Тепловой расчет системы отопления: формулы, справочные данные и конкретный пример

Тепловой расчёт системы отопления: принцип расчета нагрузки

В частном доме нужно всё делать своими (специалиста) «руками», в том числе рассчитывать, проектировать, покупать и монтировать систему отопления.

Дабы начать организацию коммуникаций в доме необходимо произвести тепловой расчёт системы отопления. Ниже разъясняется каким образом и зачем это делается.

  • Тепловой расчёт отопления
  • Температурные режимы помещений
  • Расчёт теплопотерь в доме
  • Определение мощности котла
  • Особенности подбора радиаторов
  • Гидравлический расчёт водоснабжения
  • Пример теплового расчёта
  • Выводы и полезное видео по теме

Тепловой расчёт отопления

Классический тепловой расчёт отопительной системы являет собой сводный технический документ, который включает в себя обязательные поэтапные стандартные методы вычислений.

Но перед изучением этих подсчётов основных параметров нужно определиться с понятием самой системы отопления.

Система отопления характеризуется принудительной подачей и непроизвольным отводом тепла в помещении. Основные задачи расчёта и проектирования системы отопления:

  • наиболее достоверно определить тепловые потери
  • определить количество и условия использования теплоносителя
  • максимально точно подобрать элементы генерации, перемещения и отдачи тепла

При постройке системы отопления необходимо первоначально произвести сбор разнообразных данных о помещении/здании, где будет использоваться система отопления. После выполнить расчёт тепловых параметров системы, проанализировать результаты арифметических операций. На основе полученных данных подобрать компоненты системы отопления с последующей закупкой, установкой и вводом в эксплуатацию.

Примечательно, что указанная методика теплового расчёта позволяет достаточно точно вычислить большое количество величин, которые конкретно описывают будущую систему отопления. В результате теплового расчёта в наличии будет следующая информация:

  • число тепловых потерь, мощность котла;
  • количество и тип тепловых радиаторов для каждой комнаты отдельно;
  • гидравлические характеристики трубопровода;
  • объём, скорость теплоносителя, мощность насоса.

Тепловой расчёт — это не теоретические наброски, а вполне точные и обоснованные итоги, которые рекомендуется использовать на практике при подборе компонентов системы отопления.

Температурные режимы помещений

Перед проведение любых расчётов параметров системы необходимо, как минимум, знать порядок ожидаемых результатов, а также иметь в наличии стандартизированные характеристики некоторых табличных величин, которые необходимо подставлять в формулы или ориентироваться на них. Выполнив вычисления параметров с такими константами, можно быть уверенным в достоверности искомого динамического или постоянного параметра системы.

Для системы отопления одним из таких глобальных параметров является температура помещения, которая должна быть постоянной в независимости от периода года и условий окружающей среды.

Согласно регламенту санитарных нормативов и правил есть различие в температуре относительно летнего и зимнего периода года. За температурный режим помещения в летний сезон отвечает система кондиционирования, а вот комнатная температура воздуха в зимний период обеспечивается системой отопления. То бишь нам интересны диапазоны температур и их допуски отклонений для зимнего сезона.

В большинстве нормативных документов оговариваются следующие диапазоны температур, которые позволяют человеку комфортно находиться в комнате. Для нежилых помещений офисного типа площадью до 100 м 2 :

  • оптимальная температура воздуха 22-24°С
  • допустимое колебание 1°С

Для помещений офисного типа площадью более 100 м 2 температура составляет 21-23°С. Для нежилых помещений промышленного типа диапазоны температур сильно отличаются в зависимости от предназначения помещения и установленных норм охраны труда.

Что же касаемо жилых помещений: квартир, частных домов, усадеб и т. д. существуют определённые диапазоны температуры, которые могут корректироваться в зависимости от пожеланий жильцов. И всё же для конкретных помещений квартиры и дома имеем:

  • жилая, в том числе детская, комната 20-22°С, допуск ±2°С
  • кухня, туалет 19-21°С, допуск ±2°С
  • ванная, душевая, бассейн 24-26°С, допуск ±1°С
  • коридоры, прихожие, лестничные клетки, кладовые 16-18°С, допуск +3°С

Важно отметить, что есть ещё несколько основных параметров, которые влияют на температуру в помещении и на которые нужно ориентироваться при расчёте системы отопления: влажность (40-60%), концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе (250:1), скорость перемещения воздушных масс (0.13-0.25 м/с) и т. п.

Расчёт теплопотерь в доме

Согласно второму началу термодинамики (школьная физика) не существует самопроизвольной передачи энергии от менее нагретых к более нагретым мини- или макрообъектам. Частным случаем этого закона является «стремление» создания температурного равновесия между двумя термодинамическими системами.

Например, первая система — окружающая среда с температурой -20°С, вторая система — здание с внутренней температурой +20°С. Согласно приведённого закона эти две системы будут стремиться уравновеситься посредством обмена энергии. Это будет происходить с помощью тепловых потерь от второй системы и охлаждения в первой.

Под теплопотерями подразумевают непроизвольный выход тепла (энергии) от некоторого объекта (дома, квартиры). Для обычной квартиры этот процесс не так «заметен» в сравнении с частным домом, поскольку квартира находиться внутри здания и «соседствует» с другими квартирами. В частном доме через внешние стены, пол, крышу, окна и двери в той или иной степени «уходит» тепло.

Зная величину теплопотерь для самых неблагоприятных погодных условий и характеристику этих условий, можно с высокой точностью вычислить мощность системы отопления.

Итак, объём утечек тепла от здания вычисляется по следующей формуле:

где Qi — объём теплопотерь от однородного вида оболочки здания. Каждая составляющая формулы рассчитывается по формуле:

Q=S*∆T/R

где Q – тепловые утечки (Ватты), S – площадь конкретного типа конструкции (м 2 ), ∆T – разница температур воздуха окружающей среды и внутри помещения (°C), R – тепловое сопротивление определённого типа конструкции (м 2 *°C/Вт).

Саму величину теплового сопротивления для реально существующих материалов рекомендуется брать из вспомогательных таблиц. Кроме того, тепловое сопротивление можно получить с помощью следующего соотношения:

R=d/k

где R – тепловое сопротивление ((м 2 *К)/Вт), k – коэффициент теплопроводности материала (Вт/(м 2 *К)), d – толщина этого материала (м).

В доме существуют ещё несколько видов тепловых потерь через щели в конструкциях, систему вентиляции, кухонную вытяжку, открывания окон и дверей. Но учитывать их объём не имеет смысла, поскольку они составляют не более 5% от общего числа основных утечек тепла.

Определение мощности котла

Для поддержки разницы температур между окружающей средой и температурой внутри дома необходима автономная система отопления, которая поддерживает нужную температуру в каждой комнате частного дома.

Базисом системы отопления является котел: жидко или твердотопливный, электрический или газовый — на данном этапе это неважно. Котел — это центральный узел системы отопления, который генерирует тепло. Основной характеристикой котла есть его мощность, а именно скорость преобразования количество теплоты за единицу времени.

Произведя расчеты тепловой нагрузки на отопление получим требуемую номинальную мощность котла. Для обычной многокомнатной квартиры мощность котла вычисляется через площадь и удельную мощность:

где Sпомещения — общая площадь отапливаемого помещения, Руделльная — удельная мощность относительно климатических условий. Но эта формула не учитывает тепловые потери, которых достаточно в частном доме. Существует иное соотношение, которое учитывает этот параметр:

где Ркотла — мощность котла (Вт), Qпотерь — потери тепла, S — отапливаемая площадь (м 2 ).

Дабы предусмотреть запас мощности котла с учётом подогрева воды для кухни и ванной комнаты нужно в последнюю формулу добавить коэффициент запаса К:

Читайте также:
Транспортировочные болты на стиральной машине: как снять - инструкция, перевозка

где К — будет равен 1.25, то есть расчётная мощность котла будет увеличена на 25%. Таким образом, мощность котла предоставляет возможность поддерживать нормативную температуру воздуха в комнатах здания, а также иметь начальный и дополнительный объём горячей воды в доме.

Особенности подбора радиаторов

Стандартными компонентами обеспечения тепла в помещении являются радиаторы, панели, системы «тёплый» пол, конвекторы и т. д. Самыми распространёнными деталями отопительной системы есть радиаторы.

Тепловой радиатор — это специальная полая конструкция модульного типа из сплава с высокой теплоотдачей. Он изготавливается из стали, алюминия, чугуна, керамика и других сплавов. Принцип действия радиатора отопления сводится к излучению энергии от теплоносителя в пространство помещения через «лепестки».

Существует несколько методик расчёта количества секций радиатора в комнате. Нижеприведённый перечень способов отсортирован в порядке увеличения точности расчёта.

  1. По площади. N=(S*100)/C, где N — количество секций, S — площадь помещения (м 2 ), C — теплоотдача одной секции радиатора (Вт, берётся из тех паспорта или сертификата на изделие), 100 Вт — количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м 2 (эмпирическая величина). Возникает вопрос: а каким образом учесть высоту потолка комнаты?
  2. По объёму. N=(S*H*41)/C, где N, S, C — аналогично. Н — высота помещения, 41 Вт — количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м 3 (эмпирическая величина).
  3. По коэффициентам. N=(100*S*к1*к2*к3*к4*к5*к6*к7)/C, где N, S, C и 100 — аналогично. к1 — учёт количества камер в стеклопакете окна комнаты, к2 — теплоизоляция стен, к3 — соотношение площади окон к площади помещения, к4 — средняя минусовая температура в наиболее холодную неделю зимы, к5 — количество наружных стен комнаты (которые «выходят» на улицу), к6 — тип помещения сверху, к7 — высота потолка.

Это максимально точный вариант расчёта количества секций. Естественно, что округление дробных результатов вычислений производится всегда к следующему целому числу.

Гидравлический расчёт водоснабжения

Безусловно, «картина» расчета тепла на отопление не может быть полноценной без вычисления таких характеристик, как объём и скорость теплоносителя. В большинстве случаев теплоносителем выступает обычная вода в жидком или газообразном агрегатном состоянии.

Расчет объема воды, подогреваемой двухконтурным котлом для обеспечения жильцов горячей водой и нагрева теплоносителя, производится путем суммирования внутреннего объема отопительного контура и реальных потребностей пользователей в нагретой воде.

