Расчет системы отопления частного дома и рекомендации по выбору котлов и радиаторов

Расчет системы отопления частного дома – задача важная и очень ответственная.

В былые времена решалась она достаточно просто – при проектировании можно было заложить довольно солидный запас тепловой мощности.

С нынешними ценами на энергоносители требования к точности расчета выросли: производительность системы должна быть достаточной, чтобы не замерзнуть, но и перебор ни к чему, иначе домовладелец быстро вылетит в трубу. Давайте посмотрим, как выбрать оптимальное решение, и из каких компонентов лучше собирать отопительную систему.

Выбор котла

Сегодня пользователю доступны несколько разновидностей теплогенераторов. Каждая из них ориентирована на использование того или иного вида топлива. Охарактеризуем их вкратце.

Газовый котел

Бесспорный лидер по сочетанию удобства эксплуатации и стоимости топлива. Но применить это замечательное устройство можно только в том случае, если вы имеете возможность подключить дом к сети газоснабжения.

Жидкотопливный котел

Такой агрегат «питается» дизельным топливом, соляркой или отработанным машинным маслом. Подобное топливо является очень калорийным, поэтому оно занимает небольшой объем. Кроме того, в горелку оно подается автоматически – при помощи топливного насоса. Проблема только в том, что горючее для таких котлов стоит довольно дорого.

Котел на жидком топливе

Исключение – отработанное масло, которое по сути является разновидностью отходов, но далеко не у каждого есть возможность раздобыть достаточный его запас.

Несмотря на множество новейших изобретений в области отопительных систем, система отопления с естественной циркуляцией все еще находит применение. В чем ее суть и каковы особенности ее монтажа, читайте в статье.

Рекомендации профессионалов по монтажу систем отопления частных домов своими руками читайте тут.

Знаете ли вы, что такое элеваторный узел в системе отопления и для чего он предназначен? По ссылке https://4air.ru/sistemy-otopleniya/elevatornyj-uzel.html подробная информация по данному вопросу.

Твердотопливный котел

Его основное достоинство – дешевизна топлива. Но дрова, как и уголь, сами лезть в топку никак не хотят, и в этом состоит главный недостаток твердотопливных отопителей: пользователю постоянно приходится подрабатывать кочегаром.

Над этой проблемой неустанно трудятся производители, предлагая все новые модели с возможностью длительной работы на одной закладке топлива.

Доступны следующие варианты:

пиролизные котлы,
агрегаты с верхним горением,
котлы с обычным горением, но с принудительной подачей воздуха (автоматика может притушить котел, закрыв заслонку, а потом разжечь его при помощи вентилятора ),
пеллетные котлы: топливо имеет вид гранул одинакового размера (это и есть пеллеты), которые можно подавать в топку шнековым питателем из сколь угодно большого бункера.

Важный момент: КПД твердотопливных и жидкотопливных котлов является наибольшим только в том случае, если агрегат работает с максимальной теплоотдачей (читай мощностью).

Котел электрический

Идеальный с точки зрения удобства эксплуатации вариант, но обходится сегодня очень дорого. В домах маломощные электрокотлы ставят в паре с жидко- или твердотопливными и включают их только в самые сильные морозы.

Такая схема дает возможность подбирать основной котел в расчете не на самую низкую, а на среднюю температуру, вследствие чего он будет большую часть времени работать на максимальной мощности.

Расчет мощности котла

Чтобы определить необходимую производительность отопителя, нужно рассчитать теплопотери через ограждающие конструкции дома.

Прежде всего, нужно определиться, какая температура будет поддерживаться в том или ином помещении, то есть выполнить так называемое зонирование. К примеру, в детской и в комнатах пожилых людей температура должна быть повыше, а в прихожей воздух может быть более прохладным.

Кроме данных о внутренней температуре для расчета потребуется:

значение удельного термического сопротивления всех материалов в наружных конструкциях (данные должны быть в паспорте на материал),
средняя температура самого холодного месяца в данной местности,
средняя температура за зиму,
коэффициент использования котла в течение сезона: для широты Москвы составляет 0,5, к широте Краснодара плавно (пропорционально) снижается до 0,35, к широте Архангельска также пропорционально возрастает до 0,79.

Далее действуем так:

Определяем полное термическое сопротивление R каждого слоя, умножая его удельное термическое сопротивление Rуд на толщину D: R = Rуд*D. Для многослойных конструкций, например, стен с утеплителем, значения R для отдельных слоев нужно суммировать.
Для каждой конструкции рассчитываем теплопроводность Л по формуле: Л = 1/R.
Далее определяем теплопотери Q через конструкцию, умножая ее теплопроводность на площадь и разницу температур внутри и снаружи: Q = Л*S*dT.

