Что такое потребляемая тепловая мощность котла. Как правильно рассчитать мощность котла: рабочая формула
Система отопления — самая важная, сложная и дорогостоящая из всех жилищных коммуникаций. Обустройство отопления требует тщательного проектирования во избежание неприятных последствий, которые часто бывает трудно исправить.
На рынке отопительной техники представлен большой выбор котлов. Множество моделей различаются друг от друга по конструкции, источнику энергии, мощности. Выпускаются котлы с диапазоном мощности: от 4 кВт до нескольких тысяч кВт. Таким образом, есть возможность подобрать оптимально подходящий котел для здания любых габаритов, как для дачного домика, так и загородного коттеджа. Выбор котла того или иного типа: твердотопливный, электрический, жидкотопливный или газовый во многом зависит от региона проживания и уровня развития инфраструктуры. Немаловажным является доступность приобретения определенного вида топлива и его стоимость.
Одним из ключевых моментов планирования жилищного отопления является расчет мощности котла, при этом необходимо учесть особенности, свойственные системам, работающим с разными видами отопителей. Ошибки в подборе мощности котла недопустимы, причем, как ее превышение, так и уменьшение. При недостаточной мощности котла дом будет холодным. Избыточная мощность приведет к перерасходу электроэнергии или топлива.
Расчет мощности отопительного котла по площади помещения
Одним из главных условий комфортного жилья является наличие продуманной системы обогрева. Тип отопления и требуемое оборудование выбирают еще на этапе проектирования дома. Определение мощности котла отопления по площади позволяет получить вполне объективные данные.
Основные правила расчета и параметры, используемые при вычислениях:
- Площадь отапливаемого помещения (S).
- Удельная мощность на 10 м² отапливаемой площади – (Wуд). Эта величина определяется с корректировкой на климатические условия отдельного региона.
- Wуд. Для Московской области составляет - от 1,2 кВт до 1,5 кВт.
- Для южных областей – от 0,7 кВт до 0,9 кВт.
- Для северной зоны – от 1,5 кВт до 2,0 кВт.
- Мощность котла вычисляют по формуле: Wкот = (SхWуд.):10.
Возможно использование упрощенного варианта формулы, в которой Wуд = 1, и теплоотдача котла измеряется как 10 кВт на 100 м² отапливаемой площади. При таком расчете к полученному значению прибавляют не менее 15%, чтобы получить более реальную цифру.
Пример: расчет мощности котла отопления для дома площадью 100 м².
Удельная мощность для Московской области составляет 1,2 кВт.
Таким образом Wкотла = (100х1,2)/10 =12 киловатт.
Для более верного расчета необходимой мощности приборов отопления требуется собрать расширенный перечень данных:
- Действительные теплопотери помещения. Утечка тепла любого здания происходит через двери, окна, крышу, пол, стены, систему вентиляции.
- Разница температуры внутри здания и на улице. При расчете мощности отопительного котла учитывают разницу температуры внутри помещения и за его пределами. Чем больше разность температурных величин, тем больше теплопотери.
- Теплоизоляционные характеристики строительных конструкций. Теплопроводные свойства дверей, окон, стен и пола зависят от материала, из которого они сделаны, следовательно, теплопотери через их поверхности также будут иметь отличия.
Для получения необходимых показателей и коэффициентов при определении мощности котла пользуются строительным справочником.
Как подсчитать реальные теплопотери строения
Тепло теряется из помещения через стены, окна, пол, крышу, вентиляционную систему. На размеры теплопотерь влияют многие факторы: разница между температурой внутри здания и на улице, теплопроводные свойства строительных материалов. Теплопроводность стен, дверей, окон, пола и потолочного перекрытия отличается друг от друга. Единицей измерения сопротивления теплопередаче служит Вт/м2, данная характеристика означает количество потерянного тепла с 1 м² ограждающей конструкции при определенном интервале температур.
Формула №1 для определения сопротивления теплопередаче: R = ΔT/q
- R – сопротивление теплопередаче (°Схм²/Вт или °С/Вт/м²);
- ΔT – разность температуры на улице и в здании (°С);
- q — количество теплопотери на квадратный метр поверхности ограждающих конструкций (Вт/м²).
При определении сопротивления теплопередаче R многослойных конструкций, показатели сопротивления теплопередаче каждого слоя суммируются. В данном расчете учитывается средняя температура на улице самой холодной недели за год, в справочных источниках указывается сопротивление теплопередаче исходя из этих условий. Например, сопротивление теплопередаче материалов при ΔT = 50°С (Тснаружи = –30°С, Твнутри = 20°С).
При определении теплопроводных свойств окон учитывается:
- Сопротивление теплопередаче материалов оконных конструкций и их теплопотери при ΔT = 50°С. толщина стекла (мм).
- Толщина зазора между стеклами в мм.
- Вид газа, заполняющего зазор: воздух или аргон.
- Наличие прозрачного теплозащитного покрытия.
Распространенной ошибкой является мнение, что теплопотери можно компенсировать, выбрав котел большей мощности. На самом деле, разумнее максимально предотвратить нежелательные теплопотери за счет теплоизоляции окон, крыши, дверей, чем ежемесячно переплачивать за газ или электроэнергию. Одни только стеклопакеты сокращают потерю тепла примерно в 2 раза, что позволяет сэкономить 800 кВт/ч электроэнергии в месяц. Более точно теплопотери вычисляют методом пропорции.
Формула №2 для определения сопротивления теплопередаче конструкций из комбинированных материалов: R2 = R1хΔT2/ΔT1
R1 — теплопотери при разности температуры ΔT1 = 50°С;
R2 — теплопотери при разности температуры ΔT2 в соответствии с конкретными данными.
Пример расчета теплопотери стены:
- Толщина стены 20 см,
- Материал стены — сруб из бруса. В справочнике материалов находят значение сопротивления теплопередаче R. Для бруса R=0,806 м²×°С/Вт.