Объём горячей воды в отопительной системе рассчитывается по формуле:

W=k*P

где W — объём носителя тепла, P — мощность котла отопления, k — коэффициент мощности (количество литров на единицу мощности, равен 13.5, диапазон от 10 до 15 литров). В итоге конечная формула выглядит так:

W = 13.5*P

Скорость теплоносителя — заключительная динамическая оценка системы отопления, которая характеризует скорость циркуляции жидкости в системе. Эта величина помогает оценить тип и диаметр трубопровода:

V=(0.86*P*μ)/∆T

где P — мощность котла, μ — КПД котла, ∆T — разница температур между подаваемой водой и водой обратном контуре.

Резюмируя вышеизложенные способы расчёта характеристик, в итоге будут доступны реальные результаты вычислений, которые являются «фундаментом» будущей системы отопления.

Пример теплового расчёта

В качестве примера теплового расчёта в наличии есть обычный 1-этажный дом с четырьмя жилыми комнатами, кухня, санузел, «зимний сад» и подсобные помещения.

Габариты здания. Высота этажа 3 метра. Малое окно фасадной и тыльной части здания 1470*1420 мм, большое окно фасада 2080*1420 мм, входные двери 2000*900 мм, двери тыльной части (выход на террасу) 2000*1400 (700 + 700) мм.

Начинаем с расчёта площадей однородных материалов:

  • площадь пола 152 м 2
  • площадь крыши 180 м 2 (учитывая высоту чердака 1.3 метра и ширину прогона — 4 метра)
  • площадь окон 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 м 2
  • площадь дверей будет равна 2*0.9+2*2*1.4=7.4 м 2

Площадь наружных стен будет равна 51*3-9.22-7.4=136.38 м 2 . Переходим к расчёту теплопотерь на каждом материале:

  • Qпол=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 Вт
  • Qкрыша=180*40*0.1/0.05=14400 Вт
  • Qокно=9.22*40*0.36/0.5=265.54 Вт
  • Qдвери=7.4*40*0.15/0.75=59.2 Вт

А также Qстена эквивалентно 136.38*40*0.25/0.3=4546. Сумма всех теплопотерь будет составлять 19628.4 Вт. В итоге подсчитаем мощность котла:

  • Ркотла=Qпотерь*Sотаплив_комнат*К/100=
  • 19628.4*(10.4+10.4+13.5+27.9+14.1+7.4)*1.25/100=19628.4*83.7*1.25/100=20536.2=21 кВт

Расчёт количества секций радиаторов произведём для одной из комнат. Для всех остальных вычисления аналогичны. Например, угловая комната (слева, нижний угол схемы) площадь 10.4 м2.

  • N=(100*к1*к2*к3*к4*к5*к6*к7)/C=(100*10.4*1.0*1.0*0.9*1.3*1.2*1.0*1.05)/180=8.5176=9

Для этой комнаты необходимо 9 секций радиатора отопления с теплоотдачей 180 Вт. Переходим к расчёту количества теплоносителя в системе:

  • W=13.5*P=13.5*21=283.5 литров

Скорость теплоносителя будет составлять:

  • V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 литров

В результате полный оборот всего объёма теплоносителя в системе будет эквивалентен 2.87 раза в один час.

Выводы и полезное видео по теме

Простой расчёт отопительной системы для частного дома представлен в следующем обзоре:

Все тонкости и общепринятые методики просчёта теплопотерь здания показаны ниже:

Ещё один вариант расчёта утечек тепла в типичном частном доме:

В этом видео рассказывается об особенностях циркуляции носителя энергии для обогрева жилища:

Тепловой расчёт отопительной системы носит индивидуальный характер, его необходимо выполнять грамотно и аккуратно. Чем точнее будут сделаны вычисления, тем меньше переплачивать придется владельцам загородного дома в процессе эксплуатации.

Расчет тепловой энергии на отопление

Тепловой расчет для приборов отопления

Метод теплового расчета являет собой определение площади поверхности каждого отдельного отопительного прибора, который отдает в помещение тепло. Расчет тепловой энергии на отопление в данном случае учитывает максимальный уровень температуры теплоносителя, который предназначен для тех отопительных элементов, для которых и проводится теплотехнический расчет системы отопления. То есть, в случае если теплоноситель – вода, то берется средняя ее температура в отопительной системе. При этом учитывается расход теплоносителя. Точно также, в случае если теплоносителем является пар, то расчет тепла на отопление использует значение высшей температуры пара при определенном уровне давления в отопительном приборе.

Методика расчета

Чтобы осуществить расчет теплоэнергии на отопление, необходимо взять показатели теплопотребности отдельного помещения. При этом из данных следует вычесть теплоотдачу теплопровода, который расположен в данном помещении.

Площадь поверхности, отдающей тепло, будет зависеть от нескольких факторов – прежде всего, от типа используемого прибора, от принципа соединения его с трубами и от того, как именно он располагается в помещении. При этом следует отметить, что все эти параметры влияют также на плотность потока тепла, исходящего от прибора.

Расчет отопительных приборов системы отопления – теплоотдачу отопительного прибора Q можно определить по следующей формуле:

Однако воспользоваться ею можно только в том случае, если известен показатель поверхностной плотности теплового прибора qпр (Вт/м 2 ).

Отсюда же можно вычислить и расчетную площадь Ар. При этом важно понимать, что расчетная площадь любого отопительного прибора не зависит от типа теплоносителя.

в которой Qnp – уровень требуемой для определенного помещения теплоотдачи прибора.

Тепловой расчет отопления учитывает, что для определения теплоотдачи прибора для определенного помещения используется формула:

Читайте также:
Циркуляционные насосы для отопительных систем частных домов

при этом показатель Qп – это теплопотребность комнаты, Qтр – суммарная теплоотдача всех элементов отопительной системы, расположенной в комнате. Расчет тепловой нагрузки на отопление подразумевает, что сюда относится не только радиатор, но и трубы, которые к нему подведены, и транзитный теплопровод (если есть). В данной формуле µтр – коэффициент поправки, который предусматривает частичную теплоотдачу системы, рассчитанную на поддержание постоянной температуры в помещении. При этом размер поправки может колебаться в зависимости от того, как именно прокладывались трубы отопительной системы в помещении. В частности – при открытом методе – 0,9; в борозде стены – 0,5; вмурованные в бетонную стену – 1,8.

Расчет необходимой мощности отопления, то есть – суммарная теплоотдача (Qтр — Вт) всех элементов отопительной системы определяется при помощи следующей формулы:

В ней kтр – показатель коэффициента теплоотдачи определенного отрезка трубопровода, расположенного в помещении, dн — наружный диаметр трубы, l – длинна отрезка. Показатели tг и tв показывают температуру теплоносителя и воздуха в помещении.

Формула Qтр = qв*lв + qг*lг используется для определения уровня теплоотдачи теплопровода, присутствующего в помещении. Для определения показателей следует обратиться к специальной справочной литературе. В ней можно найти определение тепловой мощности системы отопления – определение теплоотдачи вертикально (qв) и горизонтально (qг) проложенного в помещении теплопровода. Найденные данным показывают теплоотдачу 1м трубы.

Перед тем, как рассчитать гкал на отопление, на протяжении многих лет вычисления, производимые по формуле Ap = Qnp/qnp и измерения теплоотдающих поверхностей отопительной системы, проводились с использованием условной единицы – эквивалентных квадратных метрах. При этом экм был условно равен поверхности прибора отопления с теплоотдачей 435 ккал/ч (506 Вт). Расчет гкал на отопление предполагает, что при этом разность температур теплоносителя и воздуха (tг — tв) в помещении составляла 64,5°С, а относительный расход воды в системе равнялся показателю Gотн = l,0.

Расчет тепловых нагрузок на отопление подразумевает, что при этом гладкотрубные и панельные отопительные приборы, которые имели большую теплоотдачу, чем эталонные радиаторы времен СССР, имели площадь экм, которая значительно отличалась от показателя их физической площади. Соответственно, площадь экм менее эффективных отопительных приборов была значительно ниже, чем их площадь физическая.

Впрочем, такой двойственный замер площади приборов отопления в 1984 году было упрощено, и экм отменили. Таким образом, с того момента площадь отопительного прибора измерялась только в м 2 .

После того, как будет просчитана необходимая для помещения площадь отопительного прибора и расчет тепловой мощности системы отопления, можно приступать к подбору необходимого радиатора по каталогу отопительных элементов.

При этом получается, что чаще всего площадь приобретаемого элемента получается несколько больше той, которая была получена путем вычислений. Это довольно легко объяснить – ведь подобная поправка учитывается заранее посредством введения в формулы повышающего коэффициента µ1.

Сегодня весьма распространены секционные радиаторы. Их длина напрямую зависит от количества используемых секций. Для того чтобы произвести расчет количества тепла на отопление – то есть, высчитать оптимальное количество секций для определенного помещения, используется формула:

В ней а1 – это площадь одной секции радиатора, выбранного для установки в помещении. Измеряется в м 2 . µ 4 –коэффициент поправки который вносится на способ установки отопительного радиатора. µ 3 – коэффициент поправки, который указывает реальное количество секций в радиаторе (µ3 — 1,0 при условии, что Ар = 2,0 м 2 ). Для стандартных радиаторов типа М-140 данный параметр определяется по формуле:

При тепловых испытаниях используются стандартные радиаторы, состоящие в среднем, из 7-8 секций. То есть, определенный нами расчет расхода тепла на отопление – то есть, коэффициент теплопередачи, является реальным только для радиаторов именно такого размера.

Следует отметить, что при применении радиаторов с меньшим количеством секций наблюдается незначительное увеличение уровня теплоотдачи.

Это связано с тем, что в крайних секциях тепловой поток несколько более активен. Кроме того, открытые торцы радиатора способствуют большей теплоотдаче в воздух помещения. В случае если количество секций больше – наблюдается ослабление тока в крайних секциях. Соответственно, для достижения необходимого уровня теплоотдачи наиболее рациональным является незначительное увеличение длины радиатора за счет добавления секций, что не повлияет на мощность системы отопления.

