Тепловая нагрузка на теплоснабжение
Как осуществляется расчет тепловой нагрузки на теплоснабжение
Чтобы выяснить, какой мощностью должно располагать теплосиловое оборудование личного дома, необходимо определить общую нагрузку на систему обогрева, для чего и осуществляется расчет тепла. В этой публикации мы не станем говорить об укрупненной методике подсчетов по площади или объему строения, а представим более точный способ, применяемый проектировщиками, только в упрощенном виде для лучшего восприятия. Итак, на систему обогрева дома ложится 3 вида нагрузок:
- компенсация потерь энергии тепла, уходящей сквозь конструкции строительства (стены, полы, кровлю);
- нагрев воздуха, потребного для проветривания помещений;
- разогрев воды для нужд ГВС (когда в этом задействован котел, а не отдельный нагреватель).
Рассмотрим, как правильно высчитать любую из этих нагрузок в отдельности и определить общую мощность теплоснабжения строения.
Обозначение теплопотерь через ограждения снаружи
Для начала представим формулу из СНиП, по которой выполняется расчет энергии тепла, теряемой через конструкции строительства, отделяющие пространство внутри дома от улицы:
Q = 1/R х (tв – tн) х S, где:
- Q – расход тепла, уходящего через конструкцию, Вт;
- R – сопротивление передаче тепла сквозь материал ограждения, м2?С / Вт;
- S – площадь такой конструкции, м2;
- tв – температура, какая обязана быть в середине дома, ?С;
- tн – средняя уличная температура за 5 наиболее прохладных дней, ?С.
Для справки. Согласно методике расчет потерь тепла осуществляется отдельно для всех помещений. С целью облегчить задачу предлагается взять здание в общем, приняв подходящую среднюю температуру 20—21 ?С.
Площадь для любого вида наружного ограждения вычисляется отдельно, для чего измеряются окна, двери, полы и стены с кровлей. Так выполняется, так как они сделаны из разнообразных материалов разной толщины. Так что расчет нужно будет делать отдельно для всех видов конструкций, а результаты потом просуммировать. Самую холодную уличную температуру в собственном районе проживания вы наверное знаете из практики. А вот параметр R придется высчитать отдельно по формуле:
- ? – показатель теплопроводимости материала ограждения, Вт/(м?С);
- ? – толщина материала в метрах.
Примечание. Значение ? – справочное, его легко найти в любой справочной литературе, а для окон ПВХ этот показатель вам подскажут производственники. Ниже приводится таблица с коэффициентами теплопроводимости некоторых строительных материалов, причем для вычислений нужно брать рабочие значения ?.
Как пример подсчитаем, сколько тепла потеряет 10 м2 стены из кирпича толщиной 250 мм (2 кирпича) при температурной разнице с наружной стороны и в доме 45 ?С:
R = 0.25 м / 0.44 Вт/(м · ?С) = 0.57 м2 ?С / Вт.
Q = 1/0.57 м2 ?С / Вт х 45 ?С х 10 м2 = 789 Вт или 0.79 кВт.
Если стенка состоит из разнообразных материалов (конструкционный материал плюс материал для утепления), то их тоже нужно считать отдельно по вышеприведенным формулам, а результаты суммировать. Точно также просчитываются окна и кровля, а вот с полами обстоит дело иначе. В первую очередь нужно изобразить план строения и его зонировать шириной 2 м, как это сделано на рисунке:
Сейчас следует определить площадь каждой зоны и по очереди подставить в главную формулу. Взамен параметра R необходимо взять нормативные значения для зоны I, II, III и IV, нижеуказанные в таблице. По завершении расчетов результаты складываем и приобретаем общие теплопотери через полы.
Расход на разогрев вентиляционного воздуха
Малосведущие люди часто не берут во внимание, что приточный воздух в доме тоже нужно нагревать и эта тепловая нагрузка тоже ложится на систему отопления. Прохладный воздух все равно проникает в дом снаружи, хотим мы того либо нет, и на его нагрев необходимо потратить энергию. Больше того, в личном доме должна работать настоящая вентиляция приточно-вытяжного типа, в основном, с настоящим побуждением. Обмен воздуха создается из-за наличия тяги в каналах для вентиляции и дымоходе котла.
Предлагаемая в документации нормативной базы методика определения тепловой нагрузки от вентиляции довольно трудна. Довольно точные результаты можно получить, если высчитать эту нагрузку по общеизвестной формуле через теплоемкость вещества:
Qвент = сант.?t, тут:
- Qвент – кол-во теплоты, необходимое для нагревания приточного воздуха, Вт;
- ?t – температурная разница на улице и в середине дома, ?С;
- m – масса воздушной смеси, поступающей снаружи, кг;
- с – теплоемкость воздуха, принимается 0.28 Вт / (кг ?С).
