Частным застройщикам наверняка будет интересно, как правильно рассчитать мощность отопительного оборудования. Статья познакомит читателей с основами методологии теплотехнических расчетов, чтобы покупка котла не оказалась излишне затратной, а дом зимой — слишком холодным.
От чего зависит требуемая мощность
Каждое строение уникально в силу теплотехнических процессов, в нем происходящих. При выборе мощности котла наиболее интересны показатели тепловых потерь. Строго говоря, мощность котла должна быть эквивалентной количеству тепла, которое уходит из дома из-за разницы температур между двумя средами. Можно назвать ряд основных зон с наивысшими показателями утечек:
- Кровля и потолочное перекрытие — до 30%.
- Стены и пол — до 50%.
- Окна и двери — 15%.
- Вентиляция — 5–10%.
Для установки количественных значений теплопотерь можно пользоваться всевозможными калькуляторами. Более точные данные вычисляются индивидуальными расчетами, для которых имеют фундаментальное значение:
- Толщина и материал стен, перекрытий.
- Разница температур между уличным и комнатным воздухом.
- Площадь ограждающих стен.
- Количество дверей и окон, тип стеклопакетов.
- Пропускная способность вентиляции.
- Глубина промерзания грунта, средние ветровые нагрузки на дом и прочие факторы.
Существует два пути выхода на номинальную мощность, требуемую для поддержания внутри здания комфортной температуры. Первый заключается в практически беспредельном наращивании мощности отопительного оборудования. Второй вариант подразумевает подробное исследование теплотехнических особенностей дома, расчет значения тепловых потерь для каждой ограждающей плоскости и посильное устранение утечек. В последнем аспекте все более актуальным становится тепловизионное исследование помещений и дома в целом.
Расчет тепловых потерь здания
Суть теплотехнического расчета будет проще всего объяснить на примере достаточно примитивного одноэтажного строения. Исходные данные таковы:
- Общая площадь дома: 100 м2.
- Высота потолков: 2,5 м.
- Стены: газобетон 30 см.
- Перекрытие: балочное деревянное толщиной в 25 см с наполнителем из минеральной ваты плотностью 60 кг/м3.
- Вентиляция: воздухообмен до 40 м3 в час.
- Пол: монолитный бетонный с подсыпкой по грунту в 20 см из дробленного керамзита.
Желаемая температура внутри дома: 23–25 °С, в регионе средняя температура января составляет -5...-6 °С. Поскольку расчет выполняется для определения максимальной мощности отопительной системы, необходимо коррелировать эти данные с самой низкой температурой, появляющейся в течение года. Допустим это -25 °С, расчет для такого значения будет выполняться параллельно.
Для удобства поделим дом на четыре зоны по 25, 35 и 40 м2, используя как ориентир контуры внутренних перегородок. Подобное разбиение расчетов на мелкие этапы также делает процесс более легким.
В зоне площадью 25 м2 есть две внешние стены, их общая площадь составляет 26,9 м2. Кроме этого, мы имеем практически 25 м2 пола и столько же потолка. Для каждого типа ограждающей конструкции ведем расчет в индивидуальном порядке, используя формулу:
- Qпот = S x (Δt) x (1 + Qдоб1 + Qдоб2 + ... + QдобN) x Kпоз / Rогр
Здесь: S — площадь однородного ограждения (м2).
Qдоб — доли добавочных потерь: через вентиляцию, открывание дверей или мостики холода, также и при потолках свыше 4 м. Величина условная, общее значение порядка 1,5–2 даст неплохой «запас прочности».
Кпоз — табличное значение коэффициента позиции (положения) расчетной конструкции относительно наружного воздуха. В грубых расчетах принимается равным 1, в зависимости от ориентации стены варьируется от 1,05 до 1,1.
Rогр — сопротивление термопередаче, у каждого материала разное (м2·Кельвин/Вт).
Подставив в формулу известные нам значения, мы получим:
- Для пола Qпот = 25 х 14 х 1,22 х 1,06 / 0,853 = 0,53 кВт·ч для средней температуры (0,72 кВт·ч для минимальной).
- Для потолка Qпот = 25 x 27 x 1,95 x 1 / 1,3 = 1,01 кВт·ч для средней температуры (1,76 кВт·ч для минимальной).
- Для стен Qпот = 26,9 x 30 x 1,85 x 1,05 / 1,12 = 1,44 кВт·ч для средней температуры(2,33 кВт·ч для минимальной).
Соответственно, общие теплопотери первой зоны составляют 2,98 кВт·ч. Избегая дополнительных расчетов, мы пропорционально увеличим теплопотери помещения в 25 м2 в четыре раза, получив 11,92 кВт·ч средних и 19,24 кВт·ч пиковых теплопотерь для всего дома. Последнее, по сути, и есть желаемая мощность отопительного котла (весьма близко к реальности), но не все так просто.
Виды энергии — в чем различия
Если вы не готовы или не хотите снабжать свой дом геотермальным отоплением, то вариантов выбора энергоносителя остается немного: электричество, газ или твердое топливо. Касательно последних двух можно однозначно заявить одно: котельное оборудование на них имеет свойство превращать в полезное тепло только определенную часть топлива, остальное расходуется впустую.
Причин тому несколько: неполное сгорание топлива, потеря части тепла с продуктами горения, сбои автоматики, ведущие к инерционному перегреву. Таким образом, до трети затраченных на газовое отопление денег расходуются впустую, у твердого топлива утечки еще выше.
Электрические котлы этого недостатка лишены: сколько киловатт мощности пропустил вводной кабель, почти столько же внутри дома и осталось, ведь преобразование энергии выполняется с эффективностью в 99% почти для всех типов нагревателей.
От чего зависит КПД котла
В первую очередь от правильной загрузки. Для газового оборудования это производительность горелки, для твердотопливных — масса горючего в топке. Оптимально подбирать количество топлива таким образом, чтобы всё тепло от его горения могло быть принято теплообменниками.
Очень важно понимать, что чем ближе номинальная мощность котла к пиковой, тем сильнее выражены неполная передача тепла и химически неполноценное сгорание. Оптимально выбирать мощность котла на 20–25% выше ожидаемой пиковой, чтобы оборудование не работало в режиме усиленной форсировки.
Многое зависит и от конструкции котла. В современных агрегатах предусмотрена защита от потери тепла через корпус, сплошное окружение топки теплоносителем и высокоэффективные схемы автоматического управления. Не забывайте также о важности регулировки тяги: по большей части топливо не выгорает из-за недостатка кислорода.
Автоматика и вспомогательное оборудование
Вам решать: просто увеличивать мощность котла или попытаться повысить его эффективность. Последнее может достигаться установкой автоматики, которая будет подогревать теплоноситель в оптимальные моменты высокой разности температур, поддерживая постоянной температуру воздуха. Эффективность нагрева воды в системе может также быть увеличена принудительной циркуляцией и избыточным давлением.
Существует немалый арсенал средств утилизации остаточной теплоты — всевозможные рекуператоры и экономайзеры. Можно уверенно сказать, что такая оснастка котла хорошо работает на мощностях свыше 40 кВт, но и при меньших масштабах оборудование может быть вполне себе эффективным.
© рмнт.ру, Игорь Максимов