Для тех радиаторов, площадь одной секции в которых составляет 0,25 м 2 , существует формула для определения коэффициента µ3:

Но следует учитывать, что крайне редко при использовании данной формулы получается целое число секций. Чаще всего искомое количество оказывается дробным. Расчет нагревательных приборов системы отопления предполагает, что для получения более точного результата допустимо незначительное (не более чем на 5%) снижение коэффициента Ар. Такое действие приводит к ограничению уровня отклонения температурного показателя в помещении. Когда произведен расчет тепла на отопление помещения, после получения результата устанавливается радиатор с максимально близким к полученному значению количеством секций.

Расчет мощности отопления по площади предполагает, что определенные условия на установку радиаторов накладывает и архитектура дома.

В частности, если имеется внешняя ниша под окном, то длина радиатора должна быть менее длины ниши – не менее чем на 0,4 м. Такое условие действительно лишь при прямой подводке трубы к радиатору. В случае если применена подводка с уткой, разница длины ниши и радиатора должна составлять минимум 0,6 м. При этом лишние секции следует выделить как отдельный радиатор.

Для отдельных моделей радиаторов формула расчета тепла на отопление – то есть, определения длины, не применяется, поскольку данный параметр заранее определен производителем. Это в полной мере относится к радиаторам типа РСВ или РСГ. Однако нередки случаи, когда для увеличения площади прибора отопления данного типа используется просто параллельная установка двух панелей рядом.

Если панельный радиатор определен как единственный допустимый для данного помещения, то для определения количества необходимых радиаторов используется:

При этом площадь радиатора – известный параметр. В случае если будет установлено два параллельных блока радиаторов, показатель Ар увеличивают, определяя сниженный коэффициент теплопередачи.

В случае использования конвекторов с кожухом расчет мощности отопления учитывает, что их длина также определяется исключительно существующим модельным рядом. В частности, напольный конвектор «Ритм» представлен в двух моделях с длиной кожуха 1 м и 1,5 м. Настенные конвекторы также могут незначительно отличатся друг от друга.

В случае применения конвектора без кожуха существует формула, помогающая определить количество элементов прибора, после чего можно реализовать расчет мощности системы отопления:

Здесь n – количество рядов и ярусов элементов, которые и составляют площадь конвектора. При этом a1 – площадь одной трубы или элемента. При этом при определении расчетной площади конвектора необходимо учитывать не только количество его элементов, но и метод их соединения.

В случае применения в отопительной системе гладкотрубного прибора продолжительность его греющей трубы вычисляется следующим образом:

Читайте также:
Угловые кухни для маленькой кухни - 70 фото удачного дизайна

µ4 — это коэффициент поправки, который вносится при наличии декоративного укрытия трубы; n – количество рядов или ярусов греющих труб; а1 – параметр, характеризующий площадь одного метра горизонтальной трубы при определенном заранее диаметре.

Для получения более точного (а не дробного числа), допускается незначительное (не более чем на 0,1 м 2 или же 5%) снижение показателя А.

Пример №1

Необходимо определить правильное количество секций для радиатора М140-А, который будет установлен в помещении, расположенном на верхнем этаже. При этом стена наружная, под подоконником ниша отсутствует. А расстояние от него до радиатора составляет всего 4 см. Высота помещения 2,7 м. Qn=1410 Вт, а tв=18 °С. Условия подключения радиатора: подсоединения к однотрубному стояку проточно-регулируемого типа (Dy20, кран КРТ с подводкой 0,4 м); разводка отопительной системы верхняя, tг = 105°С, а расход теплоносителя по стояку составляет Gст = 300 кг/ч. Разница температуры теплоносителя подающего стояка и рассматриваемого составляет 2°С.

Определяем средний показатель температуры в радиаторе:

tср = (105 — 2) — 0,5х1410х1,06х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,8 °С.

Опираясь на полученные данные, вычисляем плотность теплового потока:

tср = 100,8 — 18 = 82,8 °С

При этом следует отметить, что произошло незначительное изменение уровня расхода воды (360 до 300 кг/ч). Данный параметр практически никак не влияет на qnp.

Далее определяем уровень теплоотдачи горизонтально (1г = 0,8 м) и вертикально (1в = 2,7 — 0,5 = 2,2 м) расположенных труб. Для этого следует воспользоваться формулой Qтр =qвхlв + qгхlг.

Qтр = 93х2,2 + 115х0,8 = 296 Вт.

Рассчитываем площадь требуемого радиатора по формуле Ap = Qnp/qnp и Qпp = Qп — µ трхQтр:

Рассчитываем необходимое количество секций радиатора М140-А, учитывая, что площадь одной секции составляет 0,254 м 2 :

м 2 (µ4=1,05, µ 3 = 0,97 + 0,06 / 1,41= 1,01, воспользуемся формулой µ 3 = 0,97 + 0,06 / Ар и определяем:

N=(1,41/0,254)х(1,05/1,01)=5,8.
То есть, расчет потребления тепла на отопление показал, что в помещении для достижения максимально комфортной температуры следует установить радиатор, состоящий из 6 секций.

Пример №2

Необходимо определить марку открытого настенного конвектора с кожухом КН-20к «Универсал-20», который устанавливается на однотрубный стояк проточного типа. Кран возле устанавливаемого прибора отсутствует.

Определяет среднюю температуру воды в конвекторе:

tcp = (105 — 2) — 0,5х1410х1,04х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,9 °С.

В конвекторах «Универсал-20» плотность теплового потока равна 357 Вт/м 2 .имеющиеся данные: µtcp=100,9-18=82,9°С, Gnp=300кг/ч. По формуле qпр =qном(µ tср /70) 1+n (Gпр /360) p пересчитываем данные:

qnp = 357(82,9 / 70)1+0,3(300 / 360)0,07 = 439 Вт/м 2 .

Определяем уровень теплоотдачи горизонтальных (1г-=0,8 м) и вертикальных (lв=2,7 м) труб (с учетом Dy20) используя формулу Qтр = qвхlв +qгхlг. Получаем:

Qтр = 93х2,7 + 115х0,8 = 343 Вт.

Воспользовавшись формулой Ap = Qnp/qnp и Qпp = Qп — µ трхQтр, определяем расчетную площадь конвектора:

Ар =(1410 — 0,9х343) / 439 = 2,51 м 2 .

То есть, к установке принят конвектор «Универсал-20» длина кожуха которого составляет 0,845 м (модель КН 230-0,918, площадь которой 2,57м 2 ).

Пример №3

Для системы парового отопления необходимо определить количество и длину чугунных ребристых труб при условии, что установка открытого типа и производится в два яруса. При этом избыточное давление пара составляет 0,02 Мпа.

Дополнительные характеристики: tнac= 104,25 °С, tв=15 °С, Qп = 6500 Вт, Qтр = 350 Вт.

Воспользовавшись формулой µ tн = tнас — tв, определим разность температур:

µ tн = 104,25- 15 = 89,25 °С.

Определяем плотность теплового потока, воспользовавшись известным коэффициентом передачи данного типа труб в случае, когда они устанавливаются параллельно одна над другой — к=5,8 Вт/(м2-°С). Получаем:

Формула Ap = Qnp/qnp помогает определить необходимую площадь прибора:

Ар = (6500 — 0,9х350) / 518 = 11,9м 2 .

Чтоб определить количество необходимых труб, N = Ap / (nхa1). При этом следует воспользоваться такими данными: длина одной тубы – 1,5 м, площадь нагревательной поверхности – 3м 2 .

Вычисляем: N= 11,9/(2х3,0) = 2 шт.

То есть, в каждом ярусе необходимо установить по две трубы длиной 1,5 м. каждая. При этом вычислим общую площадь данного отопительного прибора: А = 3,0х*2х2 = 12,0 м 2 .

Правильный расчет тепловой мощности системы отопления по площади помещения

Прежде, чем приступить к монтажу автономной системы отопления в собственном доме или квартире, владельцу недвижимости необходимо иметь проект. Создание его специалистами подразумевает, в том числе, что будет выполнен расчет тепловой мощности для помещения, имеющего определенную площадь и объем. На фото можно увидеть, как может выглядеть отопительная система частного домовладения.

Необходимость расчета тепловой мощности системы отопления

Потребность в вычислении тепловой энергии, необходимой для обогрева комнат и подсобных помещений, связана с тем, что нужно определить основные характеристики системы в зависимости от индивидуальных особенностей проектируемого объекта, включая:

  • назначение здания и его тип;
  • конфигурацию каждого помещения;
  • количество жильцов;
  • географическое положение и регион, в котором находится населенный пункт;
  • прочие параметры.

Расчет необходимой мощности отопления является важным моментом, его результат используют для вычисления параметров отопительного оборудования, которое планируют установить:

  1. Подбор котла в зависимости от его мощности. Эффективность функционирования отопительной конструкции определяется правильностью выбора нагревательного агрегата. Котел должен иметь такую производительность, чтобы обеспечить обогрев всех помещений в соответствии с потребностями людей, проживающих в доме или квартире, даже в наиболее холодные зимние дни. Одновременно при наличии у прибора избыточной мощности часть вырабатываемой энергии не будет востребована, а значит, некоторая сумма денег потратится напрасно.
  2. Необходимость согласовывать подключение к магистральному газопроводу. Для присоединения к газовой сети потребуется ТУ. Для этого подают заявку в соответствующую службу с указанием предполагаемого расхода газа на год и оценкой тепловой мощности в сумме для всех потребителей.
  3. Выполнение расчетов периферийного оборудования. Расчет тепловых нагрузок на отопление необходим для определения длины трубопровода и сечения труб, производительности циркуляционного насоса, типа батарей и т.д.

Варианты приблизительных расчетов

Выполнить точный расчет тепловой мощности системы отопления довольно сложно, его могут сделать только профессионалы, имеющие соответствующую квалификацию и специальные знания. По этой причине данные вычисления обычно поручают специалистам.

В тоже время существуют и более простые способы, позволяющие приблизительно оценить величину требуемой тепловой энергии и их можно сделать самостоятельно:

  1. Нередко применяют расчет мощности отопления по площади (детальнее: “Расчет отопления по площади – определяем мощность отопительных приборов”). Считается, что жилые дома возводятся по проектам, разработанным с учетом климата в определенном регионе, и что в проектных решениях заложено использование материалов, которые обеспечивают требуемый тепловой баланс. Поэтому при расчете принято умножать величину удельной мощности на площадь помещений. Например, для Московского региона данный параметр находится в пределе от 100 до 150 ватт на один «квадрат».
  2. Более точный результат будет получен, если учитывать объем помещения и температуру. Алгоритм вычисления включает высоту потолка, уровень комфорта в отапливаемом помещении и особенности дома.

