Воздушное отопление расчет пример


Необходимо понимать, что результаты расчета воздушного отопления частного дома очень жестко привязаны к характеристикам стен, потолка, перекрытий и т.д., точнее говоря, привязаны к их теплопотерям. Изменение теплопотерь элементов конструкции дома неизбежно приведет к тому, что расчет воздушного отопления придется делать заново! В противном случае клиент получит совсем не те условия комфорта, которые были ему обещаны, и, естественно, останется недоволен. Приведем простой пример – клиент решил сделать крышу мансарды более теплой, и потребовал проложить еще один слой утеплителя. Но расчет воздушного отопления не учитывал эти изменения конструкции, в итоге температура в мансарде была вовсе не 22°С, как должно было быть согласно расчетам, а все 25°С, что, в общем-то, немного жарковато.

Обратный пример – при строительстве каркасного дома недобросовестная бригада строителей ухитрилась продать налево часть утепляющих материалов, в итоге толщина утеплителя в некоторых местах стен была не 150, а всего 100 мм.


плопотери такого дома естественно были гораздо больше расчетных, и расчетной мощности системы воздушного отопления не хватало. Ситуация усугубилась тем, что обнаружилось это только зимой, когда дом был уже построен, а вороватые строители благополучно растворились в голубых далях. Клиент был вынужден вскрывать стены, покупать новый утеплитель взамен украденного и монтировать его, затем заново выполнять отделку восстановленных стен. Иначе ему пришлось бы всю зиму ходить дома только в теплом лыжном костюме и даже в нем спать. Конечно, трудности закаляют характер, но лучше все-таки таких волнующих моментов избежать, если конечно вы не специально тренируетесь с целью покорить Северный или Южный Полюс.

Поэтому, если вы заказываете проект воздушного отопления, а потом начинаете менять конструкцию дома, обязательно согласуйте все изменения с проектировщиком системы отопления. Иначе в будущем могут быть весьма неприятные сюрпризы.

Расчет системы воздушного отопления частного дома обычно состоит из нескольких этапов:

  1. Расчет теплопотерь каждого помещения дома – комнат, коридоров, санузлов и т.д.
  2. На основании расчета из п. 1 определяется требуемое количество теплого воздуха, который нужно подать в каждое помещение дома (в куб.м.)
  3. На основании расчета объемов воздуха выбирается диаметр и количество воздуховодов для каждого помещения дома, а также необходимая скорость воздуха для получения расчетного расхода.
  4. На основании расчета объемов воздуха выбирается сечение магистральных воздуховодов.
  5. На основании расчета из п. 1 определяется суммарное количество теплопотерь всего дома, при этом учитывается и та мощность, которая потребуется на работу дополнительного оборудования, например увлажнителя. На основании этих теплопотерь выбирается мощность электрического нагревателя или отопительного котла.

Рассмотрим теперь более подробно каждый этап расчета системы воздушного отопления частного дома на примере небольшого дачного домика площадью 96 кв.м., внешний вид которого приведен на картинке в начале статьи. Дом двухэтажный, построен по канадской технологии Экопан из sip-панелей. В доме проживают 3 человека, установлен водогрейный котел 18 кВт и газовая плита. Поэтажные планы:

1. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет теплопотерь

Собственно говоря, для небольших частных или загородных домов не обязательно точно рассчитывать теплопотери. Достаточно знать баланс теплопотерь всего дома. При этом даже ошибка в расчетах на десяток процентов совсем не будет фатальной, поскольку система воздушного отопления Антарес Комфорт обладает достаточным запасом по прокачиваемым объемам воздуха, достаточно просто отрегулировать вентилятор на более высокие обороты. Но надо понимать, что вообще говоря, скорость потока воздуха на выходе из воздуховода, а точнее из вентиляционной решетки не должна быть выше 1,5 м/с (оптимальное значение), либо, в крайнем случае, выше 2 м/с (максимально рекомендуемое значение). В противном случае могут появиться вибрации или турбуленция, а в связи с этим и повышенный уровень шума. Естественно, что мощности электрического нагревателя или отопительного котла должно хватить для компенсации всех реальных теплопотерь всего дома.


При расчете системы воздушного отопления на теплопотери необходимо в первую очередь рассчитать теплопотери всех стен. При этом можно ориентировочно считать, что 5 см минераловаты имеют такие же теплопотери, как 15 см бруса или бревна, 30 см пеноблоков или 50 см кирпича. Речь идет разумеется о толщине стены из названных материалов. Т.е. например стена с 5 см минераловатного утеплителя типа URSA будет иметь такие же теплопотери, как стена из бруса толщиной 15 см. или кирпичная стена толщиной 50 см.

При расчете можно считать, что у стены из 5 см минераловатной плиты теплопотери будут приблизительно 48 Вт/м2, у стены из 10 см — 25 Вт/м2, из 15 см — 16 Вт/м2. Больше трех слоев утеплителя (5 см х 3 слоя = 15 см) обычно никто не ставит. В эти цифры входят и теплопотери каркаса дома, в котором находится утеплитель.

А как быть, если стены вашего дома состоят из разных материалов, например, сама стена из брус 150 х 150, а, а снаружи установлен еще слой утеплителя? В этом случае проще все привести к одному типу материалов – к минераловате. Как уже было сказано выше, 15 см бруса эквивалентны 5 см минераловаты, поэтому будем считать, что теплопотери нашей композитной стены эквиваленты теплопотерям стены из 10 см минераловаты (15 см бруса это 5см минераловаты, плюс еще один слой 5 см минераловаты = 10 см) – т.е. 25 Вт/м2


Теплопотери нижнего перекрытия и крыши считаются точно так же, как и теплопотери стен, но полученный результат нужно увеличить на 30% – поскольку в перекрытиях и крыше элементы деревянного каркаса распложены более часто, чем в стенах. Например, для крыши из 15 см минераловатного утеплителя теплопотери будут не 16 Вт/м2, а все 24 Вт/м2

Есть другой, более легкий способ определения эквивалентной толщины минераловатного утеплителя для расчета теплопотерь – калькулятор расчета отопления частного дома, сделанный в виде файла Microsoft Excel. На втором листе калькулятора можно поставить толщину всех используемых в стене, крыше или перекрытии материалов и получить тепловой эквивалент стены из пеноплистирола. В этом случае теплопотери q одного кв.м такой стены определяются по формуле:

где Тнорм — нормируемая зимняя температура региона, в котором построен дом, например, для Московской области это -28°С.