Разница температур ΔT равняется 50°С. Подставив значения в формулу №1:
R = ΔT/q, получают значение теплопотери для 1м² 50/0,806 = 62 Вт/м².
Точно также определяют теплопотери и для всех других материалов. Чем больше разность температуры на улице и внутри здания ΔT, тем выше теплопотери.
В большинстве строительных справочников для удобства расчета приводятся готовые показатели теплопотери различных типов строительных конструкций при отдельных значениях температуры воздуха в зимний период.
Например, теплопотери угловых помещений, где оказывает влияние завихрение воздуха, и не угловых, а также помещения на верхних и нижних этажах, которые также отличаются по степени обогрева.
Пример: расчет теплопотерь угловой комнаты, расположенной на первом этаже
1. Исходные параметры комнаты:
- размеры и площадь — 10.0 м х 6.4 м, S= 64.0 м²;
- высота потолка — 2.7 м;
- количество наружных стен – 2;
- материал и толщина наружных стен — кладка в 3 кирпича (76 см);
- количество окон с двойным остеклением – 4;
- размеры окон: высота — 1.8 м, ширина — 1.2 м;
- пол — деревянный утепленный;
- перекрытия: внизу — подвал, наверху – чердачное помещение;
- предполагаемая температура в комнате +20°С;
- расчетная температура на улице -30°С.
Расчетные действия:
2. Сначала вычисляют площади поверхностей, теряющих тепло.
Площадь наружных стен без учета окон (Sстен): (6.4+10)х2.7 – 4х1.2х1.8 = 35.64 м². Площадь окон (Sокон): 4х1.2х1.8 = 8.64 м². Площадь потолка (Sпотолка): 10.0х6.4 = 64.0 м².
Площадь пола (Sпола): 10.0х6.4 = 64.0 м².
Показатели площади внутренних перегородок и дверей в данном расчете отсутствуют, так через них не происходит потеря тепла.
3. Определяют сопротивление теплопередаче для стены из кирпича:
R = ΔT/q, где ΔT=50, а q кирпичной стены = 0.592
Таким образом, R=50/0.592, и составляет 84,46 м²×°C⁄Вт.
- Qстен=35,64х84,46 = 2956.1 Вт,
- Qокон = 8.64х135 = 1166.4 Вт,
- Qпола = 64×26 = 1664.0 Вт,
- Qпотолка = 64х35 = 2240.0 Вт.
Итого: сумма теплопотерь комнаты площадью 64 кв.м. Qсумма=8026.5 Вт.
В данном примере наибольшие теплопотери приходятся на стены, в меньшей степени на потолок, пол, окна. Результат расчета отражает тепловые потери комнаты в сильные морозы при температуре -30 C°. Чем выше температура воздуха на улице, тем меньше утечка тепла из помещения.
Расчет мощности газового котла отопления
Газовый котел для автономного отопления частного дома пользуется заслуженной популярностью. Такая система удобна, доступна и эффективна. А если дом находится отдаленно от центральных теплосетей, то просто и нет другой альтернативы. Бытовые газовые котлы в большинстве случаев являются наиболее оптимальным вариантом системы обогрева благодаря таким бесспорным преимуществам как: простота и безопасность эксплуатации; отсутствие необходимости в отведении места для хранения топлива, низкая цена топлива, экономичность.
Очень важно при покупке газового котла правильно выбрать подходящую мощность. Если мощность превышает реальные потребности здания в тепле, затраты на отопление будут избыточными. С другой стороны, оборудование с низкой производительностью не способно обеспечить достаточный обогрев помещения. Самый элементарный расчет мощности газового котла по площади: 1 кВт на каждые 10 кв.м. Но такие результаты весьма приблизительны. Чтобы выполнить более точный расчет мощности газового котла, учитывают целый ряд факторов:
- климатические условия региона;
- габариты отапливаемого помещения;
- степень теплоизоляции дома;
- вероятные теплопотери здания;
- количество тепла для подогрева воды;
- количество энергии для нагрева воздуха в системе принудительной вентиляции.
Как правило, при расчетах используют специальный софт: для резервной мощности газового котла добавляют примерно 20% на случай сильного похолодания, понижения давления газа в системе или других непредвиденных ситуаций. Современные отопительные приборы оснащены автоматическим устройством, регулирующим потребление газа. Это удобно, так как избавляет от перерасхода топлива и ненужных затрат.
Многие ошибочно считают расчет мощности котла отопления излишней формальностью, и что можно просто купить газовый котел с высокой мощностью. На самом деле, необоснованное превышение мощности обогревательного оборудования может вызвать необходимость приобретения комплектующих, а значит, повышенные расходы на ремонт системы, снижение функциональной эффективности котла, перебои в работе автоматического устройства, быстрый износ элементов, появление конденсата в дымоходе и другие негативные последствия.
Расчет мощности котла и правильный подбор обогревательного оборудования будут способствовать увеличению срока его эксплуатации. При выборе газового или другого котла, требуется внимательно изучать сопроводительную документацию. В инструкции котла отопления указывается номинальная мощность, которая вырабатывается при номинальном давлении природного газа 13-20 мбар. Снижение давления в магистрали приведет к тому, что котел мощностью, к примеру, 30 кВт потеряет треть своей мощности. В таком случае котел сможет эффективно обогреть дом площадью всего лишь 200 кв.м, вместо расчетных 300.
Формула требуемой мощности газового котла для зданий по типовому проекту: М К = SхУМ К /10
- S – общая площадь отапливаемого помещения (кв.м);
- УМ К – удельная мощность котла в расчете на каждые 10 кв.м поверхности. Удельная мощность котла зависит от климатических условий и составляет: 0,7-0,9 кВт для южных регионов; 1,0-1,2 кВт для областей средней полосы; 1,5-2,0 для северных районов.