Используемая формула выглядит следующим образом: Q = VхΔTхK/860, где:

V – объем помещения;
ΔT – разница между температурой внутри дома и снаружи на улице;
К – коэффициент теплопотерь.

Поправочный коэффициент позволяет учесть конструктивные особенности объекта недвижимости. Например, когда определяется тепловая мощность системы отопления здания, для строений с обычной кровлей из двойной кирпичной кладки К находится в диапазоне 1,0–1,9.

  • Метод укрупненных показателей. Во многом похож на предыдущий вариант, но его применяют для вычисления тепловой нагрузки для систем отопления многоквартирных зданий или других больших объектов.
  • Все три вышеперечисленные способы, позволяющие сделать расчет необходимой теплоотдачи, дают приблизительный результат, который может отличаться от реальных данных или в меньшую, или в большую сторону. Понятно, что монтаж маломощной отопительной системы не обеспечит требуемую степень обогрева.

    В свою очередь, избыток мощности у отопительного оборудования приведет к быстрому износу приборов, перерасходу топлива, электроэнергии, а соответственно и денежных средств. Подобные расчеты обычно применяют в несложных случаях, например, при выборе котла.

    Точное вычисление тепловой мощности

    Степень теплоизоляции и ее эффективность зависят от того, насколько качественно она сделана и от конструктивных особенностей зданий. Основная часть теплопотерь приходится на наружные стены (примерно 40%), затем следуют оконные конструкции (около 20%), а крыша и пол – это 10%. Остальное тепло покидает дом через вентиляцию и двери.

    Поэтому расчет тепловой мощности системы отопления должен учитывать данные нюансы.

    Для этого используют поправочные коэффициенты:

    • К1 зависит от типа окон. Двухкамерным стеклопакетам соответствует 1, обычному остеклению – 1,27, трехкамерному окну – 0,85;
    • К2 показывает степень теплоизоляции стен. Находится в пределе от 1 (пенобетон) до 1,5 для бетонных блоков и кладки в 1,5 кирпича;
    • К3 отражает соотношение между площадью окон и пола. Чем больше оконных рам, тем сильнее потери тепла. При 20% остекления коэффициент равен 1, а при 50% он увеличивается до 1,5;
    • К4 зависит от минимальной температуры снаружи здания на протяжении отопительного сезона. За единицу принимают температуру -20 °C, а затем на каждые 5 градусов прибавляют или вычитают 0,1;
    • К5 учитывает количество наружных стен. Коэффициент для одной стены равен 1, если их две или три, тогда он составляет 1,2, когда четыре – 1,33;
    • К6 отражает тип помещения, которое находится над определенной комнатой. При наличии сверху жилого этажа величина поправки – 0,82, теплого чердака – 0,91, холодного чердака – 1,0;
    • К7 – зависит от высоты потолков. Для высоты 2,5 метра это 1,0, а для 3-х метров – 1,05.

    Когда все поправочные коэффициенты известны, делают расчет мощности системы отопления для каждого помещения, используя формулу:

    • Qi=qхSiхK1хK2хK3хK4хK5хK6хK7, где q =100 Вт/м², а Si – площадь комнаты.

    Расчетная величина увеличивается, если коэффициент больше 1 или уменьшает, если он меньше единицы. Узнав данный параметр для каждого помещения, узнают величину мощности всей отопительной системы согласно формуле: Q=Σ Qi, i = 1…N, где N – это общее количество помещений в здании (прочитайте также: “Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь”).

    Как правило, для обеспечения запаса тепловой энергии на всевозможные непредвиденные случаи результат увеличивают на 15–20%. Это могут быть сильнейшие морозы, разбитое окно, поврежденная теплоизоляция и т.д.

    Пример выполнения расчета

    Поправочные коэффициенты в данном случае будут равны:

    • К1 (двухкамерный стеклопакет) = 1,0;
    • К2 (стены из бруса) = 1,25;
    • К3 (площадь остекления) = 1,1;
    • К4 (при -25 °C -1,1, а при 30°C) = 1,16;
    • К5 (три наружные стены) = 1,22;
    • К6 (сверху теплый чердак) = 0,91;
    • К7 (высота помещения) = 1,0.

    В результате полная тепловая нагрузка будет равна:

    Q=100 Вт/ м²х135 м²х1,0х1,25х1,1х1,16х1,22х0,91х1,0 = 23,9 кВт.

    В итоге мощность отопительной системы составит: W=Qх1,2 = 28,7 кВт.

    В том случае, когда бы использовался упрощенный метод вычислений, основанный на расчете мощности отопления согласно площади, то результат был бы совсем иной:

    100–150 Вт х150м² = 15–22,5 кВт

    Отопительная система функционировала бы без запаса по мощности – на пределе. Приведенный пример является подтверждением важности применения точных способов, позволяющих определять тепловые нагрузки на отопление.

    Пример расчета тепловой мощности системы отопления на видео:

    Как сделать гидравлический расчет системы отопления

    Нужно отметить, что инженерные расчеты систем водоснабжения и отопления никак нельзя назвать простыми, но без них обойтись невозможно, только очень опытный специалист-практик может нарисовать систему отопления «на глазок» и безошибочно подобрать диаметры труб. Это если схема достаточно проста и предназначена для обогрева небольшого дома высотой 1 или 2 этажа. А когда речь идет о сложных двухтрубных системах, то рассчитывать их все равно придется. Эта статья для тех, кто решился самостоятельно выполнить расчет системы отопления частного дома. Мы изложим методику несколько упрощенно, но так, чтобы получить максимально точные результаты.

    Цель и ход выполнения расчета

    Конечно, за результатами можно обратиться к специалистам либо воспользоваться онлайн-калькулятором, коих хватает на всяких интернет-ресурсах. Но первое стоит денег, а второе может дать некорректный результат и его все равно надо проверять.

    Так что лучше набраться терпения и взяться за дело самому. Надо понимать, что практическая цель гидравлического расчета – это подбор проходных сечений труб и определение перепада давления во всей системе, чтобы верно выбрать циркуляционный насос.

    Примечание. Давая рекомендации по выполнению вычислений подразумевается, что теплотехнические расчеты уже сделаны, и радиаторы подобраны по мощности. Если же нет, то придется идти старым путем: принимать тепловую мощность каждого радиатора по квадратуре помещения, но тогда точность расчета снизится.

    Общая схема расчета выглядит таким образом:

    • подготовка аксонометрической схемы: когда уже выполнен расчет отопительных приборов, то известна их мощность, ее надо нанести на чертеж возле каждого радиатора;
    • определение расхода теплоносителя и диаметров трубопроводов;
    • расчет сопротивления системы и подбор циркуляционного насоса;
    • расчет объема воды в системе и вместительности расширительного бака.

    Любой гидравлический расчет системы отопления начинается со схемы, нарисованной в 3 измерениях для наглядности (аксонометрия). На нее наносятся все известные данные, в качестве примера возьмем участок системы, изображенный на чертеже:

    Определение расхода теплоносителя и диаметров труб

    Вначале каждую отопительную ветвь надо разбить на участки, начиная с самого конца. Разбивка делается по расходу воды, а он изменяется от радиатора к радиатору. Значит, после каждой батареи начинается новый участок, это показано на примере, что представлен выше. Начинаем с 1-го участка и находим в нем массовый расход теплоносителя, ориентируясь на мощность последнего отопительного прибора:

    G = 860q/ ∆t, где:

    • G – расход теплоносителя, кг/ч;
    • q – тепловая мощность радиатора на участке, кВт;
    • Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводе, обычно берут 20 ºС.

    Для первого участка расчет теплоносителя выглядит так:

    860 х 2 / 20 = 86 кг/ч.

    Полученный результат надо сразу нанести на схему, но для дальнейших расчетов он нам понадобится в других единицах – литрах в секунду. Чтобы сделать перевод, надо воспользоваться формулой:

    GV = G /3600ρ, где:

    • GV – объемный расход воды, л/сек;
    • ρ– плотность воды, при температуре 60 ºС равна 0.983 кг / литр.

    Имеем: 86 / 3600 х 0,983 = 0.024 л/сек. Потребность в переводе единиц объясняется необходимостью использования специальных готовых таблиц для определения диаметра трубы в частном доме. Они есть в свободном доступе и называются «Таблицы Шевелева для гидравлических расчетов». Скачать их можно, перейдя по ссылке: http://dwg.ru/dnl/11875

    В данных таблицах опубликованы значения диаметров стальных и пластмассовых труб в зависимости от расхода и скорости движения теплоносителя. Если открыть страницу 31, то в таблице 1 для стальных труб в первом столбце указаны расходы в л/сек. Чтобы не производить полный расчет труб для системы отопления частого дома, надо просто подобрать диаметр по расходу, как показано ниже на рисунке:

    Примечание. В левом столбце под диаметром сразу же указывается скорость движения воды. Для систем отопления ее значение должно лежать в пределах 0.2—0.5 м/сек.

    Итак, для нашего примера внутренний размер прохода должен составлять 10 мм. Но поскольку такие трубы не используются в отоплении, то смело принимаем трубопровод DN15 (15 мм). Проставляем его на схеме и переходим ко второму участку. Так как следующий радиатор имеет такую же мощность, то применять формулы не нужно, берем предыдущий расход воды и умножаем его на 2 и получаем 0.048 л/сек. Снова обращаемся к таблице и находим в ней ближайшее подходящее значение. При этом не забываем следить за скоростью течения воды v (м/сек), чтобы она не превышала указанные пределы (на рисунках отмечена в левом столбце красным кружочком):

    Важно. Для систем отопления с естественной циркуляцией скорость движения теплоносителя должна составлять 0.1—0.2 м/сек.

    Как видно на рисунке, участок №2 тоже прокладывается трубой DN15. Далее, по первой формуле находим расход на участке №3:

    860 х 1,5 / 20 = 65 кг/ч и переводим его в другие единицы:

    65 / 3600 х 0,983 = 0.018 л/сек.

