Расчет мощности котла с горячим водоснабжением: простые схемы

Наша задача — научиться рассчитывать мощность отопительного оборудования с учетом нужд ГВС

Простой расчет по площади

Простейший грубый расчет мощности котла водоснабжения можно выполнить исходя из потребности дома в тепловой энергии в 100 ватт на квадратный метр. Для дома площадью 100 м2 необходимы, таким образом, 10 кВт.

На квадрат отапливаемой площади берется 100 ватт тепла

Дополнительно вводится коэффициент запаса 1,2, компенсирующий неучтенные потери тепла и помогающий сохранить в помещении комфортную температуру в экстремальные заморозки. Какие коррективы вносит в эту схему горячее водоснабжение от котла?

Оно может обеспечиваться двумя способами:

• Накопительным водонагревателем (бойлером косвенного нагрева). В этом случае вводится дополнительный коэффициент 1,1: бойлер отбирает у отопительной системы сравнительно небольшое количество тепла;

Схема водоснабжения котла на твердом топливе, с бойлером косвенного нагрева

• Проточным нагревателем двухконтурного котла. Здесь используется коэффициент 1,2. С учетом коэффициента запаса тепловая производительность котла должна превышать расчетную потребность дома в тепле на 40 процентов. В нашем примере со 100-метровым коттеджем при подключении отопления и системы горячего водоснабжения котел должен производить 14 кВт.

Подключение системы отопления и схема водоснабжения для двухконтурного котла

Обратите внимание: в последнем случае небольшой запас мощности на нужды ГВС связан с кратковременной работой проточного нагревателя. Горячая вода редко расходуется больше получаса в день, а система отопления имеет определенную инерционность, поэтому параметры теплоносителя  не выходят за штатные значения.

Простой расчет котла с ГВС по площади дома

Эта схема вычисления проста, но имеет несколько серьезных недочетов:

• Она учитывает площадь отапливаемого помещения, а не его объем. Между тем потребность в тепле у коттеджей с высотой потолков в 2,5 и в 4 метра будет очень разной;

Помещению с высоким потолком нужно больше тепла

• Она игнорирует различия между климатическими зонами. Как известно, теплопотери здания прямо пропорциональны разнице температур между внутренними помещениями и улицей и будут сильно различаться в Крыму и Якутии;
• Она не принимает во внимание качество утепления здания. Для кладки в кирпич и утепленного пенопластовой шубой фасада теплопотери будут отличаться в разы.

Утепление фасада может многократно сократить потери тепла

Расчет по объему с коэффициентами поправки

Как рассчитать мощность котла на горячее водоснабжение и отопление с учетом всех описанных выше факторов?

• Базовое значение тепловой мощности равно 40 ваттам на куб внутреннего отапливаемого объема;
• Региональный коэффициент принимается равным:

Средняя температура января, °СКоэффициент0 и выше0,7-5 - 00,9-101,1-201,3-251,5-351,8-40 и ниже2

Средняя температура января для разных регионов РФ

• Коэффициент утепления подбирается из следующего ряда значений:

ИзображениеОписание утепления здания и коэффициент

Неутепленный склад со стенами из профлиста

Отсутствие утепления, металлические или щитовые стены — 3-4

Дачный дом для сезонного проживания

Кладка стен в кирпич, однослойное остекление окон —2-3

Дом с капитальными стенами и двойными стеклопакетами

Кладка стен в два кирпича и однокамерные стеклопакеты — 1-2

Максимальная защита от холода

Утепленный фасад, двухкамерные стеклопакеты — 0,6-0,9

• Запас мощности на неучтенные теплопотери и на нагрев горячей воды рассчитывается по прежней схеме.

Давайте повторим наш расчет котла для горячего водоснабжения и отопления с рядом дополнительных вводных:

• Высота потолков в доме равна 3 метрам;
• Дом расположен в Севастополе (средняя температура января +3 градуса);

На фото — январь в Севастополе

• Он оборудован однокамерными пластиковыми окнами и каменными стенами без дополнительного утепления толщиной 40 см.

