Как рассчитывается тепловая нагрузка на систему отопления здания

Способы определения нагрузки

Сначала поясним значение термина. Тепловая нагрузка – это общее количество теплоты, расходуемое системой отопления на обогрев помещений до нормативной температуры в наиболее холодный период. Величина исчисляется единицами энергии – киловаттами, килокалориями (реже – килоджоулями) и обозначается в формулах латинской буквой Q.

Зная нагрузку на отопление частного дома в целом и потребность каждого помещения в частности, нетрудно подобрать котел, обогреватели и батареи водяной системы по мощности. Как можно рассчитать данный параметр:

1. Если высота потолков не достигает 3 м, производится укрупненный расчет по площади отапливаемых комнат.
2. При высоте перекрытий 3 м и более расход тепла считается по объему помещений.
3. Определение теплопотерь через внешние ограждения и затрат на подогрев вентиляционного воздуха согласно СНиП.

Примечание. В последние годы широкую популярность обрели онлайн-калькуляторы, размещаемые на страницах различных интернет-ресурсов. С их помощью определение количества тепловой энергии выполняется быстро и не требует дополнительных инструкций. Минус – достоверность результатов нужно проверять, ведь программы пишут люди, не являющиеся теплотехниками.

Фото здания, сделанное с помощью тепловизора
Две первые расчетные методики основаны на применении удельной тепловой характеристики по отношению к обогреваемой площади либо объему здания. Алгоритм простой, используется повсеместно, но дает весьма приближенные результаты и не учитывает степень утепления коттеджа.

Считать расход тепловой энергии по СНиП, как делают инженеры–проектировщики, гораздо сложнее. Придется собрать множество справочных данных и потрудиться над вычислениями, зато конечные цифры отразят реальную картину с точностью 95%. Мы постараемся упростить методику и сделать расчет нагрузки на отопление максимально доступным для понимания.

Строительные нормы и правила

Для установления и закрепления норм теплопотерь дома существуют своды правил (СП), нормы и правила (СНиП), применяемые при строительстве, и ГОСТ:

• СП 131.13330.2012 – о строительной климатологии;
• СП 50.13330.2010 – о тепловой защите зданий;
• СП 60.13330.2012 – об отоплении, вентилировании и кондиционировании в зданиях воздуха.
• СНиП 2.04.07-86* – о тепловых сетях;
• СНиП 2.08.01-89* – о жилых зданиях;
• СНиП 2.04.05-91* – об отоплении, вентилировании и кондиционировании.
• ГОСТ 22270-76 – об оборудовании для кондиционирования, вентиляции и отопления;
• ГОСТ 30494-2011 – о параметрах микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий;
• ГОСТ 31311-2005 – об отопительных приборах.

Данные энергетического паспорта МКД должны соответствовать вышеуказанной технической документации и быть в пределах регламентированных нормативов.

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.

Считаем расход теплоты по квадратуре

Для приблизительной прикидки отопительной нагрузки обычно используется простейший тепловой расчет: берется площадь здания по наружному обмеру и умножается на 100 Вт. Соответственно, потребление тепла дачным домиком 100 м² составит 10000 Вт или 10 кВт. Результат позволяет подобрать котел с коэффициентом запаса 1.2—1.3, в данном случае мощность агрегата принимается равной 12.5 кВт.

Мы предлагаем выполнить более точные вычисления, учитывающие расположение комнат, количество окон и регион застройки. Итак, при высоте потолков до 3 м рекомендуется использовать следующую формулу:

Расчет ведется для каждого помещения отдельно, затем результаты суммируются и умножаются на региональный коэффициент. Расшифровка обозначений формулы:

• Q – искомая величина нагрузки, Вт;
• Sпом – квадратура комнаты, м²;
• q – показатель удельной тепловой характеристики, отнесенный к площади помещения, Вт/м²;
• k – коэффициент, учитывающий климат в районе проживания.