Для каркасной конструкции (например крыши или перекрытия) значение теплового эквивалента нужно уменьшить на 10%.

Расчет теплопотерь окон и дверей тоже не представляет сложности. Для обычного деревянного окна эпохи развитого социализма (того, что со щелями для вентиляции) это 200 Вт/м2. Для двухкамерных стеклопакетов — 100 Вт/м2. Для более дорогих и современных стеклопакетов — 80 Вт/м2. Теплопотери внешних дверей приблизительно можно принять равными 90 Вт/м2.


Кроме прямых теплопотерь (через стены, перекрытия и крышу), в любом доме есть еще теплопотери на вентиляцию. Но их проще учесть не через сам расход тепла (в Вт), а через необходимые для их компенсации объемы воздуха. Поэтому их мы учтем позже, на этапе 2.

Приведенный здесь расчет теплопотерь – приблизительный. Но он тем не менее позволяет получить баланс теплопотерь по всему дому. Стороны света, роза ветров, нагрев солнечным излучением через окна и т.д. в данном расчете не учитываются, но для небольших частных домов они и не нужны. Тем более, что полученные при расчетах цифры мы увеличим для надежности в 2 раза, получив таким образом значительный запас по требуемой мощности нагревателя или котла отопления. А мощности вентилятора системы воздушного отопления Антарес Комфорт заведомо хватит на то, чтобы при необходимости прокачать требуемый объем воздуха.

Для холодных полов первого или цокольного этажа полученные теплопотери нужно увеличить на 10%. Это, во-первых, позволит учесть возможную погрешность расчета, а во-вторых, более точно выровняет температуру на первом и втором этажах, т.к. теплый воздух с первого этажа будет всегда подниматься на второй.

После того, как для каждого элемента поверхности дома (стен, крыши, пола, перекрытий, окон, дверей) рассчитаны значения удельных теплопотерь, надо определить площадь каждого из этих элементов, контактирующую с окружающей средой и рассчитать полные теплопотери. При этом площадь определяется по внешнему контуру стен. Для расчета площади стен второго этажа высоту стен фронтонов берут до крыши, если второй этаж обогревается, а крыша и фронтоны полностью утеплены.


Полные теплопотери Q через каждый элемент поверхности дома – это произведение его площади S на его удельные теплопотери q:

У того дома, который мы рассматриваем в качестве примера, стены построены из sip-панелей, т.е. 1,2 см OSB + 14 см пенополистирола + 1,2 см OSB, удельные теплопотери q = 17 Вт/м2

Перекрытия и крыши похожие — 1,2 см OSB + 18 см пенополистирола + 1,2 см OSB, удельные теплопотери q = 17 Вт/м2

В качестве окон хозяин дома пожелал иметь двухкамерные стеклопакеты, удельные теплопотери q = 100 Вт/м2

Рассчитав все теплопотери и сведя их в таблицу, получим следующий результат:


1 Этаж Теплопотери, Вт  Мансарда Теплопотери, Вт
1.1. 467 2.1. 1 294
1.2. 747 2.2. 760
1.3. 74 2.3. 1 126
1.4. 133 2.4. 801
1.5. 921 Итого 3 981
1.6. 2 210
Итого 4 553 Всего 8 534

Переходим к этапу 2.

2. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет количества теплого воздуха.

Принимаем, что каждый кубометр воздуха может перенести 10 Вт тепла. Тогда получим следующие результаты расхода по воздуху (в час) для каждого помещения дома:


1 Этаж Объем воздуха Мансарда Объем воздуха
1.1. 47 2.1. 65
1.2. 74 2.2. 76
1.3. 73 2.3. 113
1.4. 13 2.4. 80
1.5. 92 Итого 334
1.6. 226
Итого 525 Всего 859

Теперь вернемся к учету теплопотерь на вентиляцию, помните, мы говорили об этом на этапе 1?

Теплопотери на вентиляцию учитываются просто. На каждого человека нужно 30 м³/час свежего воздуха, на каждый отопительный котел – 2 м³/час на 1 кВт мощности котла, на каждую газовую плиту – 15 м³/час.

Как уже было сказано в начале статьи, в доме проживают 3 человека, есть газовая плита и котел отопления 18 кВт. Т.е. на вентиляцию нужно дополнительно 140 м³/час воздуха:

Если все это перевести в теплопотери, то для Московского региона (в котором построен наш дом) при зимней нормируемой температуре — 28°С для прогрева воздуха до комнатной температуры нужно будет потратить 23 Вт на каждый кубометр, итого 3,2 кВт на дополнительные теплопотери по вентиляции.


Теперь нужно внимательно проанализировать полученную таблицу с расходом воздуха. Например, в данном доме теплопотери в коридоре на первом этаже минимальны, а в коридоре второго этажа, наоборот, достаточно велики. Поэтому будет целесообразно сделать небольшое перераспределение потоков – часть воздуха для коридора второго этажа подать наоборот в коридор на первом этаже – на второй этаж теплый воздух все равно попадет естественным путем.

3. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет диаметра и количества воздуховодов

Для того, чтобы система воздушного отопления дома получилась компактной и не нарушала целостность интерьера, нужно ограничить диаметры подающих воздуховодов. Стандартные гибкие шумоглушащие воздуховоды выпускаются двух диаметров – 100 и 125 мм (это внутренний диаметр, внешний больше на 50 мм).

