Расчет тепловой нагрузки

Расчет тепловой нагрузки помещения выполняют, чтобы подобрать элементы системы отопления и параметры отопительных приборов либо чтобы уточнить нагрузку на теплосеть со стороны теплоснабжающей организации. Соответственно, поводом для расчета может быть инициатива одной из двух сторон – организации, подающей тепло, или собственника помещения.

По определению, тепловая нагрузка – это количество тепла, необходимое для прогрева помещения на протяжении 1 часа, то есть тот тепловой максимум, который может потребить система. В расчет обязательно принимается температура воздуха в холодное время года, типичная для региона.

Что такое тепловая нагрузка?

Расчет по этому показателю производится при проектировании новой отопительной системы или при реконструкции существующей, а также после термомодернизации помещения (например, после замены оконных рам на энергосберегающие или после наружного утепления стен). В результате обязательно определяется, какая потребность в тепле существует у конкретного помещения с учетом суммарных потерь. Выбор отопительных приборов делается так: их общая мощность должна превышать потребность помещения в тепле на 10% минимум.

Расчет тепловой нагрузки системы отопления выполняется для каждого отдельно взятого помещения и для здания в целом. В процессе расчета фигурируют такие переменные величины: мощность котла, пропускная способность трубопроводов, количество секций в радиаторах.

Основными факторами, влияющими на тепловую нагрузку, считаются:

  • Конструктивные особенности здания: типы и материалы наружных стен, дверей, окон, конструкция вентиляционной системы;
  • Общие размеры дома, площадь каждого из помещений, суммарная площадь наружных стен и оконных конструкций;
  • Климатические условия в регионе, степень снижения температуры в холодное время года.

Именно от этих факторов зависит тепловая мощность отопления. Соответственно, расчет нагрузок на систему необходим, чтобы найти способы сокращения количества расходуемых теплоносителей, но при этом сохранить оптимальный температурный режим в здании. Главная задача проведения таких вычислений – понять, насколько эффективно должна работать система, чтобы не было перерасхода энергии, но при этом сохранялся комфортный температурный режим внутри здания (с учетом возможного максимального понижения уличных температур).

Основные характеристики для расчета тепловых нагрузок

Расчет тепловых нагрузок на отопление выполняется для разных показателей. Это могут быть:

  • Сезонные нагрузки, то есть изменение количества потребляемого тепла в зависимости от температуры на улице;
  • Годовые расходы, учитываются климатические особенности региона;
  • Для котельного оборудования или вентиляционной системы.

На расчеты влияют показатели сухого и скрытого тепла, общие теплопотери здания, а также то, сколько людей находится в помещении одновременно (максимальное количество).

Расчет тепловой нагрузки на отопление помещения выполняется с учетом проектных показателей, но возможно и использование укрупненной методики. В этом случае используется формула:

Qот, Гкал/час= α*qо*V*(tв-tн.р)*(1+Kн.р)*0,000001; где:

 

  • α — поправочный коэффициент, который учитывает климатические условия района, нужен, если температурные показатели отличаются от -30 °С ;
  • qо — удельная отопительная характеристика здания при tн.р = -30 °С, ккал/куб.м*С ;
  • V — объем здания по наружным габаритам, м³;
  • tв — расчетная температура внутри отапливаемого здания, °С ;
  • tн.р — расчетная температура наружного воздуха для климатической зоны, °С ;
  • Kн.р — коэффициент инфильтрации, зависит от уровня теплового и ветрового напора.

Основные методики расчета

Расчет тепловой нагрузки всегда выполняется с учетом санитарных норм (СанПиН 2.1.2.2645-10 для жилых зданий, с нормативными показателями температуры для каждой из комнат в доме). Так, в жилых комнатах оптимальный температурный показатель – от 18 до 24 градусов, а на кухне и в ванной – до 26 градусов в холодное время года.

Также при выборе методики расчета понадобится учесть требуемую степень точности. Если важно максимально оптимизировать затраты на энергоносители, то выбирают методику с минимальными погрешностями в расчете. Во всех остальных случаях можно обойтись менее точными расчетами. В любом случае будут учитываться суточные изменения температуры в климатическом регионе, а также технические характеристики здания.

Расчет мощности в зависимости от площади

Эта методика позволяет определить базовые параметры отопления и получить информацию о том, какие теплоизоляционные характеристики дома нуждаются в улучшении.

