Анализ реального расхода тепловой энергии через стены поможет провести сравнение затрат на котловое оборудование и топливо с расходами на теплоизоляцию ограждающих конструкций.
Расчет системы отопления частного дома: правила и примеры расчета
Организация отопления частного дома является критически важным аспектом для создания уютных и комфортных условий проживания. Действительно, к проектированию отопительного комплекса следует подходить предельно внимательно, так как ошибки на этом этапе могут повлечь за собой значительные финансовые потери. Если вы ранее не выполняли подобные расчеты и не знаете, как правильно их осуществлять, не стоит волноваться — мы готовы помочь вам в этом вопросе.
В данной статье мы детально рассмотрим, как производится расчет системы отопления частного дома для эффективного восполнения теплопотерь, возникающих в зимний период. Приведем конкретные примеры, дополненные наглядными изображениями и полезными видеосоветами, а также актуальными таблицами с показателями и коэффициентами, необходимыми для выполнения вычислений.
Теплопотери частного дома
Здание теряет тепло из-за разности температур воздуха внутри и снаружи конструкции. Теплопотери напрямую зависят от площади ограждающих конструкций, таких как окна, кровля, стены и фундамент. Чем больше площадь этих элементов, тем более выражены теплопотери.
Также следует учитывать материалы, из которых изготовлены ограждающие конструкции, и их размеры. Например, теплопотери через тонкие стены значительно выше, чем через более толстые. Правильный расчет отопления предполагает выбор нагревательного оборудования, способного эффективно компенсировать теплопотери в холодный период года.
Для выборки оборудования необходимой мощности производится суммирование теплопотерь, происходящих через строительные конструкции. В процессе расчетов учитываются тепловые утечки через окна и двери, которые могут быть неплотно закрыты, а также энергия, необходимая для обогрева воздуха, поступающего извне.
В случаях, когда организована механическая вентиляция, обеспечивающая приток свежего воздуха, также необходимо учитывать затраты энергии на его обогрев.
Если вы планируете использовать двухконтурный котел, который будет служить основным агрегатом для отопления и нагрева воды в системе горячего водоснабжения, то в расчетах учтите также необходимую для этих целей энергию.
Кроме того, все расчеты должны отражать тип используемого топлива и его энергетическую эффективность, а корректировки расчетов следует выполнять в зависимости от метода устройства контуров отопления. Например, при скрытой прокладке системы необходимо учитывать теплоотдачу строительных конструкций.
При проектировании открытых схем отопления, соединенных с атмосферой через незамкнутый расширительный бак, не забудьте учесть потери энергии, возникающие из-за остывания теплоносителя.
Система отопления частного дома с двумя агрегатами
Эффективный расчет отопления частного дома учитывает материалы, использованные в постройке ограждающих конструкций. Например, даже при одинаковой толщине, конструкция из дерева будет осуществлять теплопотери медленнее, чем ее кирпичный аналог. Материалы различаются по способу пропускания тепла: одни, такие как металл, кирпич и бетон, передают тепло лучше, в то время как другие, например дерево, минеральная вата или пенополистирол, делают это хуже.
Внутренняя атмосфера жилого помещения косвенно зависит от внешней среды. Зимой стены, окна, двери, крыша и фундамент способствуют передаче тепла из дома на улицу, заменяя его холодом. На эти элементы приходится от 70 до 90% от общего объема теплопотерь коттеджа.
Стены, крыша, окна и двери — все они пропускают тепло наружу в зимний период. С помощью тепловизоров можно наглядно увидеть утечки тепла.
Кроме этого, постоянные утечки тепловой энергии в отопительный сезон также происходят через системы вентиляции и канализации.
При проведении оценки теплопотерь загородной постройки, как правило, такие данные игнорируются. Тем не менее, включение в общий расчет потерь тепла через вентиляционные и канализационные системы является безусловно обоснованным шагом.
Существенно уменьшить утечки тепла через строительные конструкции и оконные/дверные проемы поможет правильно организованная система теплоизоляции.
