Как рассчитывается тепловая нагрузка на систему отопления здания

Тепловая нагрузка от нагрева воды для ГВС

Для определения этой нагрузки можно воспользоваться той же простой формулой, только теперь надо посчитать тепловую энергию, расходуемую на подогрев воды. Ее теплоемкость известна и составляет 4.187 кДж/кг °С или 1.16 Вт/кг °С. Учитывая, что семье из 4 человек на все потребности достаточно 100 л воды на 1 сутки, нагретой до 55 °С, подставляем эти цифры в формулу и получаем:

QГВС = 1.16 Вт/кг °С х 100 кг х (55 – 10) °С = 5220 Вт или 5.2 кВт теплоты в сутки.

Примечание. По умолчанию принято, что 1 л воды равен 1 кг, а температура холодной водопроводной воды равна 10 °С.

Единица мощности оборудования всегда отнесена к 1 часу, а полученные 5.2 кВт – к суткам. Но делить эту цифру на 24 нельзя, ведь горячую воду мы хотим получать как можно скорее, а для этого котел должен располагать запасом мощности. То есть, эту нагрузку надо прибавить к остальным как есть.

Расширительный бак

Один из параметров, нуждающихся в расчете для автономной системы — объем расширительного бачка.

Точный расчет основывается на довольно длинном ряде параметров:

  • Температуре и типе теплоносителя. Коэффициент расширения зависит не только от степени нагрева батарей, но и от того, чем они заполнены: водно-гликолевые смеси расширяются сильнее.
  • Максимально рабочем давлении в системе.
  • Давлении зарядки бачка, зависящем, в свою очередь, от гидростатического давления контура (высоты верхней точки контура над расширительным баком).

Есть, однако, один нюанс, позволяющий сильно упростить расчет. Если занижение объема бачка приведет в лучшем случае к постоянному срабатыванию предохранительного клапана, а в худшем — к разрушению контура, то его избыточный объем ничем не повредит.

Именно поэтому обычно берется бак с литражом, равным 1/10 суммарного количества теплоносителя в системе.

Подсказка: чтобы узнать объем контура, достаточно заполнить его водой и слить ее в мерную посуду.

Расширительный бак может быть установлен в любой точке автономного закрытого контура.

Общие принципы выполнения расчетов гкал

Расчет квт для отопления подразумевает выполнение специальных вычислений, порядок которых регламентирован особыми нормативными актами. Ответственность за них лежит на коммунальных организациях, которые способны помочь при выполнении данной работы и дать ответ касательно того, как рассчитать гкал на отопление и расшифровка гкал.

Безусловно, подобная проблема будет полностью исключена в случае наличия в жилом помещении счетчика на горячую воду, так как именно в этом приборе имеются уже заранее выставленные показания, отображающие полученное тепло. Умножив эти результаты на установленный тариф, модно получить конечный параметр расходуемого тепла.

Избыточность и точный расчет

Стоит с самого начала оговорить одну тонкость расчетов: абсолютно точные значения потерь тепла через пол, потолок и стены, которые приходится компенсировать системе отопления, вычислить практически невозможно. Можно говорить лишь о той или иной степени достоверности оценок.

Причина — в том, что на теплопотери влияет слишком много факторов:

  • Тепловое сопротивление капитальных стен и всех слоев отделочных материалов.
  • Наличие или отсутствие мостиков холода.
  • Роза ветров и расположение дома на рельефе местности.
  • Работа вентиляции (которая, в свою очередь, опять-таки зависит от силы и направления ветра).
  • Степень инсоляции окон и стен.

Есть и хорошие новости. Практически все современные отопительные котлы и системы распределенного отопления (теплые полы, электрические и газовые конвектора и т.д.) снабжаются термостатами, дозирующими расход тепла в зависимости от температуры в помещении.

a5578a1bd88e9b64b9e9c5b7d7011274.jpg

Выносной термостат газового котла.

С практической стороны это означает, что избыточная тепловая мощность повлияет лишь на режим работы отопления: скажем, 5 КВт*ч тепла будут отданы не за один час непрерывной работы с мощностью 5 КВт, а за 50 минут работы с мощностью 6 КВт. Следующие 10 минут котел или другой нагревательный прибор проведет в режиме ожидания, не потребляя электроэнергию или энергоноситель.

Следовательно: в случае вычисления тепловой нагрузки наша задача — определить ее минимально допустимое значение.

Единственное исключение из общего правила связано с работой классических твердотопливных котлов и обусловлено тем, что снижение их тепловой мощности связано с серьезным падением КПД из-за неполного сгорания топлива. Проблема решается установкой в контур теплоаккумулятора и дросселированием отопительных приборов термоголовками.

Простейшая схема отопления с теплоаккумулятором.

Котел после растопки работает на полной мощности и с максимальным КПД до полного прогорания угля или дров; затем накопленное теплоаккумулятором тепло дозировано расходуется на поддержание оптимальной температуры в помещении.

Большая часть прочих нуждающихся в расчете параметров тоже допускает некоторую избыточность. Впрочем, об этом — в соответствующих разделах статьи.

Гидравлический расчет

Итак, с теплопотерями определились, мощность отопительного агрегата подобрана, остается лишь определиться с объемом необходимого теплоносителя, а, соответственно, и с размерами, а также материалами используемых труб, радиаторов и запорной арматуры.

В первую очередь определяем объем воды внутри отопительной системы. Для этого потребуются три показателя:

  1. Общая мощность отопительной системы.
  2. Разница температур на выходе и входе в отопительный котел.
  3. Теплоемкость воды. Этот показатель стандартный и равен 4,19 кДж.

Гидравлический расчет системы отопления

Формула такова — первый показатель делим на два последних. Кстати, этот тип расчета может быть использован для любого участка системы отопления

Здесь важно разбить магистраль на части, чтобы в каждой скорость движения теплоносителя была одинаковой. Поэтому специалисты рекомендуют делать разбивку от одной запорной арматуры до другой, от одного радиатора отопления к другому

Теперь переходим к расчету потерь напора теплоносителя, которые зависят от трения внутри трубной системы. Для этого используются всего две величины, которые в формуле перемножаются между собой. Это длина магистрального участка и удельные потери трения.

А вот потери напора в запорной арматуре рассчитываются совершенно по другой формуле. В ней учитываются такие показатели, как:

  • Плотность теплоносителя.
  • Его скорость в системе.
  • Суммарный показатель всех коэффициентов, которые присутствуют в данном элементе.

Чтобы все три показателя, которые выведены формулами, подходили к стандартным величинам, необходимо правильно подобрать диаметры труб. Для сравнения приведем пример нескольких видов труб, чтобы было понятно, как их диаметр влияет на тепловую отдачу.

