Як зробити розрахунок потужності газового котла опалення

Устаткування будинки власної котельні дозволить забезпечити його автономною системою опалення, а при бажанні і гарячою водою для кухні та ванної кімнати або душа. Якщо є можливість підключення будинку до газового трубопроводу, оптимальним вибором буде установка в котельні газового котла. З огляду на невисоку вартість газу в порівнянні з іншими джерелами енергії, витрати на отримання гарячої води можна значно зменшити.

Для того щоб зробити правильний вибір основного елемента вашої котельні, необхідно спочатку розрахувати потужність газового котла. Якщо в якості резервного котла буде встановлений електричний (багато хто воліє робити саме так), потрібно буде провести деякі додаткові розрахунки. Крім потужності котла доведеться розрахувати перетин проводів для його підключення і пристрої захисту.

Потужність будь-яких котлів опалення підраховується виходячи з характеристик будинку, який передбачається опалювати, при цьому потрібно враховувати:

• скільки поверхів у будинку;
• кількість кімнат на кожному поверсі, їх висота;
• наявність веранди і горищного приміщення;
• як влаштована вентиляція;
• скільки і якої конструкції встановлено вікон, дверей;
• з якого матеріалу побудований сам будинок;
• який утеплювач використовується для підлоги, стін і перекриттів.

Крім цього враховується просторова орієнтація будинку, мінімальні температури регіону і інші фактори. щоб зробити розрахунок потужності котла і теплопродуктивність системи опалення, потрібно врахувати максимальні тепловтрати через всі огороджувальні конструкції будівлі, вентиляцію і т.д.

Як підрахувати тепловтрати будинку

Перш ніж проводити розрахунок потужності газового котла, потрібно уважно вивчити планування будинку, щоб знати розташування і площа його кімнат, висоту стель, вживані матеріали для утеплення стін, перекриттів і даху.

Опалення вулиці в плани, звичайно, не входить, але якісь тепловтрати неминучі. Щоб не витрачати на опалення зайві кіловати, можна заздалегідь подбати про якісне утеплення всього будинку. В цьому випадку і потужність котлів опалення можна буде зменшити.

Детально питання про тепловтратах через огороджувальні конструкції будівлі розглядається в СНиП 23-02-2013, де можна знайти необхідні таблиці і формули для розрахунку тепловтрат через різні матеріали. Експериментальні дані можна знайти в будівельних довідниках.

Якщо ми хочемо знайти необхідну мінімальну потужність котла опалення, можна знехтувати, наприклад, впливом вітрів і спрямованістю стін на північ або на південь. Для розрахунку тепловтрати позначимо кількість тепла, яке втрачає 1 м матеріалу, як q, яка вимірюється в Вт / м . Різницю температур всередині (tвн) і на вулиці (tсн) позначимо dT = (ТВН - ТСН), а опір матеріалу теплопередачі як R (° С * м / Вт).

Опір R = dT / q, або q = dT / R.

Це дуже нагадує закон Ома (I = U / R, де I - сила струму, U - напруга, R - опір ділянки кола). Напруга U - це різниця потенціалів, в нашому випадку - різниця температур. Сила струму - кількість заряду, а тут - кількість тепла.

Якщо провести аналогію далі, стіни, підлогу, вікна можна уявити як паралельні опору, а багатошарові конструкції з утеплювачем - як послідовні. Залишається знайти в цьому ланцюзі "силу струму".

Деякі значення тепловтрат для стін, підлоги і стелі з різних матеріалів можна знайти в таблиці на рис. 1.

Щоб знайти загальна кількість втраченого тепла, потрібно розрахувати площа кожної конструкції, тобто порахувати окремо вікна, стіни та ін. Якщо мова йде про багатошарових конструкціях, потрібно знайти (в довідниках) питомий опір теплопередачі кожного шару, скласти їх, а потім знайти тепловтрати по всій площі з урахуванням загального опору.

При розрахунках використовується температура найхолоднішою тижні регіону, де розташована будівля. Для кожної кімнати вибирають температуру по своїх побажань.

Приклад обчислень для окремої кімнати

Як приклад знайдемо тепловтрати окремої кімнати. Її характеристики приймемо такі:

• довжина 4 м;
• ширина 5 м;
• висота 2,8 м;
• 2 зовнішні стіни;
• матеріал стін - цегла, товщина - 2 цегли (або 0,54 м);
• 2 вікна з подвійними рамами;
• горищне перекриття;
• деревяні підлоги.

Дані візьмемо в таблицях, малюнки 1 і 2. На рис. 2 - дані для вікон і склопакетів різної конструкції. Кімнату вважатимемо необштукатуреної, без утеплювача на стінах. Проведемо розрахунок потужності, яку слід взяти у газового котла (або електричного) для компенсації цих втрат. Щоб розрахуватися котла в повному обсязі, потрібно порахувати потужність для компенсації втрат тепла в кожній кімнаті.

