Опалення: розрахунок показника навантаження

Опалення: розрахунок показника навантаження

  • Про теплових втратах тепла через елементи будівлі
  • Способи зменшення витрат на опалення
  • Ось деякі способи зменшення витрат на опалення
  • Вихідні дані для розрахунку
  • Особливості розрахунку для підлоги, розташованого на грунті
  • Розрахунок теплової енергії, що надходить в приміщення за 1 годину
  • Часовий витрата теплової енергії
  • Зауваження по виконаному розрахунку
  • Розрахунок втрат утепленого і неутеплену горища

Якщо у вашому будинку опалювальний котел працює на рідкому паливі, то доцільно хоча б приблизно знати, скільки палива вам буде потрібно на експлуатацію опалювальних приладів.

Схема двухрубной системи опалення будинку

Схема двухрубной системи опалення будинку.


Для газового котла або котла, що використовує електричну енергію, річна витрата тепла на опалення також буде орієнтиром для визначення майбутніх витрат.

Точний розрахунок споживання неможливий, якщо невідомий годинну витрату тепла на опалення.

Про теплових втратах тепла через елементи будівлі

Для визначення кількості тепла для обігріву будинку і для того, щоб обчислити величину навантажень на котел, необхідно знати теплових втрат через конструктивні елементи будівлі.

схема опалення

Схема опалення «ленінградка».

Величина теплових втрат залежать від матеріалу, з якого побудований будинок, і від виконання сучасних вимог по збереженню теплових ресурсів. Мета цієї статті полягає і в тому, щоб переконати читача в необхідності будувати житло з урахуванням сучасних вимог щодо його термоізоляції, і в необхідності зробити розрахунок витрат на утеплення будівель, які були побудовані за часів, коли на економне опалення за допомогою опалювальних приладів особливої уваги не звертали.

Немає таких елементів будинку, через що не губилася б накопичена в результаті опалення за допомогою опалювальних теплових приладів енергія. Тепло втрачається і в результаті таких навантажень, як провітрювання приміщення, інтенсивність якого визначається медичними вимогами, а зменшити ці навантаження не можна, так як це порушить вимоги.

Способи зменшення витрат на опалення

Ось деякі способи зменшення витрат на опалення

  1. Утеплення стін із зовнішнього боку пінопластом товщиною 5-10 см.
  2. Заміна звичайних вікон на металопластикові.
  3. Установка термостатичних клапанів на радіатори води. Це дозволить виключити обігрів приміщення понад необхідність.
  4. Раціональний розподіл радіаторів. Кімната, температура в якій більше, буде джерелом обігріву сусідніх приміщень.
  5. Програмування інтенсивності роботи системи обігріву за часом доби або в залежності від часу проживання.
  6. Установка фольгованого екрану під вікном, де зазвичай знаходяться радіатори. Для цього ніякої уваги не потрібно. Слід також мати на увазі, що радіатор, накритий віконної фіранкою або закритий будь гратами, менш ефективний. Огородження також вносять похибка в вимір температури в приміщенні датчиками термостатичних клапанів (див. П.3).
  7. Знизити рівень комфорту. Наприклад, короткочасне інтенсивне провітрювання створює протяги, але розрахунок показує, що воно вигідніше, ніж провітрювання за допомогою постійно відкритої кватирки. Економити можна і за рахунок раціонального використання гарячої води при двухконтурной системі її підігріву.
  8. Досить ефективним є застосування конденсаційних опалювальних газових котлів. Котли цього типу дорожче звичайних котлів, але вони економічніше: в процесі експлуатації додаткові витрати швидко окуповуються. Для того щоб переконатися, чи є сенс встановлювати більш дорогий котел, потрібен окремий розрахунок.

Вихідні дані для розрахунку

Схема роботи газового нагрівача

Схема роботи газового нагрівача.

Дамо формули, за якими визначають втрати через конструктивні елементи будівлі. Загальною для стін, вікон, підлог і стель є формула теплових втрат:

Q = k * F * (tвн - tнар), (1)

  • де Q - теплові втрати, Вт;
  • k - коефіцієнт теплопередачі елемента будівлі, Вт / (м2° C);
  • F - площа елемента будівлі;
  • tвн - Температура повітря всередині приміщення, ° C;
  • tнар - Температура зовнішнього повітря, ° C.

Температуру всередині приміщення слід приймати такою, яку в родині вважають комфортною. Зазвичай для розрахунків приймають tвн= 20 ° С.

Середню температуру зовнішнього повітря для району проживання слід брати з довідників.

