Что необходимо знать про мощность для отопления частного дома
Характеристики котлов на природном газе, которые влияют на расчет
Как рассчитать мощность одноконтурного котла
Расчеты для двухконтурных моделей
Как рассчитать мощность котла с бойлером косвенного нагрева
Дополнительные параметры расчета мощности газового котла
Приточно-вытяжная вентиляция и ее влияние на расчеты
Ориентировочные расчеты потребления газа
Преимущества котлов на природном газе
Правильный и грамотный расчет мощности газового котла для отопления частного дома гарантирует комфортное проживание владельца и членов его семьи, а также наиболее надежный режим работы отопительного оборудования в любых климатических условиях.
Полные теплотехнические расчеты по выбору мощности газового котла достаточно сложны, однако в реальных условиях достаточно использовать упрощенную формулу расчетов, которая не требует академических знаний в области теплофизики.
Что необходимо знать про мощность для отопления частного дома
Расчетная мощность газового котла показывает его способность выдавать определенное количество тепловой энергии, которой хватает для отопления частных домовладений. Разные показатели мощности для отопления одинаковой площади определяются разными теплосберегающими параметрами самого здания, для учета которых применяются поправочные коэффициенты.
Важным параметром расчета является коэффициент запаса, которые показывает превышение мощности конкретного котла над необходимой для отопления величиной. Обычно данный параметр не превышает 20%.
Необходимо отметить, что слишком большой запас по мощности приводит к нежелательным последствиям, основными из которых являются следующие факторы:
- слишком частое включение и выключение котла (режим тактования) снижает общую надежность отопительной системы и ведет к уменьшению ее долговечности;
- практический анализ функционирования отопления в средней полосе России показывает, что в холодное время года большую часть времени газовый котел работает в режиме от 10 до 40% своей производительности;
- работа газового котла в режимах пониженной нагрузки существенно снижает общий КПД системы и ведет к повышенному расходу газа и к увеличению эксплуатационных расходов. Завышенная мощность отопительного прибора усугубляет эту проблему и большую часть времени система отопления работает в режиме далеком от оптимального.
Для пояснения снижения надежности оборудования в режиме тактования можно в качестве наглядного примера привести работу электрических лампочек в елочных гирляндах — мигающая лампочка намного чаще выходит из строя, чем лампа обычного освещения.
Важно: Для владельцев домов, которые предполагают последующее расширение отапливаемых помещений хорошо подходят современные газовые котлы с программированием рабочей мощности. На начальном этапе котел работает в режиме частичной мощности, а по мере подключения дополнительных площадей рабочую мощность котла можно увеличивать. Коэффициент полезного действия при таком варианте не уменьшается.
Основные параметры расчета мощности
В число основных факторов, которые оказывают влияние на мощность отопительных приборов, входят несколько характеристик отапливаемых зданий:
- суммарная площадь отапливаемых помещений является основным фактором для расчетов;
- еще одним фактором расчета является высота потолков отапливаемых помещений — для базовых расчетов берется стандартная величина высоты, которая лежит в пределах 2,5-3 метра;
- теплопотери стен определяют рассеивание тепла. Для хорошо утепленных зданий применяют понижающий коэффициент расчета, а для плохо утепленных — повышающий;
- важным критерием расчета является площадь остекления. Теплотехнические расчеты показывают, что через стандартные окна с обычным остеклением происходит до 80% теплопотерь;
- теплопотери через пол и потолок могут достигать существенных величин, но, как правило, эта проблема решается грамотным утеплением.
К второстепенным факторам расчета относятся ориентация самого строения и окон по сторонам света, наличие теплого тамбура и системы принудительной вентиляции. Последняя может являться серьезным фактором увеличения производительности котла, если в системе вентиляции не используются рекуператоры тепла.
Характеристики котлов на природном газе, которые влияют на расчет
На корректный расчет мощности влияет тип газового котла, который зависит от принципа приготовления горячей воды. Двухконтурные модели имеют в своем составе проточный газовый теплообменник, автоматика которого включается при открытии крана горячей воды. В одноконтурных моделях приготовление горячей воды реализовано за счет бойлера косвенного нагрева, для работы которого выделен отдельный отопительный контур.
Расчет параметров двухконтурных моделей не подразумевает каких-либо дополнительных запасов, так как работа контура отопления на время приготовления горячей воды отключена. Также отключена и работа циркуляционного насоса, который работает на перекачку горячей воды.
