РОЗРАХУНКИ

Розрахунок системи опалення для приватного будинку

Photo

 Зміст статті

Вибір опалювального котла
Розрахунок потужності опалювального котла
Трубопроводи системи опалення
Вибір опалювальних приладів

Сьогодні як основний обігрівач приватного будинку вибирається індивідуальна система водяного опалення. Разом з водяним опаленням також можуть використовуватися електричні нагрівальні прилади, наприклад, що з'явилися порівняно недавно на ринку України ІЧ обігрівачі, теплі підлоги, а також масляні радіатори та ін. Для локального обігріву також використовують каміни, проте камін – сьогодні більше декоративний елемент інтер'єру.

опалення будинку

Ефективність роботи та довговічність системи водяного опалення приватного будинку залежить в основному від правильності розрахунку схеми опалення, якості обладнання і правильності монтажу. В процесі експлуатації також необхідно дотримуватися суворих правил, щоб отримати очікувану якість роботи системи водяного опалення.

Система опалення будинку – це не лише радіатори та котел. Система водяного опалення включає трубопровід, насоси, засоби автоматики, теплоносій, регулювальні пристрої та ін.

Розрахунок системи опалення приватного будинку – це в першу чергу розрахунок потужності основного генератора тепла в будинку, а саме опалювального котла, і підбір потужності радіаторів для кожної кімнати.



Вибір опалювального котла

Котел для системи водяного опалення може бути:

  • газовим,
  • електричним,
  • твердопаливним,
  • рідкопаливним,
  • комбінованим.

Вибирати котел потрібно, виходячи з вартості його використання (вартості палива, що використовуватиметься для нагрівання теплоносія), а також вартості обслуговування (періодичні виклики майстра, як правило раз на рік, з метою перевірки роботи автоматики, очищування фільтрів, можливо, продовження гарантії).

Найпростішими та дешевшими в обслуговуванні вважаються газові котли. Але зрозуміло, що при цьому будинок має бути газифікований. При використанні газового котла в системи автономного опалення будинку нема потреби робити запас пального. Крім того, сучасні газові котли для автономного опалення мають високий ККД (на рівні 95%). Відмітною особливістю газових котлів цього класу є також високий ступінь безпеки. Сьогодні газовий котел не вимагає виділення спеціальної котельної для його установки (виняток становлять котли з відкритою камерою згорання) і чудово може вписатися в дизайн інтер'єру кухні.

Сьогодні також популярні твердопаливні котли. Їх недоліком залишається необхідність хоч раз на добу (іноді навіть рідше) здійснювати завантаження котла паливом. Проте багато виробників сучасних твердопаливних котлів намагаються розробити максимально автоматичні твердопаливні котли, які самі подають паливо в котел. Також вважається, що твердопаливні котли мають циклічну тепловіддачу. Проте сьогодні твердопаливні котли "уміють" регулювати процес горіння регулюючи подачу повітря в камеру згорання і таким чином можуть підтримувати однакову температуру теплоносія в системі автономного водяного опалення. Також твердопаливні котли використовують в системі опалення разом з водяними теплоакумуляторами, що являють собою місткість об'ємом 5-10м3.

Розрахунок системи водяного опалення приватного будинку можна виконати також для електричного котла. При цьому основна проблема, крім вартості електроенергії, – це велике навантаження на електричну мережу. Сьогодні в середньому на один будинок в невеликому селищі виділяється 3 кВт електроенергії, чого мало для підключення електричного котла.

електричний котел

У системі опалення приватного будинку також можна використовувати рідкопаливний котел. Проте питання, пов'язані з екологічністю і безпекою використання рідкопаливних котлів в системі опалення приватного будинку залишаються відкритими. Більш детально про вибір котла опалення дивіться в статті "Вибір котла опалювання для будинку"

Розрахунок потужності опалювального котла

Розрахунок опалення будинку починається з підбору опалювального котла. Перше, що визначатиме ефективність роботи системи автономного опалення приватного будинку, це потужність вибраного опалювального котла. Опалювальний котел надмірність потужності буде перевитрачати паливо, а недостатня потужність "серця" системи опалення не дозволить отримати потрібну температуру в домі.