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі вікна у формулі (2) виконуємо за формулою:

kокн = kстFст+Kр* Fp+P * / Fзаг(2)

  • де kст- коефіцієнт теплопередачі склопакета, Вт / (м ° С);
  • Fст- площа склопакета, м2;
  • Kр- коефіцієнт теплопередачі рами, Вт / (м ° С);
  • Fp- площа рами, м2;
  • Р- периметр скління;
  • - коефіцієнт, що враховує передачу тепла алюмінієвої смугою;
  • Fзаг- загальна площа вікна.

Особливості розрахунку для підлоги, розташованого на грунті

Схема утеплення підлоги по грунту

Схема утеплення підлоги по грунту.

Розрахунок коефіцієнта теплопередачі у формулі (3) для підлоги, Kпідлога, розташованого на грунті, виконуємо за формулою:

Kпідлога= 1 / (Rc+d / ) (3)

  • де d - товщина шару, що утеплює, м;
  • - коефіцієнт теплопровідності утеплювального шару, Вт / (м2 град.C);
  • Rc - Коефіцієнт, що залежить від відстані до периметра будівлі, на якому знаходиться ділянка (зона) статі. значення Rз наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

номер зони1234
Відстань до периметра, м0-22-44-6більше 6
значення Rc2,14,38,614,2

Розрахунок теплової енергії на нагрів зовнішнього повітря, Q, що проникає по які врахованим каналах (інфільтрація) визначаємо за формулою:

Q = 0,28 * Ln* * C (tp-ti) * K, (4)

  • де Ln - Витрата повітря, що видаляється, м / год;
  • - щільність повітря в приміщенні, кг / м ;
  • C - питома теплоємність повітря, кДж / (кг ° С);
  • tp - Температура повітря в приміщенні, ° C;
  • ti - Температура зовнішнього повітря, ° C;
  • k - коефіцієнт обліку зустрічних теплових потоків в конструкціях.

Розрахунок теплової енергії, що надходить в приміщення за 1 годину

Розрахувати кількість теплової енергії Q, що надійшла від опалювальних приладів в опалювальну систему за 1 годину, можна розрахувати за формулою:

Q = С * (G (tпід-tобр)) (5)

  • де з = 4,1868 кДж / (кг ° С) = 1 ккал / (кг ° С) - питома теплоємність води;
  • G - кількість рідини, що пройшла по трубопроводах, кг;
  • tпід і tобр - Температура теплоносія на виході з котла і на звороті.
Схема обвязки котла опалення

Схема обвязки котла опалення.

Для системи обігріву з примусовою циркуляцією теплоносія досить мати на виході і вході в якості вимірювальних приладів термометри і знати продуктивність циркуляційного насоса.

Труднощі визначення кількості енергії приладів за формулою (6) повязані з визначенням напору в трубопроводі при природної циркуляції води. Напір, Н, визначаємо за формулою:

Н = h (pхол- ргір), (6)

  • де h - відстань від нагрівальних приладів опалення (радіаторів) до введення обратки в котел опалення, м;
  • pхол, ргір- питома вага холодної і гарячої води, відповідно, кр / м3.

З ростом температури приладів питома вага води зменшується.

Коефіцієнт обємного розширення має нелінійну залежність від температури. У таблиці 2 дані числові значення залежно = f (t).

Таблиця 2

Температура води, град. З7152568
Коефіцієнт расшир. 10-56,51525,858

Шляхом побудови графіка за цими даними, пролонгуючи, визначаємо цей параметр. Наприклад, для температури 75 і 40 ° С на виході і вході приладів опалення отримали: 75= 61 * 10-5 40= 39 * 10-5. Відповідний їм питома вага води, розрахований за формулою (8) склав: р75= 640 кр / м3, р40= 990 крон / м3.

За формулою (7) визначаємо натиск, який буде в системі, якщо різниця висот h = 5 м.

Н = 5 * (990- 640) = 1750 кр / м2.

Такий натиск відповідає висоті водяного стовпа Нвод = 1,75 м.

Схема колекторної системи опалення

Схема колекторної системи опалення.

Щоб визначити обсяг води V, що проходить по трубі D = 25,4 мм (дюймова труба на виході котла) за 3600 (1 год с), скористаємося формулою:

V = Т * D2 *v (8)

Отримуємо: V = 3600 * 3,14 * 0,02542 7 м3, тобто за 1 годину в котлі необхідно нагріти 7 м3 води до температури 75 ° С. Раніше було визначено, що вага 1 м3 при такій температурі становить 640 кр або приблизно 64 кг. Тепер за формулою (6) отримуємо витрату тепла за 1 годину.

Qч= 4,1868 * 64 * (75-40) 9400 кДж = 9,4 МДж

Часовий витрата теплової енергії

Переведемо МДж в більш зрозумілу всім одиницю виміру - кВт * год. 1 кВт * год дорівнює 3,6 МДж. Отже, на 1 годину обігріву будинку за допомогою опалювальних приладів потрібно W = 9,4 / 3,6 = 2,6 кВт * год енергії. Розрахуємо витрата енергії різних приладів.