  1. Металлопластиковая труба диаметром 16 мм. Ее тепловая мощность варьируется в диапазоне 2,8-4,5 кВт. Разность показателя зависит от температуры теплоносителя. Но учитывайте, что это диапазон, где установлены минимальный и максимальный показатель.
  2. Та же труба с диаметром 32 мм. В этом случае мощность варьируется в пределах 13-21 кВт.
  3. Труба из полипропилена. Диаметр 20 мм — диапазон мощности 4-7 кВт.
  4. Та же труба диаметром 32 мм — 10-18 кВт.

И последнее — это определение циркуляционного насоса. Чтобы теплоноситель равномерно распределялся по всей отопительной системе, необходимо, чтобы его скорость была не меньше 0,25 м/сек и не больше 1,5 м/сек. При этом давление не должно быть выше 20 МПа. Если скорость теплоносителя будет выше максимально предложенной величины, то трубная система будет работать с шумом. Если скорость будет меньше, то может произойти завоздушивание контура.

Формула расчета

Нормативы расхода тепловой энергии

Тепловые нагрузки рассчитываются с учетом мощности отопительного агрегата и тепловых потерь здания. Поэтому, чтобы определить мощность проектируемого котла, необходимо теплопотери здания умножить на повышающий коэффициент 1,2. Это своеобразный запас, равный 20%.

Для чего необходим такой коэффициент? С его помощью можно:

  • Прогнозировать падение давления газа в магистрали. Ведь зимой потребителей прибавляется, и каждый старается взять топлива больше, чем остальные.
  • Варьировать температурный режим внутри помещений дома.

Добавим, что тепловые потери не могут распределяться по всей конструкции здания равномерно. Разность показателей может быть достаточно большой. Вот некоторые примеры:

  • Через наружные стены покидает здание до 40% тепла.
  • Через полы — до 10%.
  • То же самое относится и к крыше.
  • Через вентиляционную систему — до 20%.
  • Через двери и окна — 10%.

Итак, с конструкцией здания разобрались и сделали одно очень важное заключение, что от архитектуры самого дома и места его расположения зависят потери тепла, которые необходимо компенсировать. Но многое также определяется и материалами стен, крыши и пола, а также наличием или отсутствием теплоизоляции

Это немаловажный фактор.

К примеру, определим коэффициенты, снижающие теплопотери, зависящие от оконных конструкций:

  • Обычные деревянные окна с обычными стеклами. Для расчета тепловой энергии в данном случае используется коэффициент, равный 1,27. То есть через такой вид остекления происходит утечка тепловой энергии, равной 27% от общего показателя.
  • Если установлены пластиковые окна с двухкамерными стеклопакетами, то используется коэффициент 1,0.
  • Если установлены пластиковые окна из шестикамернного профиля и с трехкамерным стеклопакетом, то берется коэффициент 0,85.

Идем дальше, разбираясь с окнами. Существует определенная связь площади помещения и площади оконного остекления. Чем больше вторая позиция, тем выше тепловые потери здания. И здесь есть определенное соотношение:

  • Если площадь окон по отношению к площади пола имеет всего лишь 10%-ный показатель, то для расчета тепловой мощности системы отопления используется коэффициент 0,8.
  • Если соотношение располагается в диапазоне 10-19%, то применяется коэффициент 0,9.
  • При 20% — 1,0.
  • При 30% —2.
  • При 40% — 1,4.
  • При 50% — 1,5.

И это только окна. А есть еще влияние материалов, которые использовались в строительстве дома, на тепловые нагрузки. Расположим их в таблице, где стеновые материалы будут располагаться с уменьшением тепловых потерь, а значит, их коэффициент будет также снижаться:

Вид строительного материала

Как видите, разница от используемых материалов существенная. Поэтому еще на стадии проектирования дома необходимо точно определиться с тем, из какого материала он будет возводиться. Конечно, многие застройщики строят дом на основе бюджета, выделенного на строительство. Но при таких раскладках стоит пересмотреть его. Специалисты уверяют, что лучше вложиться первоначально, чтобы впоследствии пожинать плоды экономии от эксплуатации дома. Тем более что система отопления зимой составляет одну из главных статей расхода.

Размеры комнат и этажность здания

f70b80fe8b500b871905eba4e0db778f.jpg

Схема системы отопления

Итак, продолжаем разбираться в коэффициентах, влияющих на формулу расчета тепла. Как влияют размеры помещения на тепловые нагрузки?

  • Если высота потолков в вашем доме не превышает 2,5 метра, то в расчете учитывается коэффициент 1,0.
  • При высоте 3 м уже берется 1,05. Незначительная разница, но она существенно влияет на тепловые потери, если общая площадь дома достаточно велика.
  • При 3,5 м — 1,1.
  • При 4,5 м —2.

А вот такой показатель, как этажность постройки, влияет на теплопотери помещения по-разному. Здесь необходимо учитывать не только количество этажей, но и место помещения, то есть, на каком этаже оно расположено. К примеру, если это комната на первом этаже, а сам дом имеет три-четыре этажа, то для расчета используется коэффициент 0,82.

При перемещении помещения в верхние этажи повышается и показатель теплопотерь. К тому же придется учитывать чердак — утеплен он или нет.

Как видите, чтобы точно подсчитать тепловые потери здания, необходимо определиться с различными факторами. И их все обязательно надо учитывать. Кстати, нами были рассмотрены не все факторы, снижающие или повышающие тепловые потери. Но сама формула расчета будет в основном зависеть от площади отапливаемого дома и от показателя, который называется удельным значением тепловых потерь. Кстати, в данной формуле оно стандартное и равно 100 Вт/м². Все остальные составляющие формулы — коэффициенты.

Методики расчета

Расчет тепловой нагрузки на отопление можно произвести на примере конкретного помещения. Пусть в данном случае это будет сруб из 25-сантиметрового бурса с чердачным помещение и полом из древесины. Размеры здания: 12×12×3. В стенах имеется 10 окон и пара дверей. Дом расположен в местности, для которой характерны очень низкие температуры зимой (до 30 градусов мороза).

Расчеты можно произвести тремя способами, о которых пойдет речь ниже.

Первый вариант расчета

Согласно существующим нормам СНиП, на 10 квадратных метров нужен 1 кВт мощности. Данный показатель корректируется с учетом климатических коэффициентов:

  • южные регионы — 0,7-0,9;
  • центральные регионы — 1,2-1,3;
  • Дальний Восток и Крайний Север — 1,5-2,0.

