Расчет тепловой нагрузки на отопление здания: формула, примеры. Удельный расход тепловой энергии на отопление здания: общие понятия Расход теплоэнергии на отопление

Расчет потребления тепла на отопление. Отопление является наиболее крупным потребителем тепла. Длительность потреб­ления тепла на нужды отопления соответствует продолжитель­ности отопительного периода, т. е. числу суток с устойчивой среднесуточной температурой наружного воздуха t н, ниже ус­тановленного предела. Например, по Строительным нормам и правилам СНиП II-A. 6-72 «Строительная климатология и гео­физика. Нормы проектирования» такому пределу соответствует температура наружного воздуха, равная +8°С. Как только эта температура становится ниже или выше указанного предела, то соответственно включают или выключают систему отопления.

Расход тепла на отопление зависит не только от климати­ческих условий, но и от конструктивных характеристик здания и его расположения.

Обеспечение тепловой энергией зда­ний производится для поддержания в них заданного темпера­турного режима. В этом случае предполагается, что тепловая энергия полностью компенсирует теплопотери - трансмиссион­ные и от инфильтрации. При заданных ограждающих конструк­циях трансмиссионные теплопотери определяются в основном температурой наружного воздуха t н теплопотери от инфильтра­ции, кроме того, скоростью ветра и влажностью воздуха. Таким образом, изменение расхода тепла обратно пропорционально изменению t н и прямо пропорционально изменению скорости ветра и влажности воздуха. Минимальный расход тепла соответствует началу отопительного периода. По мере снижения t н потребность в тепле возрастает и становится максимальной при минимальной t н.

Комплексная и параллельная разработка всех частей проек­та приводит к необходимости предварительной оценки общих теплопотерь зданиями. При этом используют, как правило, метод приближенного расчета по укрупненным измерителям. Для трансмиссионных теплопотерь укрупнённым измерителем явля­ется удельная тепловая отопительная характеристика здания q o .Она представляет собой количество тепла, необходимое для компенсации теплопотерь одним кубическим метром здания в единицу времени при разности температур в один градус между воздухом в помещении t вн и наружным t н. Удельная харак­теристика q o изменяется обратно пропорционально объёму зда­ния. Для некоторых зданий она приведена в табл. 1.

Для расчета теплопотерь от инфильтрации такого измерите­ля нет. На практике приближенную их величину при определе­нии трансмиссионных теплопотерь учитывают соответствую­щим коэффициентом, который зависит от многих факторов: вы­соты и объема помещений, расположения и площади проемов, количества щелей в ограждающих конструкциях и величины их раскрытия, а также температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра. На основании практических данных указанный коэффициент может быть принят равным: для общественных здании 0,1-0,3; для промышленных зданий при наличии одинарного остекления и без специальных уплотнений притворов дверей и ворот, а также для крупных общественных зданий - 0,3-0,6; для крупных цехов, имеющих большегабаритные ворота, - 0,5-1,5 и даже 2.

Таблица 1.

Средняя температура воздуха в зданиях и удельные тепловые характеристики зданий заданного объёма.

Продолжение таблицы 1.

Для жилых и общественных зданий максимальный расход тепла на отопление можно определить по укрупненному показателю, отнесенному одному квадратному метру жилой площади. Этим показателем удобно пользоваться в том случае, когда известно лишь количество жилой площади, намечаемое к вводу к эксплуатацию в заданном районе. Максимальный часовой расход тепла на отопление жилых зданий, приходящийся на 1 м 2 жилой площади при температурах наружного воз­духа 0, -10, -20, -30, -40 о С соответственно равен: 90; 130; 150; 175; 185 Вт/м 2 . При этом расход тепла на отопление общественных зданий принимают в размере 25% расхода тепла для жилых.

Максимальный расчетный расход тепла Q o , Вт, на отопление при установившемся тепловом режиме здания, отнесенный к его объему и разности температур, определяют по формуле

где - коэффициент, учитывающий теплопотери от инфильтрации; - удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м 3 ·К); - поправочный коэффициент к отопительной характеристике на наружную температуру воздуха; с некоторым округлением можно определять по формуле ; - объём здания по наружному обмеру без подвала, м 3 ; - средняя температура воздуха в отапливаемом здании, о С; - температура наружного воздуха, о С: при проектировании отопления принимается по климатологическим данным как средняя наиболее холодных пятидневок из восьми зим за 50-летний период.

Температура воздуха в помещении задается либо санитар­ными нормами, либо технологическими процессами с учетом требований санитарных норм. Значения средней температуры воздуха в некоторых зданиях приведены в табл.1.

Рис.1. Графики расхода тепла на нужды отопления а - часовой; б - сезонный

Формулу (1) можно использовать для определения часового расхода тепла в любой период отопительного сезона, подставляя значение t н, соответствующее этому периоду. Так, напри­мер, начало отопительного сезона характеризуется минималь­ными затратами тепловой энергии. В этот момент расчетная температура наружного воздуха наиболее высокая, t н =8 о С.

Как следует из формулы (1), изменение расхода тепла при изменении t н имеет линейную зависимость. Чтобы знать характер изменения в течение всего сезона, достаточно опреде­лить расходы тепла при максимальном t н и минимальном значениях t н.о. . Обычно такое изменение представляют графически (рис. 1). На рис.1а на оси абсцисс отложены значения температуры наружного воздуха, на оси ординат-расходы тепла. Точки А и Б соответствуют максимальному и минималь­ному расходам тепла. Линия АБ - линейная зависимость - из­менение часового расхода тепла в течение холодного периода. По такому графику можно определить часовой расход тепла на отопление при любом значении £н в указанных пределах. Для этого необходимо из точки заданного значения t н на оси абсцисс восставить перпендикуляр до пересечения с линией АБ. Точка пересечения будет соответствовать искомому расходу тепла. Так, на рис. 1а пунктирной линией показано опреде­ление среднечасового расхода тепла при средней темпе­ратуре наружного воздуха за отопительный период .

