Систeмa отоплeния. Пошaговоe руководство

Рад, что идея понравилась. Пойду готовить первую часть.

 

1. Расчет теплопотерь дома.
Предлагаю рассмотреть сразу на конкретном примере.

Это мой будущий дом. Масштаб и размеры приблизительные и существенной роли для нашего дела не играют. Поэтому предлагаю воздерживаться от советов и коментариев чтоб не засорять тему.
Итак. Дом одноэтажный. Подвала нет. Мансардный этаж если и будет, то неотапливаемый.
Стены выполнены из 40см газосиликата. Снаружи буду утеплять, например минватой 5 см. Внутри же будем считать, что стены оштукатурены 5 мм слоем штукатурки. Окна предполагаются из стеклопакета. Размеры окон 1,5 на 1,5 метра, за исключением одного в спальне 2,5 на 1,5 и двух маленьких фрамуг в техпомещении. Их размеры 1 на 0,6 каждая.
Пол реализуется в виде 10см черновой стяжки, наверх 10 см пенопласта и сверху 4 см чистовой стяжки с теплым полом. Парадная дверь 1,2 метра шириной на 2 высотой, дверь в техпомещение 0,8 на 2 метра.
Крышу над всем домом утеплю минватой толщиной 15 см. А для начала подошью ее 25 мм сосновой доской изобразив этим черновой потолок. Высота потолков 3 метра. Пока этого достаточно для расчетов.
Для начала поговорим о теплопроводности.
http://www.electro-sila.ru/teplo.htm смотрим ссылку, здесь она измеряется в некой странной величине Вт/м*к. Разберемся, что это такое на примере газосиликата плотностью 800. У него этот показатель равен 0,21 ватт на метр кельвин (цельсий). Это значит, что каждый квадратный метр стены, толщиной в 1 метр будет пропускать 0,21 ватт тепловой энергии, при условии, что разность температур между наружной частью стены и внутренней будет 1 градус цельсия.
Соответственно, если толщина стенки у меня 0,4 метра, то мы берем 0,21 и делим на 0,4.
0,21/0,4=0,525 вт/ град. Это значит, что каждый квадратный метр моей стены в том состоянии, в котором она находится сейчас при перепаде в 1 градус будет пропускать через себя 0,525 ватт тепловой энергии.
А 5 см минваты? Вообще-то на упаковке обязательно пишут коэфициент теплопроводности. Недавно у одного клиента подсмотрел, оказалось 0,06 вт/метр*град. Теперь 0,06/0,05=1,2 вт/град.
Коэффициент теплопроводности цементной штукатурки равен 0,9. В силу того, что у нас будет ее всего 5 мм или 0,005 метра, то 0,9/0,005=180 вт/град. Мы нашли 3 величины. Это тепловые потоки через наши отдельные материалы, а если все они вместе?
Для того, чтоб посчитать весь этот сэндвич теплотехники ввели такую величину как термосопротивление. Эта величина обратна тепловому потоку.
Термосопротивление нашго газосиликата будет 1/0,525=1,904 град/ватт
минваты 1/1,2=0,833 град/ватт
штукатурки 1/180=0,006 град/ватт. Теперь просто берем и суммируем наши сопротивления.
1,904+0,833+0,006=2,743 град/ватт. Это термосопротивление всей нашей утепленной и оштукатуренной стены.
Тепловой поток через каждый квадратный метр будет равен 1/2,743=0,365 вт/град.
Для Минска расчетная температура отопления является -25 град цельсия. В доме я хочу постоянную температуру в +20 по цельсию. Температурный перепад дом-улица составляет 20-(-25)=45 градусов. Соответственно каждый квадратный метр моей стены пропустит 0,365*45=16,43 ватт тепла в самый ядреный для Минска мороз.
Теперь разберемся с окнами.
https://sites.google.com/site/9325246/tablica-teploprovodnost
Производитель окон сразу дает величину термосопротивления. Выберем простейший двухкамерный стеклопакет с термосопротивлением 0,45 град/ватт. Посчитаем тепловой поток и он будет равен 1/0,45=2,22 ватт/град, а при разнице температур в 45 градусов 2,22*45=100 ватт на метр квадратный. Эту же цифру применим и к наружным дверям.
Аналогично как и в первом случае со стенами считаем пол. Чтобы ускорить процесс мы сразу будем вычислять термосопротивления, делив толщину прослоек на их коэфициент теплопроводности.
Черновой пол толщина 10 см или 0,1 м бетона. 0,1/1,51=0,066 град/ватт
Пенопласт в 0,1 метра толщиной 0,1/0,052=1,923 град/ватт
Чистовой пол 4 см толщиной или 0,04 метра 0,04/1,51=0,026 град/ватт
Общее термосопротивление пола 0,066+1,923+0,026=2,015 Град/ватт.
Тепловой поток через пол 1/2,015=0,496 ватт/град.
Если у вас под полом неотапливоемое подвальное помещение или грунт, то температуру под полом принимают обычно 0 градусов. Если под полом гуляют ветра, то принимайте температуру воздуха минимальной. В силу того, что у меня там грунт, то разница температур составит 20-0=20 град. Тепловой поток через каждый метр квадратный пола будет 0,496*20=9,92 вт.
Потолок: термосопротивление 25 мм доски будет равно 0,025/0,09=0,277 град/ватт
термосопротивление 15 см минваты 0,15/0,06=2,5 град/ватт.
Суммарное термосопротивление потолка 0,277+2,5=2,777 град/ватт.
Тепловой поток 1/2,777=0,36 Ватт/град. При разнице температур в 45 градусов составит 0,36*45=16,2 вт с каждого кв метра.

