Расчет тепловой нагрузки: базовая методика определения показателя, укрупненный расчет, сложный метод

Введение

Требования по определению тепловых нагрузок потребителей при разработке схем теплоснабжения отражены в следующих нормативных и законодательных актах:

— Федеральный Закон РФ от 27.07.2010 г. № 190-ФЗ ;

— приказ Министерства регионального развития РФ от 28.02.2009 г. № 610 ;

Договорные нагрузки, как правило, рассчитываются на основании проектных данных. Проектные нагрузки на отопление, в основном, зависят от расчётных параметров микроклимата помещений, расчётной температуры наружного воздуха в отопительный период (принимаемой равной температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по 8. СП 131.13330.2012 ) и теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций. Проектные нагрузки на ГВС зависят от объёмов потребления горячей воды и её расчётной температуры.

За последние 20-30 лет многие из перечисленных выше параметров и характеристик неоднократно менялись. Менялись методики расчёта тепловых нагрузок, требования по тепловой защите ограждающих конструкций. В частности, в класс энергетической эффективности многоквартирных домов (МКД) определяется, исходя из сравнения (определение величины отклонения) фактических или расчётных (для вновь построенных, реконструированных и прошедших капитальный ремонт МКД) значений показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов, отражающего удельный расход энергетических ресурсов на отопление, вентиляцию, ГВС и базовых значений показателя удельного расхода энергетических ресурсов в МКД. При этом фактические (расчётные) значения должны быть приведены к расчётным условиям для сопоставимости с базовыми значениями. Фактические значения показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов определяются на основании показаний общедомовых приборов учёта.

Менялся и сам климат, в результате чего, например, для Санкт-Петербурга нормативная расчётная температура наружного воздуха за тридцать, с небольшим, лет повышена с –26 °С до –24 °С, расчётная длительность отопительного периода уменьшилась на 6 дней, а средняя температура отопительного периода увеличилась на 0,5 °С (с –1,8 до –1,3 °С).

Кроме указанных выше факторов, сами потребители тепловой энергии вносят вклад в энергосберегающие мероприятия, например, путём замены в квартирах деревянных окон на более герметичные – пластиковые.

Все эти изменения, в совокупности, способствуют тому, что фактическое теплопотребление и договорные тепловые нагрузки потребителей тепловой энергии отличаются.

Примеры разработанных Схем теплоснабжения ряда крупных населённых пунктов (например, Нижнего Новгорода) показали, что, если в качестве фактической нагрузки принимается договорная нагрузка (нагрузка, установленная в договорах теплоснабжения), это создаёт избыточный запас мощности теплоснабжающих организаций. Значительная доля нагрузки в этом случае оказывается невостребованной, но при этом сохраняются постоянные эксплуатационные расходы, что негативно отражается и на эффективности теплоснабжающих организаций (ТСО) и на потребителе тепловой энергии.

В Стратегии отмечено, что применяемая в настоящее время технология планирования систем теплоснабжения приводит к излишним инвестициям, созданию избыточной тепловой мощности во всех элементах энергосистем и сохранению низкого уровня эффективности всей российской энергетики.

Актуальность поднимаемой в статье темы обусловлена отсутствием в действующих нормативных и законодательных актах методов определения фактических тепловых нагрузок в расчётных элементах территориального деления при расчётных температурах наружного воздуха, проблемами согласования фактических тепловых нагрузок, применяемых для инвестиционного планирования в Схемах теплоснабжения с ТСО, а также последствиями неверного анализа тепловых нагрузок потребителей, установленных в договорах теплоснабжения.

Юридические основания для перерасчета тепловой нагрузки

Право потребителей на расчет тепловых нагрузок закреплено

в каждом типовом договоре на снабжение тепловой энергией, а также
в приказе Министерства Регионального Развития РФ от 28.12.2009 № 610 «Об утверждении правил установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок».

В приказе Министерства Регионального Развития № 610 установлено, что для пересмотра договорных величин необходимо разработать технический отчет с расчетом тепловых нагрузок.