    Прибавив его к сумме расходов двух предыдущих участков, получаем: 0.048 + 0.018 = 0.066 л/сек и вновь обращаемся к таблице. Поскольку у нас в примере делается не расчет гравитационной системы, а напорной, то по скорости теплоносителя труба DN15 подойдет и на этот раз:

    Идя таким путем, просчитываем все участки и наносим все данные на нашу аксонометрическую схему:

    Расчет циркуляционного насоса

    Подбор и расчет насоса заключается в том, чтобы выяснить потери давления теплоносителя, протекающего по всей сети трубопроводов. Результатом станет цифра, показывающая, какое давление следует развивать циркуляционному насосу, чтобы «продавить» воду по системе. Это давление вычисляют по формуле:

    P = Rl + Z, где:

    • Р – потери давления в сети трубопроводов, Па;
    • R – удельное сопротивление трению, Па/м;
    • l – длина трубы на одном участке, м;
    • Z – потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

    Примечание. Двух – и однотрубная система отопления рассчитываются одинаково, по длине трубы во всех ветвях, а в первом случае — прямой и обратной магистрали.

    Данный расчет достаточно громоздкий и сложный, в то время как значение Rl для каждого участка можно легко найти по тем же таблицам Шевелева. В примере синим кружочком отмечены значения 1000i на каждом участке, его надо только пересчитать по длине трубы. Возьмем первый участок из примера, его протяженность 5 м. Тогда сопротивление трению будет:

    Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.

    Так же производим просчет всех участков попутной системы отопления, а потом результаты суммируем. Остается узнать значение Z, перепад давления в местных сопротивлениях. Для котла и радиаторов эти цифры указаны в паспорте на изделие. На все прочие сопротивления мы советуем взять 20% от общих потерь на трение Rl и все эти показатели просуммировать. Полученное значение умножаем на коэффициент запаса 1.3, это и будет необходимый напор насоса.

    Следует знать, что производительность насоса – это не емкость системы отопления, а общий расход воды по всем ветвям и стоякам. Пример его расчета представлен в предыдущем разделе, только для подбора перекачивающего агрегата нужно тоже предусмотреть запас не менее 20%.

    Расчет расширительного бака

    Чтобы произвести расчет расширительного бака для закрытой системы отопления, необходимо выяснить, насколько увеличивается объем жидкости при ее нагреве от комнатной температуры +20 ºС до рабочей, находящейся в пределах 50—80 ºС. Эта задача тоже не из простых, но ее можно решить другим способом.

    Вполне корректным считается принимать объем бака в размере десятой части от всего количества воды в системе, включая радиаторы и водяную рубашку котла. Поэтому снова открываем паспорта оборудования и находим в них вместительность 1 секции батареи и котлового бака.

    Далее, расчет объема теплоносителя в системе отопления выполняется по простой схеме: вычисляется площадь поперечного сечения трубы каждого диаметра и умножается на ее длину. Полученные значения суммируются, к ним прибавляются паспортные данные, а потом от результата берется десятая часть. То есть, если во всей системе 150 л воды, то вместительность расширительного бака должна составлять 15 л.

    Заключение

    Многие, прочитав данную статью, могут отказаться от намерения считать гидравлику самостоятельно ввиду явной сложности процесса. Рекомендация для них – обратиться к специалисту-практику. Те же, кто проявил желание и уже сделал расчет тепловой мощности отопления на здание, наверняка справятся и с этой задачей. Но готовую схему с результатами все равно стоит показать опытному монтажнику для проверки.

    Особенности расчета тепловой энергии на отопление здания

    Самостоятельное оборудование дома системой отопления — очень ответственное занятие. Выбирать все комплектующие, включая котёл, без предварительно подготовленных расчётов будет неразумно. В первую очередь необходимо сделать расчёт тепловой энергии на отопление здания. Калькулятор может помочь в этом вопросе. Именно площадь помещения является первым, что нужно узнать перед покупкой оборудования.

    • 1. Простые приёмы расчёта
    • 2. Особенности помещения
    • 3. Математический подход
      • 3.1. Расшифровка значений
      • 3.2. Количество секций радиатора

    Чтобы отопление в доме было эффективным и качественным, а также были созданы комфортные условия проживания, система должна выполнять две важные функции. Они очень похожи между собой и мало чем отличаются:

    1. 1. Оптимальная температура воздуха во всём помещении на постоянной основе. Под потолком воздух будет теплее, но разница должна быть незначительная. Согласно общепринятым правилам, оптимальной температурой в помещении считается около +20 градусов Цельсия. Система отопления должна иметь возможность прогреть определённый объём воздуха до необходимой температуры в помещении. Если говорить о юридической стороне вопроса, то все требуемые параметры прописаны в государственных стандартах, а в частности в ГОСТ 30494–96 .
    2. 2. Компенсирование теплопотерь через элементы здания. К сожалению, тепловые потери являются серьёзным соперником системы отопления. Хотя их и можно минимизировать с помощью хорошей теплоизоляции, но полностью устранить не получится.

    Во втором варианте тепло может уходить из дома по разным причинам и направлениям. К ним можно отнести фундамент, полы, изначально плохо заизолированные стыки строительных конструкций, выход газовых и канализационных труб, окна и стены, вентиляция и дымоход.

    Разумеется, чтобы система отопления справлялась со своей основной задачей, она должна иметь запас мощности с учётом теплопотерь. Кроме этого, мощность нужно выбирать с учётом площади помещения и его расположения в здании, а также в соответствии с другими требованиями.

    Как правило, рассчитывать эти данные необходимо, начиная с каждой отдельной комнаты, после чего складывать все данные и добавлять 10% запаса для того, чтобы устройство не работало на своих пределах. При этом количество радиаторов в комнате после этого определить несложно, поскольку расчёты имеются по каждой из них.

    В непрофессиональных кругах существует обобщённый метод расчёта, где на 1 кв. м помещения нужно 100 Вт тепловой энергии.

    Самый примитивный способ подсчёта — использование формулы:

    • Q — необходимое количество тепла для здания;
    • S — площадь помещения;
    • 100 — количество мощность в Вт на 1 кв. м.

    Этот способ очень простой, но он не является совершенным. Стоит отметить, что такая формула применима только для комнат, где высота потолков от 2,5 до 3 м. То есть при более высокой комнате нужно формулу рассчитывать в зависимости от объёма помещения, а не от её квадратуры.

    Разумеется, что рассчитывать теперь нужно, отталкиваясь от мощности на один кубический метр, а не квадратный. Таким образом, для кирпичного дома будет достаточно 34 кВт на один кубический метр, а для панельного 41 кВт.

    Результат можно получить более точный, так как здесь учитываются не только размеры площади помещения, но и в определённой степени тип стен.

    С другой стороны, максимальная точность определяется совсем по-другому. Связано это с упущением многих нюансов, которые влияют на теплопотери.

    Вышеуказанные методы применимы только для приблизительного подсчёта. В связи с этим полностью им доверять не стоит. Даже человек, который ничего не понимает в подобных расчётах, может засомневаться в их правдоподобности. К примеру, не могут же быть одинаковые цифры для северных и южных регионов. Также стоит учитывать и количество окон, стен в комнате, которые выходят на улицу. Для комнаты, где одна стена контактирует с воздухом и имеется только одно окно, теплопотери будут выше, чем в угловом помещении с двумя окнами.

    Кроме этого, важны и площадь самих окон, материал, из которых они изготовлены, и ещё другие нюансы, влияющие на теплопотери. Одним словом, учитывать при расчёте отопления помещения необходимо множество факторов. Сделать это не так сложно даже начинающему мастеру. Благодаря такому подходу теплопотери будут минимальными.

    За основу в этом методе также можно взять соотношение 100 кВт на 1 кв. м помещения. Но сама формула будет усовершенствованной и к ней прибавится много новых дополнительных факторов и коэффициентов.

    Выглядит она следующим образом:

    Q = (S x 100) x А x Б x В x Г x Д x Е x Ё x Ж x З x И x Й x К.

    Кириллические буквы взяты по алфавиту и не имеют никакого отношения к математическим формулам или законам физики. Главное, правильно сделать тепловой расчёт помещения.

    Можно более детально разъяснить каждую составляющую формулы:

