Расчет воздушного отопления: основные принципы + пример расчета

Пример расчета теплопотерь дома

Рассматриваемый дом располагается в городе Кострома, где температура за окном в наиболее холодную пятидневку достигает -31 градусов, температура грунта — +5оС. Желаемая температура в помещении — +22оС.

Рассматривать будем дом со следующими габаритами:

• ширина — 6.78 м;
• длина — 8.04 м;
• высота — 2.8 м.

Величины будут использоваться для вычисления площади ограждающих элементов.

Для расчетов удобнее всего нарисовать план дома на бумаге, обозначив на нем ширину, длину, высоту здания, расположение окон и дверей, их габариты

Стены здания состоят из:

• газобетона толщиной В=0.21 м, коэффициентом теплопроводности k=2.87;
• пенопласта В=0.05 м, k=1.678;
• облицовочного кирпича В=0.09 м, k=2.26.

При определении k следует использовать сведения из таблиц, а лучше — информацию из технического паспорта, поскольку состав материалов разных производителей может отличаться, следовательно, иметь разные характеристики.

Железобетон имеет наиболее высокую теплопроводимость, минераловатные плиты — наименьшую, поэтому их наиболее эффективно использовать в строительстве теплых домов

Пол дома состоит из следующий слоев:

• песка, В=0.10 м, k=0.58;
• щебня, В=0.10 м, k=0.13;
• бетона, В=0.20 м, k=1.1;
• утеплителя эковаты, B=0.20 м, k=0.043;
• армированной стяжки, В=0.30 м k=0.93.

В приведенном плане дома пол имеет одинаковое строение по всей площади, подвальное помещение отсутствует.

Потолок состоит из:

• минеральной ваты, В=0.10 м, k=0.05;
• гипсокартона, B=0.025 м, k= 0.21;
• сосновых щитов, В=0.05 м, k=0.35.

У потолочного перекрытия выходов на чердак нет.

В доме окон всего 8, все они двухкамерные с К-стеклом, аргоном, показатель D=0.6. Шесть окон имеют габариты 1.2х1.5 м, одно — 1.2х2 м, одно — 0.3х0.5 м. Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель D по паспорту равен 0.36.

Преимущества и недостатки воздушного отопления

Бесспорно, воздушное отопление дома имеет ряд неоспоримых достоинств. Так, установщики подобных систем утверждают, что коэффициент полезного действия достигает 93%.

Также, благодаря малой инерционности системы, можно в максимально короткие сроки прогреть помещение.

Кроме того, подобная система позволяет самостоятельно интегрировать отопительное и климатическое устройство, что позволяет поддерживать оптимальную температуру помещения. Помимо этого, в процессе передачи тепла по системе промежуточные звенья отсутствуют.

Схема воздушного отопления. Нажмите для увеличения.

Действительно, ряд позитивных моментов очень привлекателен, за счет чего система воздушного отопления на сегодняшний день пользуется огромной популярностью.

Недостатки

Но среди такого ряда достоинств нужно выделить и некоторые минусы воздушного отопления.

Так, системы воздушного отопления загородного дома можно устанавливать только в процессе строительства непосредственно самого дома, то бишь, если вы сразу не позаботились об отопительной системе, то по завершению строительных работ вам это сделать не удастся.

Следует отметить, что устройство воздушного отопления нуждается в регулярном сервисном обслуживании, так как рано или поздно могут возникать некоторые неполадки, которые способны привести к полной поломке оборудования.

Недостатком такой системы является и то, что вы не сможете ее модернизировать.

Если вы, все-таки, решили установить именно эту систему, вам следует позаботиться о дополнительном источнике электроснабжения, так как устройство для воздушной системы отопления имеет немалую потребность в электричестве.

При всех, как говорится, «за» и «против» системы воздушного отопления частного дома, она широко используется во всей Европе, в особенности в тех странах, где климат более холодный.

Также исследования показывают, что около восьмидесяти процентов дач, коттеджей и загородных домов используют именно систему воздушного отопления, так как это позволяет одновременно обогревать комнаты непосредственно всего помещения.

Специалисты настоятельно не рекомендуют в этом деле принимать поспешных решений, которые впоследствии могут повлечь за собой ряд негативных моментов.

Для того чтобы оборудовать отопительную систему своими руками, вам потребуется иметь определенный багаж знаний, а также обладать навыками и умениями.

Помимо этого, следует запастись терпение, ведь этот процесс, как показывает практика, занимает немало времени. Безусловно, специалисты с этой задачей справятся куда более быстрее непрофессионального застройщика, но ведь за это придется заплатить.