Вначале определяем площадь дома: 12×12=144 квадратных метра. В таком случае базовый показатель тепловой нагрузке равен: 144/10=14,4 кВт. Полученный результат умножаем на климатическую поправку (будем использовать коэффициент 1,5): 14,4×1,5=21,6 кВт. Столько мощности нужно, чтобы в доме была комфортная температура.

cadbb0530ed1e19be81b9613992b4a49.jpg

Таблица соотношения мощности котла и площади дома

Совет! Рекомендуется предусмотреть, по крайней мере, 20% запас прочности для отопительного оборудования.

Второй вариант расчета

Способ, приведенный выше, страдает значительными погрешностями:

  1. Не учтена высота потолков, а ведь обогревать нужно не квадратные метры, а объем.
  2. Через оконные и дверные проемы теряется больше тепла, чем через стены.
  3. Не учтен тип здания — многоквартирное это здание, где за стенами, потолком и полом обогреваемые квартиры содей или это частный дом, где за стенами только холодный воздух.

Корректируем расчет:

  1. В качестве базового применим следующий показатель — 40 Вт на кубический метр.
  2. Для каждой двери предусмотрим по 200 Вт, а для окон — по 100 Вт.
  3. Для квартир в угловых и торцевых частях дома используем коэффициент 1,3. Если речь идет о самом высоком или самом низком этаже многоквартирного здания, используем коэффициент 1,3, а для частного строения — 1,5.
  4. Также снова применим климатический коэффициент.

53f033eed4d48ee67c2b52e42125e828.png

Таблица климатического коэффициента

Производим расчет:

  1. Высчитываем объем помещения: 12×12×3=432 квадратных метра.
  2. Базовый показатель мощности равняется 432×40=17280 Вт.
  3. В доме есть десяток окон и пара дверей. Таким образом: 17280+(10×100)+(2×200)=18680Вт.
  4. Если речь идет о частном доме: 18680×1,5=28020 Вт.
  5. Учитываем климатический коэффициент: 28020×1,5=42030 Вт.

Итак, исходя из второго вычисления видно, что разница с первым способом расчета практически двукратная. При этом нужно понимать, что подобная мощность нужна только во время самых низких температур. Иными словами, пиковую мощность можно обеспечить дополнительными источниками обогрева, например, резервным обогревателем.

Третий вариант расчета

Есть еще более точный способ подсчета, в котором учитываются теплопотери.

1663713b6d3a1e8e045d1e0c32575318.jpg

Схема потери тепла в процентах

Формула для расчета такова: Q=DT/R, где:

  • Q — потери тепла на квадратный метр ограждающей конструкции;
  • DT — дельта между наружной и внутренней температурами;
  • R — уровень сопротивления при передаче тепла.

Обратите внимание! Порядка 40% тепла уходит в вентиляционную систему. .

Чтобы упростить подсчеты, примем усредненный коэффициент (1,4) потерь тепла через ограждающие элементы. Осталось определить параметры термического сопротивления из справочной литературы. Ниже приведена таблица для наиболее часто применяемых конструкционных решений:

  • стена в 3 кирпича — уровень сопротивления составляет 0,592 на кв. м×С/Вт;
  • стена в 2 кирпича — 0,406;
  • стена в 1 кирпич — 0,188;
  • сруб из 25-сантиметрового бруса — 0,805;
  • сруб из 12-сантиметрового бруса — 0,353;
  • каркасный материал с утеплением минватой — 0,702;
  • пол из древесины — 1,84;
  • потолок или чердак — 1,45;
  • деревянная двойная дверь — 0,22.

3b3a8ae7b994e56651b807348d09672e.jpg

Таблица значений утеплителей

Расчеты:

  1. Температурная дельта — 50 градусов (20 градусов тепла в помещении и 30 градусов мороза на улице).
  2. Потери тепла на квадратный метр пола: 50/1,84 (данные для пола из древесины)=27,17 Вт. Потери по всей площади пола: 27,17×144=3912 Вт.
  3. Теплопотери через потолок: (50/1,45)×144=4965 Вт.
  4. Рассчитываем площадь четырех стен: (12×3)×4=144 кв. м. Так как стены изготовлены из 25-сантиметрового бруса, R равняется 0,805. Тепловые потери: (50/0,805)×144=8944 Вт.
  5. Складываем полученные результаты: 3912+4965+8944=17821. Полученное число — общие теплопотери дома без учета особенностей потерь через окна и двери.
  6. Прибавляем 40% вентиляционных потерь: 17821×1,4=24,949. Таким образом, понадобится котел на 25 кВт.

Особенности расчета тепловой нагрузки

Параметры воздуха, а точнее, его температура берутся из ГОСТов и СНиПов. Здесь же подбираются коэффициенты теплопередачи. Кстати, паспортные данные всех видов оборудования (котлы, радиаторы отопления и прочее) берутся в расчет обязательно.

Что обычно включают в традиционный расчет нагрузки тепла?

  • Во-первых, максимальный поток тепловой энергии, исходящей от приборов отопления (радиаторов).
  • Во-вторых, максимальный расход тепла за 1 час эксплуатации отопительной системы.
  • В-третьих, общие тепловые затраты за определенный период времени. Обычно подсчитывают сезонный период.

Если все эти расчеты соизмерить и сопоставить с площадью теплоотдачи системы в целом, то получится достаточно точный показатель эффективности обогрева дома. Но придется учитывать и небольшие отклонения. К примеру, снижение потребления тепла в ночное время. Для промышленных объектов также придется учитывать выходные и праздничные дни.

Вариант 2

Теперь проведем расчет платежей в тех условиях, когда дом оснащен общим учетным прибором на отопление, а также индивидуальными счетчиками снабжена часть квартир. Как и в предыдущем случае, подсчет будет проводиться по двум позициям (тепловые энергозатраты на жилье и ОДН).

Нам понадобится формула №1 и №2 (правила начислений согласно показаниям контроллера или с учетом нормативов потребления тепла для жилых помещений в гкал). Вычисления будут проводиться относительно площади жилого дома и квартиры из предыдущего варианта.

Расчет 1

Формула №1: 1,3 х 1 400 = 1820 руб., где:

  • 1,3 гигакалорий – показания индивидуального счетчика;
  • 1 1820 р. – утвержденный тариф.

Формула №2: 0,025 х 70 х 1 400 = 2 450 руб., где:

  • 0,025 гкал – нормативный показатель расхода тепла на 1 м² площади в квартире;
  • 70 м² – метраж квартиры;
  • 1 400 р. – тариф на тепловую энергию.

Как становится понятно, при таком варианте сумма платежа будет зависеть от наличия устройства учета в вашей квартире.

Далее высчитываем вторую составляющую нашего платежа (ОДН) по двум формулам – №13 (объем услуги) и №10 (стоимость отопления).