Сложность расчета данного типа тепловой нагрузки состоит в правильном определении массы нагреваемого воздуха. Выяснить, сколько его проникает вовнутрь дома, при природной вентиляции трудно. Благодаря этому необходимо обратиться к нормативам, ведь строения возводят по проектам, где заложены потребные воздухообмены. А нормы говорят, что во множестве комнат воздушная среда должна меняться 1 раз в час. Тогда берем объемы всех помещений и прибавляем к ним нормы расхода воздуха на каждый сантехнический узел – 25 м3/ч и кухонную кухонную плиту – 100 м3/ч.
Чтобы сделать расчет тепловой нагрузки на теплоснабжение от вентиляции, получившийся объем воздуха нужно сосчитать в массу, узнав его плотность при самых разнообразных температурах из таблицы:
Предположим, что общее кол-во приточного воздуха составляет 350 м3/ч, температура с наружной стороны – минус 20 ?С, в середине – плюс 20 ?С. Тогда его масса будет составлять 350 м3 х 1.394 кг/м3 = 488 кг, а тепловая нагрузка на систему отопления — Qвент = 0.28 Вт / (кг ?С) х 488 кг х 40 ?С = 5465.6 Вт или 5.5 кВт.
Тепловая нагрузка от нагревания воды для ГВС
Для определения этой нагрузки воспользуйтесь такой же простой формулой, только сейчас нужно сосчитать энергию тепла, растрачиваемую на разогрев воды. Ее теплоемкость известна и составляет 4.187 кДж/кг °С или 1.16 Вт/кг °С. Если учесть, что семье из 4 человек на все необходимости достаточно 100 л воды на 1 сутки, нагретой до 55 °С, подставляем данные цифры в формулу и приобретаем:
QГВС = 1.16 Вт/кг °С х 100 кг х (55 – 10) °С = 5220 Вт или 5.2 кВт теплоты в день.
Примечание. По умолчанию принято, что 1 л воды равён 1 кг, а температура холодной воды из крана равна 10 °С.
Единица мощности оборудования всегда отнесена к 1 часу, а полученные 5.2 кВт – к суткам. Но дробить данную цифру на 24 нельзя, ведь горячую воду мы хотим получать как можно быстрее, а для этого котел должен располагать мощностным запасом. Другими словами, эту нагрузку нужно добавить к другим как есть.
Заключение
Данный расчет нагрузок на домашнее отопление даст намного более точные результаты, чем классический способ по площади, хотя постараться придется. Итоговый результат необходимо обязательно помножить на показатель запаса – 1.2, а то и 1.4 и по рассчитанному значению выбирать оборудование для котельной. Очередной способ укрупненного расчета тепловых нагрузок по правилам показан на видео:
Обозначение тепловых нагрузок на теплоснабжение и вентиляцию. Обозначение тепловых нагрузок на горячее обеспечение водой
2. Расчет тепловых нагрузок.
Потребителей потребляющих тепло от централизованной теплосети, называют абонентами данной конструкции, а расходуемое абонентами тепло – тепловой нагрузкой. По режиму использования тепла на протяжении года отличают две группы потребителей:
1) сезонные потребители — которые нуждаются в тепле только в холодное время года;
2) круглогодовые потребители — которые нуждаются в тепле весь год.
В зависимости от соотношения и режимов некоторых видов использования отличают три отличительные группы абонентов: жилые, общественные и здания промышленного характера и сооружения. Для строений жилого типа свойственны сезонные издержки тепла на теплоснабжение и круглогодовой расход тепла на горячее обеспечение водой. В зданиях предназначенных для проживания не устраивают специализированной вентиляции приточного типа, так как чистый воздух поступает в помещения через окна и не плотности наружных ограждений. Разогрев вентиляционного воздуха в данном случае возлагается на систему обогрева. Для многих публичных сооружений основное значение имеют сезонные издержки тепла на теплоснабжение и вентиляцию. Необходимость абонентов в тепле не остается постоянной. Издержки тепла на теплоснабжение и вентиляцию изменяются в зависимости от температуры воздуха снаружи, а издержки тепла на горячее обеспечение водой изменяются в зависимости от режима использования горячей воды населением.
Определяющим для проектирования и расчета централизованного отопления являются самые большие часовые (расчетные) издержки тепла по индивидуальным видам теплопотребления и суммарные часовые издержки тепла по абоненту в общем с учитыванием расхождения часовых самых больших затрат тепла по индивидуальным видам использования.
Для определения необходимости в количестве тепла абонентов системы централизованного отопления применяют приближенные способы, в их основе лежат укрупненные показатели.
2.1. Обозначение тепловых нагрузок на теплоснабжение.
Теплоснабжение считается сезонной нагрузкой. Оно предназначается для компенсации потерь тепла и поддержания в помещении нужной внутренней температуры.
Часовые издержки тепла на теплоснабжение определяются по укрупненным показателям
q — удельная отопительная характеристика строения, ккал/мч °С принимается по справочнику в зависимости от наружного объема строения.
а – поправочный показатель, учитывающий условия климата района, для г. Москва, а = 1,08.
V — внешний объем строения, м устанавливается по строительным данным.
t — температура в среднем воздуха в середине помещения, °С принимается в зависимости от типа строения.
t — расчетная температура воздуха снаружи для отапливания, °С для г. Москва t= -28 °С.