Пример: согласно формулы расчетная мощность котла отопления для дома площадью 200 кв.м, расположенного в зоне умеренного климата, составит: 200Х1,1/10=22 кВт.
Следует помнить, что данная формула используется для вычисления мощности котла, при условии использования его только для отопления дома. Если планируется монтаж двухконтурной системы с целью нагрева воды для бытовых нужд, то дополнительно увеличивают мощность отопительного оборудования на 25%.
Чтобы правильно выполнить расчет мощности газового котла отопления для дома с нестандартной планировкой по индивидуальному заказу, пользуются другой формулой.
Формула расчета мощности газового котла для зданий по индивидуальному проекту: М К = QтхКзап,
- М К – расчетная мощность котла (кВт);
- Qт – прогнозируемые тепловые потери (кВт); Кзап – коэффициент запаса, равный 1,15-1,2, (15-20%).
Величина прогнозируемых теплопотерь строения определяется по формуле:
Qт = VхРtхk/860
- V - объем отапливаемого помещения (куб.м);
- Рt - разность уличной и внутренней температуры (С);
- k - коэффициент рассеивания.
Величина коэффициента рассеивания зависит от типа строительного сооружения и степени его теплоизоляции. Для зданий в виде простых строений из дерева или гофрированного железа без теплоизоляции, используется коэффициент рассеивания 3,0-4,0.
Если стены здания с одинарной кирпичной кладкой, стандартные окна и крыша, низкая теплоизоляция, то коэффициент рассеивания равняется 2,0-2,9.
Для домов среднего уровня теплозащиты, со стенами двойной кирпичной кладки, обычной крышей и небольшим количеством окон берется коэффициент рассеивания 1,0-1,9. Для домов с высокой степенью теплозащиты, хорошо утепленным полом, крышей, стенами и пластиковыми окнами с двойными стеклопакетами применяют коэффициент рассеивания 0,6-0,9.
Расчетная мощность отопительного котла для компактных зданий с качественной теплоизоляцией может оказаться совсем небольшой. Возможна ситуация, что в продаже просто не окажется подходящего газового котла с требуемыми характеристиками. В таком случае приобретают оборудование, мощность которого немного превышает расчетную величину. Многие современные модификации газовых котлов оснащены устройствами автоматического регулирования обогрева, которые позволяют выровнять разницу.
Расчет мощности газового котла при помощи программы-калькулятора
Для удобства клиентов производители газовых котлов размещают специальные сервисы на своих веб-ресурсах, что позволяет легко и быстро вычислить расчетную мощность котла. Для этого достаточно ввести в программу-калькулятор следующие данные:
- температура, которую предполагается поддерживать в помещении;
- средняя уличная температура за самую холодную неделю в течение года;
- необходимость в ГВС;
- наличие или отсутствие принудительной вентиляционной системы;
- количество этажей в доме;
- высота потолков;
- описание перекрытий;
- размеры наружных стен: толщина и длина каждой из них;
- описание материалов, из которых выполнены стены;
- количество и размеры окон;
- описание типа окон: число камер, толщина стекла, теплозащитная пленка, вид газа в зазорах.
После заполнения всех полей нажимают кнопку «Выполнить расчет», и программа выдаст требуемую расчетную мощность котла.
Для еще большего удобства предлагаются варианты готовых расчетов мощности котлов различного типа, наглядно представленных в таблицах. Следует учитывать, что для сложных строений эти способы расчета могут не подойти. Например, наличие в здании помещений потолков разной высоты, системы теплого пола, сооружений, требующих дополнительного обогрева (бассейн, оранжерея, сауна). Все эти условия следует обязательно учитывать при проектировании. При любой дополнительной нагрузке на отопительную систему требуется увеличение мощности котла.
Самый оптимальный расчет мощности отопительной системы смогут подготовить только специалисты, инженеры-теплотехники.
Расчет мощности твердотопливного котла
Твердотопливные котлы в последнее время применяются значительно реже электрических и газовых. Они характеризуются доступностью, возможностью автономного функционирования, экономичночной эксплуатацией, необходимостью места для хранения топлива.
Отличительной особенностью, которую следует учитывать при определении мощности твердотопливного котла, является цикличность получаемой температуры. Суточная температура в отапливаемом помещении колеблется в пределах 5ºС. Если нет возможности отказаться от подобной системы, есть два способа, как поддерживать стабильную температуру в помещении: использование термобаллона и применение водяных теплоаккумуляторов.
Термобаллон служит для регулировки подачи воздуха, что позволяет увеличить время горения и сократить количество топок. Водяные термоаккумуляторы объемом от 2 до 10 м² устанавливаются в системе обогрева, снижают энергозатраты и экономят топливо. Все эти меры способствуют уменьшению требуемой производительности твердотопливного котла для отопления частного дома. Эффект от применения этих мер следует учитывать при определении мощности отопительного оборудования.
Расчет мощности электрического котла отопления
Отопительная система с применением электрокотла характеризуется рядом положительных и отрицательных особенностей: высокая стоимость топлива – электроэнергии, возможные проблемы из-за перебоев электроснабжения в сети, экологичность, простота и удобство управления, компактность оборудования.
Расчет мощности электрокотла отопления при помощи программы-калькулятора
Часто производители отопительной техники размещают на своих сайтах формулы для расчета мощности котла или даже калькуляторы, позволяющие учесть сразу несколько определяющих факторов и сделать максимально точный расчет.
Для расчета на калькуляторе, как правило, требуется следующая информация:
- Планируемая температура в помещении.
- Среднее значение температуры на улице самой холодной недели в году.
- Потребность в ГВС.
- Наличие вентиляционной системы.
- Количество этажей.
- Высота потолка.
- Перекрытие верхнее и нижнее.
- Материал. наружных стен.
- Длина и толщина наружных стен.
- Количество, тип и размеры окон.
- Толщина стекла. Величина зазора между стеклами с воздухом или аргоном. Наличие на стекле теплозащитного прозрачного покрытия.