Підбір потужності котла опалення виконують виходячи зі значення питомих тепловтрат будинку за опалювальний період qбуд, кВт*година/м2. Розрахунок питомих тепловтрат проводять таким чином:

 qбуд=Qріч/Fh,

де Qріч - витрата теплової енергії на опалення будинку впродовж опалювального періоду;

Fh – опалювальна площа будинку.

Розрахунок витрати теплової енергії на опалення приватного будинку проводять по формулі:

Qрічh*[Qk-(Qвн п+Qs)*ν],

де βh - коефіцієнт, що враховує додаткові теплоспоживання системою опалення, що пов'язано з дискретністю опалювального потоку і додатковими тепловтратами через частини стін будинку, на яких встановлені радіатори опалення, тепловтрати трубопроводів, які проходять через неопалювальні приміщення. Розрахунок системи опалення приватного будинку проводять, приймаючи при цьому βh=1,11;

Qвн п – побутові теплові надходження впродовж опалювального періоду;

ν – коефіцієнт, що враховує здатність стін будинку акумулювати або віддавати тепло при періодичному опаленні будинку. Для розрахунку системи опалення приватного будинку ν=0,8;

Qk – загальні тепловтрати будинку. Розрахунок Qk проводять по формулі:

Qk1*Kбуд*Dd*F,

де χ1=0,024 – розмірний коефіцієнт;

F - внутрішня загальна опалювальна площа стін, підлоги і стелі будинку, м2;

Dd – кількість градусів за добу опалювального сезону, що визначається виходячи з температурної зони будинку. У якій зоні розміщений будинок, можна визначити з малюнка нижче. Так, для І температурної зони Dd=3750 °С*доби, для ІІ - Dd=3250 °С*доби, для ІІІ - Dd=2750 °С*доби, для IV - Dd=2250 °С*доби.

температурні зони

Kбуд – спільний коефіцієнт теплопередачі будинку, що розраховується по формулі:

Kбуд=k∑пр+kинф,

де k∑пр - приведений коефіцієнт теплопередачі теплоізоляційної оболонки будинку, що розраховується по формулі:

k∑пр=ξ*(Fнч/R∑пр нч+ Fсч/R∑пр сч+ Fд/R∑пр н+ Fпк/R∑пр пк+ Fц/R∑пр ц)/ F,

де ξ – коефіцієнт, що враховує додаткові тепловтрати, пов'язані з орієнтацією будинку відносно сторін світла, наявністю кутових приміщень, надходженням холодного повітря через вхід до будинку. Для приватних житлових будинків ξ=1,13;

Fнч, Fсч, Fд, Fпк, Fц – площа відповідно стін (непрозорих частин), світлопрозорих частин (вікон, ліхтарів), зовнішніх дверей і воріт, перекриттів (горищних перекриттів), цокольних перекриттів;

kинф – умовний коефіцієнт теплопередачі огороджуючої конструкцій будинку, що враховує тепловтрати за рахунок інфільтрації і вентиляції, та розраховується по формулі:

kинф= χ2*c* υv*Vh *η*γ3/ F,

де χ2=0,278 – розмірний коефіцієнт;

с=1 кДж/(кг*К) – питома теплоємність повітря;

υv=0,85 – коефіцієнт зниження обсягу повітря в домі, що враховує наявність внутрішніх огорож;

Vh – опалювальний обсяг будинку;

η – коефіцієнт впливу зустрічного теплового потоку в огороджених конструкціях. η приймається 0,7 – для стиків панелей стін, а також багато стулкових вікон будинку; 0,8 – для двостулкових вікон і балконних дверей; 1,0 – для одностулкових вікон і балконних дверей; при цьому коефіцієнт η приймається за найбільшим значенням, єдиним по усьому будинку;

γ3 – середня щільність повітря, що визначається для будинку за рахунок інфільтрації та вентиляції, кг/м3. Середня щільність повітря для приватного будинку при розрахунку системи опалення визначається як γ3=353/[273+0,5*(tв+tоп с)],

де tв – розрахункова температура внутрішнього повітря приміщення будинку, що визначається за Таблицею 1.

