Как сделать расчет объема отопления: радиаторы, трубы, расширительный бак и другие компоненты системы

Приступая к монтажу системы отопления необходимо рассчитать объём жидкости, ведь этот параметр считается основным при выборе котла. Только оптимальный объём теплоносителя позволяет эффективно прогревать дом в зимнее время года. На указанный показатель влияют габариты труб. При использовании циркуляционного насоса допустимо выбирать трубопроводы меньшего диаметра. Это позволяет увеличить число радиаторов отопления.

При выборе труб увеличенного диаметра на предельной мощности котла происходит недогрев теплоносителя. Это связано с тем, что рабочая жидкость успевает остыть прежде чем дойдёт до крайней точки отопительной системы, а это дополнительные материальные затраты. Согласно проведённым ранее расчётам на каждый киловатт мощности котла понадобится 15 литров жидкости. Исходя из этого, проводится подробный расчёт объёма воды в отоплении частного дома.

Необходимсоть вычисления отопления

Пример сложной системы отопления дома
Сначала следует определиться с актуальностью расчета объема воды в системе отопления или этого же показателя для батарей и расширительного бака. Ведь можно установить эти компоненты без сложных операций, руководствуясь только личным опытом и советами профессионалов.

Работа любой системы отопления сопряжена с постоянным изменением показателей теплоносителя – температуры и давления в трубах. Поэтому расчет отопления по объему здания позволит правильно укомплектовать теплоснабжение, исходя из характеристик дома. Кроме этого следует учитывать прямую зависимость эффективности работы от текущих паромеров. Так как рассчитать объем воды в системе отопления можно самостоятельно – эту процедуру рекомендуется выполнять во избежание появления следующих ситуаций:

• Неправильный фактический тепловой режим работы, который не соответствует расчетному;
• Неравномерное распределение тепла по отопительным приборам;
• Возникновение аварийных ситуаций. Ведь как рассчитать объем расширительного бака для отопления, если не будет известен общая вместимость трубопроводов и батарей.

Для минимизации появления этих ситуаций следует своевременно рассчитать объем системы отопления и ее компонентов.

Вычисления параметров теплоснабжения выполняются еще перед монтажными работами. Они служат основой для подбора комплектующих.

Конкретные расчёты

Допустим, нужно сделать расчёт для домовладения площадью 150 кв. м. Если принять, что на 1 квадратный метр теряется 100 Ватт тепла, получаем: 150х100=15 кВатт тепловых потерь.

Как соотносится это значение с циркуляционным насосом? При тепловых потерях происходит постоянный расход тепловой энергии. Для поддержания температурного режима в помещении необходимо большее количество энергии, чем для его компенсации.

Для расчёта циркуляционного насоса для системы отопления, следует понимать, какие у него функции. Это устройство выполняет следующие задачи:

• создать напор воды, достаточный для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление узлов системы;
• перекачать по трубам и радиаторам такой объем горячей воды, который требуется для эффективного прогрева домовладения.

То есть, для того, чтобы система заработала, нужно подогнать тепловую энергию к радиатору. И эту функцию выполняет циркуляционный насос. Именно он стимулирует подачу теплоносителя к приборам отопления.

Следующая задача: какое количество воды, согретой до нужной температуры, надо доставить к радиаторам за определённый период времени, при этом компенсируя все теплопотери? Ответ выражается в количестве перекачанного теплоносителя в единицу времени. Это и будет называться мощностью, которой обладает циркуляционный насос. И наоборот: можно определить примерный расход теплоносителя по мощности насоса.

Данные, которые для этого нужны:

• Количество тепловой энергии, необходимой для того, чтобы компенсировать теплопотери. Для данного домовладения площадью 150 кв. метров эта цифра 15 кВт.
• Удельная теплоёмкость воды, которая выступает в роли теплоносителя — 4200 Дж на 1 килограмм воды, на каждый градус температуры.
• Дельта температур между водой на подаче из котла и на последнем отрезке трубопровода в обратке.