Следует учитывать, что в действительности удельная мощность отопительной системы увеличивается до значения 127 Вт/м 2 при небольшой площади дома (100-150 м 2) и снижается до 85-80 Вт/м 2 для домов площадью 400-500 м 2 , что не соответствует принятому стандартному значению 100 Вт/м 2 , которое обычно рекомендуется для подбора оборудования.
Это вызвано тем, что в домах с небольшой площадью неэффективно расходуется тепло. С увеличением общей площади в доме появляется больше помещений, смежных с отапливаемыми, а также без наружных стен и расположенных в глубине дома. Вследствие этого, удельные теплопотери дома несколько снижаются.
Как рассчитать мощность жидкотопливного котла
Отопительные жидкотопливные котлы имеют как достоинства, так и недостатки: они удобны в эксплуатации, но неэкологочичны, требуют дополнительного пространства для хранения топлива, отличаются повышенной пожароопасностью, имеют довольно высокую стоимость.
Расчет мощности жидкотопливного котла производится аналогично газовому и электрическому. Чем больше будет учтено факторов, влияющих на эффективность обогревательной системы, тем точнее получится расчет, что в свою очередь позволит сделать оптимальный выбор оборудования.
Качество отопления прежде всего зависит от правильного выбора типа обогревательной системы и от точности расчета необходимой производительности котла отопления. Ошибки при проектировании неизбежно приведут к негативным последствиям. Поэтому очень важно перед покупкой отопительного оборудования и монтажом системы собрать полную информацию, выполнить тщательные расчеты и планирование.
Техническим консультантам компании «Термомир», работающим с газовым котельным оборудованием не первый год, часто приходится слышать вопрос – Как подобрать газовый котел по площади дома. Разберемся с этой темой подробнее.
Отопительный газовый котел представляет собой устройство, при помощи сгорания топлива (природного или сжиженного газа) осуществляющего нагрев теплоносителя.
Устройство (конструкция) газового котла : горелка, теплообменник, теплоизолированный корпус, гидравлический блок, а также приборы безопасности и управления. Такие котлы на газе требуют подключения дымохода для отвода продуктов сгорания. Дымоход может быть как обычный вертикальный, так и коаксиальный («труба в трубе») для котлов с закрытой камерой сгорания. Многие современные котлы комплектуются встроенными насосами для принудительной циркуляции воды.
Принцип работы газового котла - теплоноситель, проходя через теплообменник, нагревается и далее циркулирует по системе отопления, отдавая полученную тепловую энергию через радиаторы, теплый пол, полотенцесушители, а также обеспечивая нагрев воды в бойлере косвенного нагрева (в случае его подключения к котлу на газе).
Теплообменник - металлическая емкость, в которой нагревается теплоноситель (вода или антифриз) - может быть выполнен из стали, чугуна, меди и т.д. Надежность и долговечность газового котла зависят от качества теплообменника в первую очередь. Чугунные теплообменники устойчивы к коррозии и имеют длительный срок службы, но чувствительны к резкому перепаду температур и отличаются значительным весом. Стальные емкости могут страдать от ржавчины, поэтому их внутренние поверхности защищают различными антикоррозийными покрытиями, обеспечивающие продление «жизни» прибора. Стальные теплообменники являются наиболее распространёнными при производстве котлов. Медным же теплообменникам коррозия не страшна и благодаря высокому коэффициенту теплопередачи, малому весу и габаритам такие теплообменники часто используются в настенных котлах, но из минусов следует отметить, что они дороже стальных.
Помимо теплообменника немаловажной деталью котлов газовых является горелка, которая может быть различных видов: атмосферная или вентиляторная, одноступенчатая или двухступенчатая, с плавной модуляцией, двойная.
Для управления газовым котлом используется автоматика с различными настройками и функциями (например, погодозависимая система управления), а также устройства для программирования работы и удаленного управления котлом.
Основными техническими характеристиками газовых котлов отопления являются: мощность, количество контуров обогрева, тип топлива., вид камеры сгорания, тип горелки, способ монтажа, наличие насоса и расширительного бака, автоматика управления котла.
Чтобы определить необходимую мощность газового котла отопления для частного загородного дома или квартиры используется простая формула - 1 кВт мощности котла для обогрева 10 м 2 хорошо утепленного помещения при высоте потолков до 3 м. Если требуется обогрев подвала, застекленного зимнего сада, помещений с нестандартными потолками и т.п. мощность котла на газе должна быть увеличена. Также необходимо увеличение мощности (порядка 20-50%) при обеспечении газовым котлом и горячего водоснабжения (особенно если необходим нагрев воды в бассейне).
Особенность расчета мощности у газовых котлов: номинальное давление газа, при котором котел работает на 100% заявленной производителем мощности, для большинства котлов составляет от 13 до 20 мбар, а фактическое давление в газовых сетях в России может быть и 10 мбар, а иногда и ниже. Соответственно, газовый котел часто работает только на 2/3 своих возможностей и это необходимо учитывать при расчете. Более подробно с таблицей расчета мощности котла отопления можно
Большинство газовых котлов можно перевести с работы от природного газа на сжиженный газ (баллонный пропан). Многие модели переключаются на сжиженный газ заводским способом (при покупке уточняйте эти характеристики модели), либо к газовому котлу дополнительно поставляются форсунки (жиклеры) для переключения на баллонный газ.
Плюсы и минусы газовых котлов:
Обвязка котла – это устройства для полноценной работы системы отопления и водоснабжения. В нее входят: насосы, расширительные баки, фильтры (при необходимости), коллекторы, обратные и предохранительные клапаны, воздушные клапаны, вентили и т.д. Также понадобится приобрести радиаторы, соединительные трубы и вентили, терморегуляторы, бойлер и др. Вопрос выбора котла достаточно серьезный, поэтому подбор оборудования и его полную комплектацию лучше доверить профессионалам.