Теперь беремся за чертеж.
Спальная комната. Площадь пола, потолка=7*4=28 кв метров. Общая площадь стен контактирующих с улицей (7+4)*3=33 кв метра. Площадь окон 1,5*1,5+2,5*1,5=6кв метров. Стены без окон 33-6=27 кв метров. Теплопотери через стены 16,43*27=443,6 ватт,
через окна 100*6=600 ватт,
через пол 9,92*28=277,8 ватт,
через потолок 16,2*28=453,6 ватт.
Суммарная мощность по спальне=443,6+600+277,8+453,6=1775 ватт.
Детская 1.
Площадь пола, потолка 3*4=12 кв метров. Площадь окон1,5*1,5*2шт=4,5 кв метра. Площадь стен (3+4)*3-4,5=16,5 кв метра. Теплопотери:
через стены 16,5*16,43= 271,1ватт,
через окна 4,5*100=450 ватт,
через пол 12*9,92=119,04 ватт,
через потолок 12*16,2=194,4 ватт.
Суммарные теплопотери комнаты 271,1+450+119,04+194,4=1034,5 ватт.
Гостиная кухня и санузел.
Площадь пола, потолка 7*7=49 кв метров. Площадь окон 1,5*1,5*2 шт=4,5 кв метра. Площадь стен 7*3-4,5=16,5 кв метров.
Теплопотери:
через стены 16,5*16,43= 271,1ватт,
через окна 4,5*100=450 ватт,
через пол 49*9,92=486,1 ватт,
через потолок 49*16,2=793,8 ватт.
Суммарные теплопотери гостиной кухни и санузла 271,1+450+486,1+793,8=2001 ватт.
Техпомещение:
Площадь пола, потолка 3*7=21 кв метр. Площадь окон 1*0,6*2 шт=1,2 кв метра. Площадь наружней двери 0,8*2=1,6 кв метра. Площадь стен (3+7)*3-1,2-1,6=27,2кв метра.
Теплопотери:

через стены 27,2 *16,43= 446,9 ватт,
через окна и дверь (1,2+1,6)*100=280 ватт,

через пол 21*9,92=208,3 ватт,
через потолок 21*16,2=340,2 ватт.
Суммарные теплопотери техпомещения 446,9+280+208,3+340,2=1275,4 ватт.
Детская 2 и гардеробные (пока не определился с размерами).
Площадь пола, потолка 3*10=30 кв метр. Площадь окон 1,5*1,5=2,25 кв метра. Площадь наружней двери 1,2*2=2,4 кв метра. Площадь стен (3+10)*3-2,25-2,4=28,35 кв метра.
Теплопотери:

через стены 28,35 *16,43= 465,8 ватт,
через окна и дверь (2,25+2,4)*100=465 ватт,

через пол 30*9,92= 297,6ватт,
через потолок 30*16,2=486 ватт.
Суммарные теплопотери комнаты и гардеробов 465,8+465+297,6+486=1714,4 ватт.
Итого на весь дом 1775+1034,5+2001+1275,4+1714,4= 7800 вт. Это пока без учета вентиляции.
http://msh.at.ua/publ/ventiljacija/ventiljacija_doma_klassifikacija_i_raschet_sistem_ventiljacii_doma/3-1-0-2
По моим соображениям вентиляция в доме составит порядка 300 кубометров в час. Плотность воздуха где-то порядка 1,3 кг на кубометр. Это значит, что в течении часа ко мне в дом поступит 300*1,3=390 кг холодного, свежего, богатого кислородом воздуха, и столько же удалится, только теплого и содержащего всевозможные примеси. А воздух придется греть.
Чтобы нагреть 1 кг воздуха на 1 градус требуется затратить 1 килоджоуль тепла. З90 кг*1 кдж*45 градусов=17550 кдж в час мы потратим на вентиляцию. зная, что в 1 часе 3600 секунд я делю 17550/3600=4,875 кдж в сек. 1 кдж в секунду это и есть 1 квт. Мощность затрачиваемая на нагрев вентиляции аж 4,875 квт. Очень скажу вам неслабо. Теперь к 7800 мы прибавим 4875 и получим общие затраты на отопление равные 12675 вт или 12,675 квт мощи.

 

Если возникнут вопросы по мeтодикe рaсчeтa, смeло зaдaвaйтe.

 

Уважаемый Glaz, количество воздуха на аспирацию 390 кг в час - не многовато? В Интернете имеются цифры ежесуточного потребления воздуха одним человеком - до 20кг в сутки. Если семья из 4-х человек да еще и гости нагрянут (человек 10...12) - тогда да. Вопрос задаю не праздно. На соседней ветке уважаемый БиоМаг указывал на совершенно мизерные цифры требуемой мощности на нагрев хорошо утепленного дома - я также пытался оценить требуемую мощность на нагрев приточного воздуха.
Независимо от Вашего ответа - большое спасибо, что Вы взяли на себя труд выполнить столь трудоемкую задачу.

 

В вeнтиляции я чeстно скaжу нe силeн. А принимaл в рaсчeтe цифры укaзaнныe в ссылкe. Покопaюсь.

 

Меня тоже интересует ответ на этот вопрос. Но поскольку это не совсем по теме, то не стал его задавать.
Так что спасибо уважаемому avia, что он акцентировал на этом внимание.

 

Почитaл нормы вeнтиляции. Нa 1 кв мeтр помeщeния рeкомeндуют 3 кубa в чaс.
У мeня жилой площaди под 100 квaдрaтов, вот и 300 кубов. Тожe и с крaтностью обмeнa.
С другой стороны кухня трeбуeт 90 кубов в чaс вытяжки дa и сaнузeл под 60. Про тeхпомeщeниe нe скaжу, но ужe 150 кубов eсть. А в 1 кубe воздухa eго тaм 1,3 кило.

 

Кухня требует стока пока готовиш а сан узел пока ср... Ихмо нормы сильно завышены

 

Евро нормы до половины воздуха в час, в комнате где пребывает человек. Если вентиляция с рекуператором - то потери реально до четверти тепла. КПД в среднем по теплу до 80%. На данный дом нужно до 150-200 кубового вент агрегата. Итого потери на воздух до 35-50 кубов в час теплого воздуха. Потребление под 40 ватт электричества.

 

Лишь бы не треснул.

