Как рассчитать отопление в квартире и теплопотери

Многоэтажные дома с поквартирным автономным отоплением сегодня встречаются не так уж редко.

Иногда владельцу жилья самому приходится проектировать обогрев, для чего требуются определенные знания.

В данной статье рассмотрим вопрос о том, как рассчитать отопление в квартире и в каком виде его лучше всего смонтировать.

Выбор вида системы отопления

В соответствии с прочно устоявшейся традицией, в автономном отоплении, как и в централизованном, принято использовать жидкостный теплоноситель. В случае с частным домом оправдать это можно лишь стереотипностью мышления: в автономной системе отопления нет смысла применять среду с большой теплоемкостью, как в централизованной, где на пути от источника тепла (котельной) до потребителя теряется много тепла.

В «автономке», если теплогенератор расположен прямо в жилище, тепло вполне можно распространять и с помощью воздуха, который, в отличие от воды, не может вскипеть, залить пол или вызвать коррозию металлических поверхностей.

Радиаторное отопление в квартире

Но в условиях квартиры водяное отопление, как правило, — единственно возможный выбор, поскольку воздушное по причине большого сечения воздуховодов приходится закладывать еще на этапе проектирования здания.

Разобравшись с теплоносителем, следует ответить на второй вопрос: каким образом тепло в нашей жидкостной системе отопления будет передаваться от теплоносителя помещению. Есть два варианта:

• посредством радиаторов,
• через систему «теплый пол» (ТП).

С точки зрения эксплуатационных характеристик ТП однозначно лучше:

1. Является более экономичным, поскольку работает в низкотемпературном режиме, а теплопотери, как известно, пропорциональны разности температур. ТП не предусматривает контакта нагретого воздуха с наружными стенами, через которые-то тепло как раз и улетучивается на улицу.
2. Обеспечивает максимальный комфорт: по полу приятно ходить босиком, при этом нагреваемый воздух поднимается сквозь жилую зону, сразу обогревая жильцов. Радиатор же «пускает» тепло в первую очередь под потолок, щедро обогревая при этом наружную стену.
3. Устанавливается скрыто, так что интерьер помещения остается безукоризненным.

Тот факт, что ТП может функционировать только с циркуляционным насосом (ЦН), нас смущать не должен: сегодня отопление с естественной циркуляцией можно встретить разве что в каком-нибудь глухом селении, где зимой подолгу приходится сидеть без электричества. В городе же что ТП, что радиаторное отопление, следует оснащать ЦН, поскольку:

• становится возможной циркуляция теплоносителя с низкой температурой (актуально для межсезонья),
• к приходу в дальний от котла радиатор теплоноситель не успевает сильно остыть,
• теплогенератор работает в щадящем режиме, так как теплоноситель ему приходится подогревать незначительно.

Напольное отопление

Но есть у ТП и недостатки, причем серьезные:

• монтаж системы отличается сложностью и возможен только на этапе капитального ремонта квартиры,
• существенно уменьшается высота помещения,
• теплоотдача ограничена (пол нельзя делать слишком горячим).

Ввиду ограниченной теплоотдачи ТП обычно применяют в качестве дополнения к радиаторному отоплению. Работа контуров с разной температурой (у ТП — около 330С, у радиаторного — около 800С) обеспечивается применением смесительного узла. Он устанавливается на вводе в ТП, и по мере необходимости автоматически добавляет в него небольшими порциями горячий теплоноситель.

Теплый пол нужно оснастить собственным циркуляционным насосом.

Расчет мощности отопления

Часто можно видеть рекомендации определять потребную мощность отопления из расчета 1 кВт на каждые 10 кв. м площади жилья.

Такой подход является чересчур упрощенным.

Ведь очевидно, что размеры зданий, материалы из которых они построены, ориентация по сторонам света и климатические условия, то есть все то, от чего зависит величина теплопотерь, могут сильно отличаться.

Чтобы определить теплопотери более или менее точно, нужно выполнить расчет, для которого потребуются следующие данные:

1. Сведения о материалах, из которых построены ограждающие конструкции: коэффициент теплопроводности и толщина каждого слоя.
2. Средняя температура самого холодного месяца в данном регионе (обычно январь). Эти данные публикуются на сайте Гидрометцентра, также их можно найти в СНиПе «Строительная климатология».
3. Средняя температура самой холодной недели (там же).
4. Среднезимняя температура в данной местности (там же).
5. Коэффициент использования мощности теплогенератора за сезон. Для широты Москвы составляет 0,5, Архангельска — 0,79, Краснодара — 0,35. Для расчета коэффициента в промежуточных широтах можно принять, что он изменяется равномерно.

Расчет теплопотерь ведем для каждого помещения квартиры отдельно. Действуем в следующей последовательности.

Если у вас двухэтажный дом, то схема отопления двухэтажного дома будет несколько отличаться от системы обогрева обычного одноэтажного здания.

Об особенностях выбора и функциях ИБП для котлов отопления читайте тут.

О плюсах и минусах геотермального отопления и целесообразности его использования читайте в этой теме.