Какой котел самый лучший? На российском рынке газового котельного оборудования есть свои лидеры по качеству и надежности. Лучшие фирмы-производители и марки газовых котлов представлены в ассортименте:
«Премиум-класс» или "Люкс" - самые надежные и долговечные, удобные в управлении, комплект собирается как «конструктор», дороже остальных. К таким производителям можно отнести немецкие компании
Для ответа на этот вопрос недостаточно лишь данных о его кубатуре. Чтобы правильно подобрать отопительное оборудование, нужна информация о теплопотерях дома.
Для обеспечения надлежащего комфорта пользования системой ГВС мощность двухконтурного котла должна быть значительно больше, чем в случае, когда котел лишь обогревает дом.
При строительстве или реконструкции дома возникает необходимость подбора мощности котла для обеспечения жилища теплом и горячей водой.
Без математики — ни шагу.
Основной информацией, необходимой для подбора мощности котла, являются теплопотери дома, которые он должен компенсировать. Их необходимо рассчитать. В каждой стране принята определенная методика расчета теплопотерь, которая учитывает местные климатические условия.
В Украине действует методика, изложенная в ДБН В 2.6-31:2006 «Тепловая изоляция сооружений», которая содержит требования к теплотехническим показателям ограждающих конструкций домов и сооружений и порядок их расчета.
Заказывая архитектору проект дома, вы вправе потребовать, чтобы проект содержал результаты таких расчетов. Исходя из них, вы сможете подобрать не только котел, но и отопительное оборудование для всех помещений. С использованием компьютерной программы. Производить расчет теплопотерь облегчают компьютерные программы, бесплатные версии которых распространяют многие фирмы, занимающиеся монтажом. Благодаря расширенным дополнительным функциям программа позволяет выполнять расчеты даже людям, которые-раньше никогда не сталкивались с проектированием. Но из-за отсутствия соответствующего опыта для проведения расчета им, скорее всего, потребуется значительно больше времени. По результатам таких расчетов лучше проконсультироваться со специалистом.
С помощью анкеты. Если у вас нет проекта с рассчитанными архитектором (проектантом)теплопотерями, можно попробовать определить их самостоятельно, используя упрощенные методы расчетов. Достаточно точными для небольших частных домов являются еще не очень распространенные у нас, но очень практичные анкеты.
В них поставлены вопросы, касающиеся: кубатуры дома, материала стен и их толщины; материала утеплителя и его толщины; количества окон и их размеров, количества камер в стеклопакетах и другие. На каждый из поставленных вопросов представлено несколько вариантов ответа. Нужно выбрать тот, который лучше всего описывает ваш дом. Каждому ответу соответствует определенное число. Производя математические действия с этими числами согласно приложенной инструкции, получим значение, которое описывает теплопотери вашего дома. Его точность вполне приемлема для подбора мощности котла. Заполнение анкеты и расчеты занимают всего лишь несколько минут. Приблизительно. Наиболее простым методом расчета теплопотерь дома является их определение с помощью условного коэффициента, который приблизительно составляет:
130-200 Вт/м- — для домов без теплоизоляции;
90-110 Вт/м- — для домов с теплоизоляцией, построенных в 80-90 годов XX века;
50-70 Вт/м2 — для домов с современными окнами, хорошо теплоизолированных и построенных, начиная с конца 90-х годов XX века.
Теплопотери определяют, умножая значение коэффициента на площадь дома. Эти расчеты очень приблизительны, они не учитывают количество и размеры окон, форму дома и его местоположение — факторы, которые значительно влияют на теплопотери дома. Такие расчеты не должны быть основным критерием при выборе котла, их можно использовать для оценки расчетов проектировщика. К сожалению, разница между этими результатами бывает значительной, поэтому таким образом можно выявить только грубую ошибку.
«На глаз ». Еще совсем недавно, когда топливо было дешевым, дома практически не утеплялись, а окна были негерметичными и никто не задумывался над понятием энергосбережения — монтажники подбирали мощность котла очень просто — 1 кВт на каждые 10 м- площади дома. Но сегодня нужно подбирать котел, опираясь на строгие расчеты.
Более высокий комфорт — более высокая мощность.
Двухконтурный котел мощностью 18 кВт позволяет комфортно использовать горячую воду только одному человеку. Открывание в это время второго крана приведет к значительному снижению напора и температуры горячей воды. Большая семья будет испытывать дискомфорт от работы ГВС, которую обеспечивает такой котел. Приобретение котла большей мощности, например 28 кВт, возможно, устранит дискомфорт при пользовании ГВС, но нужно взвесить, не будет ли минимальная мощность такого котла слишком большой по сравнению с потребностью в тепле для обогрева дома.
Чтобы котел работал в наиболее подходящем ему режиме, то есть с постоянной [приблизительно одинаковой) мощностью, используются гидравлические системы с четырехходовым смесительным клапаном.
Похожего эффекта, но за меньшие деньги, можно достичь, установив так называемый термогидравлический распределитель
Теплопотери и мощность котла.
Рассчитанные теплопотери дома равны его максимальной потребности в тепле, необходимом для поддержания в доме комфортной температуры — обычно +20°С. Максимальная потребность в тепле возникает в самые холодные дни, когда наружная температура опускается (в зависимости от температурной зоны) до -22°С. Следует учитывать, что такие морозы бывают лишь несколько дней в году, а иногда не наблюдаются несколько лет подряд. Тем не менее, котел должен эффективно функционировать на протяжении всего отопительного сезона, когда температура колеблется чаще всего вблизи нуля. В этом случае для обогрева дома достаточно котла наполовину меньшей {чем расчетная) мощности. Поэтому часто покупка котла большей мощности не имеет смысла — не только в связи с его более высокой ценой, но также с учетом понижения КПД его работы тогда, когда потребность в тепле будет значительно ниже расчетной. Недостаток тепла в холодные дни можно восполнить другими источниками, например камином или электрическими обогревателями.