Расчет 2

Формула №13: (300 – 12 – 7 000 х 0,025 – 9 – 30) х 75 / 8 000 = 1,425 гкал, где:

  • 300 гкал – показания общедомового счетчика;
  • 12 гкал – количество тепловой энергии, использованной на обогрев нежилых помещений;
  • 6 000 м² – сумма площади всех жилых помещений;
  • 0,025 – норматив (потребление тепловой энергии для квартир);
  • 9 гкал – сумма показателей со счетчиков всех квартир, которые оборудованы приборами учета;
  • 35 гкал – количество тепла, затраченного на подачу горячей воды при отсутствии ее централизованной подачи;
  • 70 м² – площадь квартиры;
  • 8 000 м² – общая площадь (все жилые и нежилые помещения в доме).

Обратите внимание, что данный вариант включает только реальные объемы потребляемой энергии и если ваш дом снабжен централизованной подачей горячей воды, то объем тепла, затраченного на нужды горячего водоснабжения, не учитывается. Это же касается и нежилых помещений: если они отсутствуют в доме, то и в расчет включены не будут

Далее следует расчет платежа за отопление путем умножения объема тепла на тариф по формуле №10: 1,425 х 1 400 = 1995 руб., где:

  • 1,425 гкал – количество тепла (ОДН);
  • 1 400 р. – утвержденный тариф.

07f890ebbed5e23fe7046be06132683d.jpg

В результате проведенных подсчетов мы выяснили, что полная оплата за отопление составит:

  1. 1820 + 1995 = 3 815 руб. — с индивидуальным счетчиком.
  2. 2 450 + 1995 = 4445 руб. — без индивидуального устройства.

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 .

Диаметр трубопровода

Как определить минимальное значение внутреннего диаметра трубы розлива или подводки к отопительному прибору? Не станем лезть в дебри и воспользуемся таблицей, содержащей готовые результаты для разницы между подачей и обраткой  в 20 градусов. Именно это значение характерно для автономных систем.

Максимальная скорость потока теплоносителя не должна превышать 1,5 м/с во избежание появления шумов; чаще ориентируются на скорость в 1 м/с.

ac42a566ae1720b52dc2eacf9abc43e0.jpg

При большой скорости потока вода шумит на фитингах и переходах диаметра. Едва ли этот шум порадует вас ночью.

Внутренний диаметр, ммТепловая мощность контура, Вт при скорости потока, м/с
0,60,81
8245032704090
10383051106390
12552073609200
1586201150014370
20153302044025550
25239503193539920
32392405232065400
406131581750102190
5095800127735168670

Скажем, для котла мощностью 20 КВт минимальный внутренний диаметр розлива при скорости потока в 0,8 м/с будет равен 20 мм.

Обратите внимание: внутренний диаметр близок к ДУ (условному проходу) стальной трубы. Пластиковые и металлопластиковые трубы обычно маркируются наружным диаметром, который на 6-10 мм больше внутреннего

Так, полипропиленовая труба размером 26 мм имеет внутренний диаметр 20 мм.

Внутренний диаметр пластиковой трубы равен разнице наружного диаметра и удвоенной толщины стенки.

Определение потерь тепла через наружные ограждения

Для начала представим формулу из СНиП, по которой производится расчет тепловой энергии, теряемой через строительные конструкции, отделяющие внутреннее пространство дома от улицы:

Q = 1/R х (tв – tн) х S, где:

  • Q – расход тепла, уходящего через конструкцию, Вт;
  • R – сопротивление передаче тепла сквозь материал ограждения, м2ºС / Вт;
  • S – площадь этой конструкции, м2;
  • tв – температура, которая должна быть внутри дома, ºС;
  • tн – средняя уличная температура за 5 самых холодных дней, ºС.

Для справки. Согласно методике расчет теплопотерь выполняется отдельно для каждого помещения. С целью упростить задачу предлагается взять здание в целом, приняв приемлемую среднюю температуру 20—21 ºС.

9c4ff45b70983eefdf553565ce5c9d85.jpg

Площадь для каждого вида наружного ограждения вычисляется отдельно, для чего измеряются окна, двери, стены и полы с кровлей. Так делается, потому что они изготовлены из разных материалов различной толщины. Так что расчет придется делать отдельно для всех видов конструкций, а результаты потом просуммировать. Самую холодную уличную температуру в своем районе проживания вы наверняка знаете из практики. А вот параметр R придется рассчитать отдельно по формуле:

R = δ / λ, где:

  • λ – коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/(мºС);
  • δ – толщина материала в метрах.

Примечание. Значение λ – справочное, его нетрудно отыскать в любой справочной литературе, а для пластиковых окон этот коэффициент вам подскажут производители. Ниже приводится таблица с коэффициентами теплопроводности некоторых стройматериалов, причем для вычислений надо брать эксплуатационные значения λ.

06699f622b679cd438a7f1278ffc0fb5.jpg

В качестве примера подсчитаем, сколько тепла потеряет 10 м2 кирпичной стены толщиной 250 мм (2 кирпича) при разнице температур снаружи и в доме 45 ºС:

R = 0.25 м / 0.44 Вт/(м · ºС) = 0.57 м2 ºС / Вт.

Q = 1/0.57 м2 ºС / Вт х 45 ºС х 10 м2 = 789 Вт или 0.79 кВт.

Если стена состоит из разных материалов (конструкционный материал плюс утеплитель), то их тоже надо считать отдельно по приведенным выше формулам, а результаты суммировать. Таким же образом просчитываются окна и кровля, а вот с полами дело обстоит иначе. Первым делом необходимо нарисовать план здания и разбить его на зоны шириной 2 м, как это сделано на рисунке:

df052f39302512f3e72e631bca49c040.jpg

Теперь следует вычислить площадь каждой зоны и поочередно подставить в главную формулу. Вместо параметра R нужно взять нормативные значения для зоны I, II, III и IV, указанные ниже в таблице. По окончании расчетов результаты складываем и получаем общие потери тепла через полы.

5b8110b3eb354e7aa4e4d60d63996a93.jpg

Циркуляционный насос

Нам важны два параметра насоса: его напор и производительность. В частном доме при любой разумной протяженности контура вполне достаточно минимального для наиболее дешевых насосов  напора в 2 метра (0,2 кгс/см2): именно это значение перепада обеспечивает циркуляцию системы отопления многоквартирных домов.

Необходимая производительность вычисляется по формуле G=Q/(1,163*Dt).

В ней:

  • G — производительность (м3/час).
  • Q — мощность контура, в который устанавливается насос (КВт).
  • Dt — перепад температур между прямым и обратным трубопроводами в градусах (в автономной системе типично значение Dt=20С).

Для контура, тепловая нагрузка на который составляет 20 киловатт, при стандартной дельте температур расчетная производительность составит 20/(1,163*20)=0,86 м3/час.

У многих насосов предусмотрена ступенчатая или плавная регулировка производительности.