 

Я только зa. Примeм Евронормы.

 

Благодаря Стасу, я начал углубленное изучение вентиляции и пришел к выводу, что без рекуператора мне никак не обойтись, но это уже совсем другая тема. Однако, подбирать котел мы будем под 8 квт. 7800 теплопотери и всего 200 вт я забил на вентиляцию, оно может и будет больше, но для расчетов круглая цифра предпочтительнее.
Итак, чем мы будем топиться?
Вариантов не так много. Электричество, газ, уголь, дизтопливо, дрова. топиться электричеством высшая степень кощунства и даже не собираюсь вести об этом речь.
https://www.forumhouse.ru/articles/engineering-systems/2376-obzor-rynka-tverdotoplivnyh-kotlov
http://promgazstandart.ru/stand-alone_gas/analysis/
В этих ссылках даны приблизительные сравнительные характеристики топлив, но как было оговорено ранее считать мы все будем применительно к твердотопливным котлам. Поэтому ищем котел на 8 квт.
Для того, чтоб идти в магазин, на рынок или искать котел через интернет я сначала прикидываю в каких условиях мой котел будет работать и учитываю свои пожелания. А пожелания просты. Хочу чтоб горел 12 часов без подзарядки даже в самый сильный мороз. А теперь прикинем реально ли это.
1 квт час это 3600 килоджоулей. 8квт моя максимальная мощность. В час мне понабится 8*3600=28800 кдж, а на 12 часов 28800*12=345600 кдж. Никто не знает какие мне привезут дрова, а по сему прикидываю теплопроизводительность оных в 12000 кдж/кг. Итого закладка должна составить 345600/12000= 28,8 кг
Если учесть, что плотность древесины в среднем 400 кг/куб, или 0,4 кг/литр, то объем древесины составит 28,8/0,4= 72 литра. это еще не все. В топку вы ни за что в жизни не уложите дрова так, чтоб не было зазоров и они на 100 процентов ее заполнили. У меня получалось где-то 1 к 2. Итак ищем котел 8 квт мощностью и с объемом топки 144 литра.
Теперь смотрим на следующий график.

Как я уже писал, мне хотелось бы иметь в доме температуру в +20 градусов по цельсию. Максимальная мощность системы расчитана на температуру за бортом в -25 по цельсию. Зависимость мощности от температуры линейная и поэтому легко посчитать какая мощность потребуется для конкретно заданной температуры.
В нашем городе- герое Минске температуры за последние лет 50 в среднем распределились так.
от -30 до -25 стояли 0,35 суток
от -25 до -20 стояли 1,83 суток
от -20 до -15 стояли 6,8 суток
от -15 до -10 стояли 15,52 суток
от -10 до -5 стояли 30,1 суток
от -5 до 0 было аж 79,4 суток
и от 0 до +8 держались 72 суток.
Глядя на эти цифры я решил, что на максимум мой котел будет работать всего- то пару тройку суток в году. Наиболее продолжительный максимум мощности у меня будет при -15 за бортом, вот к нему я буду подбирать котел, а неделю в году, можно и побегать в котельную и чаще подкидывать.
Теперь задача упрощается. Для -15 мне потребуется 8*(20-(-15)/(20-(-25)= 6,2 квт мощи.
А котел я уже буду искать с топкой не на 144 литра, а литров на 100, что конечно упрощает задачу.
Пока гуглю и изучаю сайты, предлагаю высказать свои замечания и предложения по теме.
Собираюсь рассмотреть следующие варианты.
1. Покупка котла с большей мощность чем требуется.
2. Покупка газогенераторного (пиролизного) котла.
3. Может вы что-нибудь предложите к рассмотрению?

 

А ГВС не учитываете?

 

Пока нет, но думаю рассмотреть попозже.

 

Ну это мы корифеи, а пугать новичков или тех, кто случайно поиском наткнется на этот пост как-то не хочется. Падение кпд я учту в примере с котлом большей мощности чем положено. Спасибо за поровую вентиляцию. Почитаю.