В промышленных цехах, а также в ряде общественных зда­ний во время перерыва в работе, а также в выходные, и праздничные дни, не требуется поддерживать температуру в помещении t в.н, на заданном уровне и соответственно затрачивать мак­симальное количество тепла. В это время температура возду­ха в помещении снижается до +5°С и обеспечивается специаль­ным дежурным отоплением. Часовой расход тепла в этот период можно определить по формуле (1), принимая . Пре­дел снижения диктуется условиями надежной эксплуатации сооружений. Сокращение расхода тепла за этот период учиты­вают при определении годовой потребности.

В заданном климатическом районе годовой расход тепла оп­ределяют по числу суток в отопительном периоде и по значени­ям за каждые сутки или по средней t н за весь рассматривае­мый период. Степень равномерности потребления тепла здани­ем по суткам и за неделю выявляют в зависимости от режима работы предприятия.

Годовую потребность в тепловой энергии, МВт, для отоп­ления административных и промышленных зданий с учетом ее снижения во внерабочее время, а также в выходные и пред­праздничные дни определяют по выражению

где - число часов работы предприятия в сутки; - число суток в отопительном периоде; - сумма выходных и праздничных дней в отопительном периоде; - температура наружного воздуха, средняя за отопительный период, о С; 24 -число часов в сутках; температура воздуха в здании в нерабочее время, о С.

Для зданий с равномерным потреблением тепла в течение суток, например, жилых и некоторых общественных с круглосуточным режимом работы, формула (2) упрощается, так как =0, =24,

Для обеспечения эксплуатационного режима работы теплоснабжающих устройств определяют изменение отопительной нагрузки во времени в течение всего отопительного периода. Наиболее целесообразно годовое потребление тепла во времени представлять графически - рис. 1б , где на оси абсцисс от­ложены последовательно с нарастающим итогом часы стоя­ния одинаковых температур , начиная с минимальных, а по оси ординат - расход тепла, соответствующий этим температу­рам.

Для конкретного объекта построение трафика начинают е выявления числа часов стояния одинаковых температур . Затем по формуле (1) с учетом возможного снижения потребления тепла во внерабочее время рассчитывают требуемый расход тепла. Полученные результаты наносят на координатную сетку графика, откладывая их на перпендикулярах, восставленных на оси абсцисс в точках изменения наружных температур. Из то­чек расхода тепла, отложенных на перпендикулярах, проводят линии, параллельные оси абсцисс, длиной, равной числу стоя­ния одинаковых температур. Правые верхние углы образовав­шихся прямоугольников соединяют плавной кривой. Эта кри­вая характеризует потребление тепла для отопления данного объекта и является основой для разработки режима работы системы теплоснабжения.

График расхода тепла в течение года можно построить, ис­пользуя график часовых расходов. Для этого часовые расходы переносят на ординаты, соответствующие наружным температурам годового графика. Точки пересечения часовых расходов тепла с ординатами, соответствующими предельным значениям температур в заданном интервале, соединяют плавной кри­вой. Площадь, ограниченная осью абсцисс, максимальной и ми­нимальной ординатами и плавной кривой (см. рис.1б кри­вая A 1 Б 1) пропорциональна годовому расходу тепла. При сред­ней температуре за отопительный период форма годового графика условно будет иметь вид прямоугольника, в котором ордината соответствует среднечасовому расходу теп­ла (см. пунктирную линию на рис. 1б ).

II.1.2. Расчет потребления тепла на вентиляцию

В системах вен­тиляции тепло затрачивается на подогрев свежего приточного воздуха до заданной температуры. Расход тепла , Вт, опре­деляется количеством, температурой и влажностью подогревае­мого воздуха

где - теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К); - плотность воздуха, кг/м 3 ; V- объем приточного воздуха, м 3 /ч; и - температура воздуха за на­гревателем и перед ним, о С; 1/3,6 - теплоэнергетический эквивалент для пере­вода кДж/ч в Вт, т. е, теплоты, Дж, в тепловую энергию, расходуемую в единицу времени, Вт.

Объем приточного воздуха соответствует объему удаляемого. Это равенство является основным правилом при решении воз­душного баланса помещения. Объем удаляемого воздуха рассчитывают из условия обеспечения воздушной среды, отвечаю­щей требованиям санитарных норм, по количеству вредных вы­делений (пыль, газы, аэрозоль, влага и т. п.) в помещении. Кроме того, на объем удаляемого воздуха влияет принятый способ воздухообмена.

Организация воздухообмена в помещений решается в основном одним из двух вариантов. Там, где вредные выделения можно удалить непосредственно на месте их образования, осу­ществляют наиболее эффективную местную вентиляцию, В этом случае объем удаляемого воздуха становится минимальным, так как вентилируется только ограниченная рабочая зона в помещении. При этом расход тепла рассчитывают по формуле (4).

Если вредные выделения распространяются по всему объему, применяют общеобменную вентиляцию, создающую в по­мещении требуемые условия воздушной среды путем разбавле­ния вредных выделений чистым приточным воздухом. Воздухо­обмен, основанный на этом принципе, требует наибольшего объема вентилируемого воздуха, а следовательно, и наиболь­шего расхода тепла.

При разработке системы теплоснабжения расход тепла да нужды общеобменной вентиляции оценивают аналогично отоп­лению, как правило, по укрупненным измерителям. Таким из­мерителем является удельная тепловая вентиляционная харак­теристика , отнесенная к объему здания. Она представляет со­бой количество тепла, необходимое для вентиляции 1 м 3 здания в единицу времени при перепаде температур 1 о.

