребляющие установки

а) мощность предприятия по выпуску основных видов продукции

Вид продукции	Годовой выпуск (указать единицу измерения)		Удельный расход топлива (кг у.т./един. Продукции)
	существующий	проектируемый	фактический	расчетный

б) состав и характеристика технологического оборудования,

вид и годовой расход топлива

Тип техноло- гического оборудо-вания			Используемое топливо		Запрашиваемое топливо
				Годовой расход (отчетный) тыс. т.у.т.		Годовой расход (отчетный) с какого года тыс. т.у.т.

Примечание: 1. Кроме запрашиваемого топлива указать другие виды топлива, на которых могут работать технологические установки.

Использование топливных и тепловых вторичных ресурсов

Топливные вторичные ресурсы				Тепловые вторичные ресурсы
Вид, источ-	тыс. т.у.т.	Количество используемого топлива (тыс. т.у.т.)		Вид, источ-	тыс. т.у.т.	Количество используемого тепла (тыс. Гкал/час)
		Сущест-вующее				Существу-

РАСЧЕТ

часовых и годовых расходов тепла и топлива

Максимально-часовой расход тепла на отопление потребителей вычисляется по формуле:

Qот. = Vзд. х qот. х (Твн. - Тр.от.) х α [Ккал/час]

Где: Vзд.(м³) – объем здания; qот. (ккал/час*м³*ºС) – удельная тепловая характеристика здания; α – поправочный коэффициент на изменение величины отопительной характеристики зданий при температуре отличной от -30ºС.

Максимально-часовой расх од тепла на вентиляцию вычисляется по формуле:

Qвент. = Vн. х qвент. х (Твн. - Тр.в.) [Ккал/час]

Где: qвент. (ккал/час*м³*ºС) – удельная вентиляционная характеристика здания;

Средний расход тепла за отопительный период на нужды отопления и вентиляции вычисляется по формуле:

на отопление:

Qо.п. = Qот. х (Твн. – Тс.р.от.)/ (Твн. – Тр.от.) [Ккал/час]

На вентиляцию:

Qо.п. = Qвент. х (Твн. – Тс.р.от.)/ (Твн. – Тр.от.) [Ккал/час]

Годовые расходы тепла по зданию определяются по формуле:

Qот.год. = 24 х Qср.от. х П [Гкал/год]

На вентиляцию:

Qот.год. = 16 х Qср.в. х П [Гкал/год]

Среднечасовой расход тепла за отопительный период на горячее водоснабжение жилых зданий определяется по формуле:

Q = 1,2 m х a х (55 – Тх.з.)/24 [Гкал/год]

Где: 1,2 – коэффициент, учитывающий теплоотдачу в помещении от трубопровода систем горячего водоснабжения (1+0.2); a – норма расхода воды в литрах при температуре 55ºС для жилых зданий на одного человека в сутки, должна приниматься в соответствии с главой СНиП по проектированию горячего водоснабжения; Тх.з. – температура холодной воды (водопроводной) в отопительный период, принимаемой равной 5ºС.

Среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение в летний период определяется по формуле:

Qср.оп.г.в. = Q х (55 – Тх.л.)/ (55 – Тх.з.) х В [Гкал/год]

Где: В – коэффициент, учитывающий снижение среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий в летний период по отношению к отопительному, принимается равным 0,8; Тх.л. – температура холодной воды (водопроводной) в летний период, принимаемой равной 15ºС.

Среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение определяется по формуле:

Qгод г.в. = 24Qо.п.г.вПо + 24Qср.п.г.в*(350 – По)*В =

24Qср.от.г.вПо + 24Qср.от.г.в (55 – Тх.л.)/ (55 – Тх.з.) х В [Гкал/год]

Общий годовой расход тепла:

Qгод = Qгод от. + Qгод вент. + Qгод г.в. + Qгод втз. + Qгод тех. [Гкал/год]

Расчет годового расхода топлива определяется по формуле:

Ву.т. = Qгод х 10ˉ 6 /Qр.н. x η

Где: Qр.н. – низшая теплотворная способность условного топлива, равная 7000 ккал/кг у.т.; η – КПД котла; Qгод – общий годовой расход тепла на все виды потребителей.