Проводячи розрахунок потужності для різних кімнат, слід памятати, що комфортна температура в спальні, вітальні або, наприклад, ванній може дещо відрізнятися, як і температура зовні. Але в цих приблизних розрахунках приймемо температуру на вулиці -30 ° C, а в кімнаті - + 20 ° C.

З таблиці беремо значення тепловтрати вікна, рівне 216 Вт при q = 135 Вт / м . Тепер порахуємо його площа, вона потрібна для наступних розрахунків: S_вікна = 216 (Вт) / 135 (Вт / м ) = 1,6 м . Значить, 2 вікна мають площу 3,2 м .

Вважаємо площа 2 зовнішніх стін без вікон: S_стіни= 2,8 м (4 + 5) м - 2 S_вікна = 2,8 (4 + 5) м - 3,2 м = 22 м .

Площа статі приймемо рівної площі стелі: S_статі = S_стелі = 20 м .

Різницю температур знайти просто: dT = 20 - (-30) = 50 ° С. Тепер можна знайти питому втрату тепла для стін, підлоги і стелі: q_i = DT / R_i. З таблиць (рис. 1 і 2) знаходимо потрібні нам дані:

• R_вікна = 0,37;
• R_стіни = 0,405;
• R_статі = 1,85;
• R_стелі = 1,43.

Звідси отримаємо тепловтрати на 1 м поверхні:

• q_вікна = 50 / 0,37 = 135,135, округлимо до 135 Вт / м ;
• q_стіни = 50 / 0,405 = 123,456, округлимо до 124 Вт / м ;
• q_статі = 50 / 1,85 = 27,027, округлимо до 27 Вт / м ;
• q_стелі = 50 / 1,43 = 34,965, округлимо до 35 Вт / м .

Тепер можемо знайти втрати для всієї площі кожного огорожі, позначимо їх Q_i = q_i S_i:

• Q_вікна = q_вікна S_вікна = 135 Вт / м 3,2 м = 432 Вт;
• Q_стіни = q_стіни S_стіни = 124 Вт / м 22 м = 2728 Вт;
• Q_статі = q_статі S_статі = 27 Вт / м 20 м = 540 Вт;
• Q_стелі = q_стелі S_стелі = 35 Вт / м 20 м = 700 Вт.

Всього Q = 4400 Вт, такі втрати тепла будуть у даній кімнати, і основна їх частина припадає на стіни.

утеплення кімнати

Як показують розрахунки, на опалення взятої для прикладу кімнати (без утеплювача) для підтримки температури + 20 ° C потрібно взяти 4,4 кВт від всієї потужності газового котла. Тепер додамо на стіни утеплювач, наприклад, штукатурку шаром від 2 до 3 см, такі дані є в таблиці на рис. 1.

Опір теплопередачі для штукатурки R = 0,035. Згадаймо порівняння з електричним колом. Щоб знайти загальний опір обштукатуреної стіни, виробляємо розрахунок, як при послідовному зєднанні, тобто складаємо опору. тепер R_стіни = 0,405 + 0,035 = 0,44.

Знаходимо нове значення q_стіни = 50 / 0,44 = 113,63 (63), округлимо до 114 Вт / м . Або для всієї стіни Q_стіни = q_стіни S_стіни = 114 Вт / м 22 м = 2508 Вт. Без штукатурки було 2728 Вт, значить, 220 Вт опалювальної потужності можна заощадити, просто оштукатурений стіну з одного боку.

Додамо тепер на стіну лист гіпсокартону, а під нього кладемо пінопласт, опір матеріалів візьмемо з довідника:

• R_{гіпсокартону} = 0,21;
• R_{пінопласту} = 0,04 - 0,045, нехай буде 0,04.

Перерахуємо загальний опір: Rстени = 0,405 + 0,035 + 0,21 + 0,04 = 0,44 + 0,25 = 0,69.

тоді q_стіни = 72,463, або 73 Вт / м , звідси Q_стіни = 1606 Вт. Виходить, що тепер на потужності опалення зекономлено ще 902 Вт, а в порівнянні з необштукатуреної стіною - одна тисяча сто двадцять дві Вт.

Тепер візьмемо вікна-склопакети. Скла товщиною 4 мм. Його позначення в таблиці виглядає так: 4-Ar6-4-Ar6-4К, втрати складуть 133 Вт проти 216 Вт звичайного вікна. З огляду на, що є 2 вікна загальною площею 3,2 м , то Q_вікна = 133 2 = 266 Вт проти 432 Вт старого вікна. Зекономлено ще 166 Вт, разом - 1288 Вт.

Тоді загальна тепловіддача складе 4400 - 1288 = 3112 Вт.

Що ще необхідно враховувати

Отже, проведений приблизний розрахунок потужності, необхідної для опалення однієї кімнати. Але при цьому не враховано розташування кімнати відносно сторін світу і троянди вітрів. Чи не враховувалося, на якому поверсі розташована кімната, вентиляція, в тому числі інфільтрація, і тепловтрати через двері на вулицю.