Также в подающих воздуховодах нужно ограничить скорость воздуха, иначе система отопления получится излишне шумной (что характерно для американских и канадских систем). Оптимальная скорость воздуха 1…2 м/c. Но при необходимости она может быть и немного выше чем 2 м/c, но если есть возможность, то лучше все-таки не превышать оптимальных значений.

Если скорость воздуха 1 м/с то за час через воздуховод с внутренним диаметром 100 мм будет прокачано 30 м3, через воздуховод с внутренним диаметром 125 мм – уже 45 м3. При скорости воздуха 2 м/c – соответственно в 2 раза больше, 60 м3 и 90 м3.

Теперь нужно выбрать диаметр и количество подающих воздуховодов на основе рассчитанных ранее нужных объемов воздуха, а также рассчитать скорость воздуха в этих воздуховодах, не забывая о том, что было написано выше – скорость должна быть в пределах 1…2 м/c. Величины скоростей воздуха понадобятся в дальнейшем – во время пуско-наладки всей системы воздушного отопления.

1 Этаж Кол-во/Диам. Скорость, м/с Мансарда Кол-во/Диам. Скорость, м/с
1.1. 1/100 1,56 2.1. 1/125  1,44
1.2. 1/125 1,64 2.2. 1/125 1,68
1.3. 1/125  1,62 2.3. 2/125 1,25
1.4. 1/100 0,43 2.4. 1/125  1,77
1.5. 1/125 2,04 Итого 5/125
1.6. 3/125  1,67
Итого 2/100 6/125 Всего 2/100 11/125

Нужно помнить, что в таблице выше мы рассчитали количество подающих воздуховодов – по ним теплый воздух подается в помещения дома. Но его оттуда нужно еще как-то забрать. Поэтому кроме подающих воздуховодов, нужно еще такое же количество обратных. Диаметр у них такой же, как и у подающих воздуховодов.

Последний пункт расчета на данном этапе – выбор диаметра воздуховода для вентиляции – по которому в дом поступает часть свежего воздуха с улицы. Для данного дома достаточно воздуховода диаметром 125 мм.

4. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет сечения магистральных воздуховодов

В магистральных воздуховодах скорость воздуха может быть повыше, чем в подающих воздуховодах – СНиП рекомендует не превышать значения 4 м/c.

Зная суммарный объем воздуха, который нужно прогнать по всем помещениям дома и ограничиваясь скоростью не более 4 м/c, получаем, что магистральные воздуховоды – как прямой, так и обратный – должны быть сечением 250 х 400 мм или 200 х 450 мм. Либо можно использовать круглые воздуховоды диаметром 315 мм. Вообще говоря, агрегат воздушного отопления АВН системы воздушного отопления Антарес Комфорт сконструирован таким образом, чтобы на него можно было установить прямоугольный прямой воздуховод и 2 круглых обратных. Прямоугольное сечение прямого воздуховода выбрано потому, что с ним на агрегат АВН можно без доработок установить внутренний блок канального кондиционера.

В общем случае сечение магистральных воздуховодов выбирается в соответствии с суммарным объемом прокачиваемого воздуха:

  •    850 м3/час – сечение воздуховодов 200 х 400 мм
  • 1 000 м3/час – сечение воздуховодов 200 х 450 мм
  • 1 100 м3/час – сечение воздуховодов 200 х 500 мм
  • 1 200 м3/час – сечение воздуховодов 250 х 450 мм
  • 1 350 м3/час – сечение воздуховодов 250 х 500 мм
  • 1 500 м3/час – сечение воздуховодов 250 х 550 мм
  • 1 650 м3/час – сечение воздуховодов 300 х 500 мм
  • 1 800 м3/час – сечение воздуховодов 300 х 550 мм

5. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет мощности нагревателя или отопительного котла

Полные теплопотери дома мы рассчитали на этапе 1, это 8,5 кВт. Чтобы не забивать себе голову расчетами, выберем мощность отопительного котла с двойным запасом – т.е. 18 кВт. Этой мощности заведомо хватит на то, чтобы обеспечить дом и теплом, и горячей водой, и при необходимости – теплыми полами.

С электронагревателем достаточно взять запас 1,5. Поскольку совместно с агрегатом воздушного отопления АВН работают нагреватели НЭ мощностью 6, 9, 12, 18, 24 и 30 кВт, то при желании отапливаться электричеством выберем нагреватель НЭ-12, мощностью 12 кВт.

Вообще говоря, для данного конкретного дома был установлен нагреватель НЭ-6, а не НЭ-12. Связано это с тем, что у хозяина дома было подключено только 5 кВт электроэнергии, больше не давали. Этой мощности в сильные морозы не хватало для отопления, поэтому для компенсации недостающих кВт использовался дровяной камин – получилось своеобразное воздушное отопление камином. Камин нагревал воздух в гостиной, а система воздушного отопления Антарес Комфорт разносила этот нагретый воздух уже по всем помещениям. Впоследствии хозяин дома заменил кондиционер тепловым насосом, и проблема с недостающими киловаттами была решена.

 

 

Источник: www.promoonline.ru

Расчет теплопотерь дома

Для выбора СВО необходимо определить количество воздуха для системы, начальную температуру воздуха в воздуховоде для оптимального обогрева помещения. Чтобы узнать эти сведения, нужно рассчитать теплопотери дома, а к основным вычислениям приступать позже.

Любое здание в период холодов теряет тепловую энергию. Максимальное ее количество покидает помещение через стены, крышу, окна, двери и другие ограждающие элементы (далее – ОК), выходящие одной стороной на улицу.

Чтобы обеспечить определенную температуру в доме, нужно вычислить тепловую мощность, которая способна компенсировать тепловые затраты и поддержать в доме желаемую температуру.

Существует ошибочное мнение, что тепловые потери  одинаковы для каждого дома. Одни источники утверждают, что для отопления небольшого дома любой конфигурации достаточно 10 кВт, другие ограничиваются цифрами в 7-8 кВт на кв. метр.