Используя удельную характеристику, расход тепла на нуж­ды общеобменной вентиляции , Вт, отнесенный к объему зда­ния, определяют по формуле

где - удельная вентиляционная характеристика здания, Вт/(м 3 ·К); - температура наружного воздуха, °С; при проектировании вентиляции прини­мается по климатологическим данным как средняя за наиболее холодный пе­риод, составляющий 15% в отопительном сезоне.

Для некоторых зданий массового строительства значение вентиляционной характеристики указано в табл. 1.

Удельную вентиляционную характеристику можно опреде­лить также по кратности обмена и объему вентилируемого по­мещения

где m - кратность обмена, представляющая собой отношение количества при­точного воздуха, подаваемого в единицу времени в 1 ч, к объему вентилируе­мого помещения.

Кроме того, максимальный расход тепла на нужды общеоб­менной вентиляции общественных зданий определяют по укрупненному показателю для районов, где известно лишь коли­чество жилой площади, намечаемое к строительству. Этот по­казатель относят к 1 м 2 жилой площади и в зависимости от температуры наружного воздуха при 0, -10, -20, -30 и 40 о С принимают соответственно равным: 9; 13; 15; 17,5 и 18,5 Вт/м 2 .

Температура наружного воздуха, принимаемая при расчете тепла на вентиляцию, не является одинаковой для всех поме­щений. Она зависит от принятого способа воздухообмена. При расчете местной вентиляции ее берут равной, как и для отопления, т. е, . Значение этой температуры при общеоб­менной вентиляции выше, чем при отоплении. Здесь она опре­деляется как средняя за наиболее холодный период продолжи­тельностью, равной 15% отопительного сезона. Допустимое по­вышение уровня при температурах наружного воздуха наи­более холодного периода обусловлено возможностью увеличе­ния рециркуляции воздуха. В период пониженных наружных температур требуемая температура приточного воздуха дости­гается путем подмешивания к наружному более теплого возду­ха, забираемого из вентилируемого помещения. Благодаря это­му уменьшается объем приточного свежего воздуха, поступаю­щего на подогрев, и соответственно сокращается потребность в тепловой энергии на нужды общеобменной вентиляции. Следует отметить, что указанное повышение , обусловленное сниже­нием потребности в тепловой энергии в часы ее максимального расхода, допускается только для общеобменной вентиляции,и то в тех помещениях, в которых разрешается рециркуляция воздуха. В цехах же, где по характеру вредных выделений ре­циркуляция воздуха не допускается, за расчетную температуру принимают отопительную независимо от принятого способа воз­духообмена, т. е. .

Расход тепла на вентиляцию, так же как и на отопление, за­висит от наружной температуры. При местной и общеобменной вентиляции без рециркуляции воздуха эта зависимость анало­гична отопительной (рис.2а , линия АВ).

При общеобменной вентиляции с рециркуляцией воздуха аналогия наблюдается только в диапазоне наружных температур от +8 до t н.в. (линия БВ). При дальнейшем снижении тем­пературы наружного воздуха, т. е. когда t н. t н.в. , расход тепла не изменяется и сохраняется на уровне t н.в. течение всего наи­более холодного периода, линия расхода ГБ параллельна оси абсцисс.

Годовой расход тепла на вентиляцию, МВт определяют на основании часового при соответствующем способе воздухообмена в зависимости от числа часов работы системы вентиляции.

При общеобменной вентиляции с рециркуляцией воздуха: с перерывами работы в течение суток и в выходные дни

Если имеются сведения о продолжительности умеренно хо­лодного периода (для некоторых городов см. табл.2), то расчеты по формулам (7) - (10) значительно упрощаются.

Режим работы системы вентиляции разрабатывают на основании годового графика потребления тепла. Построение этого графика (рис.2б ) производится аналогично отопительному для систем вентиляции без рециркуляции воздуха. Для общеобменной вентиляции имеется особенность. Здесь график разделен на две части: первая (левая) - соответствует наиболее холод­ному периоду и имеет постоянный расход тепла в течение это­го периода. Линия Г 1 Б 1 параллельна оси абсцисс, расход тепла определяется площадью прямоугольника О - Г 1 – Б 1 – 0,15 n o . Вторая часть, соответствующая умеренно холодному периоду, имеет переменный расход тепла - линия Б 1 В 1 .

Таблица 2.

Средняя температура наружного воздуха и продолжительность умеренно холодного периода в отопительном сезоне

Что это такое — удельный расход тепла на отопление? В каких величинах измеряется удельный расход тепловой энергии на отопление здания и, главное, откуда берутся его значения для расчетов? В этой статье нам предстоит познакомиться с одним из основных понятий теплотехники, а заодно изучить несколько смежных понятий. Итак, в путь.

Что это такое

Определение

Определение удельного расхода тепла дается в СП 23-101-2000. Согласно документу, так называется количество тепла, нужное для поддержания в здании нормируемой температуры, отнесенное к единице площади или объема и к еще одному параметру — градусо-суткам отопительного периода.

Для чего используется этот параметр? Прежде всего — для оценки энергоэффективности здания (или, что то же самое, качества его утепления) и планирования затрат тепла.

Собственно, в СНиП 23-02-2003прямо говорится: удельный (на квадратный или кубический метр) расход тепловой энергии на отопление здания не должен превышать приведенных значений.
Чем лучше теплоизоляция, тем меньше энергии требует обогрев.

Градусо-сутки

Как минимум один из использованных терминов нуждается в разъяснении. Что это такое — градусо-сутки?