Важно: Длительное включение горячей воды в двухконтурных моделях газовых котлов может приводить к остыванию дома и никакой запас по мощности, который часто предлагают менеджеры торговых компаний, эту проблему не решит. Эту особенность необходимо знать при планировании системы отопления.
В системах отопления с одноконтурным котлом и накопительным бойлером на подготовку горячей воды необходимо предусмотреть небольшой запас по мощности. Величина этого запаса зависит от количества точек водоразбора и емкости накопительного бойлера. Стандартная величина запаса для накопительного бойлера емкостью до 200 литров не превышает 20-30 %.
Как рассчитать мощность одноконтурного котла
Большинство практикующих специалистов применяют упрощенную формулу расчета, которая использует 1 кВт производительности котельного оборудования на каждые 10 м? обогреваемой площади. По этой формуле для обогрева помещений площадью 100 м? требуется 10 кВт производительности котла на природном или сжиженном газе. Данная формула действительна в средней полосе России для стандартных зданий с максимальной высотой потолков не более 3-х метров.
В обобщенном виде данная формула выглядит так:
Р = Pu * S * Kp* Kr, где
Р — необходимая для отопления мощность отопительного прибора на природном газе;
Pu — удельная мощность отопительного прибора, величина которой составляет 1 кВт/10 м? площади помещения;
S — полная величина полезной площади, которая равна сумме всех отапливаемых помещений,
Kp – поправочный коэффициент, величина которого напрямую зависит от климатической зоны;
Kr — поправочный коэффициент, учитывающий теплопотери и степень утепления здания.
Величина поправочного коэффициента климатической зоны составляет 1 для центральных регионов, 0,8-0,9 — для южной полосы и 1,5-2 — для северных регионов Российской Федерации.
Поправочный коэффициент по степени утепления принимается 1 для зданий с нормальной степенью утепления, 0,8 — для хорошо утепленных домов и 1,2 — для слабо утепленных. Следует учитывать, что к слабо утепленным зданиям не относятся строения с полным отсутствием утеплительного контура.
В качестве примера можно привести деревянный сруб с наружным или внутренним утеплением слоем минеральной ваты толщиной 50 мм, расположенный на Среднем Урале. Оба поправочных коэффициента для этого домовладения будут равны единице, а для отопления его площадей в количестве 240 м? потребуется газовый котел 24 кВт.
Расчеты для двухконтурных моделей
Расчет мощностных характеристик газовых котлов со встроенным проточным водонагревателем ничем не отличается от аналогичных действий для одноконтурных моделей, так как процессы отопления и приготовления горячей воды в таких моделях разделены во времени. Как уже отмечалось выше, во время подачи горячей воды к точкам водоразбора отопительный контур не работает.
Единственным фактором, который следует учитывать, является мощность самого отопительного прибора, которая является показателем скорости и количества приготовляемой горячей воды. Чем мощнее котел, тем быстрее нагревается поступающая в теплообменник холодная вода и выше ее температура. Так для типового настенного котла Вайллант 24 кВт, максимальное количество горячей воды составляет 11,5 литров в минуту, при нагреве ее на 30°С.
Как рассчитать мощность котла с бойлером косвенного нагрева
Основным отличием работы одноконтурного котла с бойлером косвенного нагрева от двухконтурной схемы отопления является совмещение процессов отопления и нагрева горячей воды. Такая особенность требует выделения дополнительной мощности газового котла, величина которой требует серьезных теплотехнических расчетов.
Скорость нагрева определенного объема воды на требуемую величину в определенный промежуток времени является комбинацией из трех независимых величин и на практике используется редко. Для практического применения достаточно озвучить тот факт, что мощность большинства 100 литровых накопительных бойлеров на электричестве составляет всего 1 кВт. Такой величины обычно достаточно для обеспечения горячей водой семьи из трех человек.
На практике в качестве практической рекомендации по увеличению мощности на подготовку горячей воды в накопительном бойлере косвенного нагрева достаточно увеличить расчетную мощность отопительного прибора на величину 20-30%.
Дополнительные параметры расчета мощности газового котла
Простейшие формулы расчета параметров производительности газового оборудования оправдывают себя в домовладениях обычной архитектуры со стандартной высотой потолков и небольшой площадью остекления. Для более сложных архитектурных проектов необходим учет множества дополнительных параметров, которые прямым или косвенным образом влияют на тепловые параметры здания.