Отчет должен обосновывать изменение или снижение тепловой нагрузки для объекта.

Также, в приказе №610 установлено, что расчет тепловой нагрузки на отопление, вентиляцию и ГВС может быть пересмотрен после внедрения энергосберегающих мероприятий, а именно, после:

капитального ремонта,
реконструкции внутренних инженерных сетей, которая способствует снижению потерь через изоляцию и утечки,
увеличения тепловой защиты здания или объекта,
внедрения других энергосберегающих мероприятий.

Здесь можно скачать приказ Министерства Регионального Развития РФ от 28.12.2009 № 610 «Об утверждении правил установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок».

Какая система отопления частного дома лучше и почему

Автономная отопительная система для частного дома конструктивно представляет собой котел, радиаторы и замкнутый круговой трубопровод, по которому движется теплоноситель (кроме воздушного). По типу теплоносителя различают следующие виды отопления:

Теплоноситель	Преимущества	Недостатки
1. Водяной (используется вода или антифриз)	Экономичность, доступность теплоносителя, его дешевизна и безопасность системы.	Помещения прогреваются довольно долго. Зимой нельзя допускать ни планового, ни аварийного отключения системы с водой, потому что при минусовой температуре разорвет трубы.
2. Паровой	Малая инерционность (помещения прогреваются сразу же после включения), энергоэффективность.	Шумность, сложности с регулировкой температуры в помещении, необходимость закрывать трубы и радиаторы, высокие требования к качеству труб и радиаторов.
3. Воздушный	Высокий КПД, отсутствие затрат на трубы и радиаторы, малая инерционность. Это идеальный вариант для дачи.	Сушит воздух, есть сложности с подачей воздуха (теплый воздух поднимается вверх, а внизу температура остается холодной).

Котлы различаются по виду топлива. Можно долго рассуждать о том, какое отопление выбрать для частного дома, перебирать варианты и находить в каждом свои преимущества и недостатки. Чтобы представить информацию более наглядно и подвести итоги, предлагаем рассмотреть сравнительную таблицу.

Теплоноситель	Преимущества	Недостатки
1. Газовые	Комфортная эксплуатация (полностью автоматическая система), большой выбор котлов (одноконтурные и двухконтурные, настенные и напольные, конвекционные и конденсационные), низкие затраты на эксплуатацию, высокий КПД, долговечность.	Ограниченная доступность (не везде есть газоснабжение), сложность монтажа системы, необходимость проектирования и оформления документов, высокий уровень опасности (нельзя исключать утечку), расходы на обслуживание.
2. Электрические	Доступность источника тепла, невысокая стоимость оборудования и монтажа, отсутствие дымохода и экологичность, экономичность, комфорт при эксплуатации, безопасность, высокий КПД.	Всегда есть вероятность перебоев с электроснабжением (желательно иметь альтернативный источник отопления), необходимо соблюсти требования по электросети, стоимость электроэнергии в некоторых регионах России достаточно высока.
3. Твердотопливные	Низкая стоимость энергоносителя, большой выбор видов топлива (уголь, дрова, пеллеты, брикеты), доступность топлива в любом регионе России.	Необходимость загрузки топлива вручную, невысокий КПД, расходы на чистку и обслуживание котла и дымохода, должно быть помещение для хранения топлива.
4. Жидкотопливные	Невысокая стоимость топлива, может работать на солярке, мазуте, отработке, автономность системы, хороший КПД.	Нужна отдельная котельная с емкостью для хранения топлива, в помещение могут попадать продукты сгорания (зависит от котла и проекта), нуждается в регулярном обслуживании и чистке.
5. Комбинированные	Универсальность. Экономичность и возможность использовать самый выгодный и практичный энергоноситель, быстрая окупаемость. Можно выбрать одноконтурный, двухконтурный котел, подключить бойлер или систему теплый пол.	Громоздкий котел, технически сложный агрегат с большим количеством дополнительного оборудования. Высокая стоимость системы и монтажа.