Это понятие прямо относится к количеству тепла, необходимому для поддержания комфортного климата внутри отапливаемого помещения в зимнее время. Она вычисляется по формуле GSOP=Dt*Z, где:

• GSOP — искомое значение;
• Dt — разница между нормированной внутренней температурой здания (согласно действующим СНиП она должна составлять от +18 до +22 С) и средней температурой самых холодных пяти дней зимы.
• Z — длина отопительного сезона (в сутках).

Как несложно догадаться, значение параметра определяется климатической зоной и для территории России варьируются от 2000 (Крым, Краснодарский край) до 12000 (Чукотский АО, Якутия).

Единицы измерения

В каких величинах измеряется интересующий нас параметр?

• В СНиП 23-02-2003 используются кДж/(м2*С*сут) и, параллельно с первой величиной, кДж/(м3*С*сут) .
• Наряду с килоджоулем могут использоваться другие единицы измерения тепла — килокалории (Ккал), гигакалории (Гкал) и киловатт-часы (КВт*ч) .

Как они связаны между собой?

• 1 гигакалория = 1000000 килокалорий.
• 1 гигакалория = 4184000 килоджоулей.
• 1 гигакалория = 1162,2222 киловатт-часа.

На фото — теплосчетчик. Приборы учета тепла могут использовать любые из перечисленных единиц измерения.

Нормированные параметры

Для одноквартирных одноэтажных отдельностоящих домов

Для многоквартирных домов, общежитий и гостиниц

Обратите внимание: с увеличением количества этажей норма расхода тепла уменьшается.
Причина проста и очевидна: чем больше объект простой геометрической формы, тем больше отношение его объема к площади поверхности.
По той же причине удельные расходы на отопление загородного дома уменьшаются с увеличением отапливаемой площади.

Вычисления

Точное значение потерь тепла произвольным зданием вычислить практически невозможно. Однако давно разработаны методики приблизительных расчетов, дающих в пределах статистики достаточно точные средние результаты. Эти схемы вычислений часто упоминается как расчеты по укрупненным показателям (измерителям).

Наряду с тепловой мощностью часто возникает необходимость рассчитать суточный, часовой, годичный расход тепловой энергии или среднюю потребляемую мощность. Как это сделать? Приведем несколько примеров.

Часовой расход тепла на отопление по укрупненным измерителям вычисляется по формуле Qот=q*a*k*(tвн-tно)*V, где:

• Qот — искомое значение к килокалориях.
• q — удельная отопительная величина дома в ккал/(м3*С*час). Она ищется в справочниках для каждого типа зданий.

• а — коэффициент поправки на вентиляцию (обычно равен 1,05 — 1,1).
• k — коэффициент поправки на климатическую зону (0,8 — 2,0 для разных климатических зон).
• tвн — внутренняя температура в помещении (+18 — +22 С).
• tно — уличная температура.
• V — объем здания вместе с ограждающими конструкциями.

Чтобы вычислить приблизительный годовой расход тепла на отопление в здании с удельным расходом в 125 кДж/(м2*С*сут) и площадью 100 м2, расположенном в климатической зоне с параметром GSOP=6000, нужно всего-то умножить 125 на 100 (площадь дома) и на 6000 (градусо-сутки отопительного периода). 125*100*6000=75000000 кДж, или примерно 18 гигакалорий, или 20800 киловатт-часов.

Чтобы пересчитать годичный расход в среднюю тепловую , достаточно разделить его на длину отопительного сезона в часах. Если он длится 200 дней, средняя тепловая мощность отопления в приведенном выше случае составит 20800/200/24=4,33 КВт.

Энергоносители

Как своими руками вычислить затраты энергоносителей, зная расход тепла?

Достаточно знать теплотворную способность соответствующего топлива.

Проще всего вычислить расход электроэнергии на отопление дома: он в точности равен произведенному прямым нагревом количеству тепла.

Так, средняя в последнем рассмотренном нами случае будет равна 4,33 киловатта. Если цена киловатт-часа тепла равна 3,6 рубля, то в час мы будем тратить 4,33*3,6=15,6 рубля, в день — 15*6*24=374 рубля и так далее.

Владельцам твердотопливных котлов полезно знать, что нормы расхода дров на отопление составляют около 0,4 кг/КВт*ч. Нормы расхода угля на отопление вдвое меньше — 0,2 кг/КВт*ч.

Таким образом, чтобы своими руками подсчитать среднечасовой расход дров при средней тепловой мощности отопления 4,33 КВт, достаточно умножить 4,33 на 0,4: 4,33*0,4=1,732 кг. Та же инструкция действует для других теплоносителей — достаточно лишь залезь в справочники.

Заключение

Надеемся, что наше знакомство с новым понятием, пусть даже несколько поверхностное, смогло удовлетворить любопытство читателя. Прикрепленное к этому материалу видео, как обычно.предложит дополнительную информацию. Успехов!

На начальном этапе обустройства системы теплоснабжения любого из объектов недвижимости выполняется проектирование отопительной конструкции и соответствующие вычисления. Обязательно следует произвести расчет тепловых нагрузок, чтобы узнать объемы потребления топлива и тепла, необходимые для обогрева здания. Эти данные требуются, чтобы определиться с покупкой современного отопительного оборудования.

Тепловые нагрузки систем теплоснабжения

Понятие тепловая нагрузка определяет количество теплоты, которое отдают приборы обогрева, смонтированные в жилом доме или на объекте другого назначения. До того, как установить оборудование, данный расчет выполняют, чтобы избежать излишних финансовых расходов и других проблем, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации отопительной системы.

Зная основные рабочие параметры конструкции теплоснабжения можно организовать эффективное функционирование обогревательных приборов. Расчет способствует реализации задач, стоящих перед отопительной системой, и соответствие ее элементов нормам и требованиям, прописанным в СНиПе.