    1. 1. А — количество стен в комнате, которые контактируют с воздухом (внешние стены здания). Разумеется, что наличие внешних стен влечёт за собой тепловые потери. Кроме этого, имеются ещё и угловые комнаты, которые более уязвимы, поскольку имеют «мостики холода». Сквозь углы в помещение попадает больше холода, чем через стены. Подставлять коэффициент по этому фактору необходимо следующим образом: внешних стен нет — умножаем на 0,8, при одной — на 1, при двух — на 1,2, а при трёх — на 1,4.
    2. 2. Б — расположение внешних стен относительно сторон света. Даже в условиях сильных северных холодов солнечные лучи имеют значение. Логично, что стены, которые «смотрят на юг», имеют более сильное солнечное влияние, чем стены, смотрящие на север. На последние этот фактор практически не влияет, так же как и на восточную сторону. Таким образом, коэффициент «Б» можно учитывать только тогда, когда стены развёрнуты на север или восток, умножая на 1,1. Если сторона западная или южная, то учитывать влияние солнца не нужно, то есть умножение происходит только на 1.
    3. 3. В — влияние зимних ветров на теплопотери. Хотя иногда этот фактор и не имеет значения, так как дом расположен на участке с защитой от ветров, но если это не так, то нужно вносить поправку на холодную «розу ветров». Разумеется, что стена, в которую дует «в лоб» ветер, будет иметь намного больше теплопотерь, чем противоположна ей. В любом регионе существует уже составленная согласно многолетним наблюдениям так называемая роза ветров — график, который показывает направления ветра в зимнее и летнее время. Если есть необходимость в такой поправке, то нужно умножить значение на такой коэффициент: наветренная сторона — на 1,2, подветренная — на 1, а параллельная — на 1,1.
    4. 4. Г — учитывание расположения дома в определённых климатических условиях. Большое значение для количества теплопотерь имеет местонахождение здания в определённых климатических условиях. Разумеется, что в зимний период показатели термометра опускаются в минус. Но для каждого региона эти показатели разные. Как правило, эти данные можно уточнить в метеослужбе, но можно сделать расчёты и самостоятельно. При этом необходимо умножать на коэффициент от 0,7 до 1,5 при средней температуре от -10 до -35 градусов.
    5. 5. Д — степень утепления внутренних стен. Одним из значений теплопотерь, которое нужно учитывать при расчёте, является степень изолирования конструкций. В большей мере это относится к стенам здания. То есть их уровень термоизоляции напрямую влияет на теплопотери. Таким образом, если стены без утепления, следует умножать на 1,27, среднее качество — 1, а хорошая термоизоляция — на 0,85.
    6. 6. Е — поправка на высоту потолков. Во многих зданиях потолки не имеют стандартно принятой нормы высоты в 3 метра. В связи с этим и теплопотери могут быть разные исходя из такого параметра. Его стоит также учитывать. Если высота более трех метров, требуется умножать на 1,1, от 3,6 до 4 — на 1,15, более 4 — на 1,2.
    7. 7. Ё — тип пола. Это значение нужно учитывать так же, как и помещение, которое находится под ним. Пол считается одним из основных источников потерь тепла. Поэтому нужно внести некоторые коррективы. Пол без утепления и расположенный под подвальным помещением — следует умножать на 1,4, пол находится над землёй, но имеется утепление — на 1,2, под отапливаемым помещением — на 1.
    8. 8. Ж — тип верхнего помещения и потолка. Как известно, тёплый воздух всегда будет подниматься в верхнюю часть помещения, и если потолок имеет свои особенности и увеличенные теплопотери, то это тоже нужно учитывать. Если сверху расположен чердак с утеплением, то умножать нужно на 0,9, а если отапливаемое помещение, то на 0,8.
    9. 9. З — особенности окон. Следует учитывать и коэффициент инфильтрации здания в расчёте тепловой нагрузки. Окна являются одним из ключевых факторов при большой потере тепла. Разумеется, что в основном это зависит от качества производства самой оконной конструкции. Ранее устанавливались только деревянные конструкции, которые по степени потерь тепла значительно уступают современным стеклопакетам с несколькими камерами. Хотя и стеклопакеты бывают разные. К примеру, двухкамерные конструкции будут намного теплее однокамерных. Для учёта этого фактора следует подставлять такие значения: Деревянные окна с двойным остеклением — 1,27, однокамерные стеклопакеты — 1, двухкамерные — 0,9.
    10. 10. И — общая площадь остекления. Хотя можно установить самые новые окна с 3 камерами и аргоновым покрытием, но полностью избежать потерь тепла не удастся. Для того чтобы определить это значение, необходимо сначала найти общую площадь окон с помощью формулы х = Sок / Sп. После этого, в зависимости от полученного значения, умножать его от 0,8 до 1,2.
    11. 11. Й — наличие входной двери. Входная дверь или балкон также имеют большое значение для расчёта тепловой нагрузки на отопление здания. При каждом открытии в комнату поступает определённое количество холодного воздуха. Это нужно учитывать при расчётах теплопотерь. Если имеется одна дверь на улицу или на балкон, то умножать нужно на 1,3, а если две, то на 1,7.

    После того как все данные учтены и выведено значение объёма теплопотерь, для каждой комнаты нужно правильно подсчитать количество секций радиатора для создания комфортной температуры. Для этих целей применяются разные методики. Как оказалось, посчитать расход теплоэнергии, которая уходит из помещения через разные пути, несложно.

    Оптимальный вариант — это использование коэффициента площади помещения. Квадратура указана в технической документации к зданию, а требования — к количеству необходимой энергии в нормах СНиП.

    Согласно таким требованиям, нужно ориентироваться на следующие показатели:

    • средняя полоса России — на 1 квадрат нужно от 60 до 100 Вт;
    • если области северные, то этот показатель увеличивается до 150−200 Вт.

    Опираясь на эти показатели, можно рассчитать необходимое потребление энергии для каждой комнаты и количество рёбер радиатора для каждой комнаты. Сколько кВт энергии имеет одно такое ребро, указано в технической документации к батарее.

    Таким образом, на отопление здания расчёт тепловой нагрузки с калькулятором сделать несложно. Его можно осуществить с помощью общих методов с использованием укрупнённых значений, а также точных математических способов. Главное, правильно подойти к задаче. Только так можно получить действительно хороший результат.

    Инструменты

    Тепловые насосы работают от бесплатных и возобновляемых источников питания. Ноу-хау извлекает скрытое тепло из воды, грунта и даже воздуха. Такой вид горячего водоснабжения и отопления помещений относительно новый. И поэтому инженерная система требует тщательного выбора и принятия взвешенных решений.

    Оглавление:

    1. Устройство и принцип работы теплового насоса
    2. Преимущества и недостатки системы
    3. Типы устройств
    4. Расчет и подбор тепловых насосов для дома
    5. Стоимость тепловых насосов
    6. Производители тепловых насосов
    7. Уход за тепловыми насосами

    Устройство и принцип работы теплового насоса

    Ученые ищут альтернативные источники энергии. Причин для этого несколько. Основные из них: ограниченность ресурсов земли, экономия средств и экологичность систем.

    Тепловой насос является одним из примеров использования энергии из окружающей среды. Она поступает из грунта, воздуха или воды. Поэтому устройства делятся на следующие типы: «рассол – вода», «воздух – вода» и «вода – вода». Также тепло может поступать напрямую в воздух через вентиляцию.

    Идея тепловых насосов родилась в 1982 в Великобритании. Спустя три года Петер Риттер фон Риттингер доработал ее и реализовал первую в мире подобную систему. Он и является официальным изобретателем теплового насоса.

    Дальше пошел Роберт Вебер, который начал извлекать энергию из почвы. А натолкнуло его на это случайность. Прикоснувшись к горячей трубе, он осознал, что тепло произвольно выходит наружу. И его можно использовать вторично.

    Путем экспериментов, он начал прогонять воду по спиральной трубе, одновременно нагревая воздух и воду. Так был разработан принцип действия теплового насоса.

    Сегодня с его помощью обогревают такие объекты:

    • частные дома,
    • детские аквапарки,
    • учебные заведения,
    • офисные центры,
    • бассейны,
    • торговые комплексы.

    Для теплового насоса прокладывается трубопровод под поверхностью почвы. Термоноситель проходит по его конструкции и нагревается на несколько градусов. В испарителе собранное тепло передается насосу. При этом закипает хладоген при высоком давлении и температуре в -50 °С. В компрессоре образуются пары. Низкопотенциальная энергия под давлением превращается в высокопотенциальную. Далее в конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и термоносителем. Нагретая вода поступает в систему водоснабжения, а остывший хладоген продолжает циркулировать в конструкции.

    Тепловые насосы обладают такими характеристиками:

    • стоимость,
    • отапливаемая площадь помещения,
    • мощность,
    • размеры, занимаемые оборудованием,
    • источник энергии,
    • расход электроэнергии,
    • срок эксплуатации.

    Устанавливается система, как при строительстве нового дома, так и при утеплении старого.

    Преимущества и недостатки системы

    Тепловой насос для отопления отличается рядом преимуществ по сравнению с газовыми, твердотопливными котлами:

    • пожарная безопасность,
    • бесплатная скрытая энергия из окружающей среды,
    • упрощенные требования к вентиляции помещения,
    • возможность кондиционирования в жаркую пору,
    • автономность,
    • легкость в управлении,
    • без дымохода,
    • относительная компактность оборудования,
    • бесшумность,
    • не взрывоопасно,
    • отсутствует топливный запах,
    • эксплуатация 16 – 20 лет до капитального ремонта.

    С другой стороны у системы есть свои недостатки:

    • нагрев воды до максимального значения в 50 – 60 °С,
    • большой размер госпошлины на ввоз оборудования,
    • длительная окупаемость системы в 5 – 10 лет,
    • необходимость разового крупного вклада средств,
    • сложность монтажа подземных локаций,
    • мало практического использования на территории страны,
    • снижение эффективности насоса при большем нагреве воды.

    Типы устройств

    Компрессионные насосы функционируют от электрической сети, а абсорбционные еще от топлива.

    В зависимости от типа источника энергии, нагревающие устройства делятся на геотермальные тепловые насосы, воздушные аналоги и системы на вторичном сырье.

    Геотермальные системы используют тепло подземных/наземных вод или грунта. Они бывают закрытого или открытого вида.

    Закрытые системы подразделяются на:

    • горизонтальные насосы с собирающим устройством, расположенным ниже уровня промерзания почвы,
    • вертикальные с погружением коллектора в скважины на глубину 100 – 200 м,
    • водные насосы с поглощающими кольцами в водоемах.

    Открытые насосы возвращают воду обратно после прохождения нею трубопровода. На практике такое возможно при большом ее резерве и при получении разрешения со стороны экологической инстанции.

    Воздушные тепловые насосы извлекают скрытое тепло из воздушных масс при температуре до -20°С.

    Тепло трубопроводов, то есть вторичное тепло, целесообразно использовать на крупных промышленных предприятиях.

    Насосы могут генерировать 100% тепла в помещения, либо служить дополнительным источником отопления. Такая эксплуатация называется моновалентной и бивалентной соответственно.

    Ряд современный кондиционеров выполняют функцию отопления «воздух – воздух». Но диапазон их температур ограничен. Если тепловой насос обеспечивает круглогодичное тепло, то автономный аналог не работает при отрицательной температуре.

    Расчет и подбор тепловых насосов для дома

    При установке насосной системы отопления лучше отдать предпочтение полам с подогревом, чем радиаторам. Потому что, чем меньше разница температуры между источником тепла и ее необходимым уровнем, тем эффективнее обогрев.

    Важно понять, позволяет ли участок проведение работ по укладке коллектора. Для горизонтальной сети необходима большая территория. При этом над ней нельзя возводить сооружения, поскольку почва не будет получать необходимую солнечную энергию.

    Если в доме есть хорошая вентиляционная система, то в нее можно интегрировать систему отопления по воздуху.

    Мощность теплового насоса подбирается в зависимости от режима его использования. Вспомним, что бывает моновалентное и бивалентное использование оборудования. В нашей стране холодное время года занимает небольшую часть времени, а именно 35 – 40 суток с температурой ниже -10°С. Поэтому целесообразней в этот период подключать традиционный обогрев. А в остальное – бивалетные тепловые насосы для дома для снижения цены системы. Это сэкономит средства на земельных работах по установки сложной сети отопления. При этом оптимальным распределение мощности будет соотношение 60:40. Где большая нагрузка идет на технологию ноу-хау.

    При периодическом отключении электроэнергии стоит увеличить силу насоса на корригирующий коэффициент. Который равняется 0,3 за каждый час без электричества в расчете на сутки.