Усредненный расчет и точный

Учитывая описанные факторы, усредненный расчет проводится по следующей схеме. Если на 1 кв. м требуется 100 Вт теплового потока, то помещение в 20 кв. м должно получать 2 000 Вт. Радиатор (популярный биметаллический или алюминиевый) из восьми секций выделяет около 150 Вт. Делим 2 000 на 150, получаем 13 секций. Но это довольно укрупненный расчет тепловой нагрузки.

Точный выглядит немного устрашающе. На самом деле ничего сложного. Вот формула:

q1 – тип остекления (обычное =1.27, двойное = 1.0, тройное = 0.85);
q2 – стеновая изоляция (слабая, или отсутствующая = 1.27, стена выложенная в 2 кирпича = 1.0, современна, высокая = 0.85);
q3 – соотношение суммарной площади оконных проемов к площади пола (40% = 1.2, 30% = 1.1, 20% — 0.9, 10% = 0.8);
q4 – уличная температура (берется минимальное значение: -35 о С = 1.5, -25 о С = 1.3, -20 о С = 1.1, -15 о С = 0.9, -10 о С = 0.7);
q5 – число наружных стен в комнате (все четыре = 1.4, три = 1.3, угловая комната = 1.2, одна = 1.2);
q6 – тип расчетного помещения над расчетной комнатой (холодное чердачное = 1.0, теплое чердачное = 0.9, жилое отапливаемое помещение = 0.8);
q7 – высота потолков (4.5 м = 1.2, 4.0 м = 1.15, 3.5 м = 1.1, 3.0 м = 1.05, 2.5 м = 1.3).

По любому из описанных методов можно провести расчет тепловой нагрузки многоквартирного дома.

Простые вычисления по площади

Вычислить величину батарей отопления для определенного помещения можно, ориентируясь на его площадь. Это самый простой способ – использовать сантехнические нормы, которые предписывают, что тепловой мощности 100 Вт в час нужно для обогрева 1 кв.м. Надо помнить, что этот метод используется для помещений, у которых потолки стандартной высоты (2,5-2,7 метра), а результат получается несколько завышенным. К тому же он не учитывает таких особенностей, как:

число окон и тип стеклопакетов на них;
количество в комнате наружных стен;
толщина стен здания и из какого материала они состоят;
тип и толщина использованного утеплителя;
диапазон температур в данной климатической зоне.

Тепло, которое для обогрева комнаты должны давать радиаторы: площадь следует умножить на тепловую мощность (100 Вт). К примеру, для комнаты в 18 кв.м требуется такая мощность батареи отопления:

18 кв.м х 100 Вт = 1800 Вт

То есть, в час для обогрева 18-ти квадратных метров необходимо 1,8 кВт мощности. Этот результат надо поделить на количество тепла, которое в час выделяет секция отопительного радиатора. Если данные в его паспорте указывают, что это составляет 170 Вт, то следующий этап вычислений выглядит так:

1800 Вт / 170 Вт = 10,59

Это число надо округлить до целого (обычно округляется в большую сторону) – получится 11. То есть, чтобы в комнате температура в отопительный сезон была оптимальной, необходимо установить радиатор отопления с 11-ю секциями.

Такой метод подходит только для вычисления величины батареи в помещениях с центральным отоплением, где температура теплоносителя не выше 70 градусов Цельсия.

Есть и более простой способ, который можно применять для обычных условий квартир панельных домов. В этом приблизительном расчете учитывается, что для обогрева 1,8 кв.м площади нужна одна секция. Другими словами, площадь помещения надо разделить на 1,8. Например, при площади 25 кв.м необходимо 14 частей:

25 кв.м / 1,8 кв.м = 13,89

Но такой метод расчета неприемлем для радиатора пониженной или повышенной мощности (когда средняя отдача одной секции варьируется в пределах от 120 до 200 Вт).

Методики расчета тепловой нагрузки на отопление здания

Чтобы рассчитать необходимую тепловую нагрузку, данные о нормах температуры и влажности берут из ГОСТ и СНиП. Там же есть сведения о коэффициентах теплопередачи разных материалов и конструкций. При расчетах обязательно учитывают паспортные данные радиаторов, отопительного котла, другого оборудования.