Как совместить высокую мощность с низкой потребностью.
Лучше всего, если котел на протяжении всего времени работает с постоянной, номинальной мощностью. Но потребность в тепловой энергии (в зависимости от наружной температуры) все время меняется. Как решить эту задачу? Смесительные клапаны. Одним из способов такого решения является использование гидравлических систем с четырехходовым смесительным клапаном или с термогидравлическим распределителем. В таких системах температура воды, поступающая в радиаторы, регулируется не изменением мощности котла, а изменением положения регулирующего клапана и производительностью циркуляционных насосов. Благодаря этому котел постоянно работает в оптимальных условиях. Это очень хорошее, но достаточно дорогое решение.
Многоступенчатые горелки.
В небольших и не очень дорогих системах с газовыми или жидкотопливными котлами вопрос адаптации производительности котла к актуальной потребности в тепле решается с помощью многоступенчатых горелок. Когда не нужна полная мощность, котел, оснащенный такой горелкой, работает с более низкой мощностью (более низкая ступень горелки). Более совершенным вариантом являются горелки с плавной регулировкой мощности, так называемой модуляцией. Они повсеместно используются в навесных газовых котлах. В жидкотопливных котлах они встречаются значительно реже. Котел с модуляционной горелкой является более дешевым и менее хлопотным вариантом, чем система со смесительным клапаном. Не требуется никаких дополнительных элементов — вся необходимая арматура смонтирована в корпусе котла, Регулировка мощности возможна также в современных твердотопливных котлах, которые работают на пеллетах и оснащенных автоматизированной системой подачи топлива (к сожалению, дорогих).
Модуляция не является идеальным решением.
Котел с модуляционной горелкой вырабатывает энергию, равную текущей потребности в тепле. На первый взгляд, можно было бы предположить, что при выборе такого котла не нужно точно определять теплопотери дома. Ведь зная их лишь приблизительно, можно купить котел большей мощности, который в любом случае будет работать с необходимой на определенный момент мощностью. К сожалению, на практике модуляция мощности котла не полностью решает все вопросы. Сразу после включения котел начинает работать с максимальной мощностью, по истечению некоторого времени его автоматика начинает снижать мощность до оптимального уровня. Если мощный котел будет работать в небольшой системе, то в условиях, когда потребность в тепле небольшая (т. е. наружная температура около нуля или выше), вода в системе нагреется еще до того, как горелка достигнет необходимого уровня модуляции и котел отключится. Вода в системе быстро остынет и ситуация повторится. Котел будет работать в импульсном режиме — так, как будто он оснащен одноступенчатой горелкой большой мощности. Модуляция мощности возможна лишь в ограниченном диапазоне, который обычно составляет не меньше, чем 30% максимальной мощности. Поэтому слишком большая максимальная мощность котла приведет к возникновению сложностей с адаптацией его производительности при более высокой наружной температуре. Есть котлы с более широким диапазоном модуляции мощности, но это более дорогие конденсационные котлы.
Жидкотопливный котел не для маленького дома.
Достаточно большие затруднения возникают при подборе жидкотопливного котла для небольшого дома. Для компенсации теплопотерь хорошо утепленного дома площадью около 150 м: обычно достаточно котла мощностью не более 10 кВт, а мощность представленных на рынке жидкотопливных котлов минимум в два раза выше. Работа жидкотопливного котла в импульсном режиме (то есть частое включение и выключение) еще более неблагоприятна для него, чем для газового котла. Сразу после включения жидкотопливной горелки из продуктов сгорания выделяется много сажи и продуктов неполного сгорания, которые засоряют камеру сгорания котла. Поэтому ее придется часто чистить, иначе слой сажи будет затруднять теплообмен, и КПД котла снизится, то есть он будет потреблять больше топлива.
Центральное отопление -это только начало.
Большинства описанных проблем, которые возникают, теоретически можно избежать, подобрав котел с мощностью, которая не превышает, а даже немного ниже расчетных теплопотерь дома. Но на практике энергия котла обычно используется не только для системы ЦО, но и для подогрева воды системы ГВС. В небольших, хорошо утепленных домах мощность, необходимая для обогрева дома значительно меньше, чем та, которая нужна для быстрого нагрева требуемого количества воды системы ГВС. Это усложняет проблему оптимального выбора котла.
Мощность котла и горячая вода.
Двухконтурный котел нагревает воду для системы ГВС проточным способом. Время протекания воды через теплообменник является непродолжительным, поэтому котел должен обладать высокой мощностью, чтобы за это время мог нагреть достаточное количество воды, Самые маломощные двухконтурные котлы имеют мощность 18 кВт, потому что это тот минимум, который еще позволяет приготовить достаточное (для принятия душа) количество горячей воды. Если такой котел будет оснащен модуляционной горелкой, он сможет работать с минимальной мощностью около 6 кВт, то есть приближенной к максимальным потерям тепла в хорошо утепленном доме площадью около 100 м-. На практике на протяжении большей части отопительного сезона потребность в мощности для отопления такого дома, скорее всего, будет составлять около 3 кВт. Следовательно, это не идеальная, но приемлемая ситуация.
Одним из способов снижения необходимой мощности двухконтурного котла является использование накопительного бака для горячей воды системы ГВС. Тогда котел может нагревать воду медленнее, потому что после открывания крана в распоряжении имеется запас теплой воды в накопительном баке. Чем больше его объем, тем дольше он может восполнять недостающее количество приготовленной котлом воды системы ГВС. Поэтому мощность котла может быть ниже.
Одноконтурный котел с бойлером.
