Щоб з'ясувати, який потужністю повинно мати у своєму розпорядженні теплосилове обладнання приватного будинку, потрібно визначити загальне навантаження на систему опалення, для чого і виконується тепловий розрахунок. У даній статті ми не будемо говорити про укрупненої методикою підрахунків по площі чи обсягу будівлі, а представимо більш точний спосіб, який використовується проектувальниками, тільки в спрощеному вигляді для кращого сприйняття. Отже, на систему опалення будинку лягає 3 види навантажень:
- компенсація втрат теплової енергії, що йде крізь будівельні конструкції (стіни, підлоги, покрівлю);
- нагрівання повітря, потрібного для вентиляції приміщень;
- підігрів води для потреб ГВП (коли в цьому задіяний котел, а не окремий нагрівач).
Розглянемо, як правильно розрахувати кожну з цих навантажень окремо і визначити загальну потужність опалення будівлі.
Визначення втрат тепла через зовнішні огородження
Для початку представимо формулу з СНиП, по якій проводиться розрахунок теплової енергії, що втрачається через будівельні конструкції, що відокремлюють внутрішній простір будинку від вулиці:
Q = 1 / R х (t в - t н) х S, де:
- Q - витрата тепла, що минає через конструкцію, Вт;
- R - опір передачі тепла крізь матеріал огорожі, м2ºС / Вт;
- S - площа цієї конструкції, м2;
- tв - температура, яка повинна бути всередині будинку, ºС;
- tн - середня вулична температура за 5 найхолодніших днів, ºС.
Для довідки. Згідно з методикою розрахунок тепловтрат виконується окремо для кожного приміщення. З метою спростити завдання пропонується взяти будівлю в цілому, прийнявши прийнятну середню температуру 20-21 ºС.
Площа для кожного виду зовнішнього огородження обчислюється окремо, для чого вимірюються вікна, двері, стіни і підлоги з покрівлею. Так робиться, тому що вони виготовлені з різних матеріалів різної товщини. Так що розрахунок доведеться робити окремо для всіх видів конструкцій, а результати потім підсумувати. Найхолоднішу вуличну температуру в своєму районі проживання ви напевно знаєте з практики. А ось параметр R доведеться розрахувати окремо по формулі:
- λ - коефіцієнт теплопровідності матеріалу огорожі, Вт / (мºС);
- δ - товщина матеріалу в метрах.
Примітка. Значення λ - довідкове, його неважко відшукати в будь-який довідковій літературі, а для пластикових вікон цей коефіцієнт вам підкажуть виробники. Нижче наводиться таблиця з коефіцієнтами теплопровідності деяких будматеріалів, причому для обчислень треба брати експлуатаційні значення λ.
Як приклад підрахуємо, скільки тепла втратить 10 м2 цегляної стіни товщиною 250 мм (2 цегли) при різниці температур зовні і в будинку 45 ºС:
R = 0.25 м / 0.44 Вт / (м × ° С) = 0.57 м2 ºС / Вт.
Q = 1 / 0.57 м2 С / Вт х 45 ºС х 10 м2 = 789 Вт або 0.79 кВт.
Якщо стіна складається з різних матеріалів (конструкційний матеріал плюс утеплювач), то їх теж треба вважати окремо за наведеними вище формулами, а результати підсумувати. Таким же чином прораховуються вікна і покрівля, а ось з полами інша справа. Насамперед необхідно намалювати план будівлі і розбити його на зони шириною 2 м, як це зроблено на малюнку:
Тепер слід обчислити площу кожної зони і по черзі підставити в головну формулу. Замість параметра R потрібно взяти нормативні значення для зони I, II, III і IV, зазначені нижче в таблиці. Після закінчення розрахунків результати складаємо і отримуємо загальні втрати тепла через підлоги.
Витрата на підігрів вентиляційного повітря
Малознаючі люди часто не враховують, що припливне повітря в будинку теж треба підігрівати і ця теплове навантаження теж лягає на опалювальну систему. Холодне повітря все одно потрапляє в будинок ззовні, хочемо ми того чи ні, і на його нагрівання потрібно затратити енергію. Більше того, в приватному будинку повинна функціонувати повноцінна приточно-витяжна вентиляція, як правило, з природним спонуканням. Обмін повітря створюється завдяки наявності тяги в вентиляційних каналах і димоході котла.
Пропонована в нормативної документації методика визначення теплового навантаження від вентиляції досить складна. Досить точні результати можна отримати, якщо прорахувати це навантаження по загальновідомою формулою через теплоємність речовини:
Qвент = cmΔt, тут:
- Qвент - кількість теплоти, що потрібне для нагріву припливного повітря, Вт;
- Δt - різниця температур на вулиці і всередині будинку, ºС;
- m - маса повітряної суміші, що надходить ззовні, кг;
- с - теплоємність повітря, приймається 0.28 Вт / (кг ° С).
Складність розрахунку цього типу теплового навантаження полягає в правильному визначенні маси повітря, що нагрівається. З'ясувати, скільки його потрапляє всередину будинку, при природній вентиляції складно. Тому варто звернутися до нормативів, адже будівлі будують за типовими проектами, де закладені потреба повітрообмін. А нормативи кажуть, що в більшості кімнат повітряне середовище повинна змінюватися 1 раз на годину. Тоді беремо обсяги всіх приміщень і додаємо до них норми витрати повітря на кожен санвузол - 25 м3 / год і кухонну газову плиту - 100 м3 / год.
Щоб розрахуватися теплового навантаження на опалення від вентиляції, отриманий обсяг повітря треба перерахувати в масу, дізнавшись його щільність при різних температурах з таблиці:
Припустимо, що загальна кількість припливного повітря становить 350 м3 / год, температура зовні - мінус 20 ºС, всередині - плюс 20 ºС. Тоді його маса складе 350 м3 х 1.394 кг / м3 = 488 кг, а теплове навантаження на опалювальну систему - Qвент = 0.28 Вт / (кг ° С) х 488 кг х 40 ºС = 5465.6 Вт або 5.5 кВт.
Теплове навантаження від нагрівання води для ГВП
Для визначення цього навантаження можна скористатися тією ж простою формулою, тільки тепер треба порахувати теплову енергію, що витрачається на підігрів води. Її теплоємність відома і становить 4.187 кДж / кг ° С або 1.16 Вт / кг ° С. З огляду на, що сім'ї з 4 осіб на всі потреби досить 100 л води на 1 добу, нагрітої до 55 ° С, підставляємо ці цифри в формулу і отримуємо:
QГВС = 1.16 Вт / кг ° С х 100 кг х (55 - 10) ° С = 5220 Вт або 5.2 кВт теплоти на добу.
Примітка. За замовчуванням прийнято, що 1 л води дорівнює 1 кг, а температура холодної водопровідної води дорівнює 10 ° С.
Одиниця потужності обладнання завжди віднесена до 1 години, а отримані 5.2 кВт - до доби. Але ділити цю цифру на 24 можна, адже гарячу воду ми хочемо отримувати якомога швидше, а для цього котел повинен мати у своєму розпорядженні запасом потужності. Тобто, це навантаження треба додати до решти як є.