В вычисления включают:

поток тепловой энергии радиатора – максимальное значение;
максимальный расход за 1 час при работе отопительной системы;
тепловые затраты за сезон.

Приблизительное значение дает соотношение расчетных данных с площадью дома или комнат. Однако такой подход не учитывает конструкционные особенности здания.

Вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей

Формула расчета теплопотерь

Метод применяют, когда точные характеристики здания невозможно установить. Чтобы рассчитать тепловую нагрузку, используют формулу.

Qот= α*qо*V*(tв-tн.р); где:

q° – удельный тепловой показатель строения по проекту или стандартной таблице. Для зданий разного назначения – жилой многоквартирный дом, гараж, лаборатория – он разный.
а – поправочный коэффициент, разный для разных климатических зон.
Vн – внешний объем строения, м³.
Tвн и Tнро – температура внутри дома и снаружи.

Метод позволяет рассчитать показатели для всей постройки и для каждой зоны или комнаты. Однако формула не включает данные о теплопроводности материалов, из которых построен дом, а показатели для дерева, пенобетона и камня сильно отличаются.

Определение теплоотдачи отопительно-вентиляционного оборудования

Примерная мощность батарей исходя из площади комнат

Чтобы получить более достоверный результат, используют расчет по стенам и окнам и дополнительно вычисляют тепловую нагрузку вентиляции. Расчеты производят в несколько этапов:

рассчитывают площадь стен и остекления;
вычисляют сопротивление теплопередачи, используя данные справочника;
рассчитывают коэффициент по типу утеплителя – данные тоже есть в строительном справочнике, можно уточнить в паспорте изделий;
вычисляют уровень теплопотерь через окна;
расчетные величины умножают на сумму температур (внутри и снаружи здания) и получают суммарный расход тепла.

Расчет тепловой вентиляционной нагрузки выполняют по формуле Qv=c*m*(Tv-Tn), где:

Qv – расход тепла вентиляцией;
с – теплоемкость воздуха;
m – масса воздуха: в среднем для нормальной вентиляции необходим объем воздуха, равный утроенной квадратуре комнаты; массу получают, умножив величину на плотность воздуха;
Tv-Tn – разница между внешней и внутренней температурой.

Общий показатель получают, просуммировав расчетные теплопотери здания и потери через вентиляцию.

Вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций

Обследование зданий тепловизором позволяет отыскать утечки тепла, влажные места в комнатах

Если для расчетов использовать теоретические данные – показатели по теплопотерям каждого материала – результат все равно оказывается не совсем точным. В вычислениях невозможно учесть количество и величину трещин и зазоров, работу освещения и прочее.

Самый точный результат обеспечивает тепловизионное обследование здания. Выполняется процедура в темное время суток, при выключенном освещении. Рекомендуют убрать на время ковры и мебель, чтобы не искажать показания.

Обследование выполняют в 3 этапа:

с помощью тепловизора изучают помещение изнутри, тщательно обследуют углы и стыки;
измеряют потери снаружи – так учитываются все особенности материалов и архитектуры;
данные прибора переносят в компьютер, рассчитывают результат.

По итогам обследования составляют рекомендации: по утеплению, реконструкции, выбору отопительных приборов.

Расчет тепловой нагрузки на отопление помещения. Исходные данные.

Настоящий расчет выполнен с целью определения фактической тепловой нагрузки на отопление нежилых помещений.

Заказчик	Редакция газеты
Адрес объекта	Самарская область, г. Тольятти
Договор теплоснабжения	отсутствует
Этажность здания	3-ех этажное
Этаж на котором расположены обследуемые помещения	1 этаж
Высота этажа	3 м.
Система отопления	однотрубная
Тип розлива	Нижний
Температурный график	95-70 оС
Расчетный температурный график для этажей на которых находятся помещения	95-70 оС
ГВС	–
Расчетная температура внутреннего воздуха	+ 20 оС
Представленная техническая документация	Копия первого этажа плана БТИ. Справка о численности персонала

№ помещения	№ отопительного прибора на плане	Фото отопительного прибора	Технические характеристики отопительного прибора

22	1	Чугунный радиатор М-140-АО 7 секций
17	2	Чугунный радиатор М-140-АО 7 секций
17	3	Чугунный радиатор М-140-АО 9 секций
17	4	Чугунный радиатор М-140-АО 7 секций
15	5	Чугунный радиатор М-140-АО 7 секций
78	6	Чугунный радиатор М-140-АО 8 секций
76	7	Радиатор отсутствует, трубы заглушены

Посмотреть: обследование отопления для выявления потерь

Методики расчета тепловой нагрузки на отопление здания

В вычисления включают:

поток тепловой энергии радиатора – максимальное значение;
максимальный расход за 1 час при работе отопительной системы;
тепловые затраты за сезон.

Вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей

Формула расчета теплопотерь Метод применяют, когда точные характеристики здания невозможно установить. Чтобы рассчитать тепловую нагрузку, используют формулу.

Qот= α*qо*V*(tв-tн.р); где:

q° – удельный тепловой показатель строения по проекту или стандартной таблице. Для зданий разного назначения – жилой многоквартирный дом, гараж, лаборатория – он разный.
а – поправочный коэффициент, разный для разных климатических зон.
Vн – внешний объем строения, м³.
Tвн и Tнро – температура внутри дома и снаружи.

Определение теплоотдачи отопительно-вентиляционного оборудования

Примерная мощность батарей исходя из площади комнат Чтобы получить более достоверный результат, используют расчет по стенам и окнам и дополнительно вычисляют тепловую нагрузку вентиляции. Расчеты производят в несколько этапов:

рассчитывают площадь стен и остекления;
вычисляют сопротивление теплопередачи, используя данные справочника;
рассчитывают коэффициент по типу утеплителя – данные тоже есть в строительном справочнике, можно уточнить в паспорте изделий;
вычисляют уровень теплопотерь через окна;
расчетные величины умножают на сумму температур (внутри и снаружи здания) и получают суммарный расход тепла.

Расчет тепловой вентиляционной нагрузки выполняют по формуле Qv=c*m*(Tv-Tn), где:

Qv – расход тепла вентиляцией;
с – теплоемкость воздуха;
m – масса воздуха: в среднем для нормальной вентиляции необходим объем воздуха, равный утроенной квадратуре комнаты; массу получают, умножив величину на плотность воздуха;
Tv-Tn – разница между внешней и внутренней температурой.

Общий показатель получают, просуммировав расчетные теплопотери здания и потери через вентиляцию.

Исходные данные для теплового расчета системы отопления

Прежде чем приступать к подсчетам и работе с данными, их необходимо получить

Здесь для тех владельцев загородных домов, которые прежде не занимались проектной деятельностью, возникает первая проблема – на какие характеристики стоит обратить свое внимание. Для вашего удобства они сведены в небольшой список, представленный ниже

Площадь постройки, высота до потолков и внутренний объем.
Тип здания, наличие примыкающих к нему строений.
Материалы, использованные при возведении постройки – из чего и как сделаны пол, стены и крыша.
Количество окон и дверей, как они обустроены, насколько качественно утеплены.
Для каких целей будут использоваться те или иные части здания – где будут располагаться кухня, санузел, гостиная, спальни, а где – нежилые и технические помещения.
Продолжительность отопительного сезона, средний минимум температуры в этот период.
«Роза ветров», наличие неподалеку других строений.
Местность, где уже построен или только еще будет возводиться дом.
Предпочтительная для жильцов температура тех или иных помещений.
Расположение точек для подключения к водопроводу, газу и электросети.

Методы определения тепловых нагрузок

В настоящее время тепловые нагрузки рассчитываются несколькими основными способами:

Расчет теплопотерь посредством укрупненных показателей;
Определение параметров через различные элементы ограждающих конструкций, добавочных потерь на нагрев воздуха;
Расчет теплоотдачи всей установленной в строении отопительно-вентиляционной техники.

Укрупненный метод расчета нагрузок на отопление

Еще одним методом расчета нагрузок на систему отопления является так называемая укрупненная методика. Как правило, используется подобная схема в том случае, когда отсутствует информация о проектах либо же подобные данные не соответствуют фактическим характеристикам.

Примеры тепловых нагрузок для жилых многоквартирных домов и их зависимость от количества проживающих людей и площади

Для укрупненного расчета тепловой нагрузки отопления используется довольно простая и незамысловатая формула:

Qmax от.=α*V*q0*(tв-tн.р. )*10-6

В формуле используются следующие коэффициенты: α является поправочным коэффициентом, учитывающим климатические условия в регионе, где построено здание (применяется в случае, когда расчетная температура отличная от -30С); q0 удельная характеристика отопления, выбираемая в зависимости от температуры наиболее холодной недели в году (так называемой «пятидневки»); V – наружный объем строения.

Виды тепловых нагрузок для учета в расчете

В ходе выполнения расчетов (а также при подборе оборудования) учитывается большое количество самых различных тепловых нагрузок:

Сезонные нагрузки. Как правило, для них присущи следующие особенности:

В течение всего года происходит изменение тепловых нагрузок в зависимости от температуры воздуха снаружи помещения;
Годовые расходы теплоты, которые определяются метеорологическими особенностями того региона, где расположен объект, для которого рассчитываются тепловые нагрузки;

Регулятор тепловых нагрузок для котельного оборудования

Изменение нагрузки на систему обогрева в зависимости от времени суток. За счет теплостойкости наружных ограждений здания такие значения принимаются как незначительные;
Расходы тепловой энергии вентиляционной системы по часам суток.

Круглогодичные тепловые нагрузки. Следует отметить, что для систем обогрева и горячего водоснабжения большинство отечественных объектов имеют тепловое потребление на протяжении года, которое изменяется довольно мало. Так, например, летом расходы тепловой энергии по сравнению с зимой снижается практически на 30-35%;
Сухое тепло – конвекционный теплообмен и тепловое излучение от других подобных устройств. Определяется за счет температуры сухого термометра.

Данный фактор зависит от массы параметров, среди которых всевозможные окна и двери, оборудование, системы вентиляции и даже воздухообмен через щели в стенах и перекрытия. Еще обязательно учитывается количество людей, которые могут находиться в помещении;

Скрытое тепло – испарения и конденсация. Опирается на температуру влажного термометра. Определяется объем скрытой теплоты влажности и ее источниками в помещении.

Теплопотери загородного дома

В любом помещении на влажность оказывают влияние:

Люди и их количество, которые одновременно находятся в помещении;
Технологическое и другое оборудование;
Потоки воздуха, которые проходят через трещины и щели в конструкциях здания.

Способы определения нагрузки

Сначала поясним значение термина. Тепловая нагрузка – это общее количество теплоты, расходуемое системой отопления на обогрев помещений до нормативной температуры в наиболее холодный период. Величина исчисляется единицами энергии – киловаттами, килокалориями (реже – килоджоулями) и обозначается в формулах латинской буквой Q.

Зная нагрузку на отопление частного дома в целом и потребность каждого помещения в частности, нетрудно подобрать котел, обогреватели и батареи водяной системы по мощности. Как можно рассчитать данный параметр:

Если высота потолков не достигает 3 м, производится укрупненный расчет по площади отапливаемых комнат.
При высоте перекрытий 3 м и более расход тепла считается по объему помещений.
Определение теплопотерь через внешние ограждения и затрат на подогрев вентиляционного воздуха согласно СНиП.

Фото здания, сделанное с помощью тепловизора Две первые расчетные методики основаны на применении удельной тепловой характеристики по отношению к обогреваемой площади либо объему здания. Алгоритм простой, используется повсеместно, но дает весьма приближенные результаты и не учитывает степень утепления коттеджа.

Считать расход тепловой энергии по СНиП, как делают инженеры–проектировщики, гораздо сложнее. Придется собрать множество справочных данных и потрудиться над вычислениями, зато конечные цифры отразят реальную картину с точностью 95%. Мы постараемся упростить методику и сделать расчет нагрузки на отопление максимально доступным для понимания.