РАСЧЕТ

тепловых нагрузок и годового количества топлива

Расчет максимально-часовых нагрузок на отопление:

1.1. Жилой дом: Максимально-часовой расход на отопление:

Qмакс.от. = 0,57 х 1460 х (18 - (-28)) х 1,032= 0,039 [Гкал/час]

Итого по жилому дому: Q макс.от. = 0,039 Гкал/час Итого с учетом собственных нужд котельной: Q макс.от. = 0,040 Гкал/час

Расчет среднечасовых и годовых расходов тепла на отопление:

2.1. Жилой дом:

Qмакс.от. = 0,039 Гкал/час

Qср.от. = 0,039 х (18 - (-3,1))/(18 - (-28)) = 0,0179 [Гкал/час]

Qгод от. = 0,0179 х 24 х 214 = 91,93 [Гкал/год]

С учетом собственных нужд котельной (2%) Qгод от. = 93,77 [Гкал/год]

Итого по жилому дому:

Среднечасовой расход тепла на отопление Q ср.от. = 0,0179 Гкал/час

Общий годовой расход тепла на отопление Q год от. = 91,93 Гкал/год

Общий годовой расход тепла на отопление с учетом собственных нужд котельной Q год от. = 93,77 Гкал/год

Расчет максимально-часовых нагрузок на ГВС:

1.1. Жилой дом:

Qмакс.гвс = 1.2 х 4 х 10.5 х (55 - 5) х 10^(-6) = 0,0025 [Гкал/час]

Итого по жилому дому: Q макс.гвс = 0,0025 Гкал/час

Расчет среднечасовых и год овых расходов тепла на ГВС:

2.1. Жилой дом: Среднечасовой расход тепла на ГВС:

Qср.гвс.з. = 1.2 х 4 х 190 х (55 - 5) х 10^(-6)/24 = 0,0019 [Гкал/час]

Qср.гвс.л. = 0,0019 х 0.8 х (55-15)/(55-5)/24 = 0,0012 [Гкал/час]

Годо вой расход тепла на ГВС: Qгод от. = 0,0019 х 24 х 214 + 0,0012 х 24 х 136 = 13,67 [Гкал/год]Итого на ГВС:

Среднечасовой расход тепла в отопительный период Q ср.гвс = 0,0019 Гкал/час

Среднечасовой расход тепла в летний период Q ср.гвс = 0,0012 Гкал/час

Общий годовой расход тепла Q год гвс = 13,67 Гкал/год

Расчет годового количества природного газа

и условного топлива :

∑ Q год = ∑ Q год от. + Q год гвс = 107,44 Гкал/год

Годовой расход топлива составит:

Вгод = ∑Qгод х 10ˉ 6 /Qр.н. x η

Годовой расход натурального топлива

(природного газа) для котельной составит:

Котел (КПД=86%) : Вгод нат. = 93.77 х 10ˉ 6 /8000 х 0,86 = 0,0136 млн.нм³ в год Бойлер (КПД=90%): Вгод нат. = 13.67 х 10ˉ 6 /8000 х 0,9 = 0,0019 млн.нм³ в год Итого : 0,0155 млн.нм  в год

Годовой расход условного топлива для котельной составит:

Котел (КПД=86%) : Вгод у.т. = 93.77 х 10ˉ 6 /7000 х 0,86 = 0,0155 млн.нм³ в год Бюллетень

Индекс производства электрооборудования, электронного и оптического оборудования в ноябре 2009г. по сравнению с соответствующим периодом предыдущего года составил 84,6%, в январе-ноябре 2009г.