Согласно упрощенной схеме расчетов каждые 10 м2 эксплуатируемой площади в северных регионах и районах средней полосы должны обеспечиваться поставкой 1 кВт тепловой мощности. Эту цифру, индивидуальную для каждого строения, умножают на коэффициент 1,15, тем самым создают запас тепловой мощности на случай непредвиденных потерь.

Однако такие оценки довольно грубые, к тому же в них не учитываются качества, особенности материалов, использующихся при строительстве дома, климатические условия и другие факторы, влияющие на тепловые расходы.

Если в возведении дома использовались современные строительные материалы теплопроводность которых низкая, то и теплопотери конструкции будут меньшими, а значит, тепловая мощность потребуется меньшая.

Если взять тепловое оборудование, генерирующее мощность, превышающую необходимую, то появится избыток тепла, который обычно компенсируют с помощью вентиляции. В этом случае появляются дополнительные финансовые расходы.

Если для СВО подобрано оборудование малой мощности, то в помещении будет ощущаться дефицит тепла, поскольку устройство не сможет генерировать нужно количество энергии, из-за чего потребуется приобретать дополнительные тепловые установки.

Тепловые затраты здания зависят от:

  • строения ограждающий элементов (стен, потолков и др), их толщины;
  • площади отапливаемой поверхности;
  • ориентированности относительно сторон света;
  • минимальной температуры за окном в регионе, городе на протяжении 5 зимних дней;
  • продолжительности отопительного сезона;
  • процессов инфильтрации, вентиляции;
  • бытовых теплопоступлений;
  • расхода тепла на бытовые нужды.

Грамотно рассчитать потери тепла невозможно без учета инфильтрации и вентиляции, существенно влияющих на количественную составляющую. Инфильтрация – естественный процесс перемещения воздушных масс, который происходит во время движения людей по помещению, открытия окон для проветривания и других бытовых процессов.

Вентиляция – специально установленная система, через которую происходит подача воздуха, причем воздух может заходить в помещение с меньшей температурой.

Тепло поступает в помещение не только через систему обогрева, но и через нагревающиеся электроприборы, лампы накаливания, людей. Важно учитывать также расходы тепла на обогрев холодных предметов, принесенных с улицы, одежды.

Перед выбором оборудования для СВО, проектированием системы отопления важно с высокой точность рассчитать теплопотери дома. Сделать это можно с помощью бесплатной программы Valtec. Чтобы не вникать в тонкости приложения, можно использовать математические формулы, которые дают высокую точность расчетов.

Для расчета общих тепловых потерь Q жилища необходимо вычислить тепловые затраты ограждающих конструкций Qorg.k, расходы энергии на вентиляцию и инфильтрацию Qv, учесть бытовые расходы Qt. Потери измеряются и записываются в Вт.

Для вычисления общих теплозатрат Q используют формулу:

Q = Qorg.k + Qv – Qt

Далее рассмотрим формулы для определения тепловых затрат:

Qorg.k , Qv,  Qt.

Определение теплопотерь ограждающих конструкций

Через ограждающие элементы дома (стены, двери, окна, потолок и пол) выходит наибольшее количество тепла. Для определения Qorg.k необходимо отдельно рассчитать теплопотери, которые несет каждый элемент конструкции.

То есть Qorg.k рассчитывается по формуле:

Qorg.k = Qpol + Qst + Qokn + Qpt + Qdv

Чтобы определить Q каждого элемента дома, необходимо узнать его строение и коэффициент теплопроводности или коэффициент теплосопротивления, который указывают в паспорте материала.

Расчет тепловых потерь происходит для каждого однородного слоя ограждающего элемента. Например, если стена состоит из двух разнородных слоев (утеплителя и кирпичной кладки), то расчет производится отдельно для утеплителя и для кирпичной кладки.

Вычисляют тепловые расходы слоя с учетом желаемой температуры в помещении по выражению:

Qst = S × (tv – tn) × B × l/k

В выражении переменные имеют следующий смысл:

  • S – площадь слоя, м2;
  • tv – желаемая температура в доме, °С; для угловых комнат температура берется на 2 градуса выше;
  • tn  –  средняя температура наиболее холодной 5-дневки в регионе, °С;
  • k – коэффициент теплопроводности материала;
  • B – толщина каждого слоя ограждающего элемента, м;
  • l– табличный параметр, учитывает особенности теплозатрат для ОК, расположенных в разных сторон света.

Если в стене, для которой производится расчет, встроены окна или двери, то при расчете Q из общей площади ОК необходимо вычесть площадь окна или двери, поскольку расходы их тепла будут иными.

Коэффициент теплосопротивления высчитывается по формуле:

D = B/k

Формулу тепловых потерь для отдельно взятого слоя можно представить в виде:

Qst = S × (tv – tn) × D × l

На практике для вычисления Q пола, стен или потолков отдельно рассчитывают коэффициенты D каждого слоя ОК, суммируют их и подставляют в общую формулу, что упрощает процесс расчетов.

Учет расходов инфильтрации и вентиляции

В помещение из системы вентиляции может поступать воздух низкой температуры, который существенно влияет на теплопотери. Общая формула для этого процесса выглядит так:

Qv = 0.28 × Ln × pv × c × (tv – tn)

В выражении буквенные символы имеют значение:

  • Ln – расход поступающего воздуха, м3/ч;
  • pv – плотность воздуха в помещении при заданной температуре, кг/м3;
  • tv – температура в доме, °С;
  • tn –  средняя температура наиболее холодной 5-дневки в регионе, °С;
  • c – теплоемкость воздуха, кДж/(кг*°C).

Параметр Ln берется из технических характеристик системы вентиляции. В большинстве случаев приточный воздухообмен обладает удельным расходом 3 м3/ч, исходя из чего Ln вычисляется по формуле:

Ln = 3 × Spol

В формуле Spol – площадь пола, м2.

Плотность воздуха в помещении pv определяется выражением:

pv = 353/273+tv

Здесь tv – заданная температура в доме, измеряется в °С.

