Перед проектуванням опалювальної системи, монтажем обігрівального обладнання важливо підібрати газовий котел, здатний генерувати необхідну кількість тепла для приміщення. Тому важливо вибрати пристрій такої потужності, щоб його продуктивність була максимально високою, а ресурс - великим.
Ми розповімо про те, як розрахувати потужність газового котла з високою точністю і урахуванням певних параметрів. У представленій нами статті докладно описані всі види втрат тепла через отвори і будівельні конструкції, наведені формули для їх обчислення. З особливостями виробництва розрахунків знайомить конкретний приклад.
Типові помилки при виборі котла
Правильний розрахунок потужності газового котла дозволить не тільки заощадити на витратних матеріалах, а й підвищить ККД приладу. Устаткування, тепловіддача якого перевищує реальні потреби в теплі, буде працювати неефективно, коли як недостатньо потужний пристрій не зможе обігріти приміщення належним чином.
Існує сучасне автоматизоване обладнання, яке самостійно регулює подачу газу, що позбавляє від недоцільних витрат. Але якщо такий котел виконує свою роботу на межі можливостей, то зменшуються терміни його експлуатації.
В результаті знижується ККД обладнання, швидше зношуються деталі, утворюється конденсат. Тому виникає необхідність розрахунків оптимальної потужності.
Основним умова для установки газового котла є пристрій внутрішньої газової мережі, підключеної до централізованого газопостачання, групі балонів або газгольдери 
При виборі газового котла необхідний облік діаметра труб підводки газової та опалювальної систем. Для установки двоконтурного котла будинок повинен бути обладнаний водопроводом, мінімальний тиск в якому також вимагає обліку перед придбанням 
Для грамотного вибору газового котла необхідно враховувати тиск в поставляє газ магістралі. У разі підключення до централізованої мережі, вона вказується постачальником палива 
Потужність газового обладнання безпосередньо пов'язана з розмірами агрегату, типом установки і конструктивним виконанням 
Настінний варіант більш компактно, але слід врахувати, що за 1 хвилину настінний котел нагріває тільки 0, 57 л води на 25º. Це прийнятно для дачі або квартири, для обігріву великого будинку потрібен більш потужний агрегат 
Підлогові газові котли набувають, якщо обсяг циркулюючого по системі теплоносія більше 150 л. Потужність варіює від 10 до 55 і більше кВт 
Підлогові газові котли можуть використовуватися як в якості опалювального котла, так і в якості водонагрівача, здатного одночасно забезпечувати водою до 4х водорозбірних точок 
Підлогове газове обладнання для систем опалення випускають в широкому діапазоні модифікацій, обсяг яких може досягати 280 л
Існує думка, що потужність котла залежить виключно від площі поверхні приміщення, і для будь-якого житла оптимальним буде розрахунок 100 Вт на 1 кв.м. Тому, щоб підібрати потужність котла, наприклад, на будинок 100 кв. м, буде потрібно устаткування, що виробляє 100 * 10 = 10000 Вт або 10 кВт.
Такі розрахунки в корені невірні в зв'язку з появою нових оздоблювальних матеріалів, удосконалених утеплювачів, які знижують необхідність придбання обладнання високої потужності.
Потужність газового котла підбирається з урахуванням індивідуальних особливостей житла. Вірно підібране устаткування буде працювати максимально ефективно при мінімальних витратах палива
Здійснити розрахунок потужності газового котла опалення можна двома способами - вручну або з використанням спеціальної програми Valtec, яка призначена для професійних високоточних розрахунків.
Необхідна потужність обладнання безпосередньо залежить від тепловтрат приміщення. Дізнавшись показник тепловтрат, можна вирахувати потужність газового котла або будь-якого іншого опалювального приладу.
Що таке тепловтрати приміщення?
Будь-яке приміщення має певні тепловтрати. Тепло виходить зі стін, вікон, підлог, дверей, стелі, тому завдання газового котла - компенсувати кількість виходить тепла і забезпечити певну температуру в приміщенні. Для цього необхідна певна теплова потужність.