    Понятно, чем выше температура источника энергии, тем эффективнее будет работать система альтернативного обогрева. Для нее есть несколько вариантов источников питания.

    В теплых регионах производительными будут тепловые насосы «воздух – воздух» и «воздух – вода». В регионах средних широт такое оборудование целесообразно использовать, как бивалентное вместе с обычным источником отопления и водонагрева.

    Тепловой насос «вода – вода» лучше проектировать с забором воды из скважин, чем из открытых водоемов. Поскольку последние зимой промерзают до дна.

    Но не всегда вблизи дома находятся подземные воды или водоем. Универсальным вариантом является система, которая извлекает тепло из грунта. Поскольку он находится повсюду. При этом на глубине 2,5 – 3 м его температура составляет в среднем за год +10 °С. Которая существенно не меняется в холодную пору.

    Горизонтальные коллекторы для сбора тепла дешевле. Но имеют ряд недостатков по сравнению с вертикальными аналогами:

    • температура на глубине больше, чем под верхним слоем грунта,
    • на поверхности могут расти лишь малые зеленые насаждения.

    На участке с вертикальными теплообменниками можно высаживать деревья и возводить сооружения.

    Насосную установку можно собрать самостоятельно, но лучше обратиться к специалистам. Потому что ее конструкция сложная и дорогостоящая. А качественные инструкции по последовательному сбору отсутствуют.

    При продуманной системе управления возможно поддержание разной температуры в разных помещениях дома.

    Тепловые насосы имеют положительные отзывы за границей. К сожалению, на территории нашей страны альтернативный источник питания остается дорогим удовольствием без широкого практического применения. Поэтому целесообразней отдать предпочтение международным производителям насосов. Их технологии проверены на деле.

    При установке тепловых насосов необходимо позаботиться о дополнительном утеплении помещения. Комплекс работ охватывает замену стеклопакетов, покрытие стен теплоизоляционным материалом.

    Стоимость тепловых насосов

    Капиталовложения в систему отопления зависят от ее типа, производителя оборудования, объемом буровых работ и тарифов на электричество.

    Цена на геотермальные тепловые насосы при установке зонда составит:

    • устройство – 7500 у.е.,
    • монтаж системы – 7500 у.е.,
    • эксплуатационные расходы – 500 у.е. в год.

    Системы с горизонтальным коллектором:

    • насос – 7500 у.е.,
    • установка – 3700 у.е.,
    • ежемесячные расходы – 560 у.е.

    Тепловой насос «вода – вода»:

    • оборудование – 7500 у.е.,
    • монтажные работы – 5000 у.е.,
    • стоимость электроэнергии – 450 у.е.

    Воздушная система отопления является самым недорогим аналогом. Так как не требуются земляные работы. Тем не менее, эксплуатационные затраты выше:

    • насос – 10000 у.е.,
    • установка – 620 у.е.,
    • обслуживание – 750 у.е.

    Купить тепловой насос значит приобрести:

    • само оборудование,
    • буферную емкость,
    • бойлер для нагрева воды.
    • систему коммуникаций между всеми элементами,
    • пульт управления и контроля.

    А земельные работы подразумевают под собой такие этапы:

    • очистка территории от растительности и твердых элементов, как камни,
    • бурение необходимого количества скважин или траншей,
    • укладка и обустройство коллекторов,
    • сооружение проверочных колодцев,
    • подключение трубопровода к системе отопления, водоснабжения или вентиляции,
    • рекультивация территории,
    • настойка системы.

    Производители тепловых насосов

    Самодельный тепловой насос – это здорово, но не надежно. Поэтому лучше обратить внимание на именитых производителей. Которые тестируют свои технологии, а их специалисты вовремя придут на помощь при монтаже, ремонте и обслуживании оборудования.

    NIBE Industrier известная международная компания по производству отопительных систем. Ее разработки используют альтернативные и экологические источники питания. Продукция NIBE сертифицирована в Европе и Америке. А значит, соответствует параметрам надежности и эффективности.

    Viessmann имеет 100 – летнюю историю разработки холодильных, отопительных и климатических систем. Теплонаносная техника изготавливается и модернизируется на протяжении уже 30 лет. С самого момента зарождения принципа использования экологического тепла. Насосы реализуются в 70-ти странах мира при производстве в 10-ти из них.

    Отопительную технику реализует международная немецкая компания Vaillant. Но оборудование на возобновляемой энергии является лишь одним из направлений ее деятельности. Экспорт производителя охватывает 60 стран.

    Украинская компания ООО «ФЛАЙ-ТЕК» предлагает системы, собранных из зарубежных комплектующих. Стоимость ее тепловых насосов на 30% ниже международных аналогов.

    На украинском рынке 10 лет функционирует фирма «Синтэк». Она производит отопительное оборудование под торговой маркой SintSolar. В 2000 году была награждена за разработки эффективных технологий.

    Краснодарская компания «Атмосистемы» в 2005 году запустила выпуск тепловых насосов. После – стала дистрибьютором международного производителя Heliotherm. Последний является единственным изготовителем теплонасосов, который был выдвинут на Государственную премию в Австралии в области технологии сохранения окружающей среды и энергии.

    Уход за тепловыми насосами

    Техническое обслуживание подразумевает ежегодный профессиональный осмотр всех элементов системы.

    Включать насос необходимо спустя несколько часов после установки, чтобы система предварительно прогрелась.

    Промывка системы отопления, аварийный ремонт и техобслуживание обычно гарантируется производителем. Поэтому сохраняйте документы, подтверждающие покупку и установку оборудования.

    Иногда целесообразно воспользоваться услугой дистанционного контроля качеством работы тепловых насосов. Это позволит быстро среагировать на отклонения в работе системы. Ее предоставляет продавец систем.

    Тепловой насос в отоплении дома

    Тепловой насос в отоплении дома

    Тепловой насос (ТН) – это устройство, которое осуществляет перенос, трансформацию и преобразование тепловой энергии. По принципу работы он схож с известными всем приборами и оборудованием, такими как холодильник или кондиционер. В основе функционирования любого ТН лежит обратный цикл Карно, названного в честь известнейшего французского физика и математика Сиди Карно.

    Принцип работы теплового насоса

    Изучим более подробно физику процессов работы данного оборудования. Тепловой насос состоит из четырех основных элементов:

    1. Компрессор
    2. Теплообменник (конденсатор)
    3. Теплообменник (испаритель)
    4. Соединительная арматура и элементы автоматики.

    Компрессор необходим для сжатия и перемещения хладагента по системе. При сжимании фреона его температура и давление резко повышается (развивается давление до 40 бар, температура до 140 С), и в форме газа с высокой степенью сжатия он поступает в конденсатор (адиабатический процесс, т.е. процесс в котором система не взаимодействует с внешним пространством), где передает энергию потребителю. Потребителем может выступать как непосредственно среда, которую необходимо обогреть (например, воздух в помещении), так и теплоноситель (вода, антифриз и т.д.), который далее распределяет энергию по системе отопления (радиаторы, теплые полы, обогреваемые плинтуса, конвекторы, фанкойлы и прочее). Температура газа при этом, естественно понижается, и он меняет свое агрегатное состояние с газообразного на жидкостное (изотермический процесс, т.е. процесс, протекающий при постоянной температуре).

    Далее хладагент в жидком состоянии поступает в испаритель, проходя через терморегулирующий вентиль (ТРВ), необходимый для уменьшения давления и дозирования поступления фреона в испарительный теплообменник. В следствии снижения давления при прохождении каналов испарителя осуществляется фазовый переход, и агрегатное состояние хладагента снова меняется на газообразное. При этом энтропия газа снижается (исходя из теплофизических свойств фреонов), что приводит к резкому падению температуры, и происходит «отъем» тепла у внешнего источника. В качестве внешнего источника может выступать уличный воздух, недра земли, реки, озера. Далее охлажденный газообразный фреон возвращается в компрессор, и цикл повторяется снова.

    Фактически получается, что тепловая машина сама не производит выработку тепла, а является устройством по перемещению, модифицированию и видоизменению энергии от окружающей среды в помещение. Однако для этого процесса необходима электроэнергия, основным потребителем которой выступает компрессорный агрегат. Соотношение полученной тепловой мощности к затраченной электрической называется коэффициентом преобразования (СОР). Он меняется в зависимости от типа ТН, его производителя, прочих факторов и варьируется в пределах от 2 до 6.

    В настоящее время в качестве хладагента используются озонобезопасные фреоны различного типа (R410A, R407C), которые наносят минимальный ущерб окружающей среде.

    В современных тепловых машинах используются компрессоры спирального типа, которые не требуют обслуживания, в них практически отсутствует трение, и они могут безостановочно проработать 30-40 лет. Это обеспечивает долгий срок службы всего агрегата. Так, например, у немецкой фирмы Stiebel Eltron есть ТН, проработавшие без капитального ремонта с начала 70-х годов прошлого века.

    Типы тепловых насосов

    В зависимости от сред используемых для отбора и перераспределения энергии, а так же конструктивных особенностей и способах применения, различают четыре основных типа ТН:

    Тепловой насос «воздух – воздух»

    В качестве низкопотенциального источника энергии, данный тип оборудования использует уличный воздух. Внешне он не отличается от обычной сплит – системы кондиционирования, однако имеет ряд функциональных особенностей, позволяющих ему работать при низких температурах (до -30 С) и «изымать» энергию из окружающей среды. Обогрев дома осуществляется непосредственно теплым воздухом, нагреваемом в конденсаторе теплонасоса.

    Достоинства ТН «воздух – воздух»:

    • Невысокая стоимость
    • Малое время монтажных работ и сравнительная простота установки
    • Отсутствие возможности утечки теплоносителя

    Недостатки:

    • Значительное снижение СОР при низких температурах (до 1,2)
    • Устойчивая работоспособность до -20 С
    • Необходимость установки внутреннего блока в каждую комнату или организацию системы воздуховодов для подачи нагретого воздуха во все помещения.
    • Невозможность получения горячей воды (ГВС)

    На практике, такие системы применяются для сезонного жилья и не могут выступать в качестве основного источника обогрева.

    Тепловой насос «воздух – вода»

    По своему принципу действия схожи с предыдущим типом, однако они нагревают не напрямую воздух внутри помещения, а теплоноситель, который в свою очередь используется для отопления дома и приготовления ГВС.