Стандарты предписывают, что на каждые 10 кв. метра площади понадобится 1 кВт тепла. Это значение подходит для домов с хорошей теплоизоляцией и стандартной высотой потолков (2,3-2,7 метра). Полученное значение необходимо умножить на поправочный коэффициент. Для Москвы и Питера он составляет 1, для Краснодарского края – 0,8, для Амурской области – 1,3, для Тюмени – 1,6, для Магадана – 2.

Расчет хорош тем, что его можно сделать быстро, однако он не учитывает влияние сезонных факторов и не дает возможности оценить реальные теплопотери, исходя из конструкционных особенностей здания, его материалов.

Укрупненный расчет

Применяется, если точные характеристики здания определить невозможно, но при этом нужно выполнить расчет с небольшими погрешностями.

Используется такая формула:

Qот= α*qо*V*(tв-tн.р); где:

  • q° – удельная тепловая характеристика строения по проекту или стандартной таблице, различается в зависимости от функционала здания (административные, жилые здания, лаборатории, пожарные депо, гаражи, производственные или термические цеха, ремонтные мастерские, бытовки) и его объему по наружным обмерам;
  • а – поправочный коэффициент, учитывающий температурный режим в климатической зоне по регионам;
  • Vн – наружный объем строения, м³;
  • Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Используя указанные выше параметры можно сделать расчет не только для всего здания, но и для каждой отдельной зоны или комнаты. Однако эта методика все же не учитывает основные характеристики здания – показатели теплопроводности и сопротивления теплопередачи для материалов, используемых в постройке здания. Для железобетона, пенополистирола, пенобетона, деревянного бруса и кирпичной кладки эти показатели будут различаться. Они учитываются только в более точных расчетах.

Принцип расчета по стенам и окнам

Эта методика подразумевает несколько поэтапных расчетов. На первом этапе вычисляется сопротивление теплопередачи для окон, чердака, наружных стен, пола 1 этажа. Например, чтобы рассчитать сопротивление теплопередачи для наружных стен, вначале понадобится:

  • Определить суммарную площадь стен и общую площадь оконных проемов, выходящих наружу;
  • Учесть материал наружных стен и его показатель сопротивления теплопередачи;
  • Рассчитать коэффициент с учетом используемого утеплителя;
  • Найти сопротивление теплопередачи по окнам с учетом материала профиля и типа стеклопакета.

После обнаруживается уровень фактических теплопотерь в Вт. В дальнейшем используется общая формула, согласно которой уровень фактических теплопотерь умножается на сумму температур (температурные показатели в помещении и на улице). Так получается суммарный расход тепла, кВт/час. Формула справедлива для большинства популярных типов строительных материалов вне зависимости от типа используемого отопительного оборудования. Именно ее рекомендуют использовать при проектировании по СНиП.

Принцип расчета по вентиляции

В наиболее точном расчете дополнительно вычисляются теплопотери здания через вентиляцию. Для этого следует определить общий объем воздуха в здании и его массу (объем умножают на плотность 1,24 кг/м3). По стандартам, в помещении за сутки должно проходить полное пятикратное обновление воздуха. Исходя из этого, определяется, какая часть тепла будет теряться при проветривании, вентилировании.

Затем полученный показатель нужно суммировать с тем, что получен по предыдущей методике (по окнам и дверям). Это будут общие тепловые потери дома. В результате можно получить самую точную тепловую нагрузку на отопление. Только для этого необходимо еще учесть среднюю температуру воздуха на улице на протяжении отопительного сезона и рассчитать, сколько тепла понадобится на весь отопительный период (150 дней). Также понадобится ввести поправочный увеличивающий коэффициент, учитывающий тепловые потери через кровлю и пол.

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания заключается не только в решении теоретических вопросов, но и в выполнении определенных практических действий. В частности, потребуется термографическое исследование всех наружных конструкций – стен, дверей и окон. Благодаря ему можно получить информацию об основных причинах теплопотерь и чрезмерного расхода энергии. Правильно проведенная тепловизионная диагностики позволяет определить, какой температурный перепад возникает в действительности. Но основой для таких исследований все-таки должен становиться правильно выполненный расчет. Целесообразно проводить его еще на этапе проектирования отопительной системы, тогда можно вовремя обнаружить потенциальные «слабые места», предусмотреть какие-то мероприятия по термомодернизации и тем самым избежать неоправданных переплат за теплоносители. Такие работы должны выполнять специалисты, которые могут правильно находить все поправочные коэффициенты.