Программа Курганской области "Региональная энергетическая программа Курганской области на период до 2010 года" Основания для разработки

Программа

В соответствии с пунктом 8 статьи 5 Закона Курганской области "О прогнозах, концепциях, программах социально-экономического развития и целевых программах Курганской области",

Пояснительная записка Обоснование проекта генерального плана Генеральный директор

Пояснительная записка

Разработка градостроительной документации территориального планирования и Правил землепользования и застройки муниципального образования городское поселение Никель Печенгского района Мурманской области

При проектировании систем обогрева всех типов строений нужно провести правильные вычисления, а затем разработать грамотную схему отопительного контура. На этом этапе особое внимание следует уделить расчету тепловой нагрузки на отопление. Для решения поставленной задачи важно использовать комплексный подход и учесть все факторы, влияющие на работу системы.

Показать всё

Важность параметра

С помощью показателя тепловой нагрузки можно узнать количество теплоэнергии, необходимой для обогрева конкретного помещения, а также здания в целом. Основной переменной здесь является мощность всего отопительного оборудования, которое планируется использовать в системе. Кроме этого, требуется учитывать потери тепла домом.

Идеальной представляется ситуация, в которой мощность отопительного контура позволяет не только устранить все потери теплоэнергии здания, но и обеспечить комфортные условия проживания. Чтобы правильно рассчитать удельную тепловую нагрузку, требуется учесть все факторы, оказывающие влияние на этот параметр:



Оптимальный режим работы системы обогрева может быть составлен только с учетом этих факторов. Единицей измерения показателя может быть Гкал/час или кВт/час.

расчет нагрузки на отопление



Выбор метода

Перед началом проведения расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно определиться с рекомендуемыми температурными режимами для жилого строения. Для этого придется обратиться к нормам СанПиН 2.1.2.2645−10. Исходя из данных, указанных в этом нормативном документе, необходимо обеспечить режимы работы системы обогрева для каждого помещения.

Используемые сегодня способы выполнения расчетов часовой нагрузки на отопительную систему позволяют получать результаты различной степени точности. В некоторых ситуациях требуется провести сложные вычисления, чтобы минимизировать погрешность.

Если же при проектировании системы отопления оптимизация расходов на энергоноситель не является приоритетной задачей, допускается использование менее точных методик.

Расчет тепловой нагрузки и проектирование систем отопления Audytor OZC + Audytor C.O.



Простые способы

Любая методика расчета тепловой нагрузки позволяет подобрать оптимальные параметры системы обогрева. Также этот показатель помогает определиться с необходимостью проведения работ по улучшению теплоизоляции строения. Сегодня применяются две довольно простые методики расчета тепловой нагрузки.



В зависимости от площади

Если в строении все помещения имеют стандартные размеры и обладают хорошей теплоизоляцией, можно воспользоваться методом расчета необходимой мощности отопительного оборудования в зависимости от площади. В этом случае на каждые 10 м 2 помещения должен производиться 1 кВт тепловой энергии. Затем полученный результат необходимо умножить на поправочный коэффициент климатической зоны.

Это самый простой способ расчета, но он имеет один серьезный недостаток - погрешность очень высока. Во время проведения вычислений учитывается лишь климатический регион. Однако на эффективность работы системы обогрева влияет много факторов. Таким образом, использовать эту методику на практике не рекомендуется.

Укрупненные вычисления

Применяя методику расчета тепла по укрупненным показателям, погрешность вычислений окажется меньшей. Этот способ сначала часто применялся для определения теплонагрузки в ситуации, когда точные параметры строения были неизвестны. Для определения параметра применяется расчетная формула:

Qот = q0*a*Vн*(tвн - tнро),

где q0 - удельная тепловая характеристика строения;

a - поправочный коэффициент;

Vн - наружный объем строения;

tвн, tнро - значения температуры внутри дома и на улице.




В качестве примера расчета тепловых нагрузок по укрупненным показателям можно выполнить вычисления максимального показателя для отопительной системы здания по наружным стенам 490 м 2 . Строение двухэтажное с общей площадью в 170 м 2 расположено в Санкт-Петербурге.

Сначала необходимо с помощью нормативного документа установить все нужные для расчета вводные данные:

• Тепловая характеристика здания - 0,49 Вт/м³*С.
• Уточняющий коэффициент - 1.
• Оптимальный температурный показатель внутри здания - 22 градуса.