Для справки. Если частный дом расположен в полосе умеренного климата, коэффициент k принимается равным единице. В южных регионах k = 0.7, в северных применяются значения 1.5—2.

В приближенном подсчете по общей квадратуре показатель q = 100 Вт/м². Подобный подход не учитывает расположение комнат и разное количество световых проемов. Коридор, находящийся внутри коттеджа, потеряет гораздо меньше тепла, чем угловая спальня с окнами той же площади. Мы предлагаем принимать величину удельной тепловой характеристики q следующим образом:

• для помещений с одной наружной стеной и окном (или дверью) q = 100 Вт/м²;
• угловые комнаты с одним световым проемом – 120 Вт/м²;
• то же, с двумя окнами – 130 Вт/м².

Как правильно подбирать значение q, наглядно показано на плане здания. Для нашего примера расчет выглядит так:

Q = (15.75 х 130 + 21 х 120 + 5 х 100 + 7 х 100 + 6 х 100 + 15.75 х 130 + 21 х 120) х 1 = 10935 Вт ≈ 11 кВт.

Как видите, уточненные вычисления дали другой результат – по факту на отопление конкретного домика 100 м² израсходуется на 1 кВт тепловой энергии больше. Цифра учитывает расход теплоты на подогрев наружного воздуха, проникающего в жилище сквозь проемы и стены (инфильтрацию).

Расчет тепловых потерь в программе Excel

Сам процесс расчета тепловых потерь дома занимает довольно много времени, поэтому для себя мы создали шаблон в Excel, с помощью которого делаем расчеты. Решили с вами поделиться и использовать его можно перейдя по ссылке. Здесь же распишем инструкцию пользования.

Шаг 1

Перейти по ссылке и открыть программный файл. Вы перед собой увидите таблицу такого вида:

Шаг 2

Нужно заполнить исходные данные: номер помещения (если вам нужно), его название и температура внутри, название ограждающих конструкций и их ориентация, размеры конструкций. Вы увидите, что площадь считается сама. Если хотите отнимать площадь окна от стен, нужно корректировать формулы, так как мы не знаем где у вас будут записаны окна. У нас площади отнимаются. Также нужно заполнить коэффициент теплопередачи 1/R, разницу температур и поправочный коэффициент. К сожалению, их заполняют вручную. В примере у нас кабинет с тремя внешними стенами в одной стене два окна, в другой нет окон и третья имеет одно окно. Конструкции стен будет как в примере, где мы рассчитывали R, поесть к=1/R=1/2,64=0,38. Пол пусть будет на грунте и его поделим на зоны у нас их две и потери считаем для двух зон , тогда к1=1/2,15=0,47, к2=1/4,3=0,23. Окна пусть будут энергосберегающие Rо= 0,87 (м2°С/Вт), тогда к=1/0,87=1,14.

На картинке видно, что количество потерь тепла уже прорисовывается.

Шаг 3

К сожалению, также вручную заполняются и дополнительные потери. Вводить их нужно в процентах, программа сама в формуле переведет их на коэффициент. И так, для нашего примера: Стены 3 значит к каждой стене +5% теплопотерь, местность не веретенная поэтому +5% к каждому окну и стене, Ориентация на Юг +5% для конструкций, на Север и Восток +10%. Дверей внешних нет поэтому 0, но если бы были то суммировались бы проценты только к той стене в которой есть дверь. Напоминаем, что к полу или перекрытию дополнительные потери тепла не относятся.

Как видно, потери помещения возросли. Если у вас заходит в помещение уже теплый воздух, этот шаг последний. Число записанное в столбце Q, и есть ваши искомые тепловые потери помещения. И эту процедуру нужно провести для всех остальных помещений.

Шаг 4

В нашем же случае воздух не подогревается ,и чтобы рассчитать полные потери тепла, нужно в столбик Rввести площадь нашего помещения 18 м2, а в столбец S его высоту 3 м.