Регуляторы тепловых нагрузок

Программируемый контроллер, диапазон температур — 5-50 C

Современные отопительные агрегаты и приборы обеспечиваются комплектом разных регуляторов, с помощью которых можно изменять тепловые нагрузки, чтобы тем самым избежать провалов и скачков тепловой энергии в системе. Практика показала, что с помощью регуляторов можно не только снизить нагрузки, но и привести систему отопления к рациональному использованию топлива. А это уже чисто экономическая сторона вопроса. Особенно это относится к промышленным объектам, где за перерасход топлива приходится выплачивать достаточно большие штрафы.

Если же вы не уверены в правильности своих расчетов, то воспользуйтесь услугами специалистов.

Давайте рассмотрим еще пару формул, которые касаются разных систем. К примеру, системы вентиляции и горячего водоснабжения. Здесь вам потребуются две формулы:

Qв.=qв.V(tн.-tв.) — это касается вентиляции.
Здесь:
tн. и tв — температура воздуха снаружи и внутри
qв. — удельный показатель
V — внешний объем здания

Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср — для горячего водоснабжения, где

tг.-tх — температура горячей и холодной воды
r — плотность воды
в — отношение максимальной нагрузки к средней, которая определяется ГОСТами
П — количество потребителей
Gср — средний показатель расхода горячей воды

Характеристики объекта для расчета тепловых нагрузок

Правильно расчетная тепловая нагрузка на отопление может быть определена при условии, что в процессе вычислений будут учтены абсолютно все, даже малейшие нюансы.

263627b8df5dd34f3122d931dc19ad55.jpgПеречень деталей и параметров довольно обширен:

  • назначение и тип объекта недвижимости. Для расчета важно знать, какое здание будет обогреваться — жилой или нежилой дом, квартира (прочитайте также: «Квартирный прибор учета тепловой энергии»). От типа постройки зависит норма нагрузки, определяемая компаниями, поставляющими тепло, а, соответственно, расходы на теплоснабжение;
  • архитектурные особенности. Во внимание принимаются габариты таких наружных ограждений, как стены, кровля, напольное покрытие и размеры оконных, дверных и балконных проемов. Немаловажными считаются этажность здания, а также наличие подвалов, чердаков и присущие им характеристики;
  • норма температурного режима для каждого помещения в доме. Подразумевается температура для комфортного пребывания людей в жилой комнате или зоне административной постройки (прочитайте: «»);
  • особенности конструкции наружных ограждений, включая толщину и тип стройматериалов, наличие теплоизоляционного слоя и используемая для этого продукция;
  • назначение помещений. Эта характеристика особо важна для производственных зданий, в которых для каждого цеха или участка необходимо создать определенные условия относительно обеспечения температурного режима;
  • наличие специальных помещений и их особенности. Это касается, например, бассейнов, оранжерей, бань и т.д.;
  • степень техобслуживания. Наличие/отсутствие горячего водоснабжения, централизованного отопления, системы кондиционирования и прочего;
  • количество точек для забора подогретого теплоносителя. Чем их больше, тем значительнее тепловая нагрузка, оказываемая на всю отопительную конструкцию;
  • количество людей, находящихся в здании или проживающих в доме. От данного значения напрямую зависят влажность и температура, которые учитываются в формуле вычисления тепловой нагрузки;
  • прочие особенности объекта. Если это промышленное здание, то ими могут быть, количество рабочих дней на протяжении календарного года, число рабочих в смену. Для частного дома учитывают, сколько проживает в нем людей, какое количество комнат, санузлов и т.д. 

 

Распределение приборов

Если речь идет о водяном отоплении, максимальная мощность источника тепловой энергии должна равняться сумме мощностей всех источников тепла в здании.

Распределение приборов по помещениям дома зависит от следующих обстоятельств:

  1. Площадь помещения, уровень потолка.
  2. Положение комнаты в строении. Помещения в торцевой части по углах отличаются повышенными теплопотерями.
  3. Расстояние до источника тепла.
  4. Оптимальная температура (с точки зрения жильцов). На температуру помещения, помимо прочих факторов, влияет перемещение воздушных потоков внутри жилья.

Строительные нормы и правила (СНиП) рекомендуют такие температурные параметры:

  1. Жилые помещения в глубине строения — 20 градусов.
  2. Жилые помещения в угловых и торцевых частях здания — 22 градуса.
  3. Кухня — 18 градусов. В кухонном помещении температура выше, так как в ней присутствуют дополнительные источники тепла (электрическая плита, холодильник и т.д.).
  4. Ванная комната и туалет — 25 градусов.

b31c0bd8a0797f1194beb8378108b437.png

Схема температуры в случае верхнего розлива

Если в доме обустроено воздушное отопление, объем потока тепла, поступающий в комнату, зависит от пропускной возможности воздушного рукава. Регулируется поток ручной настройкой вентиляционных решеток, а контролируется — термометром.

Дом может обогреваться распределенными источниками тепловой энергии: электро- или газовые конвекторы, теплые полы на электричестве, масляные батареи, ИК-обогреватели, кондиционеры. В этом случае нужные температуры определяются настройкой термостата. В этом случае нужно предусмотреть такую мощность оборудования, которой бы хватало при максимальном уровне тепловых потерь.

Расход тепла на отопление по укрупненным показателям

Для определения расчетного расхода тепла на отопление здания можно пользоваться формулой

Q = qот * Vзд ( tвн – tн ) * 10 -3 , кВт,

где qот – удельная тепловая характеристика здания, Вт/м3 оС

Vзд – общий наружный объем здания, м3.

Удельная тепловая характеристика здания находится по формуле

qот = P/S  1/Rст + ρ ( 1/Rок – 1/Rст )] + 1/h ( 0,9 *1/Rпл + 0,6 *1/Rпт ) ,

где P, S, h — периметр, площадь, высота здания, м

ρ – степень остекленности здания, равная отношению общей площади световых проемов к площади вертикальных ограждений здания, ρ = Fост /Fверт.огр.

Rст, Rок, Rпл, Rпт – сопротивление теплопередаче стен, окон, пола, потолка.

Величина удельной тепловой характеристики определяет средние теплопотери 1м3 здания, отнесенные к расчетной разнице температур, равной 1оС.

Характеристикой qот удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конструктивно-планировочных решений здания.

По рассчитанному расходу тепла подбирают котел системы отопления (Приложение 1) и выполняется его установка в помещении котельной с учетом норм проектирования (Приложение 2).

3. Тепловой баланс помещений

В зданиях и помещениях с постоянным тепловым режимом сопоставляют теплопотери и теплопоступления в расчетном режиме. Для жилых и общественных зданий принимают, что в помещениях теплоисточники отсутствуют, и тепловая мощность системы отопления должна возместить потери тепла через наружные ограждения.