Предположив, что минимальная температура в зимний период составит -15 градусов, можно все известные величины подставить в формулу - Q =0.49*1*490 (22+15)= 8,883 кВт. Используя самую простую методику расчета базового показателя тепловой нагрузки, результат оказался бы более высоким - Q =17*1=17 кВт/час. При этом укрупненный метод расчета показателя нагрузки учитывает значительно больше факторов:

• Оптимальные температурные параметры в помещениях.
• Общую площадь строения.
• Температуру воздуха на улице.

Также эта методика позволяет с минимальной погрешностью рассчитать мощность каждого радиатора, установленного в отдельно взятом помещении. Единственным ее недостатком является отсутствие возможности рассчитать теплопотери здания.

Расчет тепловых нагрузок, г. Барнаул

Сложная методика

Так как даже при укрупненном расчете погрешность оказывается довольно высокой, приходится использовать более сложный метод определения параметра нагрузки на отопительную систему. Чтобы результаты оказались максимально точными, необходимо учитывать характеристики дома. Среди них важнейшей является сопротивление теплопередачи ® материалов, использовавшихся для изготовления каждого элемента здания - пол, стены, а также потолок.

Эта величина находится в обратной зависимости с теплопроводностью (λ), показывающей способность материалов переносить теплоэнергию. Вполне очевидно, что чем выше теплопроводность, тем активнее дом будет терять теплоэнергию. Так как эта толщина материалов (d) в теплопроводности не учитывается, то предварительно нужно вычислить сопротивление теплопередачи, воспользовавшись простой формулой - R=d/λ.

Рассматриваемая методика состоит из двух этапов. Сначала рассчитываются теплопотери по оконным проемам и наружным стенам, а затем - по вентиляции. В качестве примера можно взять следующие характеристики строения:

• Площадь и толщина стен - 290 м² и 0,4 м.
• В строении находятся окна (двойной стеклопакет с аргоном) - 45 м² (R =0,76 м²*С/Вт).
• Стены изготовлены из полнотелого кирпича - λ=0,56.
• Здание было утеплено пенополистиролом - d =110 мм, λ=0,036.




Исходя из вводных данных, можно определить показатель сопротивления телепередачи стен - R=0.4/0.56= 0,71 м²*С/Вт. Затем определяется аналогичный показатель утеплителя - R=0,11/0,036= 3,05 м²*С/Вт. Эти данные позволяют определить следующий показатель - R общ =0,71+3,05= 3,76 м²*С/Вт.

Фактические теплопотери стен составят - (1/3,76)*245+(1/0.76)*45= 125,15 Вт. Параметры температур остались без изменений в сравнении с укрупненным расчетом. Очередные вычисления проводятся в соответствии с формулой - 125,15*(22+15)= 4,63 кВт/час.

Расчет тепловой мощности систем отопления

На втором этапе рассчитываются теплопотери вентиляционной системы. Известно, что объем дома равен 490 м³, а плотность воздуха составляет 1,24 кг/м³. Это позволяет узнать его массу - 608 кг. На протяжении суток в помещении воздух обновляется в среднем 5 раз. После этого можно выполнить расчет теплопотерь вентиляционной системы - (490*45*5)/24= 4593 кДж, что соответствует 1,27 кВт/час. Остается определить общие тепловые потери строения, сложив имеющиеся результаты, - 4,63+1,27=5,9 кВт/час.

В системах централизованного тепло­снабжения (СЦТ) по тепловым сетям пода­ется теплота различным тепловым потреби­телям. Несмотря на значительное разнооб­разие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: 1) сезонная; 2) круглогодовая.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических усло­вий: температуры наружного воздуха, на­правления и скорости ветра, солнечного из­лучения, влажности воздуха и т.п. Основ­ную роль играет наружная температура. Се­зонная нагрузка имеет сравнительно посто­янный суточный график и переменный го­довой график нагрузки. К сезонной тепло­вой нагрузке относятся отопление, вентиля­ция, кондиционирование воздуха. Ни один из указанных видов нагрузки не имеет круг­логодового характера. Отопление и венти­ляция являются зимними тепловыми на­грузками. Для кондиционирования воздуха в летний период требуется искусственный холод. Если этот искусственный холод вы­рабатывается абсорбционным или эжекционным методом, то ТЭЦ получает дополни­тельную летнюю тепловую нагрузку, что способствует повышению эффективности теплофикации.