Теплоемкость с является постоянной физической величиной и равна 1.005 кДж/(кг× °С).

Неорганизованная вентиляция, или инфильтрация, определяется по формуле:

Qi = 0.28 × ∑Gh × c × (tv – tn) × kt

В уравнении:

  • Gh – расход воздуха через каждое ограждение, является табличным значением, кг/ч;
  • kt – коэффициент влияния теплового воздушного потока, берется из таблицы;
  • tv , tn – заданные температуры внутри помещения и снаружи, °С.

При открытии дверей происходят наиболее значительные теплопотери воздуха, поэтому, если вход оборудован воздушно-тепловыми завесами, их также следует учесть.

Для расчета тепловых потерь дверей используется формула:

Qot.d = Qdv × j × H

В выражении:

  • Qdv – расчетные теплопотери наружных дверей;
  • H – высота здания, м;
  • j – табличный коэффициент, зависящий от типа дверей и их месторасположения.

Если в доме присутствует организованная вентиляция или инфильтрация, то расчеты производятся по первой формуле.

Поверхность ограждающих элементов конструкции может быть неоднородна – на ней могут встречаться щели, неплотности, через которые проходит воздух. Эти тепловые потери считаются незначительными, но их также возможно определить. Сделать это можно исключительно программными методами, поскольку произвести вычисления некоторых функций без использования приложений невозможно.

Бытовые поступления тепла

Через электрические приборы, тело человека, лампы в помещение приходит дополнительное тепло, которое тоже учитывают при расчетах тепловых потерь.

Опытным путем установлено, что такие поступления не могут превышать отметку 10 Вт на 1 м2. Поэтому формула вычисления может иметь вид:

Qt = 10 × Spol

В выражении Spol – площадь пола, м2.

Основная методика расчета СВО

Основной принцип работы любой СВО заключается в передаче тепловой энергии через воздух путем охлаждения теплоносителя. Основные ее элементы – теплогенератор и теплопровод.

Воздух в помещение подается уже нагретым до температуры tr, чтобы поддерживать желаемую температуру tv. Поэтому количество аккумулируемой энергии должно равняться общим теплопотерям здания, то есть Q. Имеет место равенство:

Q = Eot × c × (tv – tn)

В формуле E – расход нагретого воздуха кг/с для отапливания помещения. Из равенства можем выразить Eot:

Eot = Q/ (c × (tv – tn))

Напомним, что теплоемкость воздуха с=1005 Дж/(кг×К).

По формуле определяют исключительно количество подаваемого воздуха, используемого только для отопления только в рециркуляционных системах (далее – РСВО).

Если СВО используют в качестве вентиляции, то количество подаваемого воздуха вычисляют следующим образом:

  • Если количество воздуха для отопления превышает количество воздуха для вентиляции или равно ему, то берут во внимание количество воздуха для отопления, а систему выбирают прямоточной (далее – ПСВО) или с частичной рециркуляцией (далее – ЧРСВО).
  • Если количество воздуха для отопления меньше количества воздуха, необходимого для вентиляции, то принимают во внимание только количество воздуха, необходимого для вентиляции, внедряют ПСВО (иногда – ЧРСВО), а температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле: tr = tv + Q/c × Event.

В случае превышения показателем tr допустимых параметров, следует увеличить количество вводимого через вентиляцию воздуха.

Если в помещении есть источники постоянного тепловыделения, то температуру подаваемого воздуха уменьшают.

Для отдельно взятого помещения показатель tможет оказаться разным. Технически реализовать идею подачи разной температуры в отдельно взятые помещения возможно, но намного проще подавать во все комнаты воздух одинаковой температуры.

В этом случае общую температуру t берут той, которая оказалась наименьшей. Тогда количество подаваемого воздуха вычисляют по формуле, определяющей Eot.

Далее определим формулу для расчета объема поступающего воздуха Vot при температуре его нагревания tr:

Vot = Eot/pr

Ответ записывается в м3/ч.

Однако воздухообмен в помещении Vp будет отличаться от величины Vot, поскольку определять его необходимо исходя из внутренней температуры tv:

Vot = Eot/pv

В формуле для определения Vp и Vot показатели плотности воздуха pr и pv (кг/м3) вычисляются с учетом температуры нагретого воздуха tr и температуры в помещении tv.

Подаваемая температура в помещении tr должна быть выше tv. Это уменьшит количество подаваемого воздуха и позволит сократить габариты каналов систем с естественным движением воздуха или снизить расходы электричества в случае, если используется механическое побуждение для циркуляции нагретой воздушной массы.

Традиционно предельная температура приходящего в помещение воздуха при его подаче на высоте, превышающей отметку 3.5 м, должна составлять 70 °С. Если воздух подается на высоте менее 3.5 м, то его температура обычно приравнивается к 45 °С .

Для жилых помещений высотой 2.5 м допустимый температурный предел 60 °С. При установке температуры выше атмосфера теряет свои свойства и непригодна для вдыхания.

Если воздушно-тепловые завесы располагаются у внешних ворот и проемах, выходящих наружу, то допускается температура входящего воздуха 70 °С , для завес, находящихся в наружных дверях, до 50 °С.

На подаваемую температуры влияют способы подачи воздуха, направление струи (вертикально, по наклону, горизонтально и др.). Если в помещении постоянно находятся люди, то температуру подаваемого воздуха следует уменьшить до 25 °С.

После осуществления предварительных вычислений, можно определять необходимые теплозатраты на нагрев воздуха.

Для РСВО тепловые затраты Q1 рассчитываются по выражению:

Q1 = Eot × (tr – tv) × c

Для ПСВО расчет Q2 производится по формуле:

Q2 = Event × (tr – tv) × c

Расход тепла Q3 для ЧРСВО находится по уравнению:

Q3 = [Eot × (tr – tv) + Event × (tr – tv)]× c

Во всех трех выражениях:

  • Eot и Event – расход воздуха в кг/с на отопление (Eot) и вентиляцию (Event);
  • tn – температура наружного воздуха в °С.