Поэтому многие, все же, отдают предпочтение позаботиться об отопительной системе самостоятельно, хотя, все-таки, в процессе работы вам все равно может потребоваться помощь.

Запомните, правильно установленная отопительная система – это залог уютного жилища, теплота которого будет согревать вас даже в самые жуткие морозы.

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”.

Алюминиевый и биметаллический радиатор отопления пришёл на смену массивным чугунным батареям. Простота производства, высокая теплоотдача, удачная конструкция и дизайн сделали это изделие популярным и распространённым инструментом излучения тепла в помещении

Существует несколько методик расчёта радиаторов отопления в комнате. Нижеприведённый перечень способов отсортирован в порядке увеличения точности вычислений.

Варианты вычислений:

1. По площади. N=(S*100)/C, где N – количество секций, S – площадь помещения (м2), C – теплоотдача одной секции радиатора (Вт, берётся из тех паспорта или сертификата на изделие), 100 Вт – количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м2 (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 м3 (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.

Борьба с воздушной пробкой

Начинать нужно еще на этапе проектирования отопительного контура. Бороться с воздухом в батареях можно при помощи следующих средств:

• Автоматический воздухоотводчик
• Сепаратор воздуха
• Кран Маевского

Воздухоотводчик работает в паре с клапаном сброса избыточного давления. Когда воздух накапливается до пороговой отметки, поплавок приподнимается, чем провоцирует срабатывание клапана для сброса избыточного давления.

В основе сепаратора находится металлическая сеточка. Поток воды разбивается о ячейки и из теплоносителя выделяются пузырьки воздуха. Воздух скапливается в специальном резервуаре с клапаном. Когда давление достигает максимума, резервуар с воздухом опустошается.

Кран Маевского является универсальной арматурой. При помощи этого устройства можно выпускать и скопившийся в системе воздух, и избыточное давление. В отличии от вышеописанных приборов кран Маевского работает в полностью ручном режиме. Данным устройством целесообразно оснащать каждую радиаторную батарею, особенно на верхних этажах.

Касательно воздухоотводчика и сепаратора, данные приспособления работают в полностью автоматическом режиме. Эти устройства размещаются чаще всего перед циркуляционным насосом, чтобы защитить дорогостоящее оборудование от негативного воздействия воздушной пробки.

Обратите внимание, все вышеописанные устройства применимы к закрытым контурам циркуляции, в которых теплоноситель перемещается под действием каких-то моторизированных средств (например, насоса). Параллельно с закрытыми системами можно встретить и открытые контуры. Такое отопление циркулирует под действием природных сил (разница температур, гравитация и пр.)

Такое отопление циркулирует под действием природных сил (разница температур, гравитация и пр.).

В системах отопления с естественной циркуляцией теплоносителя бороться с воздушными пробками можно одним единственным способом. Речь идет про установку расширительного бачка. Емкость устанавливается таким образом, чтобы воздух устремлялся именно в бачок. Как правило, емкость монтируется на вершине отопительной системы. Если говорить, к примеру, за частный дом, то расширительный бачок монтируется на чердаке.

Вычисление воздухообмена

Специалисты используют две основные схемы:

• По укрупненным показателям. В данной методике не предусматриваются вредные выбросы, такие как тепло и вода. Условно назовем его «Способ №1».
• Метод с учётом избытков тепла и влаги. Условное название «Способ №2».

Способ №1

Единица измерения – м3/ч (кубические метры в час). Применяют две упрощенные формулы:

L=K ×V(м3/ч); L=Z ×n (м3/ч), где

K – кратность воздухообмена. Отношение объёма приточки за одни час, к общему воздуху в помещении, крат в час; V – объём помещения, м3; Z – значение удельного обмена воздуха за единицу верчения, n – количество единиц измерения.

Подбор вентрешёток осуществляется по специальной таблице. При подборе также учитывается средняя скорость прохождение потока воздуха по каналу.

Таблица выбора размеров вентиляционных решёток

Способ №2

При расчёте учитывается ассимиляция тепла и влаги. Если в производственном или общественном здании избыток тепла, то используется формула:

где ΣQ – сумма тепловыделений от всех источников, Вт; с – тепловая ёмкость воздуха, 1 кДж/(кг*К); tyx – температура воздуха, направленного на вытяжку,°С; tnp – температура воздуха, направленного на приточку,°С; Температура воздуха, направленного на вытяжку:

где tp.3 – нормативная тем-ра в рабочей зоне,0С; ψ- коэффициент увеличение температуры, зависящий от высоты измерения, равный 0,5-1,5 0С/м; Н – длина плеча от пола до середины вытяжки, м.

