Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

Какие параметры нуждаются в расчете при проектировании автономной системы отопления? Как выполняется расчет системы отопления частного дома в каждом конкретном случае? В статье мы предоставим в распоряжение читателя все необходимые формулы, справочные данные и сопроводим расчеты примерами.

Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

Нам предстоит узнать, насколько это сложно – рассчитать параметры автономного отопления.

Что считаем

Из каких этапов состоит расчет системы отопления для частного дома?

Что именно нам предстоит считать?

  • Суммарную потребность в тепле и соответствующую ей мощность отопительного котла.
  • Потребность в тепловой энергии отдельного помещения и, соответственно, мощность отопительного прибора в нем.

Заметьте: нам предстоит затронуть и методы определения тепловой мощности для разных отопительных приборов.

  • Объем расширительного бака.
  • Параметры циркуляционного насоса.

В этом порядке и двинемся дальше.

Тепловая мощность

Грубо оценить потребность дома в тепле можно двумя способами:

  • По площади.
  • По объему.
  • Расчет по площади

    Эта методика предельно проста и основана на СНиП полувековой давности: на 10 квадратных метров площади берется один киловатт тепловой мощности. Таким образом, дом общей площадью 100 м2 можно обогреть 10-киловаттным котлом.

    Схема хороша тем, что не требует лезть в дебри и высчитывать тепловое сопротивление ограждающих конструкций. Но, как любая упрощенная схема расчетов, она дает весьма приблизительный результат.

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Быстро, просто и… неточно.

    Причин несколько:

    • Котел прогревает весь объем воздуха в помещении, который зависит не только от площади дома, но и от высоты потолков. А этот параметр в частном домостроении может варьироваться в широчайших пределах.
    • Окна и двери теряют гораздо больше тепла на единицу площади, чем стены. Хотя бы потому, что куда более прозрачны для инфракрасного излучения.
    • Климатическая зона тоже очень сильно влияет на потери тепла через ограждающие конструкции. Увеличение дельты температур между помещением и улицей вдвое потянет за собой двукратное увеличение затрат на отопление.

    Расчет по объему с региональными коэффициентами

    Именно в силу перечисленных причин лучше использовать ненамного более сложную, но дающую куда более точный результат схему расчетов.

  • За базовое значение принимаются 60 ватт тепла на кубометр объема отапливаемого помещения.
  • На каждое окно в наружной стене к расчетной тепловой мощности добавляется 100 ватт, на каждую дверь – 200.
  • Полученный результат умножается на региональный коэффициент:
  • Климатическая зона Коэффициент
    Краснодарский край, Крым 0,7 – 0,9
    Московская, Ленинградская области 1,2 – 1,3
    Иркутский, Хабаровский край 1,5 – 1,6
    Якутия, Чукотка 2,0

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Крым, Ялта, декабрь. Расходы на отопление здесь невелики.

    Давайте в качестве примера возьмем тот самый дом площадью в 100 квадратных метров.

    Однако в этот раз мы оговорим ряд дополнительных условий:

    • Высота его потолков – 3,5 метра.
    • Дом имеет 10 окон и 2 двери в наружных стенах.
    • Он расположен в городе Верхоянске (средняя температура января 45,4 С, абсолютный минимум – 67,6 С).

    Итак, выполним расчет отопления частного дома для этих условий.

  • Внутренний объем отапливаемого помещения равен 100*3,5=350 м3.
  • Базовое значение тепловой мощности будет равным 350*60=21000 Вт.
  • Окна и двери усугубляют ситуацию: 21000+(100*10)+(200*2)=22400 ватт.
  • Наконец, освежающий климат Верхоянска заставит нас увеличить и без того большую тепловую мощность отопления еще вдвое: 22400*2=44800 ватт.
  • Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Зима в Верхоянске.

    Как несложно заметить, разница с результатом, полученным по первой методике – больше четырехкратной.

    Отопительные приборы

    Как рассчитать отопление в частном доме для отдельных помещений и подобрать соответствующие этой мощности отопительные приборы?

    Сама методика расчета потребности в тепле для отдельной комнаты полностью идентична приведенной выше.

