Основою для визначення теплового навантаження систем опалення є процедура проведення теплотехнічного розрахунку конструкцій будівлі з урахуванням всіх конструктивних особливостей використовуваних будівельних матеріалів і їх теплоізоляційних властивостей. У розрахунках також враховується орієнтація будівлі по сторонах світу, наявність природної або механічної систем вентиляції та багато інших чинників теплового балансу приміщень.
Методи розрахунку теплового навантаження системи опалення
- Розрахунок втрат тепла по площі приміщень.
- Визначення величини тепловтрат виходячи з зовнішнього об'єму будівлі.
- Точний теплотехнічний розрахунок всіх конструкцій житлового будинку з урахуванням теплофізичних коефіцієнтів матеріалів.
Розрахунок втрат тепла по площі приміщень
Першим методом розрахунку теплового навантаження системи опалення користуються для укрупненого визначення потужності системи опалення всього будинку і загального розуміння кількості і типу радіаторів, а також потужності котельного обладнання. Так як метод не враховує регіон будівництва (розрахункову зовнішню температуру взимку), кількість втрат тепла через фундаменти, дахи або нестандартне скління, то кількість втрат тепла, розраховане укрупненим методом виходячи з площі приміщення, може бути як більше, так і менше фактичних значень.
А при використанні сучасних теплоізоляційних матеріалів потужність котельного обладнання може бути визначена з великим запасом. Таким чином, при влаштуванні систем опалення виникне великий перевитрата матеріалів і буде придбано більш дороге обладнання. Підтримання комфортної температури в приміщеннях буде можливо тільки за умови, що буде встановлена сучасна автоматика, яка не допустить перегріву приміщень вище комфортних температур.
У гіршому випадку, потужність системи опалення може бути занижена і будинок в найхолодніші дні не буде прогрітий.
Проте, цим способом визначення потужності систем опалення користуються досить часто. Слід тільки розуміти, в яких випадках такі укрупнені розрахунки наближені до реальності.
Отже, формула для укрупненого визначення кількості тепловтрат виглядає наступним чином:
При використанні першого методу для укрупненого методу розрахунку теплової потужності слід орієнтуватися на наступні рекомендації:
- У разі, коли в розрахунковому приміщенні з зовнішніх огороджувальних конструкцій є одне вікно і одна зовнішня стіна, а висота стель менше трьох метрів, то на 1м2 опалювальної площі припадає 100 Вт теплової енергії.
- При розрахунку кутового приміщення з двома віконними конструкціями або балконними блоками або приміщення висотою більше трьох метрів, то в діапазон питомої теплової енергії на 1 м2 становить від 120 до 150 Вт.
- Якщо ж прилад опалення в майбутньому планується встановлювати під вікном в ніші або декорувати захисними екранами, поверхня радіаторів і, отже, їх потужність необхідно збільшити на 20-30%. Це обумовлено тим, що теплова потужність радіаторів буде частково витрачатися на прогрів додаткових конструкцій.
Розрахунок теплової потужності виходячи з обсягу приміщення
Цей метод визначення теплового навантаження на системи опалення найменш універсальний, ніж перший, так як призначений для розрахунків приміщень з високими стелями, але при цьому не враховує, що повітря під стелею завжди тепліше, ніж в нижній частині кімнати і, отже, кількість втрат тепла буде відрізнятися зонально.
Теплова потужність системи опалення для будівлі або приміщення з стелями вище стандартних розраховується виходячи з наступної умови:
При використанні першого або другого методу розрахунку тепловтрат будівлі укрупненим методом можна користуватися поправочними коефіцієнтами, які в деякій мірі відображають реальність і залежність втрат тепла будівлею в залежності від різних факторів.
- Тип скління:
- потрійний пакет 0,85,
- подвійний 1,0,
- подвійний палітурка 1,27.
- Наявність вікон і вхідних дверей збільшує величину втрат тепла будинку на 100 і 200 Ватт відповідно.
- Теплоізоляційні характеристики зовнішніх стін і їх повітропроникність:
- сучасні теплоізоляційні матеріали 0,85
- стандарт (дві цеглини і утеплювач) 1,0,
- низькі теплоізоляційні властивості або незначна товщина стін 1,27-1,35.