Дослідним шляхом встановлено, що найбільша кількість тепла йде через стіни (до 70%). Через дах і вікна може виходити до 30% теплової енергії, через систему вентиляції - до 40%. Найменші втрати тепла у дверей (до 6%) і статі (до 15%)
На тепловтрати будинку впливають такі фактори.
- Розташування будинку. Кожне місто має свої кліматичні особливості. У розрахунках тепловтрат необхідно враховувати критичну негативну температуру, характерну для регіону, а також середню температура і тривалість опалювального сезону (для точних розрахунків з використанням програми).
- Розташування стін відносно сторін світу. Відомо, що в північній стороні розташовується роза вітрів, тому тепловтрати стіни, що знаходиться в цій області, будуть найбільшими. У зимовий час із західного, північного та східного боку дме з великою силою холодний вітер, тому тепловтрати цих стін будуть вище.
- Площа опалювального приміщення. Від розмірів приміщення, площі стін, стель, вікон, дверей залежить кількість минає тепла.
- Теплотехніка будівельних конструкцій. Будь-який матеріал має свій коефіцієнт теплового опору і коефіцієнт тепловіддачі - здатності пропускати через себе певну кількість тепла. Щоб їх дізнатися, необхідно скористатися табличними даними, а також застосувати певні формули. Інформацію про склад стін, стель, підлог, їх товщині можна знайти в технічному плані житла.
- Віконні і дверні отвори. Розмір, модифікація двері і склопакетів. Чим більше площа віконних і дверних прорізів, тим вище тепловтрати. Важливо враховувати характеристики встановлених дверей і склопакетів при розрахунках.
- Облік вентиляції. Вентиляція завжди існує в будинку незалежно від наявності штучної витяжки. Через відкриті вікна відбувається провітрювання приміщення, рух повітря створюється при закритті і відкритті вхідних дверей, ходінні людей з кімнати в кімнату, що сприяє відходу теплого повітря з приміщення, його циркуляції.
Знаючи перераховані вище параметри, можна не тільки обчислити теплові втрати будинку і визначити потужність котла, а й виявити місця, які потребують додаткового утеплення.
Формули для розрахунку тепловтрат
Дані формули можна використовувати для розрахунку тепловтрат не тільки приватного будинку, а й квартири. Перед початком обчислень необхідно зобразити план приміщення, зазначити розташування стін відносно сторін світу, позначити вікна, дверні отвори, а також обчислити розміри кожної стіни, віконних і дверних прорізів.
Для визначення теплових втрат необхідно знати будову стіни, а також товщину використовуваних матеріалів. У розрахунках враховується кладка і утеплювачі
При розрахунку тепловтрат використовуються дві формули - за допомогою першої визначають величину теплового огороджувальних конструкцій, за допомогою другої - тепловтрати.
Для визначення теплового опору використовують вираз:
R = B / K
тут:
- R - величина теплового огороджувальних конструкцій, що вимірюється в (м 2 * К) / Вт.
- K - коефіцієнт теплопровідності матеріалу, з якого виготовлена конструкція, що обгороджує, вимірюється в Вт / (м * K).
- В - товщина матеріалу, записувати в метрах.
Коефіцієнт теплової провідності K є табличним параметром, товщина B береться з технічного плану будинку.
Коефіцієнт теплової провідності є табличним значенням, він залежить від щільності і складу матеріалу, може відрізнятися від табличного, тому важливо ознайомитися з технічною документацією на матеріал (+)
Також використовується основна формула розрахунку тепловтрат:
Q = L × S × dT / R
У вираженні:
- Q - тепловтрати, вимірюються у Вт.
- S - площа огороджувальних конструкцій (стін, підлог, стель).
- dT - різниця між бажаною температурою внутрішнього приміщення і зовнішньої, вимірюється і записується в С.
- R - значення теплового опору конструкції, м 2 • З / Вт, яке знаходиться по формулі вище.
- L - коефіцієнт, що залежить від орієнтованості стін відносно сторін світу.
Маючи під рукою необхідну інформацію, можна вручну обчислити тепловтрати того чи іншого будинку.
Приклад розрахунку теплових втрат
Як приклад вирахуємо тепловтрати будинку, що володіє заданими характеристиками.