Остальные характеристики переменных прежние.

В ЧРСВО количество рециркуляционного воздуха определяется по формуле:

Erec = Eot – Event

Переменная Eot выражает количество смешанного воздуха, нагретого до температуры tr.

В ПСВО с естественным побуждением есть особенность – количество движущегося воздуха меняется в зависимости от температуры снаружи. Если наружная температура падает, то давление системы возрастает. Это ведет к увеличению поступающего воздуха в дом. Если же температура повышается, то происходит обратный процесс.

Также в СВО, в отличие от систем вентиляции, воздух перемещается с меньшей и меняющейся плотностью по сравнению с плотностью воздуха, окружающего воздуховоды.

Из-за этого явления происходят следующие процессы:

  1. Поступая из генератора, воздух, проходя воздуховоды, заметно охлаждается во время передвижения
  2. При естественном движении количество поступающего в помещении воздуха с течением отопительного сезона меняется.

Вышеперечисленные процессы не учитываются, если в СВО для циркуляции воздуха используются вентиляторы, также она имеют ограниченную длину и высоту.

Если же система имеет множество разветвлений, достаточно протяженная, а здание большое и высокое, то необходимо сократить процесс охлаждения воздуха в воздуховодах, уменьшить перераспределение воздуха, поступающего под влиянием естественного циркуляционного давления.

Чтобы контролировать процесс охлаждения воздуха, выполняют тепловой расчет воздуховодов. Для этого необходимо установить начальную температуру воздуха и уточнить его расход с помощью формул.

Для вычисления теплового потока Qohl через стенки воздуховода, длина которого равна l, используют формулу:

Qohl = q1 × l

В выражении величина q1 обозначает тепловой поток, проходящий через стенки воздуховода длиной 1 м. Параметр вычисляется по выражению:

q1 = k × S1 × (tsr – tv) = (tsr – tv)/D1

В уравнении D1 – сопротивление теплопередачи от нагретого воздуха со средней температурой tsr через площадь S1 стенок воздуховода длиной 1 м в помещении при температуре tv.

Уравнение теплового баланса выглядит таким образом:

q1l = Eot × c × (tnach – tr)

В формуле:

  • Eot – количество воздуха, необходимого для отопления помещения, кг/ч;
  • c – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг °С);
  • tnac – температура воздуха в начале воздуховода, °С;
  • tr – температура выпускаемого в помещение воздуха,°С.

Уравнение теплового баланса позволяет установить начальную температуру воздуха в воздуховоде по заданной конечной температуре и, наоборот, узнать конечную температуру при заданной начальной, а также определить расход воздуха.

Температуру tnach также можно найти по формуле:

tnach = tv + ((Q + (1 – η) × Qohl)) × (tr – tv)

Здесь η – часть от Qohl, поступающая в помещение, в расчетах берется равной нулю. Характеристики остальных переменных были названы выше.

Уточненная формула расхода горячего воздуха будет выглядеть так:

Eot = (Q + (1 – η) × Qohl)/(c × (tsr – tv))

Все буквенные значения в выражении определялись выше. Перейдем к рассмотрению примера расчета воздушного отопления для конкретного дома.

Пример расчета теплопотерь дома

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

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.

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.

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 1.2×1.5 м, одно – 1.2×2 м, одно – 0.3×0.5 м. Двери имеют габариты 1×2.2 м, показатель D по паспорту равен 0.36.

Вычисление тепловых потерь стен

Расчет тепловых потерь будем производить для каждой стены в отдельности.

Для начала найдем площадь северной стены:

Ssev = 8.04 × 2.8 = 22.51

На стене отсутствуют дверные проемы и оконные отверстия, поэтому в расчетах будем использовать это значение S.

Исходя из состава стены, найдем ее общее теплосопротивление, равное:

Ds.sten = Dgb + Dpn + Dkr

Для нахождения D воспользуемся формулой:

D = B/k

Тогда, подставив исходные значения, получим:

Ds.sten = 0.21/2.87 + 0.05/1.678 + 0.09/2.26 = 0.14

Для подсчетов используем формулу:

Qst = S × (tv – tn) × D × l

Учитывая, что коэффициент l для северной стены равен 1.1, получим:

Qsev.st = 22.51 × (22 + 31) × 0.14 × 1.1 = 184

В южной стене располагается одно окно площадью:

Sok3 = 0.5 × 0.3 = 0.15

Поэтому в расчетах из S южной стены необходимо вычесть S окна, чтобы получить максимально точные результаты.

Syuj.s = 22.51 – 0.15 = 22.36

Параметр l для южного направления равен 1. Тогда:

Qsev.st = 22.36 × (22 + 31) × 0.14 × 1 = 166

Для восточной, западной стены уточняющий коэффициент l=1.05, поэтому достаточно вычислить площадь поверхности ОК без учета S окон и двери.

Sok1 = 1.2 × 1.5 × 6 = 10.8

Sok2 = 1.2 × 2 = 2.4

Sd = 1 × 2.2 = 2.2

Szap+vost = 2 × 6.78 × 2.8 – 2.2 – 2.4 – 10.8 = 22.56

Тогда:

Qzap+vost = 22.56 × (22 + 31) × 0.14 × 1.05 = 176

В конечном итоге, общая Q стен равна сумме Q всех стен, то есть:

Qsten = 184 + 166 + 176 = 526

Итого, тепло уходит через стены в количестве 526 Вт.

Теплопотери через окна и двери

В плане дома видно, что двери и 7 окон выходят на восток и запад, следовательно, параметр l=1.05. Общая площадь 7 окон, учитывая вышеизложенные вычисления, равна:

Sokn = 10.8 + 2.4 = 13.2

Для них Q, с учетом того, что D=0.6, будет рассчитываться так:

Qok4 = 13.2 × (22 + 31) × 0.6 × 1.05 = 630

Вычислим Q южного окна (l=1).