Таблиця 1. Розрахункові значення температури і вологості повітря для приміщень
 
Призначення будинку
Розрахункова температура внутрішнього повітря tв, °С

Розрахункове значення відносної вологості φΒ, %

Житловий будинок 20 55

Громадський або адміністративний будинок

20 50-60
Лікувальні та дитячі навчальні заклади 21 50

Дошкільні заклади

22 50

 

tоп с – середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період;

Qs – теплові надходження крізь вікна від сонячної радіації впродовж опалювального періоду для чотирьох фасадів дому, що орієнтовані за чотирма сторонами світла – північ (Пн), схід (Сх), Південь (Пд) і захід (Зх). теплові вступи крізь вікна можна розрахувати по формулі:

Qsвв(FПн*IПн+FСх*IСх+FПд*IПд+FЗх*IЗх)+ ξз лз л*Fсв л*Iг,

де ξв, ξз л – коефіцієнти, що враховують затінювання світлового прорізу відносно вікон і зенітних ліхтарів непрозорими елементами заповнення, що приймаються відповідно до Таблиці 2;

εв, εз л – коефіцієнти відносного проникнення сонячної радіації для світлопрозорих заповнень вікон і зенітних ліхтарів, що приймаються за паспортними даними відповідних світлопрозорих конструкцій або за таблицею 2; мансардні вікна з кутом нахилу до горизонту 45 градусів і більше потрібно вважати як вертикальні вікна, а з кутом менше 45 градусів – як зенітні ліхтарі;

FПн, FСх, FПд, FЗх – площа світлопрозорих фасадів будинку, що відповідно орієнтовані за чотирма сторонами світла;

Fсв л – площа світлових зенітних ліхтарів будинку;

IПн, IСх, IПд, IЗх – середня величина сонячної радіації за опалювальний період, що спрямована на вертикальну поверхню за умови хмарності, що відповідно орієнтована за чотирма фасадами будинку (для проміжних орієнтирів фасаду будинку, що відрізняються від напрямів на Пн, Сх, Пд, Зх, величину сонячної радіації потрібно визначати за інтерполяцією;

Iг – середня величина сонячної радіації за опалювальний період, спрямована на горизонтальну поверхню за умов похмурості.

Таблиця 2. Значення коефіцієнтів затінювання світлового прорізу і відносного проникнення сонячної радіації, відповідно вікон і зенітних ліхтарів

Заповнення світлового прорізу

Коефіцієнти ζв і ζз л ; εв і εз л

при дерев'яних або ПВХ плетіннях при алюмінієвих плетіннях
ζв і ζз л εв і εз л ζв і ζз л εв і εз л
Подвійне скло з селективним i-покриттям на внутрішньому склі:

– однокамерні склопакети в одинарному плетінні;

– подвійне скління в спарених плетіннях;

– подвійне скління в розділених плетіннях

0,80 0,75 0,65

 
0,54 0,65 0,60
 
0,80 0,70 0,60
 
0,54 0,65 0,60

Потрійне скління зі звичайного скла в окремих спарених плетіннях

0,50 0,70 0,50 0,70

Однокамерні склопакети та одинарне скління в різних плетіннях

0,60 0,63 0,60 0,63

Однокамерні склопакети з селективним покриттям і одинарне скління в різних плетіннях

0,60 0,58 0,60 0,58

Двокамерні склопакети з селективним покриттям на внутрішньому склі та в одинарному плетінні

0,8 0,48 0,8 0,48

Водночас часто використовується спрощений розрахунок потужності котла. В цьому випадку використовується всього два параметри – опалювальна площа будинку S і питома потужність опалювального котла Wпитома на 10м2. Так, для південних областей України питома потужність приймається рівною 1,5-2 кВт, для центральних областей – 1,2-1,5 кВт, для південних областей України – 0,7-0,9 кВт.

Далі розрахунок потужності опалювального котла для приватного будинку проводять по формулі:

Wкотла= Wпитома*S/10.

Крім того, від площі будинку залежить тип водяного опалення. Для приватних будинків з опалювальною площею до 100м2 підійде система опалення з природною циркуляцією. Якщо ж опалювальна площа будинку більше 100м2, то потрібна примусова циркуляція теплоносія, яку виконує циркуляційний насос.