- Відсоткове співвідношення площі вікон до площі приміщення: 10% -0,8, 20% -0,9, 30% -1,0, 40% -1,1, 50% -1,2.
- Розрахунок для індивідуального житлового будинку повинен проводитися з поправочних коефіцієнтів близько 1,5 в залежності від типу і характеристик використовуваних конструкцій підлоги і покрівлі.
- Розрахункова температура зовнішнього повітря в зимовий період (для кожного регіону своя, визначається нормативами): -10 градусів 0,7, -15 градусів 0,9, -20 градусів 1,10, -25 градусів 1,30, -35 градусів 1, 5.
- Теплові втрати так само ростуть в залежності від збільшення кількості зовнішніх стін за такою залежністю: одна стіна - плюс 10% від теплової потужності.
Але, тим не менш, визначити який метод дасть точний і дійсно вірний результат теплової потужності опалювального обладнання можна лише після виконання точного і повного теплотехнічного розрахунку будівлі.
Теплотехнічний розрахунок індивідуального житлового будинку
Наведені вище методики укрупнених розрахунків найбільше орієнтовані на продавців або покупців радіаторів систем опалення, що встановлюються в типових багатоповерхових житлових будинках. Але коли мова йде про підбір дорогого котельного обладнання, про планування системи опалення заміського будинку, в якому крім радіаторів будуть встановлені системи підлогового опалення, гарячого водопостачання та вентиляції, користуватися цими методиками вкрай не рекомендується.
Кожен власник індивідуального житлового будинку або котеджу ще на стадії будівництва досить скрупульозно підходить до розробки будівельної документації, в якій враховуються всі сучасні тенденції використання будівельних матеріалів і конструкцій будинку. Вони обов'язково повинні не бути типовими або морально застарілими, а виготовлені з урахуванням сучасних енергоефективних технологій. Отже, і теплова потужність системи опалення повинна бути пропорційно нижче, а сумарні витрати на пристрій системи обігріву будинку значно дешевше. Ці заходи дозволяють в подальшому при використанні опалювального обладнання знижувати витрати на споживання енергоресурсів.
Розрахунок тепловтрат виконується в спеціалізованих програмах або з використанням основних формул і коефіцієнтів теплопровідності конструкцій, враховується вплив інфільтрації повітря, наявність або відсутність систем вентиляції в будівлі. Розрахунок заглиблених цокольних приміщень, а також крайніх поверхів проводиться за відмінною від основних розрахунків методиці, яка враховує нерівномірність охолодження горизонтальних конструкцій, тобто втрати тепла через дах і підлогу. Вище наведені методики цей показник не враховують.
Теплотехнічний розрахунок виконується, як правило, кваліфікованими фахівцями в складі проекту на систему опалення в результаті якого виробляється подальший розрахунок кількості і потужність приладів опалення, потужність окремого обладнання, підбір насосів і іншого супутнього обладнання.
Як наочний приклад виконаємо розрахунок тепловтрат в спеціалізованій програмі для трьох будинків, побудованих за однією технологією, але з різною товщиною теплоізоляції зовнішніх стін: 100 мм, 150 мм і 200 мм. Розрахунок ведеться для кутовий житлової кімнати з одним вікном, площею 8,12 м. Регіон будівництва Московська область.
- Приміщення з обміром по зовнішнім габаритам 3000х3000;
- Вікно розмірами 1200х1000.
Метою розрахунку є визначення питомої потужності системи опалення, необхідної для нагріву 1м ?.
- Qуд при т / ізоляції 100 мм складає 103 Вт / м?
- Qуд при т / ізоляції 150 мм складає 81 Вт / м?
- Qуд при т / ізоляції 200 мм складає 70 Вт / м?
Як видно з розрахунку, найбільших втрат тепла становлять для житлового будинку з найменшою товщиною ізоляції, отже, потужність котельного обладнання і радіаторів буде вище на 47% ніж при будівництві будинку з теплоізоляцією в 200 мм.
Інфільтрація повітря або вентиляція будівель
Всі будівлі особливо житлові мають властивість «дихати», тобто провітрюватися різними способами. Це обумовлено створенням розрідженого повітря в приміщеннях за рахунок пристрою витяжних каналів в конструкціях будинку або димоходів. Як відомо, вентиляційні канали створюються в зонах з підвищеними виділеннями забруднень, таких як, кухні, ванні кімнати та санвузли.