Qok5 = 0.15 × (22 + 31) × 0.6 × 1 = 5

Для дверей D=0.36, а S=2.2, l=1.05, тогда:

Qdv = 2.2 × (22 + 31) × 0.36 × 1.05 = 43

Суммируем полученные теплопотери и получим:

Qok+dv = 630 + 43 + 5 = 678

Далее определим Q для потолка и пола.

Расчет теплопотерь потолка и пола

Для потолка и пола l=1. Рассчитаем их площадь.

Spol = Spot = 6.78 × 8.04 = 54.51

Учитывая состав пола, определим общее D.

Dpol = 0.10/0.58 + 0.10/0.13 + 0.2/1.1 + 0.2/0.043 + 0.3/0.93 =61

Тогда тепловые потери пола с учетом того, что температура земли равна +5, равны:

Qpol = 54.51 × (21 – 5) × 6.1 × 1 = 5320

Рассчитаем общее D потолка:

Dpot = 0.10/0.05 + 0.025/0.21 + 0.05/0.35 = 2.26

Тогда Q потолка будет равно:

Qpot = 54.51 × (22 + 31) × 2.26 = 6530

Общие теплопотери через ОК будут равны:

Qogr.k = 526 + 678 +6530 + 5320 = 13054

Итого, теплопотери дома будут равны 13054 Вт или почти 13 кВт.

Вычисление теплопотельпотерь вентиляции

В помещении работает вентиляция с удельным воздухообменом 3 м3/ч, вход оборудован воздушно-тепловым навесом, поэтому для расчетов достаточно воспользоваться формулой:

Qv = 0.28 × Ln × pv × c × (tv – tn)

Рассчитаем плотность воздуха в помещении при заданной температуре +22 градуса:

pv = 353/(272 + 22) = 1.2

Параметр Ln равен произведению удельного расхода на площадь пола, то есть:

Ln = 3 × 54.51 = 163.53

Теплоемкость воздуха с равна 1.005 кДж/(кг× °С).

Учитывая все сведения, найдем Q вентиляции:

Qv = 0.28 × 163.53 × 1.2 × 1.005 × (22 + 31) = 3000

Итого тепловые расходы на вентиляцию составят 3000 Вт или 3 кВт.

Бытовые тепловые поступления

Поступления бытового характера вычисляются по формуле.

Qt = 10 × Spol

То есть, подставляя известные значения, получим:

Qt = 54.51 × 10 = 545

Подводя итоги, можно увидеть, что общие теплопотери Q дома будут равны:

Q = 13054 + 3000 – 545 = 15509

Возьмем в качестве рабочего значения Q=16000 Вт или 16 кВт.

Примеры расчетов для СВО

Пусть температура подаваемого воздуха (tr) – 55 °С, желаемая температура в помещении (tv) – 22 °С, теплопотери дома (Q) – 16000 Вт.

Определение количества воздуха для РСВО

Для определения массы подаваемого воздуха при температуре tr используется формула:

Eot = Q/(c × (tr – tv)) 

Подставляя в формулу значения параметров, получим:

Eot = 16000/(1.005 × (55 – 22)) = 483

Объемное количество подаваемого воздуха рассчитывается по формуле:

Vot = Eot /pr,

где:

pr = 353/(273 + tr)

Для начала вычислим плотность p:

pr = 353/(273 + 55) = 1.07

Тогда:

Vot = 483/1.07 = 451.

Воздухообмен в помещении определяется по формуле:

Vp = Eot /pv

Определим плотность воздуха в помещении:

pv = 353/(273 + 22) = 1.19

Подставляя значения в формулу, получим:

Vp = 483/1.19 = 405

Таким образом, воздухообмен в помещении равен 405 м3 за час, а объем подаваемого воздуха должен быть равен 451 м3 за час.

Расчет количества воздуха для ЧРСВО

Для вычисления количества воздуха для ЧРСВО возьмем полученные сведения из предыдущего примера, а также tr = 55 °С,  tv = 22 °С; Q=16000 Вт. Количество воздуха, необходимого для вентиляции, Event=110 м3/ч. Расчетная наружная температура tn=-31 °С.

Для расчета ЧРСВО используем формулу:

Q3 = [Eot × (tr – tv) + Event × pv × (tr – tv)] × c

Подставляя значения, получим:

Q3 = [483 × (55 – 22) + 110 × 1.19 × (55 – 31)] × 1.005 = 27000

Объем рециркуляционного воздуха составит 405-110=296 м3 в ч. Дополнительный расход тепла равен 27000-16000=11000 Вт.

Определение начальной температуры воздуха

Сопротивление механического воздуховода D=0.27 и берется из его технических характеристик. Длина воздуховода вне отапливаемого помещения l=15 м. Определено, что Q=16 кВт, температура внутреннего воздуха равна 22 градуса, а необходимая температура для отопления помещения равна 55 градусам.

Определим Eot по вышеизложенным формулам. Получим:

Eot = 10 × 3.6 × 1000/ (1.005 × (55 – 22)) = 1085

Величина теплового потока q1 составит:

q1 = (55 – 22)/0.27 = 122

Начальная температура при отклонении η = 0 составит:

tnach = 22 + (16 × 1000 + 137 × 15) × (55 – 22)/ 1000 × 16 = 60

Уточним среднюю температуру:

tsr = 0.5 × (55 + 60) = 57.5

Тогда:

Qotkl = ((574 -22)/0.27) × 15 = 1972

С учетом полученных сведений найдем:

tnach = 22 + (16 × 1000 + 1972) × (55 – 22)/(1000 × 16) = 59

Из этого следует вывод, что при движении воздуха теряется 4 градуса тепла. Чтобы уменьшить потери тепла, необходимо теплоизолировать трубы. Также рекомендуем вам ознакомиться с другой нашей статьей, в которой подробно описывается процесс обустройства системы воздушного отопления.