Когда вычисляется тепловая нагрузка на отопление, даже малейшая ошибка может привести к большим проблемам, поскольку на основании полученных данных в местном отделении ЖКХ утверждают лимиты и другие расходные параметры, которые станут основанием для определения стоимости услуг.

Общая величина тепловой нагрузки на современную отопительную систему включает в себя несколько основных параметров:

• нагрузку на конструкцию теплоснабжения;
• нагрузку на систему обогрева пола, если она планируется к установке в доме;
• нагрузку на систему естественной и/или принудительной вентиляции;
• нагрузку на систему горячего водоснабжения;
• нагрузку, связанную с различными технологическими нуждами.

Характеристики объекта для расчета тепловых нагрузок

Правильно расчетная тепловая нагрузка на отопление может быть определена при условии, что в процессе вычислений будут учтены абсолютно все, даже малейшие нюансы.

Перечень деталей и параметров довольно обширен:

• назначение и тип объекта недвижимости . Для расчета важно знать, какое здание будет обогреваться - жилой или нежилой дом, квартира (прочитайте также: " "). От типа постройки зависит норма нагрузки, определяемая компаниями, поставляющими тепло, а, соответственно, расходы на теплоснабжение;
• архитектурные особенности . Во внимание принимаются габариты таких наружных ограждений, как стены, кровля, напольное покрытие и размеры оконных, дверных и балконных проемов. Немаловажными считаются этажность здания, а также наличие подвалов, чердаков и присущие им характеристики;
• норма температурного режима для каждого помещения в доме . Подразумевается температура для комфортного пребывания людей в жилой комнате или зоне административной постройки (прочитайте: " ");
• особенности конструкции наружных ограждений , включая толщину и тип стройматериалов, наличие теплоизоляционного слоя и используемая для этого продукция;
• назначение помещений . Эта характеристика особо важна для производственных зданий, в которых для каждого цеха или участка необходимо создать определенные условия относительно обеспечения температурного режима;
• наличие специальных помещений и их особенности. Это касается, например, бассейнов, оранжерей, бань и т.д.;
• степень техобслуживания . Наличие/отсутствие горячего водоснабжения, централизованного отопления, системы кондиционирования и прочего;
• количество точек для забора подогретого теплоносителя . Чем их больше, тем значительнее тепловая нагрузка, оказываемая на всю отопительную конструкцию;
• количество людей, находящихся в здании или проживающих в доме . От данного значения напрямую зависят влажность и температура, которые учитываются в формуле вычисления тепловой нагрузки;
• прочие особенности объекта . Если это промышленное здание, то ими могут быть, количество рабочих дней на протяжении календарного года, число рабочих в смену. Для частного дома учитывают, сколько проживает в нем людей, какое количество комнат, санузлов и т.д.

Расчет нагрузок тепла

Выполняется расчет тепловой нагрузки здания относительно отопления на этапе, когда проектируется объект недвижимости любого назначения. Это требуется для того, чтобы не допустить лишние денежные траты и правильно выбрать отопительное оборудование.

При проведении расчетов учитывают нормы и стандарты, а также ГОСТы, ТКП, СНБ.

В ходе определения величины тепловой мощности во внимание принимают ряд факторов:

Расчет тепловых нагрузок здания с определенной степенью запаса необходимо, чтобы не допустить в дальнейшем лишних финансовых расходов.

Наиболее необходимость таких действий важна при обустройстве теплоснабжения загородного коттеджа. В таком объекте недвижимости монтаж дополнительного оборудования и других элементов отопительной конструкции обойдется невероятно дорого.

Особенности расчета тепловых нагрузок

Расчетные величины температуры и влажности воздуха в помещениях и коэффициенты теплопередачи можно узнать из специальной литературы или из технической документации, прилагаемой производителями к своей продукции, в том числе и к теплоагрегатам.

Стандартная методика расчета тепловой нагрузки здания для обеспечения его эффективного обогрева включает последовательное определение максимального потока тепла от обогревательных приборов (радиаторов отопления), максимального расхода тепловой энергии в час (прочитайте: " "). Также требуется знать общий расход тепловой мощности в течение определенного периода времени, например, за отопительный сезон.

Расчет тепловых нагрузок, в котором учитывается площадь поверхности приборов, участвующих в тепловом обмене, применяют для разных объектов недвижимости. Такой вариант вычислений позволяет максимально правильно рассчитать параметры системы, которая обеспечит эффективный обогрев, а также произвести энергетическое обследование домов и зданий. Это идеальный способ определить параметры дежурного теплоснабжения промышленного объекта, подразумевающего снижение температуры в нерабочие часы.

Методы вычисления тепловых нагрузок

На сегодняшний день расчет тепловых нагрузок производится при помощи нескольких основных способов, среди которых:

• вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей;
• определение теплоотдачи установленного в здании отопительно-вентиляционного оборудования;
• вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций, а также добавочных потерь, связанных с нагревом воздуха.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания используется в тех случаях, когда информации о проектируемом объекте недостаточно или требуемые данные не соответствуют действительным характеристикам.

Для проведения подобных вычислений отопления используется несложная формула:

Qmax от.=αхVхq0х(tв-tн.р.) х10-6, где:

• α – поправочный коэффициент, учитывающий климатические особенности конкретного региона, где строится здание (применяется в том случае, когда расчетная температура отличается от 30 градусов мороза);
• q0 - удельная характеристика теплоснабжения, которую выбирают, исходя из температуры самой холодной недели на протяжении года (так называемой «пятидневки»). Читайте также: "Как рассчитывается удельная отопительная характеристика здания – теория и практика ";
• V – наружный объем постройки.