К круглогодовой нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водо­снабжение. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, глав­ным образом связанные с переработкой сельскохозяйственного сырья (например, сахарная), работа которых имеет обычно се­зонный характер.

График технологической нагрузки зави­сит от профиля производственных предпри­ятий и режима их работы, а график нагруз­ки горячего водоснабжения - от благоуст­ройства жилых и общественных зданий, со­става населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммуналь­ных предприятий - бань, прачечных. Эти нагрузки имеют переменный суточный гра­фик. Годовые графики технологической на­грузки и нагрузки горячего водоснабжения также в определенной мере зависят от вре­мени года. Как правило, летние нагрузки ниже зимних вследствие более высокой температуры перерабатываемого сырья и водопроводной воды, а также благодаря меньшим теплопотерям теплопроводов и производственных трубопроводов.

Одна из первоочередных задач при про­ектировании и разработке режима эксплуа­тации систем централизованного тепло­снабжения заключается в определении значений и характера тепловых нагрузок.

В том случае, когда при проектировании установок централизованного теплоснаб­жения отсутствуют данные о расчетных расходах теплоты, основанных на проектах теплопотребляющих установок абонентов, расчет тепловой нагрузки проводится на ос­нове укрупненных показателей. В процессе эксплуатации значения расчетных тепло­вых нагрузок корректируют по действительным расходам. С течением времени это дает возможность установить проверенную тепловую характеристику для каждого по­требителя.

Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплоприто-ком. Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства

где Q – суммарные тепловые потери зда­ния; Q T – теплопотери теплопередачей че­рез наружные ограждения; Q H – теплопо­тери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Q o – подвод теплоты в здание через отопи­тельную систему; Q TB – внутренние тепло­выделения.

Тепловые потери здания в основном за­висят от первого слагаемого Q r Поэтому для удобства расчета можно тепловые поте­ри здания представить так:

(5)

где μ= Q и /Q T – коэффициент инфильтра­ции, представляющий собой отношение теп-лопотерь инфильтрацией к теплопотерям те­плопередачей через наружные ограждения.

Источником внутренних тепловыделе­ний Q ТВ, в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические и другие плиты), осветительные приборы. Эти тепловыделе­ния носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регули­рованию во времени.

Кроме того, тепловыделения не распре­деляются равномерно по зданию.

Для обеспечения в жилых районах нор­мального температурного режима во всех отапливаемых помещениях обычно уста­навливают гидравлический и температур­ный режим тепловой сети по наиболее не­выгодным условиям, т.е. по режиму отопле­ния помещений с нулевыми тепловыделе­ниями (Q TB = 0).

Для предупреждения существенного по­вышения внутренней температуры в поме­щениях, в которых внутренние тепловыде­ления значительны, необходимо периоди­чески выключать часть отопительных при­боров или снижать расход теплоносителя через них.

Качественное решение этой задачи воз­можно лишь при индивидуальной автомати­зации, т.е. при установке авторегуляторов непосредственно на нагревательных прибо­рах и вентиляционных калориферах.

Источник внутренних тепловыделений в промышленных зданиях – тепловые и си­ловые установки и механизмы (печи, суши­ла, двигатели и др.) различного рода. Внут­ренние тепловыделения промышленных предприятий довольно устойчивы и неред­ко представляют существенную долю рас­четной отопительной нагрузки, поэтому они должны учитываться при разработке режима теплоснабжения промышленных районов.

Теплопотери теплопередачей через наружные ограждения, Дж/с или ккал/ч, мо­гут быть определены расчетным путем по формуле

(6)

где F - площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м; к - коэффици­ент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м 2 К) или ккал/(м 2 ч °С); Δt - раз­ность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конст­рукций, °С.

Для здания объемом по наружному измерению V, м, периметром в плане Р, м, площадью в плане S, м, и высотой L, м, уравнение (6) легко приводится к фор­муле, предложенной проф. Н.С. Ермолае­вым.