Інфільтрацією - природним припливом повітря в приміщення через щілини в дверях, вікнах і інші лазівки - зазвичай нехтують. З приводу вентиляції думки неоднозначні, багато що залежить від конструкції самої вентиляції і частоти обміну повітря в приміщенні. За старим СНиП вважалося, що повний обмін повітря повинен відбуватися щогодини, а на кожен квадратний метр площі припадає 3 м повітря.

Але в дійсності таким умовам відповідають далеко не всі приміщення. Тому зазвичай на вентиляцію додають ще 40% від загального значення тепловтрат в огороджувальних конструкціях.

При обліку орієнтації огороджувальних конструкцій в напрямку північ, північний схід або північний захід зазвичай додається 10% до існуючих тепловтрат. На південь і південний схід - 5%.

Приблизно 15% складуть тепловтрати через фундамент, розташований на мерзлому ґрунті. Стіни і перегородки, за якими знаходяться опалювальні приміщення, в розрахунок тепловтрат не входять, а якщо за стіною неопалюване приміщення, вводять коефіцієнт 70% для корекції результату, тобто отримане значення множать на 0,7.

Якщо котел буде працювати ще й на забезпечення будинку гарячою водою, наприклад, через бойлер, до його загальної потужності додають додатково 25%.

Щоб не робити численні розрахунки з використанням формул, коефіцієнтів, поправок і таблиць, зазвичай використовують спеціальні програми для розрахунку тепловтрат в будівлях. Таких програм розроблено досить багато:

• "Теплові втрати будівель" від ENLAB.RU;
• Herz OZC;
• ALLKLIMA і інші.

Багато програм для розрахунку побудовані на основі таблиць Excel, адже основна складність розрахунку - у великій кількості факторів, що впливають на втрати тепла.

Програми виробляють обчислення по різних ділянках площі з урахуванням численних поправок для кожної ділянки. Вважати це все вручну довго і важко, вимагає великої уваги, щоб не допустити помилок. Результат підрахунку виходить більш точний, але додаткової плати, як за роботу професійного конструктора, не вимагає.

Підключення резервної системи

Для опалення будинку можливе використання електричного котла в якості резервного. Вибір потужності таких котлів має більш широкий діапазон. Якщо газові котли, як правило, мають мінімальну потужність більше 10 кВт, потужність електричного котла можна вибрати, починаючи від 4 кВт. Можливо, резервна система буде підтримувати лише частину опалення або тільки подачу гарячої води.

Поєднати два котла в одній системі можна, використовуючи теплоакумулювальні ємності або просто зробивши перемикання води за допомогою фітингів.

Вибір потужності електричного котла проводиться за тією ж схемою, що і газового, можна лише зробити окремий розрахунок для кімнат, які будуть опалюватися за резервною схемою, якщо вона не охоплює весь будинок. Окремих обчислень вимагає електрична схема підключення, точніше - струм приладів захисного відключення і перетин проводів.

Вибір пристроїв захисту і автоматів проводиться виходячи з характеристик обраного кабелю. Пристрої захисного відключення вибирають в залежності від мети їх застосування (захисту від загоряння, від ураження електричним струмом) і від кількості використовуваних фаз.

Електричні котли до 12 кВт можуть підключатися до однофазної мережі, більшої потужності - лише до 3-фазної, крім того, щоб користуватися котлом більше 10 кВт, потрібно отримати дозвіл Енергонагляду.

Для підключення електрокотла необхідно прокласти окрему проводку, дотримуючись усіх вимог техніки безпеки, в тому числі пожежної.

Кілька заключних зауважень

Після того як підрахована необхідна потужність котла, включаючи опалення та забезпечення будинку гарячою водою, зазвичай додають до розрахункових значень запас міцності 10%, множачи отриманий результат на 1,1. Якщо значення виходить з десятковим дробом, потужність котла округляється в більшу сторону.

Для оцінки необхідної потужності часто використовують спрощену формулу, яка включає в себе питому потужність котла - W_{питома.} Отож її приймають як середньостатистичний коефіцієнт для корекції потужності W_котла для певного регіону, враховуючи його кліматичні особливості.

Формула має такий вигляд: W_котла = W_питома S_{будинки} , де S_{будинки} - це площа всієї будівлі, включаючи підсобні приміщення.

Ця формула не дає точного значення для вибору потужності котла, але дозволяє визначити, на який агрегат варто розраховувати. Таблиця значень цього коефіцієнта приведена на рис. 4. Іноді беруть середнє значення з розрахунку 1 кВт на 10 м , але ця величина дуже приблизною та потребує більш точних розрахунків.

Не слід купувати котел і з великим запасом потужності, так як його автоматика розрахована на певний режим роботи. Порушення проектних умов може призводити до збоїв і неполадок в роботі, передчасного виходу з ладу окремих елементів обладнання.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!