На малюнку зображений план будинку, для якого ми будемо розраховувати тепловтрати. При складанні індивідуального плану важливо правильно визначити орієнтацію стін відносно сторін світу, обчислити висоту, ширину і довжину конструкції, а також відзначити місця розташування віконних і дверних прорізів, їх розміри (+)
Виходячи з плану, ширина конструкції становить 10 м, довжина - 12 м, висота стель - 2.7 м, стіни орієнтовані на північ, південь, схід і захід. У західній стіні вбудовано 3 вікна, два з них мають габарити 1.5х1.7 м, одне - 0.6х0.3 м.
При розрахунках покрівлі враховується шар утеплювача, оздоблювальний і покрівельний матеріал. Паро- та гідроізоляційні плівки, які не впливають на теплову ізоляцію, не беруться до уваги
У південній стіні вбудовані двері з габаритами 1.3 × 2 м, присутній також невелике вікно 0.5 × 0.3 м. Зі східного боку розташовуються два вікна 2.1 × 1.5 м і одне 1.5 × 1.7 м.
Стіни складаються з трьох шарів:
- обшивка стін ДВП (ізопліта) зовні і зсередини - 1.2 см кожна, коефіцієнт - 0.05.
- скловата, що розташовується між стінами, її товщина 10 см і коефіцієнт - 0.043.
Тепловий опір кожної зі стін розраховується окремо, тому що враховується розташування конструкції відносно сторін світу, кількість і площа прорізів. Результати обчислень по стінах підсумовуються.
Пол багатошаровий, на всій площі виконаний за однією технологією, включає в себе:
- обрізану дошку шпунтовану, її товщина 3.2 см, коефіцієнт теплопровідності - 0.15.
- шар сухого вирівнювання ДСП товщиною 10 см і коефіцієнтом 0.15.
- утеплювач - мінеральну вату товщиною 5 см, коефіцієнт 0.039.
Припустимо, що погіршують теплотехніку люків в підвал і подібних отворів стать не має. Отже, розрахунок проводиться для площі всіх приміщень за єдиною формулою.
Стелі виконані з:
- дерев'яних щитів 4 см з коефіцієнтом 0.15.
- мінеральної вати 15 см, її коефіцієнт - 0.039.
- паро-, гідроізоляційного шару.
Припустимо, що у стельового перекриття теж немає виходу на горище над житловим або господарським приміщенням.
Будинок розташовується в Брянській області, в місті Брянськ, де критична негативна температура становить -26 градусів. Дослідним шляхом встановлено, що температура землі складає +8 градусів. Бажана температура в приміщенні + 22 градуси.
Обчислення теплових втрат стін
Щоб знайти загальне теплове опір стіни, спершу необхідно обчислити тепловий опір кожного її шару.
Шар скловати має товщину 10 см. Цю величину необхідно перевести в метри, тобто:
B = 10 × 0.01 = 0.1
Отримали значення В = 0.1. Коефіцієнт теплопровідності теплоізоляції - 0.043. Підставляємо дані в формулу теплового опору і отримаємо:
R скл = 0.1 / 0.043 = 2.32
За аналогічним наприклад, розрахуємо опір до тепла ізопліти:
R изоплена = 0.012 / 0.05 = 0.24
Загальна тепловий опір стіни дорівнюватиме сумі теплового опору кожного шару, враховуючи, що шару ДВП у нас два.
R = R скл + 2 × R изоплена = 2.32 + 2 × 0.24 = 2.8
Визначивши загальне теплове опір стіни, можна знайти теплові втрати. Для кожної стіни вони вираховуються окремо. Розрахуємо Q для північної стіни.
Додаткові коефіцієнти дозволяють врахувати в розрахунках особливості тепловтрати стін, розташованих в різних сторонах світла
Виходячи з плану, північна стіна не має віконних отворів, її довжина - 10 м, висота - 2.7 м. Тоді площа стіни S обчислюється за формулою:
S сев.стен = 10 × 2.7 = 27
Розрахуємо параметр dT. Відомо, що критична температура навколишнього для Брянська - -26 градусів, а бажана температура в приміщенні - +22 градуси. тоді
dT = 22 - (- 26) = 48
Для північного боку враховується додатковий коефіцієнт L = 1.1.