При будь то промышленное строение или жилое здание, нужно провести грамотные расчеты и составить схему контура отопительной системы. Особое внимание на этом этапе специалисты рекомендуют обращать на расчёт возможной тепловой нагрузки на отопительный контур, а также на объем потребляемого топлива и выделяемого тепла.

Тепловая нагрузка: что это?

Под этим термином понимают количество отдаваемой теплоты. Проведенный предварительный расчет тепловой нагрузки позволить избежать ненужных расходов на приобретение составляющих отопительной системы и на их установку. Также этот расчет поможет правильно распределить количество выделяемого тепла экономно и равномерно по всему зданию.

В эти расчеты заложено множество нюансов. Например, материал, из которого выстроено здание, теплоизоляция, регион и пр. Специалисты стараются принять во внимание как можно больше факторов и характеристик для получения более точного результата.

Расчет тепловой нагрузки с ошибками и неточностями приводит к неэффективной работе отопительной системы. Случается даже, что приходится переделывать участки уже работающей конструкции, что неизбежно влечет к незапланированным тратам. Да и жилищно-коммунальные организации ведут расчет стоимости услуг на базе данных о тепловой нагрузке.

Основные факторы

Идеально рассчитанная и сконструированная система отопления должна поддерживать заданную температуру в помещении и компенсировать возникающие потери тепла. Рассчитывая показатель тепловой нагрузки на систему отопления в здании нужно принимать к сведению:

Назначение здания: жилое или промышленное.

Характеристику конструктивных элементов строения. Это окна, стены, двери, крыша и вентиляционная система.

Размеры жилища. Чем оно больше, тем мощнее должна быть система отопления. Обязательно нужно учитывать площадь оконных проемов, дверей, наружных стен и объем каждого внутреннего помещения.

Наличие комнат специального назначения (баня, сауна и пр.).

Степень оснащения техническими приборами. То есть, наличие горячего водоснабжения, системы вентиляции, кондиционирование и тип отопительной системы.

Для отдельно взятого помещения. Например, в комнатах, предназначенных для хранения, не нужно поддерживать комфортную для человека температуру.

Количество точек с подачей горячей воды. Чем их больше, тем сильнее нагружается система.

Площадь остекленных поверхностей. Комнаты с французскими окнами теряют значительное количество тепла.

Дополнительные условия. В жилых зданиях это может быть количество комнат, балконов и лоджий и санузлов. В промышленных - количество рабочих дней в календарном году, смен, технологическая цепочка производственного процесса и пр.

Климатические условия региона. При расчёте теплопотерь учитываются уличные температуры. Если перепады незначительны, то и на компенсацию будет уходить малое количество энергии. В то время как при -40 о С за окном потребует значительных ее расходов.

Особенности существующих методик

Параметры, включаемые в расчет тепловой нагрузки, находятся в СНиПах и ГОСТах. В них же есть специальные коэффициенты теплопередачи. Из паспортов оборудования, входящего в систему отопления, берутся цифровые характеристики, касаемые определенного радиатора отопления, котла и пр. А также традиционно:

Расход тепла, взятый по максимуму за один час работы системы отопления,

Максимальный поток тепла, исходящий от одного радиатора,

Общие затраты тепла в определенный период (чаще всего - сезон); если необходим почасовой расчет нагрузки на тепловую сеть, то расчет нужно вести с учетом перепада температур в течение суток.

Произведенные расчеты сопоставляют с площадью тепловой отдачи всей системы. Показатель получается достаточно точный. Некоторые отклонения случаются. Например, для промышленных строений нужно будет учитывать снижение потребления тепловой энергии в выходные дни и праздничные, а в жилых помещениях - в ночное время.

Методики для расчета систем отопления имеют несколько степеней точности. Для сведения погрешности к минимуму необходимо использовать довольно сложные вычисления. Менее точные схемы применяются если не стоит цель оптимизировать затраты на отопительную систему.

Основные способы расчета

На сегодняшний день расчет тепловой нагрузки на отопление здания можно провести одним из следующих способов.