Итак:

• Отапливаемый объем равен 100*3=300 м3;
• Базовое значение тепловой мощности на отопление — 300*40=12 кВт;
• Климат Севастополя дает нам региональный коэффициент 0,7. 12*0,7=8,4 кВт;
• Коэффициент утепления принимаем равным 1,2. 1,2*8,4=10,08;
• С учетом коэффициента запаса и резерва мощности на работу проточного нагревателя мы получим те же 14 кВт.

Стоило ли усложнять расчеты, если результат неизменен?

Безусловно. Если мы мысленно поместим наш дом в город Оймякон Якутской области (средняя температура января -46,4 градуса), потребность в тепле и, соответственно, расчетная теплопроизводительность котла увеличится в 2/0,7 (соотношение региональных коэффициентов)=2,85 раза. Утепление фасада и установка энергосберегающих стеклопакетов в окна сократит ее вдвое.

Оймякон — самый холодный город страны

Расчет по номинальной мощности  бойлера

Как рассчитываются котлы для горячего водоснабжения с бойлерами косвенного нагрева значительного объема и большим расходом воды из системы ГВС?

Расчетная мощность равна сумме двух слагаемых:

• Потребности дома в тепле без учета коэффициента запаса;
• Номинальной мощности бойлера. В среднем она равна 15 киловаттам на 100 литров объема.

Косвенник Gorenje GV 100 (17400 ватт)

Нюанс: из результата сложения вычитается 20%, поскольку теплообменник котла не будет круглосуточно обеспечивать теплом отопление и ГВС.

Так, при установке пресловутого Gorenje GV 100 в наш дом в Севастополе, мощность котла на водоснабжение и отопление составит 10 (потребность в тепле  отопления +17,4 потребность в тепле бойлера))*0,8=22. Цифра дана с округлением до целого значения киловатта.

Можно ли установить в контур ГВС с бойлером косвенного нагрева котел с производительностью больше расчетной?

Можно, но невыгодно в силу двух причин:

• Цена самого котла быстро растет по мере увеличения номинальной мощности;

Вслед за производительностью котла растет и число на ценнике

• Классические твердотопливные котлы при работе с теплоотдачей ниже номинальной снижают КПД за счет неполного сгорания топлива. Понижение тепловыделения достигается в них самым простым способом — ограничением подачи воздуха заслонкой.

Изменение КПД твердотопливного котла при изменении теплоотдачи

Расчет по расходу и температуре воды

Наиболее точный расчет необходимой для нагрева воды мощности можно выполнить по ее расходу.

Мощность нагрева ГВС

Для выполнения расчета своими руками используется формула Q = (m*с*dT)/t, в которой:

• Q — мощность нагрева (кВт);
• m — масса нагреваемой воды (примерно соответствует ее объему в литрах);
• с — удельная теплоемкость (в случае воды с=4,2);

Теплоемкость воды

• dT — разница температур на входе и выходе водонагревателя (°С);
• t — время нагрева (секунды).

Так, при расходе воды в 5 литров в минуту и ее нагреве с 10 до 35 градусов m=5 (масса пяти литров воды), dT= 35-10=25 (температуры на входе и выходе водонагревателя)  и t = 60 (60 секунд в минуте). Подставляем значения в формулу: Q=(5*4,2*25)/60=8,75 кВт.

Напомним: чтобы получить полное тепловыделение котла, сложите мощность нагрева воды с потребностью дома в тепле без коэффициента запаса и вычтите 20%.

Расход воды

Откуда взять значения расхода воды? Полная инструкция по расчету расхода содержится в СНиП 2.04.01-85; однако вместо обращения к нормативной документации можно просто воспользоваться следующей таблицей:

Расход воды через сантехнические приборы

Чтобы воспользоваться формулой расчета мощности, вам предстоит пересчитать расход в литрах в секунду в литры в минуту, умножив приведенные в таблице значения на 60. Так, если предполагается одновременная работа смесителя мойки и набор воды в ванну, расход воды из системы ГВС составит 0,09*60+0,18*60=5,4+10,8=16,2 литра в минуту.

Заключение

Как видите, грубо  рассчитать котлы для водоснабжения и отопления можно с использованием простейших формул и общедоступных справочных данных. Узнать больше о методиках расчета вам поможет видео в этой статье. Успехов!

Читать далее...