Циркуляційний насос встановлюється в обратку (зворотна лінія від опалювальних приладів до опалювального котла). Крім того, наявність циркуляційного насоса продовжить термін служби ваших опалювальних приладів, оскільки насос зменшує час контакту опалювального приладу з гарячим теплоносієм. Циркуляційні насоси мають бути надійні, безшумні, прості, довговічні, споживати мало електроенергії оскільки вони працюють безперервно. Багато сучасних опалювальних котлів, наприклад газових, часто мають вбудовані циркуляційні насоси.

Трубопроводи

Трубопроводи системи опалення

Трубопроводи системи опалення виконують передачу (перенесення) теплоносія від опалювального котла до опалювальних приладів. Сьогодні при монтажі системи опалення приватного будинку використовують такі трубопроводи:

– полімерні трубопроводи (поліетиленові, металопластикові, поліпропіленові);
– мідні трубопроводи;
– сталеві трубопроводи.

Усі перераховані типи трубопроводів мають як свої переваги, так і певні недоліки. Розглянемо основні. Так, полімерні труби прості в монтажі, вони не піддаються корозійним процесам. Техніка паяння поліпропіленових трубопроводів розглянута у статті Монтаж поліпропіленових труб. Також полімерні труби мають невеликий гідравлічний опір.

Мідні трубопроводи мають стійкість до високих температур, витримують високий тиск. Сьогодні саме мідні трубопроводи вважаються абсолютно надійними, тому мідні трубопроводи можна заховати в стіни. З'єднання мідних трубопроводів проводять шляхом високотемпературної пайки. Недолік мідних трубопроводів – висока ціна. Крім того, з ними повинні працювати професіонали.

Основний недолік сталевих трубопроводів – потреба в зварювальних роботах. Також такі трубопроводи піддаються корозійним процесам. Сьогодні при монтажі системи опалення приватного будинку також використовують оцинковані сталеві трубопроводи.

Сьогодні в системах опалення приватного будинку використовують, як правило, двотрубну розводку. Двотрубна розводка дозволяє регулювати температурний режим в кожній кімнаті. Для регулювання температури опалювального приладу використовується терморегулятор. Також в системі опалення приватного будинку може використовуватися однотрубна система, єдиною перевагою якої є економія трубопроводів.

Вибір опалювальних приладів

Опалювальні прилади виконують передачу теплової енергії теплоносія кімнатам приватного будинку. Опалювальні прилади бувають:

– конвективні (чи ребристі);
– радіаційні (виконують інфрачервоне випромінювання тепла);
– конвективно-радіаційні.

Комфортний будинок

У системах опалення приватного будинку найчастіше використовуються конвективні та конвективно-радіаційні опалювальні прилади. Деякі властивості опалювальних приладів наведено в Таблиці 3.

Розрахунок потужності опалювальних приладів краще проводити на етапі розрахунку потужності опалювального котла. Паралельно з розрахунком тепловтрат усього будинку потрібно виконувати розрахунок тепловтрат кожної кімнати, де буде встановлений радіатор. Таким чином ви знатимете потужність радіатора для кожної кімнати.

Таблиця 3. Характеристики сучасних опалювальних радіаторів
  Вид радіатора   Тиск: робоче/опресовування/руйнування Обмеження по рН   Корозійна дія Гарантія, років
Кисню

Блукаючих струмів

Електролітичних пар
Сталевий Трубчастий 6-12/9-18,27 6,5 - 9,0 так так слабке 1
Чавунний 6-9/12-15/20-25 6,5 - 9,0 ні ні ні 10
Алюмінієвий 10-20/15-30/30-50 7 - 8 ні так так 3 - 10
Біметалічний 35/57/75 6,5 - 9,0 так так слабке 3 - 10
Анодований 15-40/25-75/215 6,5 - 9,0 ні ні ні 30

Вимоги до монтажу опалювальних приладів:

  • від підлоги до опалювального приладу повинно бути не менше 6 см, що дозволить вільно проводити прибирання;
  • між підвіконням і опалювальним приладом повинно бити не менше 5 см, що дозволить легко зняти радіатор при необхідності;
  • ребра опалювальних приладів повинні встановлюватися вертикально;
  • опалювальні прилади встановлюються під вікнами;
  • центр опалювального приладу розміщується по центру вікна;
  • в одній кімнаті будинку опалювальні прилади повинні розташовуватися на одному рівні.

Читайте також

Всі публікації