Выводы и полезное видео по теме

Информативное видео о расчетах СВ средствами программы Ecxel:

Доверять расчеты СВО необходимо профессионалам, ведь только специалисты обладают опытом, соответствующими знаниями, учтут все нюансы при вычислениях.

Возникли вопросы, нашли неточности в приведенных вычислениях или хотите дополнить материал ценными сведениями? Оставляйте, пожалуйста, свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Источник: sovet-ingenera.com

Для чего нужно воздушное отопление

Многие нежилые помещения имеют весьма специфическое назначение, которое затрудняет или делает невозможным обогрев обычными способами. Решением проблемы становится использование воздушного отопления, устройство которого проще, а работа — эффективнее, чем другие системы. Источником тепла является горячий воздух, пропущенный через калорифер и по воздуховодам подаваемый внутрь помещений. Такой способ незаменим при обогреве больших залов (кинотеатры, торговые центры, аэропорты и т.д.), где установка радиаторов малоэффективна и неудобна. Привязка к системе подачи теплоносителя зачастую становится непреодолимым препятствием, тогда как воздушные системы отопления имеют множество вариантов устройства и не так требовательны к деталям. Могут быть использованы:

  • Системы с рециркуляцией теплого воздуха. Теплый воздух, прошедший через помещения, собирается на повторный нагрев. Такой способ более экономичен, но требует дополнительного притока извне для замены воздушного потока на более свежий.
  • Системы с привязкой к вентиляции. Позволяют экономить на оборудовании и воздуховодах, но требуют несколько увеличенных мощностей вентиляторов.
  • Системы с сосредоточенной подачей. Используются для больших залов (кинотеатры, аэропорты, концертные или гимнастические залы). Позволяют создавать скрытую подачу теплого воздуха, без использования воздуховодов в самом помещении.
  • Комбинированные системы. Они действуют периодически — работают на подогрев около 5-10 ° в обычное время и включаются на полную мощность непосредственно перед приходом людей. Способ хорош в помещениях, где люди не находятся постоянно, достигается значительная экономия.

Используемая рекуперация теплоты — повторная циркуляция теплого воздуха, снижающая затраты на нагрев свежего, холодного, позволяет уменьшить мощность калорифера и снизить теплопотери.

Какое оборудование используется для создания системы воздушного отопления

Вне зависимости от типа системы, потребуется:

  • Нагнетающий вентилятор (или несколько вентиляторов, в зависимости от величины).
  • Калорифер КСК или КПСК, либо электрические.
  • Сеть воздухопроводов.

В основном, весь монтаж системы состоит в установке воздуховодов, служащих для транспортировки потока от точки забора до калорифера и далее, по распределяющим линиям в помещения. После этого, в зависимости от используемой схемы, отработанный воздух либо выпускается в атмосферу, либо направляется на повторную циркуляцию с частичной заменой.

Пример расчета системы

Для расчета системы воздушного отопления прежде всего требуется определить теплопотери здания, которые равняются расходу тепла ни обогрев и обозначаются буквой Q:

Q=S·(tv-tn)·B·l/k.

Где S — площадь слоя.
tv — необходимая температура в помещении.
tn — средняя температура в течение 5 наиболее морозных дней в регионе.
B — толщина слоя.
l — величина, учитывающая особенности теплозатрат для разных регионов. Находится в таблицах.
k — коэффициент теплопроводности данного материала.

Зная теплопотери, определяем вес воздуха, поступающего в помещение:

G=Q/(0,24(tпр-tв)) кг/ч,

где tпр — приточная температура (поступающая в помещение).
tв — внутренняя температура в помещении (расчетная).

По имеющемуся весу воздуха можно определить расход:

L=G/γв,
где γв — объемный вес воздуха в помещении при заданной температуре.

По имеющемуся расходу подбирается тип вентилятора.

Температура приточного воздуха (поступающего из калорифера) определяется по формуле:
tпр=tв+Q/0,24G.

Примечание: Приточная температура не должна превышать 70° при подаче на высоте более 3,5 м или 45° при подаче на высоте менее 3,5 м от пола. Если такое случится, следует снижать расход.

При расчете из общей площади ограждающих конструкций вычитаются площади окон и дверей, так как они имеют собственные величины теплопотерь. Для простоты можно воспользоваться таблицами, в которых указываются значения теплопотерь разных материалов — стеновых или оконных блоков.

Плюсы и минусы данной системы отопления для нежилых помещений

Воздушное отопление имеет массу преимуществ:

  • Высокая эффективность обогрева.
  • Низкая инерционность (система начинает эффективно действовать сразу после запуска), высокая скорость нагрева помещений.
  • Высокий КПД — до 93%.
  • Отсутствие теплоносителя (в случае использования электрических нагревателей). Исключается опасность протечек или разрывов труб. Проблемы с воздуховодами решаются намного проще и безопаснее.
  • Имеется возможность объединения системы с вентиляцией, что позволяет сэкономить на оборудовании.
  • Экономичность системы, отсутствие необходимости опрессовок и прочих мероприятий.
  • Срок службы такой системы намного выше, чем любой другой.

Имеются и недостатки:

  • При остановке системы температура в помещении быстро падает.
  • При использовании замкнутого цикла в воздухе понемногу нарастает количество вредных веществ.
  • Имеется необходимость тщательного фильтрования наружного воздуха от пыли, что требует частой замены фильтров.

При всех недостатках, системы воздушного отопления являются наиболее предпочтительными для нежилых помещений.

Воздушное отопление — оптимальный вариант для нежилых помещений, поскольку он позволяет минимизировать расходы, совместить отопление и вентиляцию в единую систему, работающую на одном и том же оборудовании. Кроме того, имеется возможность обогрева помещений только во время работы людей, что дает дополнительные возможности экономии. Простота оборудования, безопасность и высокая эффективность дают основания считать воздушное отопление наилучшим способом обогрева нежилых помещений.

Купить калориферы, воздушные нагреватели и отопительные агрегаты можно позвонив по бесплатному номеру 8-800-200-02-85

Источник: zen.yandex.ru


Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.