Считается, что в нормальных условиях это последнее значение не бывает больше 20 градусов. В среднем берут 15 градусов.

Формула для того, чтобы рассчитать насос, следующая: G/(cх(Т1-Т2))= Q

• Q — это расходование теплоносителя в отопительной системе. Столько жидкости при определённой температуре нужно доставить циркуляционному насосу к отопительным приборам в единицу времени, чтобы теплопотери были компенсированы. Нецелесообразно приобретать устройство, у которого мощность больше. Это приведёт только к повышенному расходу электричества.
• G — теплопотери дома;
• Т2 — температура теплоносителя, вытекающая из теплообменника котла. Это именно тот уровень температуры, который нужен для обогрева помещения (примерно 80 градусов);
• Т1 — температура теплоносителя на обратном трубопроводе при входе в котёл (чаще всего 60 градусов);
• с — это удельная теплоёмкость воды (4200 Джоулей на кг).

При вычислении с помощью указанной формулы получается цифра 2,4 кг/с.

Теперь нужно перевести этот показатель на язык производителей циркуляционных насосов.

1 килограмм воды соответствует 1 кубическому дециметру. Один кубический метр равен 1000 кубических дециметров.

Получается, что в секунду насос перекачивает воду следующим объёмом:

2,4/1000=0,0024 куб. м.

Далее нужно перевести секунды в часы:

0,0024х3600=8,64 куб. м/ч.

Расчет объема теплоносителя в трубах и котле

Компоненты отопительной системы
Отправной точкой для вычисления технических характеристик компонентов является расчет объем воды в системе отопления. Фактически она является суммой вместимости всех элементов, начиная от теплообменника котла и заканчивая батареями.

Как рассчитать объем системы отопления самостоятельно, без привлечения специалистов или использования специальных программ? Для этого понадобиться схема расположения компонентов и их габаритные характеристики. Общая вместимость системы будет определяться именно этими параметрами.

Объём воды в трубопроводе

Значительная часть воды располагается в трубопроводах. Они занимают большую часть в схеме теплоснабжения. Как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления, и какие характеристики труб нужно знать для этого? Важнейшей из них является диаметр магистрали. Именно он определит вместимость воды в трубах. Для вычисления достаточно взять данные из таблицы.

В отопительной системе могут быть использованы трубы различных диаметров. В особенности это касается коллекторных схем. Поэтому объем воды в системе отопления вычисляется по следующей формуле:

Vобщ=Vтр1*Lтр1+ Vтр2*Lтр2+ Vтр2*Lтр2…

Где Vобщ – общая вместимость воды в трубопроводах, л, Vтр – объем теплоносителя в 1 м.п. трубы определенного диаметра, Lтр — общая протяженность магистрали с заданным сечением.

В сумме эти данные позволят рассчитать большую часть объема системы отопления. Но помимо труб есть и другие компоненты теплоснабжения.

У пластиковых труб диаметр вычисляется по размерам внешних стенок, а у металлических — по внутренним. Это может существенно для тепловых систем с большой протяженностью.

Расчет объема котла отопления

Теплообменник котла отопления
Корректный объем котла отопления можно узнать только из данных технического паспорта. Каждая модель этого отопительного прибора имеет свои уникальные характеристики, которые зачастую не повторяются.

Напольный котел может иметь большие габариты. В особенности это касается твердотопливных моделей. По факту теплоноситель занимает не весь объем котла отопления, а лишь небольшую его часть. Вся жидкость располагается в теплообменнике – конструкции, необходимой для передачи тепловой энергии от зоны сгорания топлива воде.

Если инструкция от отопительного оборудования была утеряна — для просчетов может быть взята ориентировочная вместимость теплообменника. Она зависит от мощности и модели котла:

• Напольные модели могут вмещать от 10 до 25 литров воды. В среднем твердотопливный котел мощностью 24 кВт содержит в теплообменнике около 20 л. теплоносителя;
• Настенные газовые менее вместительны – от 3 до 7 л.