Теплопотери через ограждающие конструкции помещения складываются из теплопотерь через отдельные ограждения Q, определенные с округлением до 10 Вт по формуле:

Q = F * 1/R *( t вн – tн ) * ( 1 + β ) * n Вт, где

F – расчетная площадь ограждения, м2 (правила обмера ограждений см. Приложение 3)

R – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2 оС/Вт

tвн – температура помещения, 0С

tнV – расчетная наружная температура наиболее холодной пятидневки, 0С

β – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь,

n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций к наружному воздуху

Расчеты теплопотерь сводятся в таблицу (см. Приложение 4)

Добавочные теплопотери β

1. Добавка на ориентацию – для всех вертикальных ограждений

С, СВ, В, СЗ — 0,1

ЮЗ, З — 0,05

2. Добавка в угловых помещениях общественных и производственных зданий (имеющих две и более наружные стены) принимаются для всех вертикальных ограждений в размере β = 0,15.

3. Добавка на поступление холодного воздуха через входы в здание (эксплуатируемые постоянно) принимается

  • для двойных дверей с тамбуром между ними 0,27 Н

  • то же без тамбура 0,34 Н

  • для одинарных дверей 0,22 Н

где Н – высота здания в м.

Значения коэффициента n

Ограждающие конструкции

n

Наружные стены

1

Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, перекрытия чердачные

0,9

Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах

0,75

Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах

0,6

Стены, отделяющие от неотапливаемых помещений, сообщающиеся с наружным воздухом

0,7

Стены, отделяющие от неотапливаемых помещений, не сообщающиеся с наружным воздухом

0,4

studfiles.net

Регуляторы тепловых нагрузок

В комплект современных котлов промышленного и бытового назначения входят РТН (регуляторы тепловых нагрузок). Эти устройства (см. фото) предназначаются для поддержки мощности теплоагрегата на определенном уровне и не допускают скачков и провалов во время их работы. 

РТН позволяют экономить на оплате за отопление, поскольку в большинстве случаев существуют определенные лимиты и их нельзя превышать. Особенно это касается промпредприятий. Дело в том, что за превышение лимита тепловых нагрузок следует наложение штрафных санкций. 

Самостоятельно сделать проект и произвести расчеты нагрузки на системы, обеспечивающие отопление, вентиляцию и кондиционирование в здании, довольно сложно, поэтому данный этап работ, как правило, доверяют специалистам. Правда, при желании можно выполнить вычисления самостоятельно. 

Виды тепловых нагрузок для расчетов

При осуществлении расчетов и выборе оборудования во внимание принимают разные тепловые нагрузки:

  1. Сезонные нагрузки, имеющие следующие особенности:
    — им присущи изменения в зависимости от температуры окружающего воздуха на улице;
    — наличие отличий в величине расхода тепловой энергии в соответствии с климатическими особенностями региона местонахождения дома;
    — изменение нагрузки на отопительную систему в зависимости от времени суток. Поскольку наружные ограждения имеют теплостойкость, данный параметр считается незначительным;
    — расходы тепла вентиляционной системы в зависимости от времени суток.
  2. Постоянные тепловые нагрузки. В большинстве объектов системы теплоснабжения и горячего водоснабжения они используются на протяжении года. Например, в теплое время года расходы тепловой энергии в сравнении с зимним периодом снижаются где-то на 30-35%.
  3. Сухое тепло. Представляет собой тепловое излучение и конвекционный теплообмен за счет иных подобных устройств. Определяют данный параметр при помощи температуры сухого термометра. Он зависит от многих факторов, среди которых окна и двери, системы вентиляции, различное оборудование, воздухообмен, происходящий за счет наличия щелей в стенах и перекрытиях. Также учитывают количество людей, присутствующих в помещении.
  4. Скрытое тепло. Образуется в результате процесса испарения и конденсации. Температура определяется при помощи влажного термометра. В любом по назначению помещении на уровень влажности влияют:
    — численность людей, одновременно находящихся в помещении;
    — наличие технологического или другого оборудования;
    — потоки воздушных масс, проникающих сквозь щели и трещины, имеющиеся в ограждающих конструкциях здания.

99e791b16b1e642effe4067be981b2e5.jpg

Отопительные приборы

Секционные радиаторы

В общем случае информацию о тепловом потоке на одну секцию всегда можно найти на сайте производителя.

Если он неизвестен, можно ориентироваться на следующие приблизительные значения:

  • Чугунная секция — 160 Вт.
  • Биметаллическая секция — 180 Вт.
  • Алюминиевая секция — 200 Вт.

7af952fcb344f0b5d61eff608892a5c0.jpg

Алюминиевый радиатор лидирует благодаря высокой теплопроводности и развитому оребрению.

Как всегда, есть ряд тонкостей. При боковом подключении радиатора с 10 и более секциями разброс температур между ближними к подводке и концевыми секциями будет весьма значительным.

Впрочем: эффект сведется на нет, если подводки подключить диагонально или снизу вниз.

Кроме того, обычно производители отопительных приборов указывают мощность для вполне конкретной дельты температур между радиатором и воздухом, равной 70 градусам. Зависимость теплового потока от Dt линейна: если батарея на 35 градусов горячее воздуха, тепловая мощность батареи будет ровно вдвое меньше заявленной.

Скажем, при температуре воздуха в комнате, равной +20С, и температуре теплоносителя в +55С мощность алюминиевой секции стандартного размера будет равна 200/(70/35)=100 ваттам. Для того, чтобы обеспечить мощность в 2 КВт, понадобится 2000/100=20 секций.

Регистры

Особняком в списке отопительных приборов стоят самодельные регистры.

На фото — отопительный регистр.

Производители по понятным причинам не могут указать их тепловую мощность; однако ее несложно вычислить своими руками.

  • Для первой секции регистра (горизонтальной трубы известных размеров) мощность равна произведению ее наружного диаметра и длины в метрах, дельты температур между теплоносителем и воздухом в градусах и постоянного коэффициента 36,5356.
  • Для последующих секций, находящихся в восходящем потоке теплого воздуха, используется дополнительный коэффициент 0,9.

Давайте разберем очередной пример — вычислим значение теплового потока для четырехрядного регистра с диаметром секции 159 мм, длиной 4 метра и температурой в 60 градусов в комнате с внутренней температурой +20С.

  1. Дельта температур в нашем случае равна 60-20=40С.
  2. Переводим диаметр трубы в метры. 159 мм = 0,159 м.
  3. Вычисляем тепловую мощность первой секции. Q = 0,159*4*40*36,5356 = 929,46 ватт.
  4. Для каждой последующей секции мощность будет равна 929,46*0,9=836,5 Вт.
  5. Суммарная мощность составит 929,46 + (836,5*3)=3500 (с округлением) ватт.