Таким чином, при роботі системи вентиляції або при провітрюванні дотримується головне правило створення сприятливого середовища повітря в житлових будинках: напрямок руху свіжого повітря повинно бути організовано з приміщень з постійним перебуванням людей в напрямку приміщень з максимальним рівнем забруднення.
Тобто при правильному воздухообмене припливне повітря надходить в приміщення через вікно, вентиляційний клапан або припливну грати і віддаляється в кухнях і санвузлах.
При розрахунку тепловтрат знання має принципове значення, який спосіб вентиляції житлових приміщень буде обраний:
- Пристрій механічної вентиляції з підігрівом припливного повітря.
- Інфільтрація - неорганізований повітрообмін через нещільності в стінах, при відкриванні вікон або при використанні заздалегідь встановлених повітряних клапанів в конструкції стін або віконних склопакетах.
У разі застосування в житловому будинку збалансованої системи вентиляції (коли обсяг припливного повітря більше або дорівнює витяжної, тобто виключаються будь-які проривання холодного повітря в житлові приміщення) повітря, що надходить в житлові приміщення, попередньо прогрівається у вентиляційній установці. При цьому потужність, необхідна для нагрівання вентиляції, враховується в розрахунку потужності котельного обладнання.
Розрахунок вентиляційної теплового навантаження здійснюється за формулою:
Якщо в житлових приміщеннях відсутня організований повітрообмін, то при розрахунку тепловтрат будівлі проводиться облік тепла, що витрачається системою опалення на нагрів інфільтраційного повітря. При цьому обігрів повітря, що надходить в приміщення здійснюється радіаторами систем опалення, тобто враховується в їх тепловим навантаженням.
Якщо в приміщеннях встановлені герметичні склопакети без вбудованих повітряних клапанів, то втрати тепла на нагрівання повітря, проте враховуються. Це обумовлено тим, що в разі короткочасного провітрювання, що надійшов холодне повітря все одно потрібно нагрівати.
Облік кількості інфільтраційної теплової енергії проводиться за кількома методиками, а в тепловому балансі будівлі в розрахунок приймається найбільше зі значень.
Наприклад, кількість тепла на нагрів повітря, що проникає в приміщення для компенсації природної витяжки, визначається за формулою:
Кількість повітря, що надходить в зимовий період в житлові приміщення, як правило, обумовлено роботою природних витяжних систем, тому в одному випадку приймається рівним обсягу повітря, що витягається.
- Від кухонної плити - електричної 60 м? / Год або газової 90 м? / Год;
- З ванни і санвузлів по 25 м? / Год
У другому випадку даний показник інфільтрації визначається виходячи з санітарної норми свіжого зовнішнього повітря, який повинен надходити в приміщення для забезпечення оптимального та якісного складу повітряного середовища в житлових приміщеннях. Цей показник визначається за питомою характеристиці: 3 м? / Год на 1м? житлової площі.
За розрахункове значення приймається найбільша витрата повітря і відповідно більшу кількість тепловтрат на інфільтрацію.
Приклад: Так як будівля, що розглядається в прикладі. побудовано по каркасному типу з установкою вікон в дерев'яних палітурках, то при створенні витяжної вентиляції на кухні і в санвузлах обсяг інфільтрації буде досить високий. Будинки такого типу, як правило, є найбільш «дихаючими».
Інфільтраційна складова визначається згідно вище наведеним методикам. Розрахунок проводиться для всього житлового будинку за умови, що на кухні встановлена електроплита, на першому поверсі знаходиться санвузол і ванна.
Тобто обсяг витяжного повітря по першій методикою становить Lвит = 60 + 25 + 25 = 110 м? / Год,
а по другій методиці санітарна норма припливного повітря Lпріт = 3м? / ч * 62м? (житлова площа) = 186 м3 / год.
До розрахунку приймаємо максимальну кількість повітря.
Qінф = 0,28 * 186 * 1,2 * 1,005 * (22 + 28) = 3 140 Вт, що становить 44Вт / м ?.