Как было уже указано выше, площадь остекления играет очень важную роль в формировании теплопотерь конкретного здания и в некоторых случаях является решающим фактором для расчета. К таким случаям относятся панорамные окна, окна на всю высоту фасада, а также высокие стеклянные окна балконных конструкций. Полный расчет теплопотерь таких зданий лучше доверить специалистам. В противном случае велика вероятность ощутимого снижения температуры в отапливаемых помещениях при наступлении серьезных холодов.
В качестве технического отступления по поводу остекления дома стоит отметить, что самым плохим вариантом оконных конструкций являются однокамерные стеклопакеты, которые не являются надежной защитой от холода.
Практические расчеты показывают, что дополнительные расходы на установку двухкамерных стеклопакетов окупаются уже в течение второго года эксплуатации, что является серьезным аргументом в пользу их установки.
Еще одним фактором дополнительных расчетов мощностных характеристик отопительного оборудования является большая высота потолков, а также, так называемый, второй свет. Большая высота потолков снижает циркуляцию воздуха в местах пребывания человека и ведет к общему снижению температуры в районе пола. Такую особенность необходимо учитывать при проектировании загородного дома, а все необходимые расчеты вести не по площадям отапливаемых помещений, а по их объемам.
Важным параметром частного дома, который прямо влияет на его теплопотери, является утепление потолков. Особенно той их части, которые непосредственно контактируют с холодным воздухом улицы. Увеличение толщины утеплительного слоя является необходимым условием снижения теплопотерь.
Приточно-вытяжная вентиляция и ее влияние на расчеты
Строительные нормы и правила требуют при установке приточно-вытяжной вентиляции с принудительным удалением воздушных масс полной замены воздуха в жилых помещениях в течение каждого часа. Нетрудно заметить, что без принятия дополнительных мер, обычная вентиляционная установка потребует удвоения мощности отопительного оборудования, что приведет к существенным затратам на приобретение оборудования и его последующую эксплуатацию.
Типовым решением проблемы принудительной вентиляции является установка рекуператоров тепла, в которых забираемый с улицы воздух обогревается удаляемым теплым воздухом. Такие устройства имеют довольно высокий КПД, который в современных устройствах достигает величины 90%. Для типовых рекуператоров тепла принято использовать величину КПД 80%. Нетрудно заметить, что для компенсации потерь на удаляемое тепло достаточно увеличить мощностные характеристики отопительного оборудования на 20-30%.
Проблема рекуперации тепла в загородном доме часто наталкивается на серьезную стоимость оборудования рекуперации, срок окупаемости которого, при небольшом числе проживающих и низкой стоимости газа, может составлять 10 и более лет. По этой причине многие владельцы идут на отказ от рекуперационных установок и просто снижают кратность воздухообмена в особо холодные дни. Требуемый запас производительности котельного оборудования в таких случаях увеличивается, но низкая стоимость газа оправдывает такое техническое решение.
Типовая ошибка при выборе системы с накопительным бойлером
Прямая заинтересованность менеджеров торговых организаций очень часто приводит к существенному завышению мощности выбранного газового котла, что ведет к необоснованным затратам на приобретение оборудования и его эксплуатацию.
Ярким примером аргументации по увеличению мощности служат расчеты количества кВт, необходимых для нагрева бойлера косвенного нагрева. Так, для нагрева за 28 минут воды до необходимой температуры в бойлере емкостью 200 литров, необходима полезная мощность 24 кВт. И именно на эту величину некоторые менеджеры предлагают увеличить итоговую производительность отопительного прибора. Безупречная с точки зрения математики, величина увеличения имеет следующие эксплуатационные недостатки:
- быстрый нагрев воды необходим при непрерывном процессе принятия душа или ванны для нескольких человек, что в реальных условиях происходит нечасто. Запаса 50 литров горячей воды вполне хватает для приема душа для 2-х человек;
- увеличение производительности отопительного прибора рассчитано для критических наружных температур, которые в стандартной формуле лежат в диапазоне минус 28-35°С. Непрерывное потребление горячей воды в таких условиях можно спокойно ограничить;
- система отопления работает в прерывистом режиме — сначала нагревает помещение до заданной температуры (воздуха или воды в отопительном контуре), а потом выключается. В таком режиме, в отопительных паузах, на нагрев горячей воды используется вся мощность прибора отопления.
Анализ всех приведенных факторов показывает, что для реальных условий вполне достаточно увеличить мощность на нагрев воды в накопительном бойлере на указанные выше 20-30%.