Выполнить расчет автономного отопительного контура загородного дома без анализа теплопотерь его ограждающих конструкций невозможно. В противном случае не удастся корректно определить мощность котла, необходимую для поддержания комфортной температуры в коттедже даже в самые суровые морозы.
Система отопления своими руками
Расчет отопительной системы частного дома без учета теплопотерь ограждающих конструкций не представляется возможным.
В России, где зима обычно характеризуется долгими холодами, здания теряют тепло из-за резких перепадов температур внутри и снаружи. Чем больше площадь дома, ограждающих и проемных конструкций (крыша, окна, двери), тем выше значения теплопотерь. Существенное влияние на эти показатели также оказывают материалы и толщина стен, а также наличие или отсутствие теплоизоляционного слоя.
Например, стены, возведенные из дерева и газобетона, имеют значительно более низкую теплопроводность по сравнению с кирпичом. Наиболее эффективные изоляционные материалы с высокими показателями теплового сопротивления включают в себя минеральную вату и пенополистирол.
Перед началом проектирования отопительной системы необходимо тщательно проработать все организационные и технические аспекты, чтобы сразу после завершения строительства коробки дома приступить к финишным работам, не откладывая долгожданное заселение на долгое время.
Ключевыми элементами отопления частного дома являются следующие:
- нагревательный агрегат (котел);
- трубопроводная система;
- радиаторы для передачи тепла.
Какой котел лучше выбрать для дома?
Котлы отопления представляют собой главный компонент всей системы. Именно они обеспечивают тепло в вашем доме, поэтому к их выбору следует подходить с самой высокой тщательностью. Котлы различаются по типу топлива, на котором они работают, и каждой категории присущи свои плюсы и минусы:
- Электрические котлы не получили широкой популярности, в первую очередь из-за высокой стоимости как самого оборудования, так и затрат на его эксплуатацию. Цены на электроэнергию оставляют желать лучшего, а также существует риск отключения электропитания, что может привести к моментальной потере отопления.
- Твердотопливные котлы часто используются в удаленных деревнях и поселках, где нет централизованного газоснабжения. Они работают на дровах, брикетах и угле. Существенным недостатком является необходимость постоянного контроля за наличием топлива — если запасы иссякнут, дом перестанет отапливаться. Современные модели предлагают решение этой проблемы с помощью автоматических податчиков, но такие устройства обойдутся значительно дороже.
- Жидкотопливные котлы в большинстве случаев используют дизельное топливо. У них высокая производительность благодаря большому КПД топлива, но высокая цена на ресурсы и необходимость резервуаров с дизелем сдерживают многих потенциальных пользователей.
- Газовые котлы становятся наилучшим вариантом для загородного дома. Они компактны, имеют низкие затраты на газ и высокую теплоотдачу, что позволило им завоевать доверие большинства пользователей.
Методы разводки отопительной системы
Хотя основой проектирования систем водяного отопления (СВО) является принцип приема и передачи тепловой энергии от отопительных приборов к окружающему пространству, существует множество различных методов для реализации данного проекта. Движение теплоносителя по системе может происходить естественным образом (при помощи силы тяжести) или принудительно (с использованием насосов). Так, в системах с самотечными контурами, агент движется благодаря гравитации, в то время как радиаторы с принудительной циркуляцией используют насосы.
Однотрубный контур с нижней разводкой
Системы отопления различаются по размерам и конструкции и делятся на однотрубные и двухтрубные. Принцип работы обоих вариантов имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при подборе оборудования. В однотрубной системе возможны разные схемы отопления:
- Нижняя разводка трубопроводов (в народе известна как “Ленинградка”). В данной схеме магистраль замыкается циклично, проходя через помещения и возвращаясь обратно к котлу. Но у однотрубных систем есть недостатки, такие как неравномерность теплообмена и невозможность регулировки теплового потока.
- Двухтрубная система отопления с попутной схемой называется “петля Тихельмана”. В ней первый радиатор становится началом обратной линии, к которому подключаются остальные радиаторы, а затем теплоноситель возвращается к котлу. Движение рабочего агента происходит по двум трубам, что значительно улучшает стабильность работы системы и повышает ее эффективность, но требует дополнительных финансовых вложений.