Исходя из вышеприведенных данных, выполняют укрупненный расчет тепловой нагрузки.

Виды тепловых нагрузок для расчетов

При осуществлении расчетов и выборе оборудования во внимание принимают разные тепловые нагрузки:

1. Сезонные нагрузки , имеющие следующие особенности:

   Им присущи изменения в зависимости от температуры окружающего воздуха на улице;
   - наличие отличий в величине расхода тепловой энергии в соответствии с климатическими особенностями региона местонахождения дома;
   - изменение нагрузки на отопительную систему в зависимости от времени суток. Поскольку наружные ограждения имеют теплостойкость, данный параметр считается незначительным;
   - расходы тепла вентиляционной системы в зависимости от времени суток.

2. Постоянные тепловые нагрузки . В большинстве объектов системы теплоснабжения и горячего водоснабжения они используются на протяжении года. Например, в теплое время года расходы тепловой энергии в сравнении с зимним периодом снижаются где-то на 30-35%.
3. Сухое тепло . Представляет собой тепловое излучение и конвекционный теплообмен за счет иных подобных устройств. Определяют данный параметр при помощи температуры сухого термометра. Он зависит от многих факторов, среди которых окна и двери, системы вентиляции, различное оборудование, воздухообмен, происходящий за счет наличия щелей в стенах и перекрытиях. Также учитывают количество людей, присутствующих в помещении.
4. Скрытое тепло . Образуется в результате процесса испарения и конденсации. Температура определяется при помощи влажного термометра. В любом по назначению помещении на уровень влажности влияют:

   Численность людей, одновременно находящихся в помещении;
   - наличие технологического или другого оборудования;
   - потоки воздушных масс, проникающих сквозь щели и трещины, имеющиеся в ограждающих конструкциях здания.

Регуляторы тепловых нагрузок

В комплект современных котлов промышленного и бытового назначения входят РТН (регуляторы тепловых нагрузок). Эти устройства (см. фото) предназначаются для поддержки мощности теплоагрегата на определенном уровне и не допускают скачков и провалов во время их работы.

РТН позволяют экономить на оплате за отопление, поскольку в большинстве случаев существуют определенные лимиты и их нельзя превышать. Особенно это касается промпредприятий. Дело в том, что за превышение лимита тепловых нагрузок следует наложение штрафных санкций.

Самостоятельно сделать проект и произвести расчеты нагрузки на системы, обеспечивающие отопление, вентиляцию и кондиционирование в здании, довольно сложно, поэтому данный этап работ, как правило, доверяют специалистам. Правда, при желании можно выполнить вычисления самостоятельно.

Gср - средний расход горячей воды.

Комплексный расчет тепловой нагрузки

Помимо теоретического решения вопросов, касающихся тепловых нагрузок, при проектировании выполняется ряд практических мероприятий. В состав комплексных теплотехнических обследований входит термографирование всех конструкций здания, включая перекрытия, стены, двери, окна. Благодаря данной работе удается определить и зафиксировать различные факторы, оказывающие влияния на потери тепла дома или промышленной постройки.

Тепловизионная диагностика наглядно показывает, каким будет реальный перепад температур при прохождении конкретного количества теплоты через один «квадрат» площади ограждающих конструкций. Также термографирование помогает определить

Благодаря теплотехническим обследованиям получают самые достоверные данные, касающиеся тепловых нагрузок и потерь тепла для конкретного здания в течение определенного временного периода. Практические мероприятия позволяют наглядно продемонстрировать то, что теоретические расчеты не могут показать – проблемные места будущего сооружения.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что расчеты тепловых нагрузок на ГВС, отопление и вентиляцию, аналогично гидравлическому расчету системы отопления, очень важны и их непременно следует выполнить до начала обустройства системы теплоснабжения в собственном доме или на объекте другого назначения. Когда подход к работе выполнен грамотно, безотказное функционирование отопительной конструкции будет обеспечено, причем без лишних затрат.

Видео пример расчета тепловой нагрузки на систему отопления здания:

Прежде чем приступать к закупке материалов и монтажу систем теплоснабжения дома или квартиры, необходимо провести расчет отопления, исходя из площади каждого помещения. Базовые параметры для проектирования обогрева и расчета тепловой нагрузки:

• Площадь;
• Количество оконных блоков;
• Высота потолков;
• Расположение комнаты;
• Теплопотери;
• Теплоотдача радиаторов;
• Климатический пояс (температура наружного воздуха).

Методика, описанная ниже, применяется для расчета количества батарей для площади помещения без дополнительных источников отопления (теплые полы, кондиционеры и т.д.). Рассчитать отопление можно двумя способами: по простой и усложненной формуле.

До начала проектирования теплоснабжения стоит решить, какие именно радиаторы будут устанавливаться. Материал, из которого изготавливаются батареи обогрева:

• Чугун;
• Сталь;
• Алюминий;
• Биметалл.

Оптимальным вариантом считаются алюминиевые и биметаллические радиаторы. Самая высокая тепловая отдача у биметаллических устройств. Чугунные батареи долго нагреваются, но после отключения отопления температура в помещении держится довольно долго.

Простая формула для проектирования количества секции в радиаторе обогрева:

K = Sх(100/R), где:

S – площадь помещения;

R – мощность секции.

Если рассматривать на примере с данными: комната 4 х 5 м, биметаллический радиатор, мощность 180 Вт. Расчет будет выглядеть так:

K = 20*(100/180) = 11,11. Итак, для комнаты площадью 20 м 2 необходимой для установки является батарея с минимум 11-ю секциями. Или, например, 2 радиатора по 5 и 6 ребер. Формула используется для помещений с высотой потолка до 2,5 м в стандартном здании советской постройки.

