Предварительный расчет системы воздушного отопления частного дома необходим во-первых, для подбора оптимальной мощности отопительного оборудования, а во-вторых, для того, чтобы в каждой комнате отапливаемого дома была имена та комфортная температура, какую ожидает получить клиент. В статье такое расчет рассмотрен на примере дома из sip-панелей площадью 96 кв.м.Статьи по теме
Необходимо понимать, что результаты расчета воздушного отопления частного дома очень жестко привязаны к характеристикам стен, потолка, перекрытий и т.д., точнее говоря, привязаны к их теплопотерям. Изменение теплопотерь элементов конструкции дома неизбежно приведет к тому, что расчет воздушного отопления придется делать заново! В противном случае клиент получит совсем не те условия комфорта, которые были ему обещаны, и, естественно, останется недоволен. Приведем простой пример – клиент решил сделать крышу мансарды более теплой, и потребовал проложить еще один слой утеплителя. Но расчет воздушного отопления не учитывал эти изменения конструкции, в итоге температура в мансарде была вовсе не 22°С, как должно было быть согласно расчетам, а все 25°С, что, в общем-то, немного жарковато.
Обратный пример – при строительстве каркасного дома недобросовестная бригада строителей ухитрилась продать налево часть утепляющих материалов, в итоге толщина утеплителя в некоторых местах стен была не 150, а всего 100 мм. Теплопотери такого дома естественно были гораздо больше расчетных, и расчетной мощности системы воздушного отопления не хватало. Ситуация усугубилась тем, что обнаружилось это только зимой, когда дом был уже построен, а вороватые строители благополучно растворились в голубых далях. Клиент был вынужден вскрывать стены, покупать новый утеплитель взамен украденного и монтировать его, затем заново выполнять отделку восстановленных стен. Иначе ему пришлось бы всю зиму ходить дома только в теплом лыжном костюме и даже в нем спать. Конечно, трудности закаляют характер, но лучше все-таки таких волнующих моментов избежать, если конечно вы не специально тренируетесь с целью покорить Северный или Южный Полюс.
Поэтому, если вы заказываете проект воздушного отопления, а потом начинаете менять конструкцию дома, обязательно согласуйте все изменения с проектировщиком системы отопления. Иначе в будущем могут быть весьма неприятные сюрпризы.
Расчет системы воздушного отопления частного дома обычно состоит из нескольких этапов:
- Расчет теплопотерь каждого помещения дома – комнат, коридоров, санузлов и т.д.
- На основании расчета из п. 1 определяется требуемое количество теплого воздуха, который нужно подать в каждое помещение дома (в куб.м.)
- На основании расчета объемов воздуха выбирается диаметр и количество воздуховодов для каждого помещения дома, а также необходимая скорость воздуха для получения расчетного расхода.
- На основании расчета объемов воздуха выбирается сечение магистральных воздуховодов.
- На основании расчета из п. 1 определяется суммарное количество теплопотерь всего дома, при этом учитывается и та мощность, которая потребуется на работу дополнительного оборудования, например увлажнителя. На основании этих теплопотерь выбирается мощность электрического нагревателя или отопительного котла.
Рассмотрим теперь более подробно каждый этап расчета системы воздушного отопления частного дома на примере небольшого дачного домика площадью 96 кв.м., внешний вид которого приведен на картинке в начале статьи. Дом двухэтажный, построен по канадской технологии Экопан из sip-панелей. В доме проживают 3 человека, установлен водогрейный котел 18 кВт и газовая плита. Поэтажные планы:
1. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет теплопотерь
Собственно говоря, для небольших частных или загородных домов не обязательно точно рассчитывать теплопотери. Достаточно знать баланс теплопотерь всего дома. При этом даже ошибка в расчетах на десяток процентов совсем не будет фатальной, поскольку система воздушного отопления Антарес Комфорт обладает достаточным запасом по прокачиваемым объемам воздуха, достаточно просто отрегулировать вентилятор на более высокие обороты. Но надо понимать, что вообще говоря, скорость потока воздуха на выходе из воздуховода, а точнее из вентиляционной решетки не должна быть выше 1,5 м/с (оптимальное значение), либо, в крайнем случае, выше 2 м/с (максимально рекомендуемое значение). В противном случае могут появиться вибрации или турбуленция, а в связи с этим и повышенный уровень шума. Естественно, что мощности электрического нагревателя или отопительного котла должно хватить для компенсации всех реальных теплопотерь всего дома.
При расчете системы воздушного отопления на теплопотери необходимо в первую очередь рассчитать теплопотери всех стен. При этом можно ориентировочно считать, что 5 см минераловаты имеют такие же теплопотери, как 15 см бруса или бревна, 30 см пеноблоков или 50 см кирпича. Речь идет разумеется о толщине стены из названных материалов. Т.е. например стена с 5 см минераловатного утеплителя типа URSA будет иметь такие же теплопотери, как стена из бруса толщиной 15 см. или кирпичная стена толщиной 50 см.
При расчете можно считать, что у стены из 5 см минераловатной плиты теплопотери будут приблизительно 48 Вт/м2, у стены из 10 см - 25 Вт/м2, из 15 см - 16 Вт/м2. Больше трех слоев утеплителя (5 см х 3 слоя = 15 см) обычно никто не ставит. В эти цифры входят и теплопотери каркаса дома, в котором находится утеплитель.
А как быть, если стены вашего дома состоят из разных материалов, например, сама стена из брус 150 х 150, а, а снаружи установлен еще слой утеплителя? В этом случае проще все привести к одному типу материалов – к минераловате. Как уже было сказано выше, 15 см бруса эквивалентны 5 см минераловаты, поэтому будем считать, что теплопотери нашей композитной стены эквиваленты теплопотерям стены из 10 см минераловаты (15 см бруса это 5см минераловаты, плюс еще один слой 5 см минераловаты = 10 см) – т.е. 25 Вт/м2
Теплопотери нижнего перекрытия и крыши считаются точно так же, как и теплопотери стен, но полученный результат нужно увеличить на 30% – поскольку в перекрытиях и крыше элементы деревянного каркаса распложены более часто, чем в стенах. Например, для крыши из 15 см минераловатного утеплителя теплопотери будут не 16 Вт/м2, а все 24 Вт/м2
Есть другой, более легкий способ определения эквивалентной толщины минераловатного утеплителя для расчета теплопотерь – калькулятор расчета отопления частного дома, сделанный в виде файла Microsoft Excel. На втором листе калькулятора можно поставить толщину всех используемых в стене, крыше или перекрытии материалов и получить тепловой эквивалент стены из пеноплистирола. В этом случае теплопотери q одного кв.м такой стены определяются по формуле:
где Тнорм - нормируемая зимняя температура региона, в котором построен дом, например, для Московской области это -28°С.
Для каркасной конструкции (например крыши или перекрытия) значение теплового эквивалента нужно уменьшить на 10%.
Расчет теплопотерь окон и дверей тоже не представляет сложности. Для обычного деревянного окна эпохи развитого социализма (того, что со щелями для вентиляции) это 200 Вт/м2. Для двухкамерных стеклопакетов - 100 Вт/м2. Для более дорогих и современных стеклопакетов - 80 Вт/м2. Теплопотери внешних дверей приблизительно можно принять равными 90 Вт/м2.
Кроме прямых теплопотерь (через стены, перекрытия и крышу), в любом доме есть еще теплопотери на вентиляцию. Но их проще учесть не через сам расход тепла (в Вт), а через необходимые для их компенсации объемы воздуха. Поэтому их мы учтем позже, на этапе 2.
Приведенный здесь расчет теплопотерь – приблизительный. Но он тем не менее позволяет получить баланс теплопотерь по всему дому. Стороны света, роза ветров, нагрев солнечным излучением через окна и т.д. в данном расчете не учитываются, но для небольших частных домов они и не нужны. Тем более, что полученные при расчетах цифры мы увеличим для надежности в 2 раза, получив таким образом значительный запас по требуемой мощности нагревателя или котла отопления. А мощности вентилятора системы воздушного отопления Антарес Комфорт заведомо хватит на то, чтобы при необходимости прокачать требуемый объем воздуха.
Для холодных полов первого или цокольного этажа полученные теплопотери нужно увеличить на 10%. Это, во-первых, позволит учесть возможную погрешность расчета, а во-вторых, более точно выровняет температуру на первом и втором этажах, т.к. теплый воздух с первого этажа будет всегда подниматься на второй.
После того, как для каждого элемента поверхности дома (стен, крыши, пола, перекрытий, окон, дверей) рассчитаны значения удельных теплопотерь, надо определить площадь каждого из этих элементов, контактирующую с окружающей средой и рассчитать полные теплопотери. При этом площадь определяется по внешнему контуру стен. Для расчета площади стен второго этажа высоту стен фронтонов берут до крыши, если второй этаж обогревается, а крыша и фронтоны полностью утеплены.
Полные теплопотери Q через каждый элемент поверхности дома – это произведение его площади S на его удельные теплопотери q:
У того дома, который мы рассматриваем в качестве примера, стены построены из sip-панелей, т.е. 1,2 см OSB + 14 см пенополистирола + 1,2 см OSB, удельные теплопотери q = 17 Вт/м2
Перекрытия и крыши похожие - 1,2 см OSB + 18 см пенополистирола + 1,2 см OSB, удельные теплопотери q = 17 Вт/м2
В качестве окон хозяин дома пожелал иметь двухкамерные стеклопакеты, удельные теплопотери q = 100 Вт/м2
Рассчитав все теплопотери и сведя их в таблицу, получим следующий результат:
| 1 Этаж | Теплопотери, Вт | Мансарда | Теплопотери, Вт |
|---|---|---|---|
| 1.1. | 467 | 2.1. | 1 294 |
| 1.2. | 747 | 2.2. | 760 |
| 1.3. | 74 | 2.3. | 1 126 |
| 1.4. | 133 | 2.4. | 801 |
| 1.5. | 921 | Итого | 3 981 |
| 1.6. | 2 210 | ||
| Итого | 4 553 | Всего | 8 534 |
Переходим к этапу 2.
2. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет количества теплого воздуха.
Принимаем, что каждый кубометр воздуха может перенести 10 Вт тепла. Тогда получим следующие результаты расхода по воздуху (в час) для каждого помещения дома:
| 1 Этаж | Объем воздуха | Мансарда | Объем воздуха |
|---|---|---|---|
| 1.1. | 47 | 2.1. | 65 |
| 1.2. | 74 | 2.2. | 76 |
| 1.3. | 73 | 2.3. | 113 |
| 1.4. | 13 | 2.4. | 80 |
| 1.5. | 92 | Итого | 334 |
| 1.6. | 226 | ||
| Итого | 525 | Всего | 859 |
Теперь вернемся к учету теплопотерь на вентиляцию, помните, мы говорили об этом на этапе 1?
Теплопотери на вентиляцию учитываются просто. На каждого человека нужно 30 м³/час свежего воздуха, на каждый отопительный котел – 2 м³/час на 1 кВт мощности котла, на каждую газовую плиту – 15 м³/час.
Как уже было сказано в начале статьи, в доме проживают 3 человека, есть газовая плита и котел отопления 18 кВт. Т.е. на вентиляцию нужно дополнительно 140 м³/час воздуха:
Если все это перевести в теплопотери, то для Московского региона (в котором построен наш дом) при зимней нормируемой температуре - 28°С для прогрева воздуха до комнатной температуры нужно будет потратить 23 Вт на каждый кубометр, итого 3,2 кВт на дополнительные теплопотери по вентиляции.
Теперь нужно внимательно проанализировать полученную таблицу с расходом воздуха. Например, в данном доме теплопотери в коридоре на первом этаже минимальны, а в коридоре второго этажа, наоборот, достаточно велики. Поэтому будет целесообразно сделать небольшое перераспределение потоков – часть воздуха для коридора второго этажа подать наоборот в коридор на первом этаже – на второй этаж теплый воздух все равно попадет естественным путем.
3. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет диаметра и количества воздуховодов
Для того, чтобы система воздушного отопления дома получилась компактной и не нарушала целостность интерьера, нужно ограничить диаметры подающих воздуховодов. Стандартные гибкие шумоглушащие воздуховоды выпускаются двух диаметров – 100 и 125 мм (это внутренний диаметр, внешний больше на 50 мм).
Также в подающих воздуховодах нужно ограничить скорость воздуха, иначе система отопления получится излишне шумной (что характерно для американских и канадских систем). Оптимальная скорость воздуха 1…2 м/c. Но при необходимости она может быть и немного выше чем 2 м/c, но если есть возможность, то лучше все-таки не превышать оптимальных значений.
Если скорость воздуха 1 м/с то за час через воздуховод с внутренним диаметром 100 мм будет прокачано 30 м3, через воздуховод с внутренним диаметром 125 мм – уже 45 м3. При скорости воздуха 2 м/c – соответственно в 2 раза больше, 60 м3 и 90 м3.
Теперь нужно выбрать диаметр и количество подающих воздуховодов на основе рассчитанных ранее нужных объемов воздуха, а также рассчитать скорость воздуха в этих воздуховодах, не забывая о том, что было написано выше – скорость должна быть в пределах 1…2 м/c. Величины скоростей воздуха понадобятся в дальнейшем – во время пуско-наладки всей системы воздушного отопления.
| 1 Этаж | Кол-во/Диам. | Скорость, м/с | Мансарда | Кол-во/Диам. | Скорость, м/с |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.1. | 1/100 | 1,56 | 2.1. | 1/125 | 1,44 |
| 1.2. | 1/125 | 1,64 | 2.2. | 1/125 | 1,68 |
| 1.3. | 1/125 | 1,62 | 2.3. | 2/125 | 1,25 |
| 1.4. | 1/100 | 0,43 | 2.4. | 1/125 | 1,77 |
| 1.5. | 1/125 | 2,04 | Итого | 5/125 | |
| 1.6. | 3/125 | 1,67 | |||
| Итого | 2/100 6/125 | Всего | 2/100 11/125 |
Нужно помнить, что в таблице выше мы рассчитали количество подающих воздуховодов – по ним теплый воздух подается в помещения дома. Но его оттуда нужно еще как-то забрать. Поэтому кроме подающих воздуховодов, нужно еще такое же количество обратных. Диаметр у них такой же, как и у подающих воздуховодов.
Последний пункт расчета на данном этапе – выбор диаметра воздуховода для вентиляции – по которому в дом поступает часть свежего воздуха с улицы. Для данного дома достаточно воздуховода диаметром 125 мм.
4. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет сечения магистральных воздуховодов
В магистральных воздуховодах скорость воздуха может быть повыше, чем в подающих воздуховодах – СНиП рекомендует не превышать значения 4 м/c.
Зная суммарный объем воздуха, который нужно прогнать по всем помещениям дома и ограничиваясь скоростью не более 4 м/c, получаем, что магистральные воздуховоды – как прямой, так и обратный – должны быть сечением 250 х 400 мм или 200 х 450 мм. Либо можно использовать круглые воздуховоды диаметром 315 мм. Вообще говоря, агрегат воздушного отопления АВН системы воздушного отопления Антарес Комфорт сконструирован таким образом, чтобы на него можно было установить прямоугольный прямой воздуховод и 2 круглых обратных. Прямоугольное сечение прямого воздуховода выбрано потому, что с ним на агрегат АВН можно без доработок установить внутренний блок канального кондиционера.
В общем случае сечение магистральных воздуховодов выбирается в соответствии с суммарным объемом прокачиваемого воздуха:
- 850 м3/час – сечение воздуховодов 200 х 400 мм
- 1 000 м3/час – сечение воздуховодов 200 х 450 мм
- 1 100 м3/час – сечение воздуховодов 200 х 500 мм
- 1 200 м3/час – сечение воздуховодов 250 х 450 мм
- 1 350 м3/час – сечение воздуховодов 250 х 500 мм
- 1 500 м3/час – сечение воздуховодов 250 х 550 мм
- 1 650 м3/час – сечение воздуховодов 300 х 500 мм
- 1 800 м3/час – сечение воздуховодов 300 х 550 мм
5. Расчет системы воздушного отопления частного дома. Расчет мощности нагревателя или отопительного котла
Полные теплопотери дома мы рассчитали на этапе 1, это 8,5 кВт. Чтобы не забивать себе голову расчетами, выберем мощность отопительного котла с двойным запасом – т.е. 18 кВт. Этой мощности заведомо хватит на то, чтобы обеспечить дом и теплом, и горячей водой, и при необходимости – теплыми полами.
С электронагревателем достаточно взять запас 1,5. Поскольку совместно с агрегатом воздушного отопления АВН работают нагреватели НЭ мощностью 6, 9, 12, 18, 24 и 30 кВт, то при желании отапливаться электричеством выберем нагреватель НЭ-12, мощностью 12 кВт.
Вообще говоря, для данного конкретного дома был установлен нагреватель НЭ-6, а не НЭ-12. Связано это с тем, что у хозяина дома было подключено только 5 кВт электроэнергии, больше не давали. Этой мощности в сильные морозы не хватало для отопления, поэтому для компенсации недостающих кВт использовался дровяной камин – получилось своеобразное воздушное отопление камином. Камин нагревал воздух в гостиной, а система воздушного отопления Антарес Комфорт разносила этот нагретый воздух уже по всем помещениям. Впоследствии хозяин дома заменил кондиционер тепловым насосом, и проблема с недостающими киловаттами была решена.