У таблиці наведено коефіцієнти теплопровідності деяких матеріалів, які використовуються при зведенні стін. Як бачимо, мінеральна вата пропускає через себе мінімальну кількість тепла, залізобетон - максимальне
Зробивши попередні розрахунки, можна використовувати формулу для розрахунку тепловтрат:
Q сев.стени = 27 × 48 × 1.1 / 2.8 = 509 (Вт)
Розрахуємо тепловтрати для західної стіни. Виходячи з даних, в неї вбудовано 3 вікна, два з них мають габарити 1.5х1.7 м і одне - 0.6х0.3 м. Вирахуємо площа.
S зап.стени1 = 12 × 2.7 = 32.4.
Із загальної площі західної стіни необхідно виключити площа вікон, адже їх тепловтрати будуть іншими. Для цього потрібно розрахувати площа.
S окн1 = 1.5 × 1.7 = 2.55
S окн2 = 0.6 × 0.4 = 0.24
Для розрахунків тепловтрат будемо використовувати площу стіни без урахування площі вікон, тобто:
S зап.стени = 32.4-2.55 × 2-0.24 = 25.6
Для західного боку додатковий коефіцієнт дорівнює 1.05. Отримані дані підставляємо в основну формулу розрахунку тепловтрат.
Q зап.стени = 25.6 × 1.05 × 48 / 2.8 = 461.
Аналогічні розрахунки робимо для східного боку. Тут розташовуються 3 вікна, одне має габарити 1.5х1.7 м, два інших - 2.1х1.5 м. Обчислюємо їх площа.
S окн3 = 1.5 × 1.7 = 2.55
S окн4 = 2.1 × 1.5 = 3.15
Площа східної стіни дорівнює:
S вост.стени1 = 12 × 2.7 = 32.4
Із загальної площі стіни віднімаємо значення площі вікон:
S вост.стени = 32.4-2.55-2 × 3.15 = 23.55
Додатковий коефіцієнт для східної стіни -1.05. Виходячи з даних, обчислюємо теплові втрати східної стіни.
Q вост.стени = 1.05 × 23.55 × 48 / 2.8 = 424
На південній стіні розташовується двері з параметрами 1.3х2 м і вікно 0.5х0.3 м. Обчислюємо їх площа.
S окн5 = 0.5 × 0.3 = 0.15
S двер = 1.3 × 2 = 2.6
Площа південної стіни буде дорівнює:
S южн.стени1 = 10 × 2.7 = 27
Визначаємо площу стіни без урахування вікон і дверей.
S южн.стени = 27-2.6-0.15 = 24.25
Обчислюємо тепловтрати південної стіни з урахуванням коефіцієнта L = 1.
Q южн.стени = 1 × 24.25 × 48 / 2.80 = 416
Визначивши тепловтрати кожної зі стін, можна знайти їх загальні теплові втрати за формулою:
Q стін = Q южн.стени + Q вост.стени + Q зап.стени + Q сев.стени
Підставивши значення, отримаємо:
Q стін = 509 + 461 + 424 + 416 = 1810 Вт
В результаті втрати тепла стін склали 1810 Вт в годину.
Розрахунок теплових втрат вікон
Всього в будинку 7 вікон, три з них мають габарити 1.5 × 1.7 м, два - 2.1 × 1.5 м, одне - 0.6 × 0.3 м і ще одне - 0.5 × 0.3 м.
Вікна з габаритами 1.5 × 1.7 м являє собою профіль ПВХ двокамерний c І-склом. З технічної документації можна дізнатися, що його R = 0.53. Вікна з габаритами 2.1 × 1.5 м двокамерні з аргоном і І-склом, мають тепловий опір R = 0.75, вікна 0.6х0.3 м і 0.5 × 0.3 - R = 0.53.
Площа вікон була обчислена вище.