- Лучевая или коллекторная разводка (иногда ее называют шкафной). В этой системе источник представляет управляемый коллектор, от которого идут ответвления к каждому отопительному прибору. Преимуществом данной схемы является возможность настройки температуры и отключения отдельных приборов. Также она допускает автоматизацию и позволяет удобно проводить проектирование и установку. Недостатком являются высокие затраты на трубы, что делает монтаж системы дорогостоящим.
Обратная магистраль – петля Тихельмана
Последовательность подготовки к расчету
Расчет контура водяного отопления необходим для того, чтобы понять рабочие параметры системы водяного отопления с учетом исходных позиций и повысить эффективность работы оборудования.
Первым шагом в проектировании является учет следующих данных:
- Диаметр труб (в зависимости от внутреннего диаметра трубопроводов определяется их пропускная способность).
- Потери давления и изменение напора жидкости. Сначала необходимо рассчитать общие потери в системе и утечки расхода воды отдельно по каждому участку.
- Рекомендуемое количество воды в системах, скоростные показатели теплоносителя и как правильно выбрать расширительный бак.
- Формулы для подсчета гидравлического сопротивления коммуникаций и какие циркуляционные насосы целесообразно использовать для установки в систему.
Таблица определения диаметра труб
Перед выполнением точного гидравлического расчета стоит провести исследование теплотехнических параметров, чтобы точно определить количество энергии, необходимое каждому помещению. Этот расчет позволяет выбрать модель теплогенератора, тип отопительных приборов и системы в целом.
После этого можно спроектировать трубный механизм и произвести расчет, учитывающий расход и значения перепада давления. Завершающим этапом будет создание схемы разводки с визуальной изометрической проекцией системы в трех координатах.
Расчет по площади
Это самый простой подход, о котором мы говорили ранее, но с некоторыми уточнениями. Он подходит для помещений с обычной высотой потолка, не превышающей 3 метров.
100 Вт*S/N,
где S — площадь помещения (м²), а N — мощность секции радиатора.
100*15/150=10
Таким образом, для отопления комнаты площадью 15 м² потребуется 10 секций радиатора.
Для получения более точного результата к расчету следует добавить дополнительные проценты:
- +20% за наличие балкона в комнате или окна-эркера;
- +30% в случае наличия двух окон, двух наружных стен и углового расположения квартиры;
- +10-15% за экраны радиаторов, которые полностью их закрывают;
- +15% в запас на случай сильных морозов.
Формулу расчета также дополнительно корректируют климатическим коэффициентом, что актуально для северных и южных регионов, где температуры воздуха значительно отличаются от средней по России. Для северных регионов коэффициент равен 1,6, а для южных — 0,9.
Расчет по объему помещения
Этот метод используется для помещений с высокими потолками и нестандартной конфигурацией. Основной принцип расчета заключается в том, что для отопления 1 м³ необходимо приблизительно 40 Вт тепловой мощности.
V*40Вт/N,
Где V — объем помещения в м³, а N — мощность секции радиатора.
104 (ширина 6,5*длина 5*высота 3,2)*40/150 = 27.
Таким образом, для комфортного отопления помещения объемом 104 м³ необходимо 27 секций радиатора.
Разводка отопления
Перед установкой системы отопления в частном доме необходимо определиться с типом разводки, которая может быть вертикальной или горизонтальной.
Вертикальные схемы с верхней подачей горячей воды применяются для систем с естественной циркуляцией и низким давлением. Они эффективно используют разницу гидростатического давления между холодными и теплыми участками.
Такие схемы продолжают работать даже при аварийном отключении насоса. При отоплении с естественной циркуляцией, нижняя подача горячей воды встречается гораздо реже. Преимуществом вертикальной разводки является меньшая общая длина используемых труб, что делает ее более выгодной для 2-3 этажных домов.