    К примеру, для комнаты площадью 12 м2с двумя окнами в описанном нами доме расчет будет иметь такой вид:

  • Объем комнаты равен 12*3,5=42 м3.
  • Базовая тепловая мощность будет равной 42*60=2520 ватт.
  • Два окна добавят к ней еще 200. 2520+200=2720.
  • Региональный коэффициент увеличит потребность в тепле вдвое. 2720*2=5440 ватт.
  • Как пересчитать полученное значение в количество секций радиатора? Как подобрать количество и тип отопительных конвекторов?

    • Производители всегда указывают тепловую мощность для конвекторов, пластинчатых радиаторов и т.д. в сопроводительной документации.

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Таблица мощности для конвекторов VarmannMiniKon.

    • Для секционных радиаторов необходимую информацию обычно можно найти на сайтах дилеров и производителей. Там же нередко можно обнаружить калькулятор для пересчета киловатт в секции.
    • Наконец, если вы используете секционные радиаторы неизвестного происхождения, при их стандартном размере в 500 миллиметров по осям ниппелей можно ориентироваться на следующие усредненные значения:
    Тип секции Тепловая мощность на одну секцию, ватты
    Чугунная с внутренним оребрением 160
    Чугунная без внутреннего оребрения 140
    Биметаллическая 180
    Алюминиевая 200

    В автономной отопительной системе с ее умеренными и предсказуемыми параметрами теплоносителя чаще всего используются алюминиевые радиаторы. Их разумная цена очень приятным образом сочетается с пристойным внешним видом и высокой теплоотдачей.

    В нашем случае алюминиевых секций мощностью 200 ватт потребуется 5440/200=27 (с округлением).

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Разместить в одной комнате столько секций – нетривиальная задача.

    Как всегда, есть пара тонкостей.

    • При боковом подключении многосекционного радиатора температура последних секций куда ниже, чем первых; соответственно, падает тепловой поток от отопительного прибора. Решить проблему поможет простая инструкция: подключайте радиаторы по схеме “снизу вниз”.
    • Производители указывают тепловую мощность для дельты температур между теплоносителем и помещением в 70 градусов (например, 90/20С). При ее снижении тепловой поток будет падать.

    Особый случай

    Нередко в качестве отопительных приборов в частных домах используются самодельные стальные регистры.

    Обратите внимание: они привлекают не только низкой себестоимостью, но и исключительной прочностью на разрыв, что очень кстати при подключении дома к теплотрассе.
    В автономной системе отопления их привлекательность сводится на нет непритязательным внешним видом и невысокой теплоотдачей на единицу объема отопительного прибора.

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Прямо скажем – не верх эстетики.

    Тем не менее: как оценить тепловую мощность регистра известного размера?

    Для одиночной горизонтальной круглой трубы она вычисляется по формуле вида Q = Pi*Dн *L * k * Dt, в которой:

    • Q – тепловой поток;
    • Pi – число “пи”, принимаемое равным 3,1415;
    • Dн – наружный диаметр трубы в метрах;
    • L – ее длина (тоже в метрах);
    • k – коэффициент теплопроводности, который берется равным 11,63 Вт/м2*С;
    • Dt – дельта температур, разница между теплоносителем и воздухом в комнате.

    В многосекционном горизонтальном регистре теплоотдача всех секций, кроме первой, умножается на 0,9, поскольку они отдают тепло восходящему потоку нагретого первой секцией воздуха.

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    В многосекционном регистре нижняя секция отдает больше всего тепла.

    Давайте вычислим теплоотдачу четырехсекционного регистра с диаметром секции 159 мм и длиной 2,5 метра при температуре теплоносителя 80 С и температуре воздуха в комнате 18 С.

  • Теплоотдача первой секции равна 3,1415*0,159*2,5*11,63*(80-18)=900 ватт.
  • Теплоотдача каждой из остальных трех секций равна 900*0,9=810 ватт.
  • Суммарная тепловая мощность отопительного прибора – 900+(810*3)=3330 ватт.
  • Расширительный бак

    И в этом случае есть две методики расчета – простая и точная.

    Простая схема

    Простой расчет прост донельзя: объем расширительного бака берется равным 1/10 объема теплоносителя в контуре.

    Откуда взять значение объема теплоносителя?

    Вот пара простейших решений:

  • Заполните контур водой, стравите воздух, а потом слейте всю воду через сбросник в любую мерную посуду.
  • Кроме того, грубо объем сбалансированной системы можно вычислить из расчета 15 литров теплоносителя на киловатт мощности котла. Так, в случае котла мощностью 45 КВт в системе будет примерно 45*15=675 литров теплоносителя.
  • Стало быть, в этом случае разумным минимумом будет расширительный бак для системы отопления в 80 литров (с округлением в большую сторону до стандартного значения).