    Достоинства ТН «Воздух – вода»:

    • не требует организация «внешнего контура» (бурения)
    • надежность и долговечность
    • высокие показатели эффективности (СОР) в осенний и весенний периоды

    Недостатки ТН:

    • Значительное снижение СОР при низких температурах (до 1,2)
    • Необходимость оттаивания внешнего блока (реверсивный режим)
    • Невозможность эксплуатации при температуре ниже -25 С – -30 С

    Такие насосы в нашем климате все же не могут выступать единственным источником отопления. Поэтому они зачастую устанавливаются (по бивалентной схеме) в связке с дополнительным отопительным оборудованием (электрический, пеллетный, твердотопливный, дизельный котел, камин с водяной рубашкой). Также они подходят для реконструкции и автоматизации старых котельных, использующие традиционные виды топлива. Это позволяет большую часть года эксплуатировать систему в автоматическом режиме (нет необходимости загружать твердое топливо или заправлять дизельное топливо), используя только мощность ТН.

    Тепловой насос «рассол – вода»

    Один из самых распространенных на территории Республики Беларусь. Используя статистику нашей организации 90% установленных теплонасосов, являются геотермальными. В данном случае в качестве «внешнего контура» используется недра земли. За счет этого, данные ТН обладают самым главным преимуществом перед остальным типами теплонасосов – стабильный показатель эффективности работы (СОР) вне зависимости от времени года.

    По устоявшейся терминологии, внешний контур называется геотермальным.

    Существуют две основные разновидности геотермального контура:

    • Горизонтальный
    • Вертикальный

    Остановимся на каждом из них подробнее.

    Горизонтальный контур

    Горизонтальный контур представляет собой систему полиэтиленовых труб, уложенных под верхним слоем грунта на глубине около 1,5 – 2 м, ниже уровня промерзания. Температура в этой зоне остается положительной (от +3 до +15 С) в течение всего календарного года, достигает максимума в октябре, а минимума в мае. Площадь, занимаемая коллектором зависит площади строения, степени его утепления, размеров остекления. Так, например, для двухэтажного жилого дома площадью 200 м2, имеющего неплохое утепление, отвечающее современным нормам, под геотермальное поле придется выделить порядка четырех соток земли (400 м2). Безусловно для более точной оценки диаметра используемым труб и занимаемой площади, необходим подробный теплотехнический расчет.

    Вот как выглядит монтаж горизонтального коллектора на одном из наших объектов в г. Дзержинск (Республика Беларусь):

    Достоинства горизонтального коллектора:

    • Более низкая стоимость по сравнению с геотермальными скважинами
    • Возможность проведения работ по его устройству совместно с прокладкой других коммуникаций (водопровод, канализация)

    Недостатки горизонтального коллектора:

    • Большая занимаемая площадь (не ней запрещается возводить капитальные строения, асфальтировать, укладывать тротуарную плитку, необходимо обеспечить естественный доступ света и осадков)
    • Отсутствие возможности обустройства при готовом ландшафтном дизайне участка
    • Меньшая стабильность по сравнению с вертикальным коллектором.

    Обустройство такого типа коллектора обычно осуществляется двумя способами. В первом случае на всей площади укладки снимается верхний слой грунта, толщиной 1,5-2м, выполняется раскладка труб теплообменника с заданным шагом (от 0,6 до 1,5м) и производиться обратная засыпка. Для выполнения таких работ подходит мощная техника, такая как фронтальный погрузчик, бульдозер, экскаваторы с большим вылетом стрелы и объемом ковша.

    Во втором случае укладка петель грунтового контура производиться поэтапно в подготовленные траншеи, шириной от 0,6м до 1 м. Для этого подходят небольшие экскаваторы и экскаваторы – погрузчики.

    Вертикальный контур

    Вертикальный коллектор представляет собой скважины глубиной от 50 до 200 м и более, в которые опущены специальные устройства – геотермальные зонды. Температура в этой зоне в течение многих лет и десятилетий остается постоянной и растет с увеличением глубины. Повышение происходит в среднем на 2-5 С на каждые 100 м. Величина это характеризующая называется температурным градиентом.

    Процесс монтажа вертикального коллектора на нашем объекте в п. Крыжовка, под Минском:

    Изучая карты распределения температур на различных глубинах на территории РБ и города Минска в частности, можно заметить, что температура меняется от области к области, и может существенно отличаться в зависимости от местоположения. Так, например, на глубине 100 м в районе г. Светлогорск она может достигать +13 С, а в некоторых районах Витебской области на той же самой глубине не превышает +8,5 С.

    Безусловно при расчете глубины бурения и проектирования размера, диаметра и прочих характеристик геотермальных зондов, необходимо учитывать этот фактор. Помимо этого, необходимо учитывать геологический состав проходимых пород. Только опираясь на эти данные можно правильно запроектировать геотермальный контур.

    Как показывает практика и статистика нашей организации 99% проблем при эксплуатации ТН связано с функционированием внешнего контура, при чем эта проблема проявляется не сразу после ввода в эксплуатацию оборудования. И этому есть объяснение, так при неправильном расчете геоконтура (например, на территории Витебской области, где как мы помним геотермальный градиент является одним из самых низких в Республике), его первоначальная работа не вызывает нареканий, однако с течением времени толща земли «выхолаживается», нарушается термодинамический баланс и начинаются неприятности, при чем проблема может возникнуть только на второй – третий отопительный сезон. Менее проблемно выглядит переразмеренный контур, но заказчик вынужден оплачивать не нужные метры бурения из-за некомпетентности подрядчика, что неумолимо ведет к удорожанию всего проекта.

    Особенно критичным к изучению недр земли нужно относиться при строительстве больших коммерческих объектов, где количество скважин исчисляется десятками, и сэкономленные (либо растраченные) средства на их устройство, могут быть очень значительными.

    Тепловой насос «вода – вода»

    Одной из разновидностей геотермального источника тепла могут быть подземные воды. Они имеют постоянную температуру (от +7 С и выше), и в значительном количестве залегают на различных глубинах на территории РБ. По технологии, подземные воды поднимаются центробежным насосом из скважины и поступают на станцию тепломассообмена, где передают энергию антифризу нижнего контура теплового насоса. Эффективность работы данной системы зависит от уровня залегания грунтовых вод (в зависимости от глубины подъема, требуется определенная мощность помпы), расстояния от заборной скважины до станции обмена. Эта технология имеет один из самых высоких показателей COP, однако имеет ряд особенностей, ограничивающих ее применение.

    • Отсутствие подземных вод, либо низкий уровень их залегания;
    • Отсутствие постоянного дебета скважины, понижение статического и динамического уровней;
    • Необходимость учитывать солевой состав и загрязненность (при не надлежащем качестве воды, происходит засорение теплообменника, снижаются показатели производительности)
    • Необходимость устройства дренажного колодца для сброса значительных объемов отработавшей воды (от 2200 л/ч и более)

    Как показывает практика, установка таких систем целесообразна, если в непосредственной близости имеется водоем или река. Отработавшую воду, также можно использовать в хозяйственных и промышленных целях, например, для полива, или организации искусственных водоемов.

    Что качается качества заборной воды то, например, немецкий производитель альтернативных отопительных систем Stiebel Eltron рекомендует следующие параметры: общая доля железа и магния не более 0,5 мг/л, содержание хлоридов менее 300 мг/л, отсутствие осаждаемых веществ. При превышении этих параметров необходимо установка дополнительной системы очистки – станции подготовки и обессоливания, что повышает материалоемкость проекта.

    Буровые работы для теплового насоса.

    Исходя из опыта монтажа и эксплуатации геотермальных агрегатов, мы рекомендуем бурить скважины не менее 100м. Практика показывает, что лучшие показатели эффективности и стабильности тепловой машины, будет наблюдаться, например, для двух скважин по 150 м, чем для трех по 100м. Безусловно, для обустройства таких шахт требуется специальная техника и роторный метод производства бурения. Малогабаритные шнековые установки не способны обеспечить нужной длины скважин.

    Так как, геотермальный контур является важнейшей составляющей, и правильность его обустройства является залогом успешного функционирования всей системы, то подрядчик, осуществляющих бурение должен соответствовать ряду критериев:

    • обязательно иметь опыт производства подобного вида услуг;
    • иметь специальный инструмент для погружения зондов;
    • давать гарантию погружения зонда на проектную глубину и гарантировать его целостность и герметичность в процессе производства работ;
    • после погружения проводить мероприятия по тампонированию скважины для увеличения ее теплообмена и производительности, зачеканить ствол шахты до обратной засыпки.

    В целом, при правильном проектировании и квалифицированном монтаже, геотермальные зонды очень надежны, и способны Вам прослужить до 100 лет.

    Процесс опускания геотермального зонда в пробуренную скважину:

    Геотермальный зонд на станине, перед проведением проверки на герметичность («опрессовки» давлением):

    Выводы

    Исходя из нашего опыта в устройстве систем альтернативной энергетики, мы можем выделить основные факты, которые являются основополагающими при выборе нашими Заказчиками тепловых насосов:

    • полная безопасность и экологичность (отсутствую процессы горения и движущие части)
    • возможность «сегодня» заказать систему и через три недели наслаждаться ее использованием без каких-либо согласований с контролирующими и разрешительными органами.
    • Полная автономность и минимальное техническое обслуживание (нет необходимости состоять в газовом кооперативе, зависеть от него; не надо подбрасывать дрова или проводить ежемесячную чистку воздуховодов, организовывать подъезд топливозаправщика и прочее)
    • Стоимость участка для строительства индивидуального дома без подведенного газа значительно ниже и срок сдачи жилья не зависит от газовых служб
    • Возможность удаленного управления через интернет
    • Передовое и инновационное оборудование стильного исполнения, которое не стыдно показать друзьям и знакомым, что безусловно подчеркивает статус домовладельца.

    Если в данной статье мы не затронули какие-то вопросы и вы хотите задать их лично – вы можете приехать к нам в офис по адресу: г. Минск, ул. Одоевского, 117, компания ООО «Нова Грос» и проконсультироваться у наших инженеров.

    Так же, у нас есть возможность организовать бесплатное посещение уже реализованных функционирующих объектов.

    Контактные телефон для связи: 044 765 29 58; 017 399 70 51

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: