Тепловий розрахунок системи опалення: принцип розрахунку навантаження

У приватному будинку потрібно все робити своїми (спеціаліста) «руками», в тому числі розраховувати, проектувати, купувати і монтувати систему опалення. Щоб почати організацію комунікацій в будинку необхідно провести тепловий розрахунок системи опалення. Нижче пояснюється яким чином і для чого це робиться.

Тепловий розрахунок опалення

Класичний тепловий розрахунок опалювальної системи являє собою зведений технічний документ, який включає в себе обов’язкові поетапні стандартні методи обчислень.

Але перед вивченням цих підрахунків основних параметрів потрібно визначитися з поняттям самої системи опалення.


Опалення – це багатокомпонентна система забезпечення затвердженого температурного режиму в приміщенні / будинку. Являє собою відокремлену частину комплексу комунікацій сучасного житлового приміщення

Система опалення характеризується примусовою подачею і мимовільним відведенням тепла в приміщенні. Основні завдання розрахунку і проектування системи опалення:

  • найбільш достовірно визначити теплові втрати
  • визначити кількість і умови використання теплоносія
  • максимально точно підібрати елементи генерації, переміщення і віддачі тепла

При будівництві системи опалення необхідно спочатку провести збір різноманітних даних про приміщенні / будинку, де буде використовуватися система опалення. Після виконати розрахунок теплових параметрів системи, проаналізувати результати арифметичних операцій. На основі отриманих даних підібрати компоненти системи опалення з подальшою закупівлею, установкою і введенням в експлуатацію.

Примітно, що зазначена методика теплового розрахунку дозволяє досить точно обчислити велику кількість величин, які конкретно описують майбутню систему опалення. В результаті теплового розрахунку в наявності буде наступна інформація:

  • число теплових втрат, потужність котла;
  • кількість і тип теплових радіаторів для кожної кімнати окремо;
  • гідравлічні характеристики трубопроводу;
  • обсяг, швидкість теплоносія, потужність насоса.

Тепловий розрахунок – це не теоретичні начерки, а цілком точні і обгрунтовані підсумки, які рекомендується використовувати на практиці при підборі компонентів системи опалення.

Температурні режими приміщень

Перед проведення будь-яких розрахунків параметрів системи необхідно, як мінімум, знати порядок очікуваних результатів, а також мати в наявності стандартизовані характеристики деяких табличних величин, які необхідно підставляти в формули або орієнтуватися на них. Виконавши обчислення параметрів з такими константами, можна бути впевненим у достовірності шуканого динамічного або постійного параметра системи.


Для приміщень різноманітного призначення існують еталонні стандарти температурних режимів житлових і нежитлових приміщень. Ці норми закріплені в так званих ГОСТах

Для системи опалення одним з таких глобальних параметрів є температура приміщення, яка повинна бути постійною в незалежності від періоду року і умов навколишнього середовища.

Згідно з регламентом санітарних нормативів і правил є відмінність в температурі щодо літнього і зимового періоду року. За температурний режим приміщення в літній сезон відповідає система кондиціонування, а ось кімнатна температура повітря в зимовий період забезпечується системою опалення. Тобто нам цікаві діапазони температур і їх допуски відхилень для зимового сезону.

У більшості нормативних документів обговорюються наступні діапазони температур, які дозволяють людині комфортно перебувати в кімнаті. Для нежитлових приміщень офісного типу площею до 100 м2:

  • оптимальна температура повітря 22-24 ° С
  • допустиме коливання 1 ° С

Для приміщень офісного типу площею понад 100 м2 температура становить 21-23 ° С. Для нежитлових приміщень промислового типу діапазони температур сильно відрізняються в залежності від призначення приміщення і встановлених норм охорони праці.


Комфортна температура приміщення у кожної людини «своя». Хтось любить щоб було дуже тепло в кімнаті, кому-то комфортно коли в кімнаті прохолодно – це все досить індивідуально

Що ж до житлових приміщень: квартир, приватних будинків, садиб і т. Д. Існують певні діапазони температури, які можуть коригуватися в залежності від побажань мешканців. І все ж для конкретних приміщень квартири і будинки маємо:

  • житлова, в тому числі дитяча, кімната 20-22 ° С, допуск ± 2 ° С
  • кухня, туалет 19-21 ° С, допуск ± 2 ° С
  • ванна, душова, басейн 24-26 ° С, допуск ± 1 ° С
  • коридори, вітальні, сходові клітини, комори 16-18 ° С, допуск + 3 ° С

Важливо відзначити, що є ще кілька основних параметрів, які впливають на температуру в приміщенні і на які потрібно орієнтуватися при розрахунку системи опалення: вологість (40-60%), концентрація кисню і вуглекислого газу в повітрі (250: 1), швидкість переміщення повітряних мас (0.13-0.25 м / с) і т. п.

Розрахунок тепловтрат в будинку

Відповідно до другого закону термодинаміки (шкільна фізика) не існує мимовільної передачі енергії від менш нагрітих до більш нагрітим міні-або макрооб’єктів. Окремим випадком цього закону є «прагнення» створення температурного рівноваги між двома термодинамічними системами.

Наприклад, перша система – навколишнє середовище з температурою -20 ° С, друга система – будівля з внутрішньою температурою + 20 ° С. Згідно наведеного закону ці дві системи будуть прагнути урівноважитися за допомогою обміну енергії. Це буде відбуватися за допомогою теплових втрат від другої системи і охолодження в першій.


Однозначно можна сказати, що температура навколишнього середовища залежить від широти на якій розташований приватний будинок. А різниця температур впливає на кількість витоків тепла від будівлі

Під тепловтратами на увазі мимовільний вихід тепла (енергії) від деякого об’єкта (будинку, квартири). Для звичайної квартири цей процес не так «помітний» в порівнянні з приватним будинком, оскільки квартира знаходитися всередині будівлі і «сусідить» з іншими квартирами. У приватному будинку через зовнішні стіни, підлогу, дах, вікна та двері в тій чи іншій мірі «йде» тепло.

Знаючи величину тепловтрат для самих несприятливих погодних умов і характеристику цих умов, можна з високою точністю обчислити потужність системи опалення.

Отже, обсяг витоків тепла від будівлі обчислюється за такою формулою:

  • Q = Qпол + Qстена + Qокно + Qкриша + Qдверь + … + Qi

де Qi – обсяг тепловтрат від однорідного вигляду оболонки будівлі. Кожна складова формули розраховується за формулою:

  • Q = S *? T / R

де Q – теплові витоку (Ватт), S – площа конкретного типу конструкції (м2),? T – різниця температур повітря навколишнього середовища і всередині приміщення (° C), R – термічний опір певного типу конструкції (м2 * ° C / Вт) .

Саму величину теплового опору для реально існуючих матеріалів рекомендується брати з допоміжних таблиць. Крім того, тепловий опір можна отримати за допомогою наступного співвідношення:

  • R = d / k

де R – термічний опір ((м2 * К) / Вт), k – коефіцієнт теплопровідності матеріалу (Вт / (м2 * К)), d – товщина цього матеріалу (м).


У старих будинках з відволожилася покрівельної конструкцією витоку тепла відбуваються через верхню частину споруди, а саме через дах і горище. Якщо утеплити горищне простір і дах, то загальні втрати тепла від будинку можна значно зменшити

У будинку існують ще кілька видів теплових втрат через щілини в конструкціях, систему вентиляції, кухонну витяжку, відкривання вікон і дверей. Але враховувати їх обсяг не має сенсу, оскільки вони становлять не більше 5% від загального числа основних витоків тепла.

Визначення потужності котла

Для підтримки різниці температур між навколишнім середовищем і температурою всередині будинку необхідна автономна система опалення, яка підтримує потрібну температуру в кожній кімнаті приватного будинку.

Базисом системи опалення є котел: рідко або твердопаливний, електричний або газовий – на даному етапі це не має значення. Котел – це центральний вузол системи опалення, який генерує тепло. Основною характеристикою котла є його потужність, а саме швидкість перетворення кількість теплоти за одиницю часу.

Зробивши розрахунки теплового навантаження на опалення отримаємо необхідну номінальну потужність котла. Для звичайної багатокімнатної квартири потужність котла обчислюється через площу і питому потужність:

  • Ркотла = (Sпомещенія * Рудельная) / 10

де Sпомещенія – загальна площа опалювального приміщення, Руделльная – питома потужність щодо кліматичних умов. Але ця формула не враховує теплові втрати, яких достатньо в приватному будинку. Існує інше співвідношення, яке враховує цей параметр:

  • Ркотла = (Qпотерь * S) / 100

де Ркотла – потужність котла (Вт), Qпотерь – втрати тепла, S – опалювальна площа (м2).


У більшості систем опалення приватних будинків рекомендується обов’язково використовувати розширювальний резервуар, в якому буде зберігатися запас теплоносія. Кожен приватний будинок потребує гарячому водопостачанні

Щоб передбачити запас потужності котла з урахуванням підігріву води для кухні та ванної кімнати потрібно в останню формулу додати коефіцієнт запасу К:

  • Ркотла = (Qпотерь * S * К) / 100

де К – буде дорівнює 1.25, тобто розрахункова потужність котла буде збільшена на 25%. Таким чином, потужність котла надає можливість підтримувати нормативну температуру повітря в кімнатах будинку, а також мати початковий і додатковий обсяг гарячої води в будинку.

Особливості підбору радіаторів

Стандартними компонентами забезпечення тепла в приміщенні є радіатори, панелі, системи «тепла» підлога, конвектори та т. Д. Найпоширенішими деталями опалювальної системи є радіатори.

Тепловий радіатор – це спеціальна порожниста конструкція модульного типу зі сплаву з високою тепловіддачею. Він виготовляється зі сталі, алюмінію, чавуну, кераміка та інших сплавів. Принцип дії радіатора опалення зводиться до випромінювання енергії від теплоносія в простір приміщення через «пелюстки».


Алюмінієвий і біметалічний радіатор опалення прийшов на зміну потужним чавунним батареям. Простота виробництва, висока тепловіддача, вдала конструкція і дизайн зробили це виріб популярним і поширеним інструментом випромінювання тепла в приміщенні

Існує кілька методик розрахунку кількості секцій радіатора в кімнаті. Нижченаведений перелік способів відсортований в порядку збільшення точності розрахунку.

  1. По площі. N = (S * 100) / C, де N – кількість секцій, S – площа приміщення (м2), C – тепловіддача однієї секції радіатора (Вт, береться з тих паспорта або сертифіката на виріб), 100 Вт – кількість теплового потоку, яке необхідно для нагрівання 1 м2 (емпірична величина). Виникає питання: а яким чином врахувати висоту стелі кімнати?
  2. За об’ємом. N = (S * H ??* 41) / C, де N, S, C – аналогічно. Н – висота приміщення, 41 Вт – кількість теплового потоку, яке необхідно для нагрівання 1 м3 (емпірична величина).
  3. За коефіцієнтами. N = (100 * S * к1 * к2 * к3 * к4 * К5 * К6 * К7) / C, де N, S, C і 100 – аналогічно. к1 – облік кількості камер в склопакеті вікна кімнати, к2 – теплоізоляція стін, к3 – співвідношення площі вікон до площі приміщення, к4 – середня мінусова температура в найбільш холодну тиждень зими, К5 – кількість зовнішніх стін кімнати (які «виходять» на вулицю), к6 – тип приміщення зверху, К7 – висота стелі.

Це максимально точний варіант розрахунку кількості секцій. Природно, що округлення дробових результатів обчислень проводиться завжди до наступного цілого числа.

Гідравлічний розрахунок водопостачання

Безумовно, «картина» розрахунку тепла на опалення не може бути повноцінною без обчислення таких характеристик, як обсяг і швидкість теплоносія. У більшості випадків теплоносієм виступає звичайна вода в рідкому або газоподібному агрегатному стані.


Реальний обсяг теплоносія рекомендується розраховувати через підсумовування всіх порожнин в системі опалення. При використанні одноконтурного котла – це оптимальний варіант. При застосуванні двоконтурних котлів в системі опалення необхідно враховувати витрати гарячої води для гігієнічних та інших побутових цілей

Розрахунок обсягу води, що підігрівається двоконтурним котлом для забезпечення мешканців гарячою водою і нагріву теплоносія, проводиться шляхом підсумовування внутрішнього обсягу опалювального контуру і реальних потреб користувачів в нагрітій воді.

Обсяг гарячої води в опалювальній системі розраховується за формулою:

  • W = k * P

де W – обсяг теплоносія, P – потужність котла опалення, k – коефіцієнт потужності (кількість літрів на одиницю потужності, дорівнює 13.5, діапазон від 10 до 15 літрів). В результаті кінцева формула виглядає так:

  • W = 13.5 * P

Швидкість теплоносія – заключна динамічна оцінка системи опалення, яка характеризує швидкість циркуляції рідини в системі. Ця величина допомагає оцінити тип і діаметр трубопроводу:

  • V = (0.86 * P *?) /? T

де P – потужність котла,? – ККД котла,? T – різниця температур між подається водою і водою зворотному контурі.