Коэффициент линейного теплового расширения

αL=1L(∂L∂T)p≈ΔLLΔT{\displaystyle \alpha _{L}={\frac {1}{L}}\left({\frac {\partial L}{\partial T}}\right)_{p}\approx {\Delta L \over {L\Delta T}}} , К −1 (°C−1) — относительное изменение линейных размеров тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.

В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений. Например, у анизотропных кристаллов, древесины коэффициенты линейного расширения по трём взаимно перпендикулярным осям: αx;αy;αz{\displaystyle \alpha _{x};\alpha _{y};\alpha _{z}}. Для изотропных тел αx=αy=αz{\displaystyle \alpha _{x}=\alpha _{y}=\alpha _{z}} и αV=3αL{\displaystyle \alpha _{V}=3\alpha _{L}}.

Например, вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения:

  • 0,53·10−4 К-1 (при температуре 5—10 °C);
  • 1,50·10−4 К-1 (при температуре 10—20 °C);
  • 3,02·10−4 К-1 (при температуре 20—40 °C);
  • 4,58·10−4 К-1 (при температуре 40—60 °C);
  • 5,87·10−4 К-1 (при температуре 60—80 °C).

Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3×10−6 K−1[1].

Для сталей

Таблица значений коэффициента линейного расширения α, 10−6K−1

Марка стали20—100 °C20—200 °C20—300 °C20—400 °C20—500 °C20—600 °C20—700 °C20—800 °C20—900 °C20—1000 °C
08кп12,513,414,014,514,915,115,314,712,713,8
0812,513,414,014,514,915,115,314,712,713,8
10кп12,413,213,914,514,915,115,314,714,812,6
1011,612,613,014,6
15кп12,413,213,914,514,815,115,314,113,213,3
1512,413,213,914,414,815,115,314,113,213,3
20кп12,313,113,814,314,815,120
2011,112,112,713,413,914,514,8
2512,213,013,714,414,715,015,212,712,413,4
3012,112,913,614,214,715,015,2
3511,111,913,013,414,014,415,0
4012,412,614,513,313,914,615,3
4511,912,713,413,714,314,915,2
5011,212,012,913,313,713,914,513,4
5511,011,812,613,414,014,514,812,513,514,4
6011,111,913,514,6
15К12,012,813,613,814,0
20К12,012,813,613,814,2
2212,612,913,313,9
А1211,912,513,614,2
16ГС11,112,112,913,513,914,1
20Х11,311,612,513,213,7
30Х12,413,013,413,814,214,614,812,012,813,8
35Х11,312,012,913,714,214,6
38ХА11,012,012,212,913,5
40Х11,812,213,213,714,114,614,812,0
45Х12,813,013,7
50Х12,813,013,7

Вариант 3

У нас остался последний вариант, в ходе которого мы рассмотрим ситуацию, когда на доме отсутствует счетчик тепловой энергии. Расчет, как и в предыдущих случаях, проведем по двум категориям (тепловые энергозатраты на квартиру и ОДН).

Выведение суммы на отопление, проведем при помощи формул №1 и №2 (правила о порядке расчета тепловой энергии с учетом показаний индивидуальных учетных приборов или согласно установленным нормативам для жилых помещений в гкал).

Расчет 1

Формула №1: 1,3 х 1 400 = 1820 руб., где:

  • 1,3 гкал – показания индивидуального счетчика;
  • 1 400 р. – утвержденный тариф.

Формула №2: 0,025 х 70 х 1 400 = 2 450 руб., где:

  • 0,025 гкал – нормативный показатель расхода тепла на 1 м² жилой площади;
  • 70 м² – общая площадь квартиры;
  • 1 400 р. – утвержденный тариф.

0eb62ea17a34f23734f65d21b2614c0a.jpg

Как и во втором варианте, платеж будет зависеть от того, оборудовано ли ваше жилье индивидуальным счетчиком на тепло. Теперь необходимо выяснить объем теплоэнергии, которая была израсходована на общедомовые нужды, и выполнять это нужно по формуле №15 (объем услуги на ОДН) и №10 (сумма за отопление).

Расчет 2

Формула №15: 0,025 х 150 х 70 / 7000 = 0,0375 гкал, где:

  • 0,025 гкал – нормативный показатель расхода тепла на 1 м² жилой площади;
  • 100 м² – сумма площади помещений, предназначенных для общедомовых нужд;
  • 70 м² – общая площадь квартиры;
  • 7 000 м² – общая площадь (всех жилые и нежилые помещения).

Формула №10: 0,0375 х 1 400 = 52,5 руб., где:

  • 0,0375 – объем тепла (ОДН);
  • 1400 р. – утвержденный тариф.

12f8c65b8b636af80364997db34b710b.jpg

В результате проведенных подсчетов мы выяснили, что полная оплата за отопление составит:

  1. 1820 + 52,5 = 1872,5 руб. – с индивидуальным счетчиком.
  2. 2450 + 52,5 = 2 502,5 руб. – без индивидуального счетчика.

В приведенных выше расчетах платежей за отопление были использованы данные о метраже квартиры, дома, а также о показателях счетчика, которые могут существенно отличаться от тех, которые есть у вас. Все что вам нужно, это подставить свои значения в формулу и произвести окончательный расчет.

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:

7211329f04f0f2bd85f69564cf798502.jpg

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.

5ef8137f0bf9bbe9c098df1cb5019ac6.jpg

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.

Расчет радиатора отопления по площади

Зависит он от материала, из которого они изготовлены. Чаще всего сегодня используются биметаллические, алюминиевые, стальные, значительно реже чугунные радиаторы. Каждый из них имеет свой показатель теплоотдачи (тепловой мощности). Биметаллические радиаторы при расстоянии между осями в 500 мм, в среднем имеют 180 — 190 Вт. Радиаторы из алюминия имеют практически такие же показатели.

37a2c8c55724af44e2509497091987d5.jpg

Теплоотдача описанных радиаторов рассчитывается на одну секцию. Радиаторы стальные пластинчатые являются неразборными. Поэтому их теплоотдача определяется исходя из размера всего устройства. Например, тепловая мощность двухрядного радиатора шириной 1 100 мм и высотой 200 мм будет 1 010 Вт, а панельного радиатора из стали шириной 500 мм, а высотой 220 мм составит 1 644 Вт.

В расчет радиатора отопления по площади входят следующие базовые параметры:

— высота потолков (стандартная – 2,7 м),

— тепловая мощность (на кв. м – 100 Вт),

— одна внешняя стена.