Три основных

1. Для расчета берутся укрупненные показатели.
2. За базу принимаются показатели конструктивных элементов здания. Здесь будет важен и расчет идущего на прогрев внутреннего объема воздуха.
3. Рассчитываются и суммируются все входящие в систему отопления объекты.

Один примерный

Есть и четвертый вариант. Он имеет достаточно большую погрешность, ибо показатели берутся очень усредненные, или их недостаточно. Вот эта формула - Q от = q 0 * a * V H * (t ЕН - t НРО), где:

• q 0 - удельная тепловая характеристика здания (чаще всего определяется по самому холодному периоду),
• a - поправочный коэффициент (зависит от региона и берется из готовых таблиц),
• V H - объем, рассчитанный по внешним плоскостям.

Пример простого расчета

Для строения со стандартными параметрами (высотой потолков, размерами комнат и хорошими теплоизоляционными характеристиками) можно применить простое соотношение параметров с поправкой на коэффициент, зависящий от региона.

Предположим, что жилой дом находится в Архангельской области, а его площадь - 170 кв. м. Тепловая нагрузка будет равна 17 * 1,6 = 27,2 кВт/ч.

Подобное определение тепловых нагрузок не учитывает многих важных факторов. Например, конструктивных особенностей строения, температуры, число стен, соотношение площадей стен и оконных проёмов и пр. Поэтому подобные расчеты не подходят для серьёзных проектов системы отопления.

Зависит он от материала, из которого они изготовлены. Чаще всего сегодня используются биметаллические, алюминиевые, стальные, значительно реже чугунные радиаторы. Каждый из них имеет свой показатель теплоотдачи (тепловой мощности). Биметаллические радиаторы при расстоянии между осями в 500 мм, в среднем имеют 180 - 190 Вт. Радиаторы из алюминия имеют практически такие же показатели.

Теплоотдача описанных радиаторов рассчитывается на одну секцию. Радиаторы стальные пластинчатые являются неразборными. Поэтому их теплоотдача определяется исходя из размера всего устройства. Например, тепловая мощность двухрядного радиатора шириной 1 100 мм и высотой 200 мм будет 1 010 Вт, а панельного радиатора из стали шириной 500 мм, а высотой 220 мм составит 1 644 Вт.

В расчет радиатора отопления по площади входят следующие базовые параметры:

Высота потолков (стандартная - 2,7 м),

Тепловая мощность (на кв. м - 100 Вт),

Одна внешняя стена.

Эти расчеты показывают, что на каждые 10 кв. м необходимо 1 000 Вт тепловой мощности. Этот результат делится на тепловую отдачу одной секции. Ответом является необходимое количество секций радиатора.

Для южных районов нашей страны, так же как и для северных, разработаны понижающие и повышающие коэффициенты.

Усредненный расчет и точный

Учитывая описанные факторы, усредненный расчет проводится по следующей схеме. Если на 1 кв. м требуется 100 Вт теплового потока, то помещение в 20 кв. м должно получать 2 000 Вт. Радиатор (популярный биметаллический или алюминиевый) из восьми секций выделяет около Делим 2 000 на 150, получаем 13 секций. Но это довольно укрупненный расчет тепловой нагрузки.

Точный выглядит немного устрашающе. На самом деле ничего сложного. Вот формула:

Q т = 100 Вт/м 2 × S(помещения)м 2 × q 1 × q 2 × q 3 × q 4 × q 5 × q 6 × q 7 , где:

• q 1 - тип остекления (обычное =1.27, двойное = 1.0, тройное = 0.85);
• q 2 - стеновая изоляция (слабая, или отсутствующая = 1.27, стена выложенная в 2 кирпича = 1.0, современна, высокая = 0.85);
• q 3 - соотношение суммарной площади оконных проемов к площади пола (40% = 1.2, 30% = 1.1, 20% - 0.9, 10% = 0.8);
• q 4 - уличная температура (берется минимальное значение: -35 о С = 1.5, -25 о С = 1.3, -20 о С = 1.1, -15 о С = 0.9, -10 о С = 0.7);
• q 5 - число наружных стен в комнате (все четыре = 1.4, три = 1.3, угловая комната = 1.2, одна = 1.2);
• q 6 - тип расчетного помещения над расчетной комнатой (холодное чердачное = 1.0, теплое чердачное = 0.9, жилое отапливаемое помещение = 0.8);
• q 7 - высота потолков (4.5 м = 1.2, 4.0 м = 1.15, 3.5 м = 1.1, 3.0 м = 1.05, 2.5 м = 1.3).

По любому из описанных методов можно провести расчет тепловой нагрузки многоквартирного дома.

Примерный расчет

Условия таковы. Минимальная температура в холодное время года - -20 о С. Комната 25 кв. м с тройным стеклопакетом, двустворчатыми окнами, высотой потолков 3.0 м, стенами в два кирпича и неотапливаемым чердаком. Расчет будет следующий:

Q = 100 Вт/м 2 × 25 м 2 × 0,85 × 1 × 0,8(12%) × 1,1 × 1,2 × 1 × 1,05.

Результат, 2 356.20, делим на 150. В итоге получается, что в комнате с указанными параметрами нужно установить 16 секций.

Если необходим расчет в гигакалориях

В случае отсутствия счетчика тепловой энергии на открытом отопительном контуре расчет тепловой нагрузки на отопление здания рассчитывают по формуле Q = V * (Т 1 - Т 2) / 1000, где:

• V - количество воды, потребляемой системой отопления, исчисляется тоннами или м 3 ,
• Т 1 - число, показывающее температуру горячей воды, измеряется в о С и для вычислений берется температура, соответствующая определенному давлению в системе. Показатель этот имеет свое название - энтальпия. Если практическим путем снять температурные показатели нет возможности, прибегают к усредненному показателю. Он находится в пределах 60-65 о С.
• Т 2 - температура холодной воды. Ее измерить в системе довольно трудно, поэтому разработаны постоянные показатели, зависящие от температурного режима на улице. К примеру, в одном из регионов, в холодное время года этот показатель принимается равным 5, летом - 15.
• 1 000 - коэффициент для получения результата сразу в гигакалориях.

В случае закрытого контура тепловая нагрузка (гкал/час) рассчитывается иным образом:

Q от = α * q о * V * (t в - t н.р) * (1 + K н.р) * 0,000001, где

Расчет тепловой нагрузки получается несколько укрупненным, но именно эта формула дается в технической литературе.

Все чаще, чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, прибегают к строения.

Работы эти проводят в темное время суток. Для более точного результата нужно соблюдать разницу температур между помещением и улицей: она должна быть не менее в 15 о. Лампы дневного освещения и лампы накаливания выключаются. Желательно убрать ковры и мебель по максимуму, они сбивают прибор, давая некоторую погрешность.

Обследование проводится медленно, данные регистрируются тщательно. Схема проста.

Первый этап работ проходит внутри помещения. Прибор двигают постепенно от дверей к окнам, уделяя особое внимание углам и прочим стыкам.

Второй этап - обследование тепловизором внешних стен строения. Все так же тщательно исследуются стыки, особенно соединение с кровлей.

Третий этап - обработка данных. Сначала это делает прибор, затем показания переносятся в компьютер, где соответствующие программы заканчивают обработку и выдают результат.

Если обследование проводила лицензированная организация, то она по итогу работ выдаст отчет с обязательными рекомендациями. Если работы велись лично, то полагаться нужно на свои знания и, возможно, помощь интернета.

Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

Зачем нужно знать этот параметр

Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

• Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
• Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
• Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

Выбор методики расчета

Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где q° – удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, Vн – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

Точные расчеты тепловой нагрузки

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R )? Это величина, обратная теплопроводности (λ ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d ). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

Расчет по стенам и окнам

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

• Площадь стен – 280 м² . В нее включены окна – 40 м² ;
• Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56 ). Толщина наружных стен – 0,36 м . Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи – R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт ;
• Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм . Для него λ=0,036 . Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт ;
• Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
• Сопротивление теплопередачи окон – 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.