Объем бойлера косвенного нагрева (накопительного водонагревателя с теплообменником), который подключен к одноконтурному котлу, обычно составляет более 100 литров. Благодаря этому одновременное использование горячей воды несколькими потребителями не приводит к исчерпанию ее запаса на протяжении нескольких минут, следовательно, мощность котла, работающего совместно с водонагревателем, может быть ниже, чем мощность двух-контурного котла. Поэтому можно считать, что мощности котла, которая необходима для компенсации теплопотерь дома, достаточно также для нагрева воды в бойлере. Однако, подбирая мощность одноконтурного котла, лучше посчитать, сколько времени будет занимать нагрев воды в бойлере, Это можно сделать с помощью формулы:
Т = mc B (t 2 — t 1) / P,
где: Т — время нагрева воды (с); m — масса воды в бойлере (кг); с B — удельная теплоемкость воды — 4,2кДж/(кг х К); t2 — температура, до которой должна быть нагрета вода (°С); t 1 — начальная температура воды в бойлере (°С); Р — мощность котла (кВт).
Например : время нагрева воды, имеющей температуру 10°С (принято считать, что это температура холодной воды, поступающей в водонагреватель), до 50°С в 200-литровом бойлере котлом мощностью 12 кВт будет составлять: 200 х 4,2 х (50 — 10J/12 = 2800 (с) = 46,7 (мин).
Это достаточно долго , особенно учитывая, что во время нагрева воды в бойлере, из котла, работающего на полную мощность, в систему ЦО теплая вода не поступает. За это время в помещениях может стать прохладно.
Однако следует отметить, что ситуация, при которой весь объем воды имеет температуру 10°С, может произойти только после отключения котла минимум на несколько часов. На практике холодная вода поступает в бойлер по мере расходования горячей. Даже при ее интенсивном использовании, например, при очень быстром наполнении ванны до краев, из такого большого бойлера будет использовано около половины горячей воды. После этого температура воды (горячей, смешанной с холодной) в бойлере будет составлять около 30°С. В этом случае время нагрева воды составит 23 минуты и его можно считать удовлетворительным. Разовое потребление горячей воды в доме на одну семью обычно значительно ниже, поэтому вода в бойлере будет нагреваться еще быстрее.
Вариант решения проблемы . Проблему совместного использования мощности котла для системы ЦО и для подготовки воды ГВС можно решить радикальным способом: купив два независимых прибора — котел для системы ЦО и водонагреватель для ГВС. Но это, безусловно, дорогое решение.
Почему не более мощный?
Что происходит, если котел обладает слишком большой мощностью?
Его производительность можно регулировать, только лишь изменяя количество поступающего в топку воздуха. Работая с мощностью, меньшей номинальной {то есть с недостачей воздуха), топливо будет сгорать не полностью, поэтому его расход будет больше. Кроме того, несгоревшие соединения будут уходить в дымоход, вызывая его более быстрое засорение.
Газовый или жидкотопливный котел, работающий с современной системой ЦО (содержащей небольшое количество воды), после включения горелки очень быстро нагревает воду в системе до нужной температуры и выключает горелку. Время работы горелки будет тем меньше, чем больше мощность котла. Может случиться так, что оно будет слишком коротким и продукты сгорания не смогут прогреть дымоход до нормальной температуры. Тогда в дымоходе будет выпадать конденсат, который, соединяясь с другими продуктами сгорания, образует кислоты, разрушающие дымоход, а иногда и сам котел.
Если горелка работает продолжительное время, отходящие газы прогревают дымоход до высокой температуры, благодаря чему конденсат не будет образовываться, а возникший в начальной фазе работы горелки, — испарится.
При частом включении и выключении котел потребляет больше топлива, чем при непрерывной работе, потому что при каждом включении часть энергии будет расходоваться на нагрев элементов котла и дымохода. Кроме того, частые изменения температуры отрицательно влияют на его прочность.
Слишком мощный твердотопливный котел использует большее количество топлива, а тепловая энергия в любом случае не будет полностью использована для отопления
Слишком мощный газовый котел будет часто включаться, что снижает его энергоэффективность и ускоряет износ элементов.
Как использовать избыток мощности котла?
Если вы все же купили котел, мощность которого значительно выше расчетной потребности в тепле для обогрева дома, условия его работы можно значительно улучшить, установив бак-аккумулятор (называемый еще буферный бак).
Такое решение, используемое в системах с солнечными коллекторами, рекомендуется использовать прежде всего в системах с твердотопливными котлами. Благодаря баку-аккумулятору , независимо от кратковременной потребности в тепле, котел может работать с номинальной мощностью, при которой он обладает наивысшим КПД. Бак-аккумулятор полностью заполнен водой.
В системах с твердотопливным котлом его оптимальный объем можно определить из расчета: 10 л на каждый квадратный метр отапливаемой площади. Когда на улице относительно тепло, автоматические регулировочные клапаны ограничивают приток горячей воды в радиаторы, направляя ее в теплообменник хорошо теплоизолированного бака-аккумулятора, нагревая находящуюся там воду. Большой ее объем (для дома площадью 100 м: он должен быть 1000 л) на протяжении времени работы котла аккумулирует из системы большое количество избыточной тепловой энергии.
Когда топливо в котле перегорит, и его топка остынет, в радиаторы начнет поступать теплая вода из буферного бака. Благодаря этому система отопления по-прежнему будет функционировать надлежащим образом.
Системы отопления с большим количеством воды имеют значительную тепловую инерцию, благодаря которой горелки газовых и жидкотопливных котлов работают в более благоприятных условиях. Периоды работы горелки и перерывов между ними являются более продолжительными — дольше длится нагрев большего количества воды, которая затем дольше остывает. Однако реакция системы на изменения наружной температуры происходит медленнее, из-за чего сложнее поддерживать в помещениях комфортную температуру.
В процессе планирования отопительной системы для дома, дачи или производственного помещения возникает вполне закономерный вопрос: как подобрать котел по площади? Чтобы сделать это правильно, нужно учесть следующее:
- Если дом утеплён в соответствии со всеми нормативами и требованиями и имеет потолки до 3м, то ориентировочно мощность котла определяется из расчёта 1КВт на 10м² площади, которую предполагается отапливать.