Горизонтальная разводка подходит для одноэтажных строений. В домах с множеством этажей ее иногда внедряют в интерьер, если вертикальная система не совпадает с дизайнерской концепцией.
Различают однотрубные и двухтрубные системы по количеству стояков, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Однотрубная система состоит из одного замкнутого трубопровода для тепловой циркуляции. В этой схеме теплоноситель проходит через котел, затем поднимается по стояку на верхнюю точку системы.
После этого он попадает в расширительный бак и распределяется по радиаторам. Первым радиаторам подается максимально горячая вода, тогда как последующие получают частично остывшую. Вся жидкость проходит только по одному контур.
Существует также классификация на открытые и закрытые системы. Открытая система включает расширительный бачок, в которой теплоноситель непосредственно взаимодействует с атмосферой. В закрытой системе бак изолирован.
Рис. 2 Виды систем отопления
Преимущества
Невысокая стоимость отопительных элементов.
Простой и быстрый монтаж.
Минимальный риск поломки.
Недостатки
Постепенное снижение температуры воды.
Необходимость использования радиаторов с большим количеством поворотов.
Сложность замены элементов при поломках.
Двухтрубная система отличается наличием двух контуров, по которым проходит вода: один предназначен для подачи горячей жидкости к батареям, а другой — для возврата охлажденного теплоносителя в котел. Системы также бывают открытыми или закрытыми.
Закрытые конструкции снижают риски, предоставляя большую безопасность и практичность за счет применения мембранных емкостей в качестве бака. С их помощью можно добавлять или отключать радиаторы, а также целые секции. В большинстве случаев для наполнения закрытых систем используют электрический насос.
Преимущества
Одинаковая температура воды во всех радиаторах.
Если один или два радиатора выйдут из строя, система продолжит функционировать.
Можно добавлять любое количество радиаторов в зависимости от пропускной способности труб.
Недостатки
Высокая стоимость монтажа и элементов системы.
Может не совпадать с общим дизайном интерьера.
Установка занимает значительно больше времени.
Тонкости монтажа отопительной системы
Зонирование отопительной системы следует тщательно продумать ещё на этапе проектирования. Не забывайте: чем дальше котел расположен от конкретной комнаты, тем хуже там будет проводиться отопление. Поэтому рекомендуется устанавливать котел ближе к детской, столовой или кухне.
Учитывайте фактическую тепловую мощность радиаторов. Большинство радиаторов проектируется на выходную температуру 90 градусов, тогда как в частных домах фактический температурный режим может составлять от 70 до 80 градусов.
Перед тем как начать монтаж, проведите расчет тепловых потерь. Он должен учитывать 5 самых холодных дней в году, что можно выяснить, обратившись к СНиП «Климатология» или проконсультировавшись со специалистами. Эти данные повлияют на выбор оборудования и материалов для труб.
Чтобы ваша система отопления работала правильно, рекомендуем обращаться к профессионалам. Установка обычно производится в следующем порядке:
- монтаж котла;
- подключение дымохода;
- установка радиаторов;
- обвязка системы.
Не забывайте менять воду не реже одного раза в семь лет. Если используются антифризы, то их менять нужно раз в 3-4 года, в зависимости от характеристик производительности. При замене теплоносителя рекомендуется промывать всю систему.
Выбирайте радиаторы шириной на 70% от площади окна. Условие поможет сохранить тепло в доме и обеспечить комфортную атмосферу. Этого параметра могут достигнуть панельные батареи. Также рекомендуется использовать терморегуляторы с функцией таймера. Это позволит вам сэкономить до 40% на расходах отопления.
Не устанавливайте панельные радиаторы, если в систему заливается антифриз, так как со временем они могут начать течь.
Если у вас нет опыта в установке, рекомендуем обратиться к профессионалам. Стоимость работа может варьироваться от 30 до 40% от цены оборудования. Оптимальный вариант — сотрудничество с компанией, которая разрабатывает проект, помогает закупить материалы со скидкой и выполняет установку системы «под ключ». При выборе подрядчика уточняйте наличие гарантии на выполненные работы.