Определяем потери тепла через каждую из имеющихся в данном помещении ограждающих конструкций

Для квартир на промежуточных этажах это будут наружные стены, для первого и последнего этажей добавятся, соответственно, пол и потолок (крыша).

Рассчитываем термическое сопротивление каждого слоя в конструкции (например, кирпич, утеплитель и штукатурка) по формуле:

r = d/c,

где

• D — толщина слоя, м,
• С — коэффициент теплопроводности материала, из которого данный слой выполнен, Вт/м*0С (справочная величина).

Теплопотери здания

Далее r всех слоев суммируются, в результате чего получается общее термическое сопротивление конструкции R.

Затем определяется мощность теплопотерь через данную конструкцию в самый холодный период года по формуле:

Q = S* (Tв Тн) / R,

Где

• Q — мощность теплопотерь, Вт,
• S — площадь ограждающей конструкции, кв. м,
• Тв — минимально допустимая температура внутри помещения, 0С,
• Тн — наружная температура, 0С.

Тв принимаем равной +200С, Тн же принимают в зависимости от вида ограждающей конструкции:

• наружная стена или окно: Тн = средняя температура наиболее холодного месяца, деленная на коэффициент использования мощности котла за сезон,
• потолок: Тн = среднесуточная температура самой холодной зимней недели,
• пол: Тн = +10С (приблизительная температура в подвале),
• стена, отделяющая квартиру от лестничной клетки: Тн = +100С.

Таким образом подсчитывается мощность теплопотерь для каждой ограждающей конструкции, после чего все эти величины необходимо суммировать. Общие теплопотери в одном помещении обозначим Qт.

Данные о теплопроводности металлопластикового окна обычно указывает производитель. Если их нет, коэффициент теплопроводности стеклопакета можно принять равным 0,5 Вт/м*0С (для стекла в чистом виде — 0,76 Вт/м*0С).

Определяем потери тепла, обусловленные работой вентиляции (Qвент)

Удаляемый через вытяжной канал «отработанный» воздух уносит с собой часть произведенного системой отопления тепла, а вместо него в квартиру поступает холодный воздух с улицы.

В данном случае мощность теплопотерь будет зависеть от скорости воздухообмена или, говоря языком нормативных документов, от его кратности.

Кратность воздухообмена в различных зданиях несколько варьируется:

1. В домах, построенных по советским стандартам, где стены имеют некоторую паропроницаемость, она равна единице, то есть за час объем воздуха в квартире должен меняться 1 раз. При такой кратности доля теплопотерь на работу вентиляции составляет 40% от общих.
2. В домах, построенных по западным стандартам, где паропроницаемость стен является нулевой (все помещение изнутри обшивается пароизоляционной пленкой), требуемая кратность составляет 2, то есть весь объем воздуха за час должен меняться дважды. Доля теплопотерь на вентиляцию в этом случае составляет 60% от общих.

Но мы с целью экономии будем исходить из того, что кратность воздухообмена в самый холодный период года будет снижена до 0,5.

Для короткого отрезка времени это вполне допустимо, так как для нормального дыхания одному человеку требуется поступление свежего воздуха в объеме всего 7 куб. м/ч. При такой кратности долю теплопотерь через вентиляцию можно принять равной 30% от общих.

Определяем совокупную мощность теплопотерь

Qобщ = Qт + Qвент, исходя из их соотношения Qт/Qвент = 70/30:

• Qвент = Qт * 30 / 70 = 0,43 Qт,
• Qобщ = Qт + Qвент = Qт + 0,43 Qт = 1,43 Qт.

Подсчитав сумму теплопотерь в каждом помещении, получим теплопотери в квартире в целом.

Эта величина необходима для подбора котла: его мощности должно быть достаточно для компенсации теплопотерь в самые сильные холода.

Хотите избавиться от громоздих радиаторов? Конвекторы отопления водяные встраиваемые в пол отличная альтернатива стандартным батареям.

О назначении и выборе экранов для батарей отопления вы можете почитать в этом материале.

Расчет радиаторов и площади «теплого пола»

Завершающий этап — подобрать для каждого помещения ТП и радиаторы. Теплоотдача приборов должна компенсировать наибольшие теплопотери, характерные для данного помещения.

С ТП все достаточно просто: при диаметре трубы 16 – 20 мм и ее шаге в 25 см 1 кв. м контура производит около 85 Вт тепла.

Теплые полы в квартире

Теплоотдача одной секции радиатора указывается в паспорте. Но нужно учитывать, для какого соотношения температур подача/обратка эти данные приводятся. Обычно — для 90/70, каковое характерно для централизованных систем. В автономной же системе с ее небольшими размерами можно установить режим 80/60. При этом будут снижены теплопотери через стену, которые, как было показано, зависят от разности температур.

Поправочный коэффициент рассчитываем следующим образом:

К = (90/70) / (80/60) = 0,865.

Таким образом, если в паспорте радиатора указано, что одна его секция имеет теплоотдачу 100 Вт, то при соотношении температур в линиях подачи и обратки 80/60 ее реальная теплоотдача составит 86,5 Вт.