- Если дом утеплён плохо, или в качестве обогреваемых помещений выступают застеклённые веранды, неутеплённые мансарды и т.п., то мощность котла должна быть ещё больше.
- Если котёл будет использоваться не только для отопления, но и для горячего водоснабжения, то требуемая мощность увеличивается на 20-50%.
Неспециалист может определить нужную мощность котла только приблизительно, потому что в более сложную формулу включаются ещё несколько различных показателей (толщина стен, количество, тип и размеры окон и др.). Окончательный расчёт должен делать профессионал, способный правильно осуществить подбор котла по площади. (См. также: )
Формула для расчёта мощности котла
Почему разговор ведётся в первую очередь о мощности отопительного котла? Просто потому что это - практически главный параметр его работы. Причём независимо от того, какой именно тип топлива будет использоваться (газовый ли это котёл, жидкотопливный, твердотопливный или электрический), именно по мощности определяется то, подходит ли он для обогрева и ГВС вашего дома. Будет ли во всех помещениях поддерживаться комфортный температурный режим в зимний сезон или в весенне-осенний прохладный период. Если мощность слишком велика, котёл не сможет выйти на оптимальный для себя режим работы и придётся просто-напросто переплачивать за излишек топлива/энергии для него.
Рассмотрим формулу, которую используют, когда делают подбор котла по площади.
Параметрами, определяющими тепловую мощность, являются:
- площадь помещения, которое планируется отапливать (S);
- удельная мощность котла на 10м² обогреваемого помещения, уже примерно установленная для разных регионов с учётом климатических условий каждого (Wуд.). Для Москвы и Подмосковья Wуд. = 1,5 кВт. Для районов Севера Wуд. = от 1,5 до 2,0 кВт. Для районов Юга Wуд. = от 0,7 до 0,9 кВт.
Так можно решить вопрос с тем, как подобрать котел по площади. Эта формула считается упрощённым вариантом, хотя, в принципе, показывает правильные результаты. Основное её преимущество - простота. Но у неё есть и минусы. Она может не подойти для расчёта мощности в более сложных случаях (например, как было указано выше, если вместе с домом предполагается отапливать и ещё что-нибудь вроде большой застеклённой веранды).
Двухконтурные котлы для домов площадью до 200 м²
Газовые двухконтурные котлы призваны обеспечивать как отопление дома, так и горячее водоснабжение. В приведённом примере по расчёту мощности котла для дома в 80м² полученный результат в 9,6кВт - лишь примерная цифра. Таблица рекомендует приобрести для такой площади оборудование мощностью не менее 25кВт (например, такой, как котлы Протерм Гепард). Иначе зимой, когда на улице морозы до минус 25°С и отопительная система полностью загружена, кто-то из ваших близких не сможет принять тёплый душ, в то время как вы, например, моете посуду.
Поэтому если по вашим расчётам необходимо приобрести котёл, допустим, 14кВт мощностью, а в магазинах и на рынке вы видите только котлы, у которых этот показатель начинается с цифры 18, берите более мощный (на порядок, больше не надо), и даже не раздумывайте. Автоматика (ведь ею снабжены почти все марки современных котлов) сама подстроится под нужды помещения. Помните только, что запас мощности не должен составлять более 25%.
Предназначенные для использования в частных жилых домах, квартирах и дачах, котлы Протерм Гепард очень удобны в обслуживании, снабжены дисплеем, на котором отражена вся информация о работе котла в настоящий момент. Некоторые модели можно устанавливать в помещениях, где совсем нет дымохода. Всё это позволяет отнести их к разряду отопительного оборудования повышенной комфортности.
Двухконтурные котлы для домов площадью до 300 м²
Он прекрасно выдерживает не только перепады температуры на улице, но и скачки напряжения, что тоже характерно для России. Внезапно упавшее давление воды или газа ему тоже не страшны. Такой котёл работает без поломок и сбоев очень долго благодаря высокому качеству всех комплектующих. Кроме того, у него очень приятная цена, поэтому навесной котел Навьен - один из лучших вариантов для загородных коттеджей.
Отопительные котлы для помещений до 1 тыс. м²
Для отопления зданий большой площади часто используются твердотопливные котлы с механическими топками и со шкафом управления. Они очень быстро нагревают помещение, что немаловажно. Если внезапно происходит сбой в подаче электроэнергии или температура воды и её давление отклоняются от допустимых норм, срабатывает автоматика безопасности, которая входит в состав топок и подача топлива прекращается. К такому оборудованию относится котел Братск М. Он работает на сортированном буром и каменном углях. Размеры кусков не должны превышать 100 мм. Чугунные секции котла должны быть установлены на основании из кирпичей. Один из безусловных плюсов в удобстве его обслуживания то, что во время возможных аварийных ситуаций после отключения подачи топлива автоматически включается сигнализация. Всё это делает котел Братск М удобным и безопасным в эксплуатации.
КПД отопительных котлов
Что такое вообще КПД котла? Это разница между количеством тепла в топливе и тем количеством тепла, что было передано воде (теплоносителю). Формула, с помощью которой можно сделать расчет КПД котла выглядит так: КПД = 100 - q2 - q3 - q4 -q5 - q6 (значения q - это тепловые потери).
Прежде чем рассчитывать КПД, нужно измерить температуру уходящего газа специальным термометром на газоходе котла. Разделить полученную величину на 15, прибавить 2, прибавить 3, прибавить 2. Все эти цифры - ориентировочны и обозначают те самые тепловые потери.
Пример: температура газов на выходе - 330°С
330/15 + 2 + 3 + 2 = 29 %
Итого: КПД котла составляет 71%
Конечно, для определения эффективности работы отопительного прибора, в первую очередь производится расчет КПД котла. Но этот коэффициент не считается определяющим при оценке работы всей системы.
