Розрахунок системи опалення для приватного будинку

Розрахунок системи опалення для приватного будинку

Сьогодні, в якості основного обігрівача приватного будинку обирається індивідуальна система водяного опалення. Разом з водяним опаленням також можуть використовуватися електричні нагрівальні прилади, наприклад, з’явилися порівняно нещодавно на ринку України ІЧ обігрівачі, теплі підлоги, а також масляні радіатори та ін. Для локального обігріву також використовують каміни, однак камін – сьогодні більше декоративний елемент інтер’єру.

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

Система опалення будинку – це не тільки радіатори і котел. Система водяного опалення включає в себе 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;

Вибір котла потрібно проводити, виходячи із вартості його використання (вартості палива, що буде використовуватися для нагрівання теплоносія), а також вартості обслуговування (періодичні виклики майстра, як правило, раз на рік, з метою перевірки роботи автоматики, очищення фільтрів, можливо, продовження гарантії).

Газовий котел

Найпростішими і дешевими в обслуговуванні вважаються газові котли. Але зрозуміло, що при цьому будинок повинен бути газифікований. При використанні газового котла, в системі автономного опалення будинку немає необхідності робити запас пального. Крім того, сучасні газові котли для автономного опалення мають високий ККД (на рівні 95%). Відмінною особливістю газових котлів цього класу є також високий ступінь безпеки. Сьогодні газовий котел не вимагає виділення спеціальної котельні для його встановлення (за винятком котлів з закритою камерою згоряння) і прекрасно може вписатися у дизайн інтер’єру кухні.

Твердопаливний Котел

Сьогодні також набувають популярності напівавтоматичні твердопаливні котли. Їх недоліком залишається необхідність, хоча б 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. Однак, сьогодні твердопаливні котли «вміють» регулювати процес горіння, регулюючи подачу повітря в камеру згоряння, 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 представляють ємності об'ємом 5-10 м3.

Електричний Котел

Розрахунок 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 у невеликому селищі виділяється 3 кВт електроенергії, чого недостатньо для підключення електричного котла.

В системі опалення приватного будинку також можна використовувати рідкопаливний котел. Однак питання, пов’язані з екологічністю і безпекою використання рідкопаливних котлів в системі опалення приватного будинку, залишаються відкритими.

Розрахунок потужності опалювального котла

Розрахунок опалення будинку починається з підбору опалювального котла. Це перше, що буде визначати ефективність роботи системи автономного опалення приватного будинку. Потужність опалювального котла необхідно розрахувати правильно. Опалювальний котел надлишкової потужності буде перевитрачати паливо, а недостатня потужність «серця» системи опалення, не дозволить отримати потрібну температуру в будинку.

Підбір потужності опалювального котла здійснюють, виходячи із значення питомих тепловитрат будинку за опалювальний період qбуд, кВт*год/м2. Розрахунок питомих тепловтрат проводять таким чином:

Qбуд=Qрік/Fh,

де Qрік — витрата теплової енергії на опалення будинку протягом опалювального періоду

Fh — опалювальна площа будинку

Розрахунок витрати теплової енергії на опалення приватного будинку здійснюють за формулою:

Qрік=βh*[Qk-(Qвн б+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 здійснюють, приймаючи при цьому βh=1,11;

Qвн б — побутові теплонадходження протягом 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 здійснюють за формулою:

Qk=χ1*Kбуд*Dd*F∑,

де χ1=0,024 — розмірний коефіцієнт;

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

Dd — кількість градусо-діб опалювального сезону, що визначається, виходячи з температурної зони будинку. В якій зоні розміщений будинок, можна визначити з малюнку нижче. Так, для І температурної зони Dd=3750 °С*діб, для ІІ — Dd=3250 °С*діб, для ІІІ — Dd=2750 °С*діб, для IV — Dd=2250 °С*діб.