Однако такой расчет системы отопления не учитывает теплопотери здания, также не берется в расчет температура наружного воздуха дома и количество оконных блоков. Поэтому следует также брать во внимание эти коэффициенты, для окончательного уточнения количества ребер.

Вычисления для панельных радиаторов

В случае когда предполагается установка батареи с панелью вместо ребер, используется следующая формула по объему:

W = 41хV, где W – мощность батареи, V – объем комнаты. Число 41 – норма средней годовой мощности обогрева 1 м 2 жилого помещения.

В качестве примера можно взять помещение площадью 20 м 2 и высотой 2,5 м. Значение мощности радиатора по объему помещения в 50 м 3 будет равно 2050 Вт, или 2 кВт.

Расчет теплопотерь

Основные потери тепла происходят через стены помещения. Для расчета нужно знать коэффициент теплопроводности наружного и внутреннего материала, из которого построен дом, толщину стены здания, также важна средняя температура наружного воздуха. Основная формула:

Q = S х ΔT /R, где

ΔT – разница температуры снаружи и внутреннего оптимального значения;

S – площадь стен;

R – тепловое сопротивление стен, которое, в свою очередь, рассчитывается по формуле:

R = B/K, где B – толщина кирпича, K – коэффициент теплопроводности.

Пример расчета: дом построен из ракушняка, в камень, находится в Самарской области. Теплопроводность ракушняка в среднем составляет 0,5 Вт/м*К, толщина стены – 0,4 м. Учитывая средний диапазон, минимальная температура зимой -30 °C. В доме, согласно СНИП, нормальная температура составляет +25 °C, разница 55°C.

Если комната угловая, то обе ее стены непосредственно контактируют с окружающей средой. Площадь наружных двух стен комнаты 4х5 м и высотой 2,5 м: 4х2,5 + 5х2,5 = 22,5 м 2 .

R = 0,4/0,5 = 0,8

Q = 22,5*55/0,8 = 1546 Вт.

Кроме того, необходимо учитывать утепление стен помещения. При отделке пенопластом наружной площади теплопотери уменьшаются примерно на 30%. Итак, окончательная цифра составит около 1000 Вт.

Расчет тепловой нагрузки (усложненная формула)

Схема теплопотерь помещений

Чтобы вычислить окончательный расход тепла на отопление, необходимо учесть все коэффициенты по следующей формуле:

КТ = 100хSхК1хК2хК3хК4хК5хК6хК7, где:

S – площадь комнаты;

К – различные коэффициенты:

K1 – нагрузки для окон (в зависимости от количества стеклопакетов);

K2 – тепловой изоляции наружных стен здания;

K3 –нагрузки для соотношения площади окон к площади пола;

K4 – температурного режима наружного воздуха;

K5 – учитывающий количество наружных стен комнаты;

K6 – нагрузки, исходя из верхнего помещения над рассчитываемой комнатой;

K7 – учитывающий высоту помещения.

Как пример, можно рассмотреть ту же комнату здания в Самарской области, утепленную снаружи пенопластом, имеющую 1 окно с двойным стеклопакетом, над которой расположено отапливаемое помещение. Формула тепловой нагрузки будет выглядеть следующим образом:

KT = 100*20*1,27*1*0,8*1,5*1,2*0,8*1= 2926 Вт.

Расчет отопления ориентирован именно на эту цифру.

Расход тепла на отопление: формула и корректировки

Исходя из выше сделанных расчетов, для отопления комнаты необходимо 2926 Вт. Учитывая тепловые потери, потребности составляют: 2926 + 1000 = 3926 Вт (KT2). Для расчета количества секций используют следующую формулу:

K = KT2/R, где KT2 – окончательное значение тепловой нагрузки, R – теплоотдача (мощность) одной секции. Итоговая цифра:

K = 3926/180 = 21,8 (округленная 22)

Итак, чтобы обеспечить оптимальный расход тепла на отопление, необходимо поставить радиаторы, имеющие в сумме 22 секции. Нужно учитывать, что самая низкая температура – 30 градусов мороза по времени составляет максимум 2-3 недели, поэтому можно смело уменьшить число до 17 секций (- 25%).

Если хозяев жилья не устраивает такой показатель количества радиаторов, то следует изначально брать во внимание батареи, имеющие большую мощность теплоснабжения. Либо утеплять стены здания и внутри, и снаружи современными материалами. Кроме того, нужно правильно оценить потребности жилья в тепле, исходя из второстепенных параметров.

Существует еще несколько параметров, влияющих на дополнительный расход энергии впустую, что влечет за собой увеличение тепловой потери:

1. Особенности наружных стен. Энергии обогрева должно хватить не только для отопления помещения, но и для компенсации потерь тепла. Стена, контактирующая с окружающей средой, со временем от перепадов температуры наружного воздуха начинает пропускать внутрь влагу. Особенно следует хорошо утеплить и провести качественную гидроизоляцию для северных направлений. Также рекомендуется изолировать поверхность домов, находящихся во влажных регионах. Высокий годовой уровень осадков неизбежно приведет к повышению теплопотерь.
2. Место установки радиаторов. Если батарея монтирована под окном, то происходит утечка энергии обогрева через его конструкцию. Уменьшить потери тепла поможет установка качественных блоков. Также нужно рассчитывать мощность прибора, установленного в подоконной нише – она должна быть выше.
3. Условность годовой потребности тепла для зданий в разных часовых поясах. Как правило, по СНИПам рассчитывается усредненная температура (усредненный годовой показатель) для зданий. Однако потребности в тепле бывают существенно ниже, если, например, на холодную погоду и низким показателям наружного воздуха приходится в общей сложности 1 месяц в году.