Резюмуючи вищевикладені способи розрахунку характеристик, в результаті будуть доступні реальні результати обчислень, які є «фундаментом» майбутньої системи опалення.

Приклад теплового розрахунку

Як приклад теплового розрахунку в наявності є звичайний 1-поверховий будинок з чотирма спальнями, кухня, санвузол, «зимовий сад» і підсобні приміщення.


Фундамент з монолітної залізобетонної плити (20 см), зовнішні стіни – бетон (25 см) зі штукатуркою, дах – перекриття з дерев’яних балок, покрівля – металочерепиця та мінеральна вата (10 см)

Габарити будівлі. Висота поверху 3 метри. Мале вікно фасадної і тильної частини будівлі 1470 * 1420 мм, велике вікно фасаду 2080 * 1420 мм, вхідні двері 2000 * 900 мм, двері тильної частини (вихід на терасу) 2000 * 1400 (700 + 700) мм.


Загальна ширина споруди 9.5 м2, довжина 16 м2. Опалюватися будуть тільки житлові кімнати (4 шт.), Санвузол і кухня. Для точного розрахунку тепловтрат на стінах з площі зовнішніх стін потрібно відняти площу всіх вікон і дверей – це зовсім інший тип матеріалу зі своїм тепловим опором

Починаємо з розрахунку площ однорідних матеріалів:

  • площа статі 152 м2
  • площа даху 180 м2 (з огляду на висоту горища 1.3 метра і завширшки прогону – 4 метри)
  • площа вікон 3 * 1.47 * 1.42 + 2.08 * 1.42 = 9.22 м2
  • площа дверей буде дорівнює 2 * 0.9 + 2 * 2 * 1.4 = 7.4 м2

Площа зовнішніх стін буде дорівнює 51 * 3-9.22-7.4 = 136.38 м2. Переходимо до розрахунку тепловтрат на кожному матеріалі:

  • Qпол = S *? T * k / d = 152 * 20 * 0.2 / 1.7 = 357.65 Вт
  • Qкриша = 180 * 40 * 0.1 / 0.05 = 14400 Вт
  • Qокно = 9.22 * 40 * 0.36 / 0.5 = 265.54 Вт
  • Qдвері = 7.4 * 40 * 0.15 / 0.75 = 59.2 Вт

А також Qстена еквівалентно 136.38 * 40 * 0.25 / 0.3 = 4546. Сума всіх тепловтрат становитиме 19628.4 Вт. В результаті підрахуємо потужність котла:

  • Ркотла = Qпотерь * Sотаплів_комнат * К / 100 =
  • 19628.4 * (10.4 + 10.4 + 13.5 + 27.9 + 14.1 + 7.4) * 1.25 / 100 = 19628.4 * 83.7 * 1.25 / 100 = 20536.2 = 21 кВт

Розрахунок кількості секцій радіаторів зробимо для однієї з кімнат. Для всіх інших обчислення аналогічні. Наприклад, кутова кімната (зліва, нижній кут схеми) площа 10.4 м2.

  • N = (100 * к1 * к2 * к3 * к4 * К5 * К6 * К7) / C = (100 * 10.4 * 1.0 * 1.0 * 0.9 * 1.3 * 1.2 * 1.0 * 1.05) /180=8.5176=9

Для цієї кімнати необхідно 9 секцій радіатора опалення з тепловіддачею 180 Вт. Переходимо до розрахунку кількості теплоносія в системі:

  • W = 13.5 * P = 13.5 * 21 = 283.5 літрів

Швидкість теплоносія становитиме:

  • V = (0.86 * P *?) /? T = (0.86 * 21000 * 0.9) /20=812.7 літрів

В результаті повний оборот всього обсягу теплоносія в системі буде еквівалентний 2.87 рази в одну годину.

Відео-матеріали з проведення розрахунків опалення

Простий розрахунок опалювальної системи для приватного будинку представлений в наступному огляді:

Всі тонкощі і загальноприйняті методики прорахунку тепловтрат будівлі показані нижче:

Ще один варіант розрахунку витоків тепла в типовому приватному будинку:


У цьому відео розповідається про особливості циркуляції носія енергії для обігріву житла:

Тепловий розрахунок опалювальної системи носить індивідуальний характер, його необхідно виконувати грамотно і акуратно. Чим точніше будуть зроблені обчислення, тим менше переплачувати доведеться власникам заміського будинку в процесі експлуатації.