Эти расчеты показывают, что на каждые 10 кв. м необходимо 1 000 Вт тепловой мощности. Этот результат делится на тепловую отдачу одной секции. Ответом является необходимое количество секций радиатора.

Для южных районов нашей страны, так же как и для северных, разработаны понижающие и повышающие коэффициенты.

Отрицательный коэффициент теплового расширения

Основная статья: Negative thermal expansion

Некоторые материалы при повышении температуры демонстрируют не расширение, а наоборот, сжатие, т. е. имеют отрицательный коэффициент теплового расширения. Для некоторых веществ это проявляется на довольно узком температурном интервале, как, например, у воды на интервале температур 0…+3,984 °С, для других веществ и материалов, например фторид скандия(III), вольфрамат циркония (ZrW2O8)[3], некоторых углепластиков интервал весьма широк. Подобное поведение демонстрирует также обычная резина. При сверхнизких температурах аналогичным образом ведут себя кварц, кремний и ряд других материалов. Также существуют инварные сплавы (ферро-), имеющие в некотором диапазоне температур коэффициент теплового расширения, близкий к нулю.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ЗаданиеМеталлическую проволоку нагрели до температуры и натянули между двумя прочными статичными стенками. Какой будет температура, при которой проволока разорвется? Можно считать, что закон Гука выполняется вплоть до разрыва проволоки. Считайте, что модуль Юнга и предел прочности материала проволоки известны.
Решение

Сделаем рисунок.

a8b2d4a9eb922b63b229521b98d1d30a.png

Рис. 1

Длину проволоки при температуре можно рассчитать как:

   

где — длина проволоки при температуре 273 К.

Длина проволоки при температуре :

   

Изменение длины проволоки при охлаждении найдем как разность и запишем выражение для относительного изменения длины:

   

Разрыв проволоки происходит в том случае, если:

   

где — модуль Юнга для материала проволоки, — предел прочности материала проволоки. Для предельного случая считаем, что:

   

Из формулы (1.5) выразим искомую температуру:

   

Ответ

ПРИМЕР 2

ЗаданиеКакую температуру имеет обмотка катушки из проволоки, если при температуре ее сопротивление было равно , а после того как через катушку пропустили ток сопротивление катушки стало равно . Температурный коэффициент сопротивления металла обмотки считать равным .
РешениеСопротивление катушки до нагревания (пропускания тока) запишем как:

   

Сопротивление катушки после нагревания:

   

где — удельное сопротивление материала проводника при 0oC. Найдем отношение :

   

Выразим искомую температуру из (2.3):

   

Ответ

Выводы и решение проблем

Как видите, имеющиеся способы расчета тепловой нагрузки своими руками дают весьма существенные погрешности. К счастью, избыточная мощность котла не повредит:

  • Газовые котлы на уменьшенной мощности работают практически без падения КПД, а конденсационные так и вовсе выходят на наиболее экономичный режим при неполной нагрузке.
  • То же самое касается соляровых котлов.
  • Электрическое нагревательное оборудование любого типа всегда имеет КПД, равный 100 процентам (разумеется, это не относится к тепловым насосам). Вспомните физику: вся мощность, не потраченная на совершения механической работы (то есть перемещения массы против вектора гравитации) в конечном счете, расходуется на нагрев.

Единственный тип котлов, для которых работа на мощности меньше номинальной противопоказана — твердотопливные. Регулировка мощности в них осуществляется довольно примитивным способом — ограничением притока воздуха в топку.

Что в результате?

  1. При недостатке кислорода топливо сгорает не полностью. Образуется больше золы и сажи, которые загрязняют котел, дымоход и атмосферу.
  2. Следствие неполного сгорания — падение КПД котла. Логично: ведь часто топлива покидает котел до того, как сгорела.

e0c41d752f94d51cd64ad95ad85253c8.jpg

Ограничение мощности твердотопливного котла сказывается на его КПД.

Однако и здесь есть простой и изящный выход — включение в схему отопления теплоаккумулятора. Теплоизолированный бак емкостью до 3000 литров подключается между подающим и обратным трубопроводом, размыкая их; при этом формируется малый контур (между котлом и буферной емкостью) и большой (между емкостью и отопительными приборами).

Как работает такая схема?

  • После растопки котел работает на номинальной мощности. При этом за счет естественной или принудительной циркуляции его теплообменник отдает тепло буферной емкости. После того, как топливо прогорело, циркуляция в малом контуре останавливается.
  • Следующие несколько часов теплоноситель движется по большому контуру. Буферная емкость постепенно отдает накопленное тепло радиаторам или водяным теплым полам.

Как видите, в этом случае запас по мощности котла будет иметь исключительно положительное последствие — больший промежуток времени между растопками (читайте также статью «Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления и зависимость от нее температуры теплоносителя»).

Простое решение сложной проблемы.

Итог всех вычислений

Правильно выполненный расчет потребления тепловой энергии – это залог экономного расхода финансовых средств, затрачиваемых на отопление. Приводя пример среднего значения, можно отметить, что при обогреве жилой постройки площадью в 200 м² в соответствии с вышеописанными формулами вычислений объем тепла будет составлять приблизительно 3 гкал за один месяц

Таким образом, приняв во внимание тот факт, что стандартный отопительный сезон длится полгода, то за шесть месяцев объем расхода будет составлять 18 гкал.

Безусловно, все мероприятия по расчету тепла гораздо удобнее и проще выполнять в частных постройках, нежели в многоквартирных домах с централизованной отопительной системой, где простым оборудованием обойтись не получится. Таким образом, можно сказать, что все расчеты по определению расхода энергии тепла в конкретном помещении вполне могут быть выполнены своими силами (прочитайте также: «Годовой расход тепла на отопление загородного дома «)

Важно лишь, чтобы данные были просчитаны максимально точно, то есть по специально предназначенным для этого математическим формулам, а все процедуры были согласованы с особыми органами, контролирующими проведение подобных мероприятий. Помощь в вычислениях также могут оказать профессиональные мастера, регулярно занимающиеся такой работой и имеющие в наличии различные видеоматериалы, подробно описывающие весь процесс расчетов, а также фото образцов отопительных систем и схемы по их подключению

Заключение по теме

Для обычных потребителей, неспециалистов, не понимающих нюансов и особенностей теплотехнических расчетов, все, что было описано выше — тема непростая и где-то даже непонятная. И это на самом деле так. Ведь разобраться во всех тонкостях подбора того или иного коэффициента достаточно сложно. Вот почему расчет тепловой энергии, а точнее, расчет ее количества, если такая необходимость возникает, лучше доверить инженеру-теплотехнику. Но и не делать такой расчет нельзя. Вы сами смогли убедиться, что от него зависит достаточно широкий ряд показателей, которые влияют на правильность монтажа отопительной системы.

Добавить комментарий

Adblock
detector