Ориентировочные расчеты потребления газа
Многим потребителям будут интересны ориентировочные расходы на оплату природного газа в отопительный сезон в зависимости от производительности котельного оборудования. Такие расходы позволяют, с достаточной долей уверенности, сравнить расходы на отопления на природном газе с расходами на отопление на других видах топлива.
Теплотехнические расчеты показывают, что для получения 10 кВт тепла необходимо истратить 1 м? природного газа. С учетом КПД газовых котлов из 1 м? природного газа реально получается 9 кВт тепловой энергии, которая полностью уходит на отопление дома.
Для примера возьмем реальный дом на Среднем Урале площадью 120 м?. Для его отопления стоит настенный газовый котел Вайллант 24 кВт, который работает в режиме половинной мощности — 12 кВт. Такой котел в максимальном режиме потребляет 1,34 м? в час, что за месяц составляет примерно 1000 м? природного газа.
В течение отопительного сезона система отопления в максимальном режиме работает единичные дни и для определения реального потребления газа принято делить полученную величину (1000 м?) на 2. То есть, расчетное потребление газа в холодное время года будет составлять примерно 500 м?.
Полученная величина (500 м?) служит хорошим ориентиром о верхней границе потребляемого газа, однако в реальных условиях она, как правило, существенно меньше. Так, для относительно мягкого отопительного сезона 2021-2022 г., реальное среднемесячное потребление газа для указанного выше примера (дом 120 м? на Среднем Урале) составило всего 326 м?. Фактическое значение получено для периода с 20 октября 2021 года по 21 марта 2022 года. Общие потребление газа за это период составило 1630 м?. Ежемесячные затраты на отопление дома, при цене природного газа 5 рублей за м?, составили 1630 рублей.
Реальная стоимость отопления для частных домовладений средней степени утепления и вполне конкретной площади служит хорошим ориентиром для владельцев будущих домов, так как на практике позволяет оценить будущие расхода на отопление. Такая особенность связана с прямо-пропорциональной зависимостью площади здания и расходами на его обогрев.
Преимущества котлов на природном газе
Небольшие затраты на отопление частных домовладений с помощью газового котла является не единственным достоинством оборудования такого типа. Из других преимуществ и достоинств отопительного оборудования на природном газе отметим следующие:
- развитые системы автоматики позволяют с большой степенью точности выдерживать заданные климатические параметры в отапливаемых помещениях, что является еще одним действенным фактором экономии;
- многоступенчатые системы газовой безопасности полностью исключают утечку природного газа, что устраняет главный недостаток природного газа — его взрывоопасность;
- небольшие габариты и относительно низкая стоимость котельного оборудования на природном газе повышают общий экономический эффект от низкой стоимости топлива;
- высокая надежность оборудования и его высокий КПД снижают эксплуатационные расходы на обслуживание, проверку и ремонт газовых котлов на природном газе;
- встроенные теплообменники для приготовления горячей воды двухконтурных моделей отопительного оборудования уменьшают затраты на комплексную систему отопления;
- относительно небольшие габариты и весь котельного оборудования позволяют существенно экономить площади под помещение котельной, что качественно улучшает потребительские свойства загородного дома;
- небольшая потребляемая мощность от сети переменного тока позволяет устанавливать относительно недорогие источники бесперебойного питания, что качественно улучшает условия эксплуатации котельного оборудования и всей системы отопления в целом;
- автоматизация системы отопления на природном газе дает возможность легко устанавливать удаленные устройства управления работой отопительного оборудования. Такая особенность хорошо зарекомендовала себя для загородных владений, жильцы которых часто отсутствуют дома.
Вывод: общий курс правительства на упрощение процесса газификации домовладений постепенно устраняет главный недостаток природного газа — высокая стоимость услуг местных сетей газораспределения.
Заключение
Анализ всех факторов расчета мощности газового котла для отопления частного дома убедительно показывает, что ориентировочный расчет мощностных характеристик отопительного оборудования дает адекватные величины для большинства новых и уже построенных загородных домов. Небольшая величина запаса служит надежной страховкой от непредвиденных ситуаций, а также гарантирует работу оборудования с максимальным коэффициентом полезного действия.
Также в данном материале показано, что для домов сложной конфигурации с большой площадью остекления, простейшие методы расчета не являются гарантией получения верного результата, а для грамотного расчета параметров отопительного оборудования лучше обратиться к квалифицированным специалистам или воспользоваться профессиональными онлайн калькуляторами с необходимым набором архитектурных характеристик дома.