S окн1 = 1.5 × 1.7 = 2.55
S окн2 = 0.6 × 0.4 = 0.24
S окн3 = 2.1 × 1.5 = 3.15
S окн4 = 0.5 × 0.3 = 0.15
Також важливо враховувати орієнтацію вікон відносно сторін світу.
Зазвичай тепловий опір для вікон розраховувати не потрібно, даний параметр вказаний в технічній документації до виробу
Розрахуємо теплові втрати західних вікон, враховуючи коефіцієнт L = 1.05. На стороні розташовуються 2 вікна з габаритами 1.5 × 1.7 м і одне з 0.6 × 0.3 м.
Q окн1 = 2.55 × 1.05 × 48 / 0.53 = 243
Q окн2 = 0.24 × 1.05 × 48 / 0.53 = 23
Разом загальні втрати західних вікон складають
Q зап.окон = 243 × 2 + 23 = 509
У південній стороні розташовується вікно 0.5 × 0.3, його R = 0.53. Обчислимо його тепловтрати з урахуванням коефіцієнта 1.
Q юж.окон = 0.15 * 48 × 1 / 0.53 = 14
На східній сторін розташовується 2 вікна з габаритами 2.1 × 1.5 і одне вікно 1.5 × 1.7. Розрахуємо теплові втрати з урахуванням коефіцієнта L = 1.05.
Q окн1 = 2.55 × 1.05 × 48 / 0.53 = 243
Q окн3 = 3.15 × 1.05 × 48/075 = 212
Підсумовуємо теплові втрати східних вікон.
Q вост.окон = 243 + 212 × 2 = 667.
Загальні втрати тепла вікон дорівнюватимуть:
Q вікон = Q вост.окон + Q юж.окон + Q зап.окон = 667 + 14 + 509 = 1190
Разом через вікна виходить 1190 Вт теплової енергії.
Визначення тепловтрат дверей
У будинку передбачено одні двері, вона вбудована в південну стіну, має габарити 1.3 × 2 м. Виходячи з паспортних даних, теплопровідність матеріалу двері становить 0.14, її товщина - 0.05 м. Завдяки цим показникам можна обчислити тепловий опір двері.
R двері = 0.05 / 0.14 = 0.36
Для розрахунків знадобитися обчислити її площу.
S двері = 1.3 × 2 = 2.6
Після розрахунку теплового опору і площі можна знайти тепловтрати. Двері розташовується з південного боку, тому використовуємо додатковий коефіцієнт 1.
Q двері = 2.6 × 48 × 1 / 0.36 = 347.
Разом, через двері виходить 347 Вт тепла.
Обчислення теплового опору статі
Щодо технічної документації, підлогу багатошарові, по всій площі виконано однаково, має габарити 10х12 м. Обчислимо його площа.
S статі = 10 × 12 = 210.
До складу статі входять дошки, ДСП і утеплювач.
З таблиці можна дізнатися коефіцієнти теплопровідності деяких матеріалів, що використовуються для покриття підлоги. Даний параметр також може бути вказаний в технічній документації матеріалів і відрізнятися від табличного
Тепловий опір необхідно обчислити для кожного шару статі окремо.
R дощок = 0.032 / 0.15 = 0.21
R дсп = 0.01 / 0.15 = 0.07
R утеплить = 0.05 / 0.039 = 1.28
Загальна теплового статі становить:
R статі = R дощок + R дсп + R утеплить = 0.21 + 0.07 + 1.28 = 1.56
З огляду на, що взимку температура землі тримається на позначці +8 градусів, то різниця температур буде дорівнює:
dT = 22-8 = 14
Використовуючи попередні розрахунки, можна знайти теплові втрати будинку через підлогу.
При розрахунку теплових втрат статі враховуються матеріали, що впливають на теплову ізоляцію (+)
При розрахунку теплових втрат статі беремо до уваги коефіцієнт L = 1.
Q статі = 210 × 14 × 1 / 1.56 = 1885
Загальні втрати тепла статі становлять 1 885 Вт.
Розрахунок тепловтрат через стелю
При розрахунку теплових втрат стелі враховується шар мінеральної вати і дерев'яні щити. Паро-, гідроізоляція не бере участі в процесі теплоізоляції, тому її до уваги не беремо. Для розрахунків нам знадобитися знайти тепловий опір дерев'яних щитів і шару мінеральної вати. Використовуємо їх коефіцієнти теплопровідності і товщину.