Когда технологический процесс предполагает выделение большого объема влаги, то используется другая формула:

где G – объём влаги, кг/ч; dyx и dnp – содержание воды на один килограмм сухого воздуха приточки и вытяжки.

Существует несколько случаев, более подробно описанных в нормативной документации, когда требуемые воздухообмен определяется по кратности:

L=k×V, где

k – кратность смены воздуха в помещении, раз в час; V – объём помещения, м3.

Расчёт сечения

Площадь поперечного сечения воздуховода измеряется в м2. Её можно посчитать по формуле:

где v – скорость воздушных масс внутри канала, м/с.

Различается для основных воздуховодов 6-12 м/с и боковых придатков не более 8 м/с. Квадратура влияет на пропускную способность канала, нагрузку на него, а также уровень шума и способ монтажа.

Расчёт потерь давления

Стенки воздуховода не гладкие, и внутренняя полость не заполнена вакуумом, поэтому часть энергии воздушных масс при движении теряется на преодоления этих сопротивлений. Величина потери рассчитывается по формуле:

где ג – сопротивление трению, определяется, как:

Формулы, приведенные выше, являются правильными для каналов круглого сечения. Если воздуховод квадратный или прямоугольный, то существует формула приведения к эквиваленту диаметра:

где a,b – размеры сторон канала, м.

Мощность напора и двигателя

Напор воздуха от лопастей H должен полностью компенсировать потери давления P, при этом создавая расчётное динамическое Pд на выходе.

H = P + Pд.

Мощность электрического двигателя вентилятора:

Подбор калорифера

Часто отопление интегрируется в систему вентиляции. Для этого используются калориферы, разные виды рекуператоров, а также метод рециркуляции. Выбор устройства осуществляется по двум параметрам:

• Qв – предельный расход тепловой энергии, Вт/ч;
• Fk – определение поверхности нагрева для калорифера.

Классификация воздушных систем отопления

Подобные системы отопления разделяются по следующим признакам:

По виду энергоносителей: системы с паровым, водяным, газовым или электрическим калориферам.

По характеру поступления нагретого теплоносителя: механическим (при помощи вентиляторов или нагнетателей) и естественным побуждением.

По виду схем вентилирования в отапливаемых помещениях: прямоточные, либо с частичной или полной рециркуляцией.

По определению места нагрева теплоносителя: местные (воздушная масса нагревается местными отопительными агрегатами) и центральные (подогрев осуществляется в общем централизованном агрегате и в последующем транспортируется к отапливаемым зданиям и помещениям).

Принцип гидравлического расчета для системы отопления

На этом этапе расчетов необходимо подобрать нужные параметры отопительных труб, такие как их длина и диаметр, а также осуществить балансировку всей системы посредством клапанов радиатора. Подобные вычисления также позволят определить оптимальную мощность такого функционального элемента системы, как электрический насос циркуляции.

Итоги гидравлических расчетов позволяют узнать следующие показатели: М – объем воды, который расходуется в процессе работы (измеряется в кг/с), DP1, DP2… DPn – это тот напор, который теряется при прохождении теплоносителя от котла к каждому из радиаторов. Как следствие, расход воды можно высчитать по следующей формуле: M = Q/Cp * DPt Q, где Ср – это параметр удельной теплоемкости теплоносителя, который равен в среднем 4,19 кДж, а DPt – это разница температур воды на входе в котел и на выходе из него.

Этап третий: увязка ответвлений

Когда проведены все необходимые расчёты необходимо произвести увязку нескольких ответвлений. Если система обслуживает один уровень, то увязывают ответвления не входящие в магистраль. Расчёт проводят в том же порядке, что и для основной линии. Результаты заносятся в таблицу. В многоэтажных зданиях для увязки используются поэтажные ответвления на промежуточных уровнях.

Критерии увязки

Здесь сопоставляются значения суммы потерь: давления по увязываемым отрезкам с параллельно присоединённой магистралью. Необходимо чтобы отклонение составляло не более 10 процентов. Если установлено, что расхождение больше, то увязку можно проводить:

• путём подбора соответствующих размеров сечения воздуховодов;
• при помощи установки на ответвлениях диафрагм или дроссельных клапанов.

Иногда для проведения подобных расчётов необходим всего лишь калькулятор и пара справочников. Если же требуется провести аэродинамический расчёт вентиляции больших зданий или производственных помещений, то понадобится соответствующая программа. Она позволит быстро определить размеры сечений, потери давления как на отдельных отрезках, так и во всей системе в целом.