Учитывая параметры для расчета объема теплоносителя в системе отопления вместимостью теплообменника котла можно пренебречь. Этот показатель варьируется от 1% до 3% от общего объема теплоснабжения частного дома.

Без периодической очистки отопления уменьшается сечение труб и проходной диаметр батарей. Это сказывается на фактической вместимости отопительной системы.

Мощность генератора тепла

Одним из основных узлов отопительной системы является котел: электрический, газовый, комбинированный – на данном этапе не имеет значения. Поскольку нам важна главная его характеристика – мощность, то есть количество энергии за единицу времени, которая будет уходить на отопление.

Мощность самого котла определяется по ниже приведённой формуле:

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10,

где:

• Sпомещ – сумма площадей всех комнат, которые требую отопления;
• Wудел – удельная мощность с учётом климатических условий местоположения (вот для чего нужно было знать климат региона).

Что характерно, для разных климатических зон имеем следующие данные:

• северные области – 1,5 – 2 кВт/м2;
• центральная зона – 1 – 1,5 кВт/м2;
• южные регионы – 0,6 – 1 кВт/м2.

Эти цифры достаточно условны, но тем не менее дают явный численный ответ относительно влияния окружающей среды на систему отопления квартиры.

Расчет объёма расширительного бака отопления

Конструкция расширительного бака
Для безопасной работы отопительной системы необходима установка специального оборудования – воздухоотводчика, спускного клапана и расширительного бака. Последний предназначен для компенсации теплового расширения горячей воды и уменьшения критического давления до нормальных показателей.

Бак закрытого типа

Фактический объем расширительного бака для системы отопления — величина не постоянная. Это объясняется его конструкцией. Для закрытых схем теплоснабжения устанавливают мембранные модели, разделенные на две камеры. Одна из них заполнена воздухом с определенным показателем давления. Он должен быть меньше критического для отопительной системы на 10% -15%. Вторая часть заполняется водой из патрубка, подключенного к магистрали.

Для расчета объема расширительного бака в отопительной системе нужно узнать коэффициент его заполнения (Кзап). Эту величину можно взять из данных таблицы:

Таблица коэффициента заполнения расширительного бака

Помимо этого показателя потребуется определить дополнительные:

• Нормированный коэффициент теплового расширения воды при температуре +85°С, Е – 0,034;
• Общий объем воды в отопительной системе, С;
• Начальное (Рмин) и максимальное (Рмакс) давление в трубах.

Дальнейшие вычисления объема расширительного бака для системы отопления выполняются по формуле:

Если в теплоснабжении используется антифриз или другая незамерзающая жидкость – значение коэффициента расширения будет больше на 10-15%. Согласно этой методике можно с большой точность рассчитать вместимость расширительного бака в отопительной системе.

Объем расширительного бака не может входить в общий теплоснабжения. Это зависимые величины, которые рассчитываются в строгой очередности – сначала отопление, а уже потом расширительный бак.

Открытый расширительный бачок

Открытый расширительный бак
Для вычисления объема открытого расширительного бака в системе отопления можно воспользоваться менее трудоемкой методикой. К нему предъявляются меньшие требования, так как фактически он необходим для контроля уровня теплоносителя.

Главной величиной является температурное расширение воды по мере повышения ее степени нагрева. Этот показатель равен 0,3% на каждые +10°С. Зная общий объем отопительной системы и тепловой режим работы можно вычислить максимальный объем бака. При этом следует помнить, он может быть заполнен теплоносителем только на 2/3. Предположим, что вместимость труб и радиаторов составляет 450 л, а максимальная температура равна +90°С. Тогда рекомендуемый объем расширительного бака вычисляется по следующей формуле:

Vбак=450*(0,003*9)/2/3=18 литров.

Полученный результат рекомендуется увеличить на 10-15%. Это связанно в возможными изменениями общего расчет объема воды в системе отопления при установке дополнительных батарей и радиаторов.