Kбуд — загальний коефіцієнт теплопередачі будинку, що розраховується за формулою:

Kбуд=k∑пр+kінф,

де k∑нав — приведений коефіцієнт теплопередачі теплоізоляційної оболонки будинку, що розраховується за формулою:

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 щодо сторін світу, наявністю кутових приміщень, надходженням холодного повітря через вхід в будинок. Для приватних житлових будинків ξ=1,13;

Fнч, Fсч, Fд, Fпк, Fц — площа, відповідно, стін (непрозорих частин), світлопрозорих частин (вікон, ліхтарів), зовнішніх дверей та воріт, перекриттів (горищних перекриттів), цокольных перекриттів;

kінф — умовний коефіцієнт теплопередачі огороджувальних конструкцій будинку, що враховує тепловтрати, за рахунок інфільтрації та вентиляції, і розраховується за формулою:

kінф= 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 об’єму повітря в будинку, що враховує наявність внутрішніх огороджень;

Vh — опалювальний об’єм будинку;

η — коефіцієнт впливу зустрічного теплового потоку в огороджених конструкціях. η приймається 0,7 - для стиків панелей стін, а також багатостулкових 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 всьому будинку;

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

де tв — розрахункова температура внутрішнього повітря приміщення будинку, що визначається за табл. 1.

Таблиця 1. Розрахункові значення температури та вологості повітря для приміщення

Qs — теплові надходження крізь вікна від сонячної радіації протягом опалювального періоду для чотирьох фасадів будинку, що орієнтовані за чотирма сторонами світу - північ (Пн), схід (С), південь і захід (З). теплові надходження крізь вікна можна розрахувати за формулою:

Qs=ξс*εс(FПн*IПн+Fс*Iс+FЗ*Iз+FЗ*IЗ)+ ξз ф*εзф*Fсп ф*Iг,

де ξв, ξз л — коефіцієнти, що враховують затінення світлового прорізу щодо вікон і зенітних ліхтарів непрозорими елементами заповнення, що приймаються відповідно до табл. 2;

εс, εз ф — коефіцієнти відносного проникнення сонячної радіації для світлопрозорих заповнень вікон і зенітних ліхтарів, що приймаються за паспортними даними відповідних світлопрозорих конструкцій або за табл. 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, с Fз, FЗ — площа світлопрозорих фасадів будинку, що відповідно орієнтовані за чотирма сторонами світу

Fсп л — площа світлових зенітних ліхтарів будинку;

IПн, Iс, Iз, IЗ — 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 напрямків на Пн, С, Пд, З, величину сонячної радіації треба визначати за інтерполяцією;

Iг — середня величина сонячної радіації за опалювальний період, спрямована на горизонтальну поверхню за умов хмарності.

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

Разом з тим, часто використовується спрощений розрахунок потужності котла. У 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 на рівні 1,5-2 кВт, для центральних областей - 1,2-1.5 кВт, для північних областей України - 1,5-2 кВт.

Далі розрахунок потужності опалювального котла для приватного будинку проводять за формулою:

Wкотла= Wпитома*S/10.

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

Циркуляційний насос встановлюється у зворотну лінію 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 повинні бути надійними, безшумними, простими, довговічними, споживати мало електроенергії, оскільки вони працюють безперервно. Багато сучасних опалювальних котлів, наприклад газові, часто мають вбудовані циркуляційні насоси.

Трубопроводи системи опалення виконують передачу (перенесення) теплоносія від опалювального котла до опалювальних приладів. Сьогодні, під час монтажу системи опалення приватного будинку, використовують такі трубопроводи:

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

Всі 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 пайки поліпропіленових трубопроводів розглянута в 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, під час монтажу системи опалення приватного будинку, також використовують оцинковані сталеві трубопроводи.

Сьогодні, в системах опалення приватного будинку використовують, як правило, двотрубне розведення. Двотрубне розведення 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

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

- конвекційні (або ребристі);

- радіаційні (здійснюють інфрачервоне випромінювання тепла);

- конвекційно-радіаційні.

У системах опалення приватного будинку найчастіше використовуються конвекційні і конвекційно-радіаційні опалювальні прилади. Деякі властивості опалювальних приладів наведено в табл. 3.

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

Таблиця 3. Характеристики сучасних опалювальних радіаторів

Вимоги до монтажу опалювальних приладів:

• від підлоги до опалювального приладу має 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 за 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.