Совет! Чтобы максимально снизить потребности в тепле зимой, рекомендуется установить дополнительные источники обогрева воздуха внутри помещения: кондиционеры, передвижные обогреватели и пр.

Пояснения к калькулятору годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию.

Исходные данные для расчета:

• Основные характеристики климата, где расположен дом:
  • Средняя температура наружного воздуха отопительного периода t o.п;
  • Продолжительность отопительного периода: это период года со средней суточной температурой наружного воздуха не более +8°C - z o.п.
• Основная характеристика климата внутри дома: расчетная температура внутреннего воздуха t в.р, °С
• Основная тепловая характеристики дома: удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию, отнесенный к градусо-суткам отопительного периода, Вт·ч/(м2 °C сут).

Характеристики климата.

Параметры климата для расчета отопления в холодный период для разных городов России можно посмотреть здесь: (Карта климатологии) или в СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01–99* “Строительная климатология”. Актуализированная редакция»
Например, параметры для расчета отопления для Москвы (Параметры Б ) такие:

• Средняя температура наружного воздуха отопительного периода: -2,2 °C
• Продолжительность отопительного периода: 205 сут. (для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более +8°C).

Температура внутреннего воздуха.

Расчетную температуру внутреннего воздуха вы можете установит свою, а можете взять из нормативов (смотрите таблицу на рисунке 2 или во вкладке Таблица 1).

В расчетах применяется величина D d - градусо-сутки отопительного периода (ГСОП), °С×сут. В России значение ГСОП численно равно произведению разности среднесуточной температуры наружного воздуха за отопительный период (ОП) t o.п и расчетной температуры внутреннего воздуха в здании t в.р на длительность ОП в сутках: D d = ( t o.п – t в.р) z o.п.

Удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию

Нормированные величины.

Удельный расход тепловой энергии на отопление жилых и общественных зданий за отопительный период не должен превышает приведенных в таблице величин по СНиП 23-02-2003 . Данные можно взять из таблицы на картинке 3 или подсчитать на вкладке Таблица 2 (переработанный вариант из [Л.1]). По ней выберите для своего дома (площадь / этажность) значение удельного годового расхода и вставьте в калькулятор. Это характеристика тепловых качеств дома. Все строящиеся жилые дома для постоянного проживания должны отвечать этому требованию. Базовый и нормируемый по годам строительства удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию основаны на проекте приказа Министерства Регионального развития РФ «Об утверждении требований энергетической эффективности зданий, строений, сооружений», где указаны требования к базовым характеристикам (проект от 2009 года), к характеристикам нормируемым с момента утверждения приказа (условно обозначил Н.2015) и с 2016 года (Н.2016).

Расчетная величина.

Эта величина удельного расхода тепловой энергии может быть указана в проекте дома, её можно подсчитать на основании проекта дома, можно оценить ее размер на основе реальных тепловых измерений или размеров потребленной за год энергии на отопление. Если эта величина указана в Вт·ч/м2, то её надо разделить на ГСОП в °C сут., получившуюся величину сравнить с нормированной для дома с подобной этажностью и площадью. Если она меньше нормированной, то дом удовлетворяет требованиям по теплозащите, если нет, то дом следует утеплить.

Свои цифры.

Значения исходных данных для расчета даны для примера. Вы можете вставить свои значения в поля на желтом фоне. В поля на розовом фоне вставляете справочные или расчетные данные.

О чем могут сказать результаты расчета.

Удельный годовой расход тепловой энергии, кВт·ч/м2 - можно использовать, чтобы оценить , необходимое количество топлива на год для отопления и вентиляции. По количеству топлива можно выбрать емкость резервуара (склада) для топлива, периодичность его пополнения.

Годовой расход тепловой энергии, кВт·ч - абсолютная величина потребляемой за год энергии на отопление и вентиляцию. Изменяя значения внутренней температуры можно увидеть, как изменяется эта величина, оценить экономию или перерасход энергии от изменения поддерживаемой внутри дома температуры, увидеть как влияет неточность термостата на потребление энергии. Особенно наглядно это будет выглядеть в пересчете на рубли.

Градусо-сутки отопительного периода, °С·сут. - характеризуют климатические условия внешние и внутренние. Поделив на это число удельный годовой расход тепловой энергии вкВт·ч/м2, вы получите нормированную характеристику тепловых свойств дома, отвязанную от климатических условий (это может помочь в выборе проекта дома, теплоизолирующих материалов).

О точности расчетов.

На территории Российской Федерации происходят определенные изменения климата. Исследование эволюции климата показало, что в настоящее время наблюдается период глобального потепления. Согласно оценочному докладу Росгидромета, климат России изменился сильнее (на 0,76 °C), чем климат Земли в целом, причем самые значительные изменения произошли на европейской территории нашей страны. На рис. 4 видно, что повышение температуры воздуха в Москве за период 1950–2010 годов происходило во все сезоны. Наиболее существенным оно было в холодный период (0,67 °C за 10 лет).[Л.2]

Основными характеристиками отопительного периода являются средняя температура отопительного сезона, °С, и продолжительность этого периода. Естественно, что ежегодно их реальное значение меняется и, поэтому, расчеты годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию домов являются лишь оценкой реального годового расхода тепловой энергии. Результаты этого расчета позволяют сравнить .

Приложение:

Литература:

• 1. Уточнение таблиц базового и нормируемого по годам строительства показателей энергоэффективности жилых и общественных зданий
  В. И. Ливчак, канд. техн. наук, независимый эксперт
• 2. Новый СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01–99* “Строительная климатология”. Актуализированная редакция»
  Н. П. Умнякова, канд. техн. наук, заместитель директора по научной работе НИИСФ РААСН