Електроенергія. Можна вважати, що ККД електричного котла становить 100%, так як вся теплова енергія від ТЕН залишається в приміщенні. Тобто:

WЕ= 2,6 кВт * год

Газ. Згоряння 1 м3 природного газу дає 9,45 кВт * год енергії. Тобто за 1 годину газовий котел, який має ККД 90%, витрачає обсяг газу, що дорівнює:

VГ= 2,6 / 9,45 / 0,9 0,3 м3.

Примітка. Для конденсаційних котлів отриманий результат необхідно зменшити на 10-12%. розрахунок ККД газового котла виконують щодо іншого рівня питомої теплоти згорання, тому не повинен викликати сумнів той факт, що в порівнянні зі звичайним котлом, його ККД може виявитися більше 100%.

Схема опалення будівлі піччю

Схема опалення будівлі піччю.

Дизельне паливо. Згоряння 1 кг дизельного палива дає 42 МДж енергії. 1 л - 33, 6 МДж. ККД хорошого дизельного котла становить 85%. Часовий витрата палива складе:

  • VД (кг)= 9,4 / 42 / 0,85 = 0,26 кг;
  • VД (л)= 9,4 / 33,6 / 0,85 = 0,33 л.

Дрова. 1 кг сухих дров за годину витрачає 2,78 кВт. ККД котла на дровах становить приблизно 70% .Часовой витрата дров складе:

Vдр= 2,6 / 2,78 / 0,7 1,34 кг.

За отриманими даними не важко розрахувати витрати енергії за будь-який період часу. Під річним витратою слід розуміти витрату енергоносіїв в період опалювального сезону з урахуванням енергії, що витрачається на підігрів води для побутових потреб.

Зауваження по виконаному розрахунку

Майте на увазі, що в розрахунку не враховані деякі дуже важливі обставини, що стосуються теплових навантажень.

  1. Зовсім не враховані вище перераховані можливості щодо економного витрачання енергоносіїв в системі.
  2. При визначенні напору (7) не враховано значення навантажень від внутрішнього опору трубопроводу. Тому фактична швидкість руху теплоносія в режимі динамічної рівноваги в опалювальній системі буде менше розрахованої.
  3. Розрахунок виконаний для двотрубної системи опалення із зустрічним рухом теплоносія в системі (тупиковий варіант).

Розрахунок втрат утепленого і неутеплену горища

Для того щоб переконати тих, хто сумнівається в необхідності утеплювати будинок, перш ніж будувати опалення, розрахуємо втрати тепла через стелю верхнього поверху в 2-х варіантах: з неутеплені і утепленим горищем.

Коефіцієнт теплопровідності для покрівлі з оцинкованого заліза k = 52 Вт / (м ° С). Розрахуємо коефіцієнт теплопровідності одного шару утеплювача з мінеральної вати товщиною 10 см. Без урахування паронепроникних і гідроізоляційних плівок коефіцієнт теплопровідності даху, який визначається за формулою (2), складе 0,045 Вт / (м ° С).

тут d1= 0,003м і 1= 52 Вт / (м ° С) - d2= 0,1 м і 2= 0,045 Вт / (м ° С) - товщина і коефіцієнт теплопровідності оцинкованого заліза і мінеральної вати відповідно. Тобто теплопровідність даху і теплові навантаження зменшилися більш ніж 1000 разів. За рахунок утеплення даху, різниця (tвн - tнар) Дещо зросла, але це збільшення незрівнянно менше.

Тепер, розраховуючи втрати тепла і навантаження через стелю за формулою (1), ми розуміємо, що до утеплення покрівлі температура на горищі, незалежно від опалення і опалювальних приладів, практично дорівнювала температурі зовнішнього повітря. Тепер же зовнішня, щодо стельового перекриття, температура і температурні навантаження зросли. За рахунок цього опалення стало ефективніше, так як втрати тепла через перекриття зменшилися.

Якщо зовні утеплити і перекриття, то ефект буде значним. Наприклад, перекриття із залізобетону товщиною 250 мм має коефіцієнт теплопровідності, який дорівнює 1,7 Вт / (м ° С), а пінополістирол товщиною 5 см має коефіцієнт теплопровідності дорівнює 0,04 Вт / (м ° С). За формулою (2) отримуємо 0,72 Вт / (м ° С)

Тобто коефіцієнт теплопровідності зменшився в 1,7 / 0,72 = 2,36 рази. Відповідно, зменшилася величина теплових втрат і навантажень в результаті опалення.


» » » Опалення: розрахунок показника навантаження