R дер.щіт = 0.04 / 0.15 = 0.27
R мін.вата = 0.05 / 0.039 = 1.28
Загальна теплоопір дорівнюватиме сумі R дер.щіт і R мін.вата.
R покрівлі = 0.27 + 1.28 = 1.55
Площа стелі така ж, як і статі.
S стелі = 120
Далі проводиться підрахунок теплових втрат стелі, з огляду на коефіцієнт L = 1.
Q стелі = 120 × 1 × 48 / 1.55 = 3717
Разом через стелю йде 3717 Вт.
У таблиці наведено популярні утеплювачі для стель і їх коефіцієнти теплової провідності. Пінополіуретан є найбільш ефективним утеплювачем, солома має найвищий коефіцієнт теплових втрат
Щоб визначити загальні тепловтрати будинку, необхідно скласти тепловтрати стін, вікон, дверей, стелі та підлоги.
Q заг = 1810 + 1190 + 347 + 1885 + 3717 = 8949 Вт
Щоб обігріти будинок з зазначеними параметрами необхідний газовий котел, який підтримує потужність 8949 Вт або близько 10 кВт.
Визначення тепловтрат з урахуванням інфільтрації
Інфільтрація - природний процес теплообміну між зовнішнім середовищем, який відбувається під час руху людей по дому, при відкритті вхідних дверей, вікон.
Для розрахунку тепловтрат на вентиляцію можна використовувати формулу:
Q інф = 0.33 × K × V × dT
У вираженні:
- K - розрахункова кратність повітрообміну, для житлових кімнат використовують коефіцієнт 0.3, для приміщень з обігрівом - 0.8, для кухні та санвузли - 1.
- V - об'єм приміщення, розраховується з урахуванням висоти, довжини і ширини.
- dT - різниця температур між навколишнім середовищем і житлової будинку.
Аналогічну формулу можна використовувати в разі, якщо в приміщенні встановлена вентиляція.
При наявності штучної вентиляції в будинку необхідно використовувати ту ж формулу, що і для інфільтрації, тільки підставити замість До параметри витяжки, а розрахунки dT зробити з урахуванням температури вхідного повітря
Висота приміщення - 2.7 м, ширина - 10 м, довжина - 12 м. Знаючи ці дані, можна знайти його обсяг.
V = 2.7 × 10 × 12 = 324
Різниця температур буде дорівнює
dT = 48
В якості коефіцієнта K беремо показник 0.3. тоді
Q інф = 0.33 × 0.3 × 324 × 48 = 1540
До загальним розрахунковим показником Q необхідно додати Q інф. В підсумку
Q заг = 1540 + 8949 = 10489.
Разом з урахуванням інфільтрації тепловтрати будинку складуть 10489 Вт або 10.49 кВт.
Розрахунок потужності котла
При розрахунку потужності котла необхідно використовувати коефіцієнт запасу 1.2. Тобто потужність буде дорівнює:
W = Q × k
тут:
- Q - тепловтрати будівлі.
- k - коефіцієнт запасу.
У нашому прикладі підставимо Q = 9237 Вт і обчислимо необхідну потужність котла.
W = 10489 × 1.2 = 12587 Вт.
З урахуванням коефіцієнта запасу необхідна потужність котла для обігріву будинку 120 м 2 дорівнює приблизно 13 кВт.
Висновки і корисне відео по темі
Відео-інструкція: як розрахувати тепловтрати будинку і потужність котла з використанням програми Valtec.
Грамотний розрахунок тепловтрат і потужності газового котла за формулами або програмними методами дозволяє визначити з високою точністю необхідні параметри обладнання, що дає можливість виключити необгрунтовані витрати на паливо.
Пишіть, будь ласка, коментарі в розташованій нижче блок-формі. Розкажіть про те, як розраховували втрати тепла перед покупкою опалювального обладнання для власної дачі або заміського будинку. Задавайте питання, діліться інформацією та фотознімками по темі.