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Стандартные объемы расширительных бачков.

    Точная схема

    Более точно можно своими руками рассчитать объем расширительного бака по формуле V = (Vt х E)/D, в которой:

    • V – искомое значение в литрах.
    • Vt – полный объем теплоносителя.
    • E – коэффициент расширения теплоносителя.
    • D – коэффициент эффективности расширительного бака.

    Очевидно, последние два параметра нуждаются в комментариях.

    Коэффициент расширения воды и бедных водно-гликолевых смесей можно взять по следующей таблице (при нагреве с исходной температуры в +10 С):

    Нагрев, С Расширение, %
    30 0,75
    40 1,18
    50 1,68
    60 2,25
    70 2,89
    80 3,58
    90 4,34
    100 5,16

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    А вот коэффициенты для теплоносителей с большим содержанием гликоля.

    Коэффициент эффективности бачка можно рассчитать по формуле D = (Pv – Ps) / (Pv + 1), в которой:

    • Pv – максимальное давление в контуре (давление срабатывания предохранительного клапана).

    Подсказка: обычно оно берется равным 2,5 кгс/см2.

    • Ps- статическое давление контура (оно же – давление зарядки бака). Оно рассчитывается как 1/10 часть перепада в метрах между уровнем расположения бака и верхней точкой контура (избыточное давление в 1 кгс/см2 поднимает водяной столб на 10 метров). Давление, равное Ps, создается в воздушной камере бака перед заполнением системы.

    Давайте в качестве примера подсчитаем требования к бачку для следующих условий:

    • Перепад высоты между баком и верхней точкой контура равен 5 метрам.
    • Мощность отопительного котла в доме равна 36 КВт.
    • Максимальный нагрев воды равен 80 градусам (с 10 до 90С).

    Итак:

  • Коэффициент эффективности бака будет равным (2,5-0,5)/(2,5+1)=0,57.
  • Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Вместо расчета коэффициент можно взять из таблицы.

  • Объем теплоносителя из расчета 15 литров на киловатт равен 15*36=540 литров.
  • Коэффициент расширения воды при нагреве на 80 градусов равен 3,58%, или 0,0358.
  • Таким образом, минимальный объем бака равен (540*0,0358)/0,57=34 литра.
  • Циркуляционный насос

    Как подобрать оптимальные параметры циркуляционного насоса для системы отопления?

    Для нас важны два параметра: создаваемый насосом напор и его производительность.

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    На фото – насос в отопительном контуре.

    С напором все не просто, а очень просто: контур любой разумной для частного дома протяженности потребует напора не более минимальных для бюджетных устройств 2 метров.

    Справка: перепад в 2 метра заставляет циркулировать систему отопления 40-квартирного дома.

    Простейший способ подобрать производительность – умножить объем теплоносителя в системе на 3: контур должен оборачиваться трижды за час. Так, в системе объемом 540 литров достаточно насоса производительностью 1,5 м3/час (с округлением).

    Более точный расчет выполняется по формуле G=Q/(1,163*Dt), в которой:

    • G – производительность в кубометрах в час.
    • Q – мощность котла или участка контура, где предстоит обеспечить циркуляцию, в киловаттах.
    • 1,163 – коэффициент, привязанный к средней теплоемкости воды.
    • Dt – дельта температур между подачей и обраткой контура.

    Подсказка: для автономной системы стандартные параметры – 70/50 С.

    При пресловутой тепловой мощности котла в 36 КВт и дельте температур в 20 С производительность насоса должна составлять 36/(1,163*20)=1,55 м3/ч.

    Расчет системы отопления частного дома: формулы, справочные данные, примеры

    Иногда производительность указывается в литрах в минуту. Пересчитать несложно.

    Заключение

    Надеемся, что предоставили в распоряжение читателя все необходимые материалы. Дополнительную информацию о том, как выполняется расчет отопления в частном доме, можно найти в прикрепленном видео. Успехов!

    Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен

    Оставить комментарий

    ОБЯЗАТЕЛЬНО приложите ФОТО проблемы — так ответ эксперта будет гораздо точней

    Оставляя комментарий, Вы принимаете пользовательское соглашение

    Ваше имя:
    Ваш e-mail:
    Источник gidroguru.com