Эта программа значительно ускоряет и упрощает расчеты, даже невзирая на большое количество введенных вручную элементов. Она не раз помогала нам. Надеемся и вам она станет помощником!

Вычисление тепловой нагрузки по объему комнат

Когда расстояние между полами и потолком достигает 3 м и более, предыдущий вариант расчета использовать нельзя – результат выйдет некорректным. В подобных случаях отопительную нагрузку принято считать по удельным укрупненным показателям расхода теплоты на 1 м³ объема помещения.

Формула и алгоритм вычислений остаются прежними, только параметр площади S меняется на объем – V:

Соответственно, принимается другой показатель удельного расхода q, отнесенный к кубатуре каждого помещения:

• комната внутри здания либо с одной внешней стеной и окном – 35 Вт/м³;
• помещение угловое с одним окном – 40 Вт/м³;
• то же, с двумя световыми проемами – 45 Вт/м³.

Примечание. Повышающие и понижающие региональные коэффициенты k применяются в формуле без изменений.

Теперь для примера определим нагрузку на отопление нашего коттеджа, взяв высоту потолков равной 3 м:

Q = (47.25 х 45 + 63 х 40 + 15 х 35 + 21 х 35 + 18 х 35 + 47.25 х 45 + 63 х 40) х 1 = 11182 Вт ≈ 11.2 кВт.

Заметно, что требуемая тепловая мощность системы отопления выросла на 200 Вт по сравнению с предыдущим расчетом. Если же принять высоту комнат 2.7—2.8 м и сосчитать затраты энергии через кубатуру, то цифры получатся примерно одинаковые. То есть, способ вполне применим для укрупненного подсчета теплопотерь в помещениях любой высоты.

Теплопотери в жилом доме – понятие и влияние на условия проживания

Теплопотерей называется уровень тепла, утрачиваемого помещением через стены, окна, потолок и пол за определенное количество времени. Измеряется данная величина в ваттах на квадратный метр, и зависит от разницы внутренней и внешней температуры воздуха – чем она ниже, тем выше энергоэффективность здания.

Годовая разница природных температур составляет порядка 60 градусов – от –30° в зимний период до +30° летом. Комфортной температурой для человека считается уровень в +18/+24°, который необходимо поддерживать в жилых зданиях. Добиваются этого за счет стройматериалов (теплоизолирующих потолков, стен и полов, энергосберегающих стекол), систем обогрева, проветривания или кондиционирования. Законодательно установлены строительные правила, нормы и стандарты, определяющие тепловую защиту строений.

Как воспользоваться результатами вычислений

Зная потребность здания в тепловой энергии, домовладелец может:

• четко подобрать мощность теплосилового оборудования для обогрева коттеджа;
• набрать нужное количество секций радиаторов;
• определить необходимую толщину утеплителя и выполнить теплоизоляцию здания;
• выяснить расход теплоносителя на любом участке системы и при необходимости выполнить гидравлический расчет трубопроводов;
• узнать среднесуточное и месячное потребление тепла.

Последний пункт представляет особый интерес. Мы нашли величину тепловой нагрузки за 1 час, но ее можно пересчитать на более продолжительный период и вычислить предполагаемый расход топлива — газа, дров или пеллет.

Какие мероприятия планируют по результатам анализа теплопотерь

При выявлении тепло утечки принимают решение о капитальном ремонте здания. В целях энергосбережения утепляют наружные стены, монтируют более мощные и современные системы отопления. Устанавливают более качественные окна, с большим числом стеклопакетов, оказывающие тепловое сопротивление потерям. Однако чаще всего производят ремонт кровли, поскольку она является наиболее уязвимым местом для выхода тепла.

Если ваша семья, даже при наличии «теплых полов», оконных стеклопакетов, застекленной лоджии и современной входной двери, мерзнет – причину нужно искать в утечках теплового ресурса. Расчетные данные будут поводом для обращения в управляющую компанию и инициации соответствующих действий с ее стороны.