Если открытый расширительный бак выполняет функции контроля уровня теплоносителя – максимальный уровень его заполнения определяется установленным дополнительным боковым патрубком.

Что понадобится для расширения балкона

Поскольку вся конструкция должна быть очень надежна, для ее устройства не используются б/у материалы – все металлические детали должны быть без следов ржавчины, не деформированные и хорошего качества. Также весь металлопрокат следует обработать антикором, чтобы продлить срок его службы.
Материалы для расширения плиты:

• Металлический уголок 40х40 или 50х50 мм;
• Профилированная труба сечением 100х50 мм;
• Полоса;
• Швеллер;
• Профнастил.

Перед закупкой необходимых материалов проводится обмер балкона, и высчитываются погонные метры металлических деталей. Все расчеты выполняются индивидуально, в зависимости от размеров балкона и на сколько он будет увеличиваться.

Читать дальше: Коллективное письмо в защиту руководителя образец

Так как все металлические детали соединяются сваркой, также понадобится сварочный аппарат и сварщик. Если знакомых сварщиков нет, можно пригласить наемного рабочего, который за 2-3 дня выполнит все сварочные работы.

Расчёт объёма радиаторов и батарей отопления

Биметаллический радиатор отопления в разрезе
Для выполнения точного вычисления необходимо знать объём воды в радиаторе отопления. Этот показатель напрямую зависит от конструкции компонента, а также его геометрических параметров.

Также как и при вычислении объема отопительного котла, жидкость заполоняет не весь объем радиатора или батареи. Для этого в конструкции есть специальные каналы, по которым протекает теплоноситель. Корректное вычисление объёма воды в радиаторе отопления может быть выполнено только после получения следующих параметров прибора:

• Межосевое расстояние между прямыми и обратным трубопроводами в батареи. Оно может составлять 300, 350 или 500 мм;
• Материал изготовления. В чугунных моделях наполнение горячей водой намного больше, чем в биметаллических или алюминиевых;
• Количество секций в батареи.

Лучше всего узнать точный объём воды в отопительном радиаторе из технического паспорта. Но если такой возможности нет – можно взять в расчет примерные величины. Чем больше межосевое расстояние у батареи – тем больший объем теплоносителя в ней поместится.

Для расчета общего объема воды в системе отопления с панельными металлическими радиаторами следует узнать их тип. Их вместимость зависит от количества нагревательных плоскостей — от 1 до 2-х:

• У 1 типа батареи на каждые 10 см приходится 0,25 объема теплоносителя;
• Для 2 типа этот показатель увеличивается до 0,5 л на 10 см.

Полученный результат необходимо умножить на количество секций или общую протяженность радиатора (металлического).

Для правильного расчета объема отопительной системы отопления с дизайнерскими радиаторами нестандартной формы нельзя применять вышеописанную методику. Их объем моно узнать только у производителя или его официального представителя.

Для примера – проект одноэтажного дома 100 м²

Чтобы доходчиво пояснить все способы определения количества тепловой энергии, предлагаем взять в качестве примера одноэтажный дом общей площадью 100 квадратов (по наружному обмеру), показанный на чертеже. Перечислим технические характеристики здания:

• регион постройки – полоса умеренного климата (Минск, Москва);
• толщина внешних ограждений – 38 см, материал – силикатный кирпич;
• наружное утепление стен – пенопласт толщиной 100 мм, плотность – 25 кг/м³;
• полы – бетонные на грунте, подвал отсутствует;
• перекрытие – ж/б плиты, утепленные со стороны холодного чердака пенопластом 10 см;
• окна – стандартные металлопластиковые на 2 стекла, размер – 1500 х 1570 мм (h);
• входная дверь – металлическая 100 х 200 см, изнутри утеплена экструдированным пенополистиролом 20 мм.

В коттедже устроены межкомнатные перегородки в полкирпича (12 см), котельная располагается в отдельно стоящей постройке. Площади комнат обозначены на чертеже, высоту потолков будем принимать в зависимости от поясняемой расчетной методики – 2.8 либо 3 м.