Целью аэродинамического расчета является определение потерь давления (сопротивления) движению воздуха во всех элементах системы вентиляции — воздуховодах, их фасонных элементах, решетках, диффузорах, воздухонагревателях и других. Зная общую величину этих потерь, можно подобрать вентилятор, способный обеспечить необходимый расход воздуха. Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета. Прямая задача решается при проектировании вновь создаваемых систем вентиляции, состоит в определении площади сечения всех участков системы при заданном расходе через них. Обратная задача – определение расхода воздуха при заданной площади сечения эксплуатируемых или реконструируемых систем вентиляции. В таких случаях для достижения требуемого расхода достаточно изменения частоты вращения вентилятора или его замены на другой типоразмер.

По площади F

определяют диаметрD

(для круглой формы) или высотуA и ширинуB (для прямоугольной) воздуховода, м. Полученные величины округляют до ближайшего большего стандартного размера, т.е.D ст ,А ст иВ ст (справочная величина).

Пересчитывают фактические площадь сечения F

факт и скоростьv факт

Для прямоугольного воздуховода определяют т.н. эквивалентный диаметр DL = (2A ст * B ст ) / (Aст+ Bст), м.

Определяют величину критерия подобия РейнольдсаRe = 64100* Dст* v факт. Для прямоугольной формыD L = D ст . Коэффициент тренияλ тр = 0,3164 ⁄ Re-0,25 при Re≤60000, λтр= 0,1266 ⁄ Re-0,167 при Re>60000. Коэффициент местного сопротивленияλм зависит от их типа, количества и выбирается из справочников.

Комментариев:

• Исходные данные для вычислений
• С чего начинать? Порядок вычислений

Сердцем любой вентиляционной системы с механическим побуждением воздушного потока является вентилятор, который создает этот поток в воздуховодах. Мощность вентилятора напрямую зависит от напора, который необходимо создать на выходе из него, а для того, чтобы определить величину этого давления, требуется произвести расчет сопротивления всей системы каналов.

Расчет системы воздушного отопления — простая методика

Проектирование воздушного отопления не простая задача. Для ее решения необходимо выяснить ряд факторов, самостоятельное определение которых может быть затруднено. Специалисты компании РСВ могут бесплатно сделать для вас предварительный проект по воздушному отоплению помещения на основе оборудования ГРЕЕРС.

Система воздушного отопления, как и любая другая, не может быть создана наобум. Для обеспечения медицинской нормы температуры и свежего воздуха в помещении потребуется комплект оборудования, выбор которого основывается на точном расчете. Существует несколько методик расчета воздушного отопления, разной степени сложности и точности. Обычная проблема расчетов такого типа состоит в отсутствии учета влияния тонких эффектов, предусмотреть которые не всегда имеется возможность

Поэтому производить самостоятельный расчет, не будучи специалистом в сфере отопления и вентиляции, чревато появлением ошибок или просчетов. Тем не менее, можно выбрать наиболее доступный способ, основанный на выборе мощности системы обогрева.

Формула определения теплопотерь:

Q=S*T/R

Где:

• Q — величина теплопотерь (вт)
• S — площадь всех конструкций здания (помещения)
• T — разница внутренней и внешней температур
• R — тепловое сопротивление ограждающих конструкций

Пример:

Здание площадью 800 м2 (20×40 м), высотой 5 м, имеется 10 окон размером 1,5×2 м. Находим площадь конструкций: 800 + 800 = 1600 м2 (площадь пола и потолка) 1,5 × 2 × 10 = 30 м2 (площадь окон) (20 + 40) × 2 × 5 = 600 м2 (площадь стен). Вычитаем отсюда площадь окон, получаем «чистую» площадь стен 570 м2

В таблицах СНиП находим тепловое сопротивление бетонных стен, перекрытия и пола и окон. Можно определить его самостоятельно по формуле:

Где:

• R — тепловое сопротивление
• D — толщина материала
• K — коэффициент теплопроводности

Для простоты примем толщину стен и пола с потолком одинаковой, равной 20 см. Тогда тепловое сопротивление будет равно 0,2 м / 1,3= 0,15 (м2*К)/Вт Тепловое сопротивление окон выберем из таблиц: R = 0,4 (м2*К)/Вт Разницу температур примем за 20°С (20°С внутри и 0°С снаружи).

Тогда для стен получаем

• 2150 м2 × 20°С / 0,15 = 286666=286 кВт
• Для окон: 30 м2 × 20°С/ 0,4 = 1500=1,5 кВт.
• Суммарные теплопотери: 286 + 1,5 = 297,5 кВт.

Такова величина теплопотерь, которые необходимо компенсировать при помощи воздушного отопления мощностью около 300 кВт

Примечательно, что при использовании утепления пола и стен теплопотери снижаются как минимум на порядок.