При расчете dT принимаются следующие значения наружной температуры:

для окон и стен: средняя температура самого холодного месяца, деленная на коэффициент использования мощности котла,
для потолка: среднесуточную температуру, характерную для самой холодной недели зимы,
для пола: среднюю температуру за всю зиму.

Подбираем радиаторы: для каждого помещения нужно подсчитать сумму всех теплопотерь через наружные конструкции. Умножаем полученную величину на 1,4. Здесь 40% дополнительные теплопотери на вентиляцию. По вычисленным теплопотерям для каждого помещения подбираются радиаторы.

Теперь определяем мощность котла . Для этого общую мощность всех радиаторов Р нужно разделить на КПД предполагаемого котла и на коэффициент использования мощности за сезон К: W = Р/(КПД*К).

Далее выбирается модель и если ее КПД оказывается отличным от того, которым задавались, расчет корректируется.

Таким образом, для дома на широте Москвы, в котором общая мощность радиаторов составила 13.3 кВт, подойдет котел с мощностью: W = 13.3/(0.5*0.85) = 31.3 кВт. Если предполагается топить котел твердым топливом, можно установить агрегат на 29 кВт, а ему в помощь поставить электрокотел на 3 кВт.

Методика упрощенная, в ней не учитываются солнечное излучение и выделение тепла людьми и оборудованием.

Трубопроводы отопительной системы

В автономных системах отопления редко можно видеть трубы из стали. Здесь полностью исключены значительные скачки температуры и давления, характерные для централизованных систем, поэтому смело можно применять полимерные трубы.

Самыми прочными и долговечными считаются металлопластиковые трубы, правда, фитинги для них обходятся недешево.

Трубопровод системы отопления двухэтажного дома

Более доступен трубопровод из полипропиленовых деталей. Важное его достоинство состоит в возможности сваривать отдельные элементы в монолитную конструкцию, что позволяет полностью исключить возможность протечек. Такие трубопроводы можно без опасений прокладывать скрытым способом.

Соединения металлопластиковых труб могут быть столь же надежными, если вместо обычных резьбовых фитингов применить так называемые пресс-фитинги.

Схема

Радиаторы в отопительном контуре можно подключить различными способами:

В виде простой последовательности: такая схема получила название однотрубной. По мере движения от батареи к батарее теплоноситель заметно остывает, поэтому она годится только для небольших домов на 3 – 4 комнаты.
Параллельно: контур состоит из двух труб, которые прокладываются по периметру строения. По одной подается горячий теплоноситель, по другой – возвращается к котлу остывший. Радиаторы установлены между этими трубами. Соответственно, если контур правильно сбалансировать, всем потребителям достанется равное количество тепла. К тому же любой радиатор можно вывести из системы, не нарушая ее работоспособности.
Комбинированным способом: схема для 2-этажного дома. Она состоит из нескольких вертикальных однотрубных контуров (стояков), подключенных параллельно между трубопроводами подачи и обратки.
По лучевой или коллекторной схеме.

Последний тип отопительной системы организован по принципу звезды: из центрального распределителя – коллектора – теплоноситель подается в каждый радиатор по отдельному трубопроводу. Труб потребуется очень много, но зато управлять работой системы можно из одной точки, а ее балансировка не вызывает никаких сложностей.

Выбор радиаторов для отопления частного дома

Подавляющее большинство имеющихся в продаже батарей относится к одному из следующих типов:

Стальные (имеют наименьшую стоимость).
Алюминиевые.
Биметаллические: состоят из прочного стального сердечника и алюминиевого оребрения.
Чугунные (подразумеваются современные стильные радиаторы, а не устаревшие «гармошки»).

В стенках стальных радиаторов при высокой температуре теплоносителя интенсивно развивается коррозия, поэтому они больше подходят для систем с умеренной тепловой нагрузкой, а в географическом смысле – для регионов с мягкой зимой.

Батарея из алюминия за счет высокой теплопроводности этого металла позволяет «снять» с теплоносителя больше тепла, чем любая другая таких же размеров. Но алюминий – металл мягкий, он плохо держит гидроудары, возникающие в больших системах при значительных изменениях температур.

Ситуация усугубляется, если такой прибор подключен к стальному трубопроводу: из-за большой разницы в коэффициентах теплового расширения возможны повреждения. Практически незаметны недостатки алюминия в регионах со стабильно холодной зимой, расположенных севернее черноземной полосы.

Биметаллические радиаторы могут применяться повсеместно, единственный их недостаток – высокая стоимость.

Чугунные батареи по дешевизне уступают только стальным, при этом они прочны и чрезвычайно надежны. Сегодня эти приборы являются наиболее востребованными. Недостатки – большой вес и значительная тепловая инерционность, которая не позволяет системе своевременно подстраиваться под изменения температуры (из-за этого несколько увеличиваются теплопотери).

Считается, что бак расширительный для отопления нужно устанавливать обязательно для любой системы отопления. Рассмотрим, какую функцию он выполняет.