Печное отопление с водяным контуром в деревянном доме — как сделать правильно.
Наверняка, вы не знаете с какими трудностями можете столкнуться, решившись на печное отопление с водяным контуром в деревянном доме! Бытует «заезженный» стереотип о том что печью сложно отопить дом, если не провести водяной контур по всему дому, но это не так! Водяной контур в печи вызывает массу проблем как при установке, так и при эксплуатации.
В этой статье я постараюсь взвесить все «за» и «против», а решать Вам… И покажу в конце небольшое видео с реального строящегося дома, где печь-котел выполнена с водяным контуром. Речь пойдет о дровяных печах.
Для чего вообще нужен водяной контур в системе отопления.
Считается что в доме с печным отоплением углы и пол всегда холодный. Так же бытует мнение о том что в доме с печным отоплением всегда «плачут» окна. Все дело в том что отопительный прибор — печь в доме, — обогревает достаточно локализовано. Стоит себе печка в одном месте…
Так вот для того чтобы уменьшить теплопотери возле окон — от окон. А так же для того чтобы разнести тепло от печи по краям дома — по углам и местам стыка стен с полом, — нам и нужен водяной контур.
Можно предположить, что водяной контур необходим, если в доме есть хотя бы одна комната куда напрямую не выходит поверхность печи. А если таких комнат 2 или три, то уж тем более…
Кратко о том — как обычно делают водяной контур в доме с печью.
В старых домах, в деревнях без газа, печное отопление с водяным контуром в деревянном доме решали следующим образом. в печь встраивали котел — прямо в топку. Из печи самотеком, через обычный открытый бачок расширения (под потолком) пускали воду по широким трубам. Это могли делать либо в круговую по дому. Чаще всего делали замкнуто — подача и обратка по одной стене.
Современные стройматериалы позволяют сделать разводку с переходом на пластик. Разводку делают уже на алюминиевые радиаторы под окнами. Это позволяет существенно снизить необходимость протопки, теплоноситель отдает тепло «дозированно» через радиаторы, которые можно тоже настраивать.
Таким образом можно попытаться решить одну из основных проблем печного отопления с водяным контуром в деревянном доме — быстрое остывание теплоносителя. Все-таки у пластика теплопроводность ниже чем у стали. Тем более что пластиковую трубу можно теплоизолировать.
Но некоторые проблемы печей с водяным контуром современные строительные материалы решить не могут.
Посмотрите небольшое видео, о печи, заказчик которой отказался от подключения уже вмонтированных регистров на отопление:
Основные проблема печей с водяным контуром.
Главная проблема печей с водяным контуром — это обратная сторона медали ее главного преимущества. Вода, являясь хорошим теплоносителем — быстро нагревается и хорошо отдает тепло. А металл хорошо проводит тепло…
Именно поэтому печи с водяным контуром достаточно быстро выхолаживаются. Известный факт что для эффективной отдачи тепла и обогрева дома — нужна определенная температура поверхности. Так вот печка с водяным контуром такую температуру дает во время протопки и недолго после. Затем происходит следующее.
Печь, имея внутри водяной контур — достаточно быстро выхолаживается, за некоторым исключением (некоторые модели). А сами трубы, ввиду вышеуказанных характеристик, достаточно быстро отдают тепло и тоже остывает.
Знакомая история — печь с водяным контуром топится два раза в день, если не больше. Но для меня — два раза в день это уже много для протопки печи. Так лучше уж поставить в доме две печи, мороки будет меньше, а эффекта (КПД) от дров — больше. Это не шутка…
Но быстрое выхолаживание и топка печи «как на работе» два раза в день — это полбеды…
Такая интенсивная эксплуатация печи — частые протопки, — ведут к ускоренному разрушению печной кладки. Старые печи с водяным контуром выглядят старыми не в силу возраста, а, скорее, по своей сущности. Их постоянно подмазывают, потому что постоянно топят, кладка разрушается, трескается. У меня есть знакомая, которая топит в морозы свою печку просто без остановки… У нее печь с водяным контуром.
Третья проблема возникает когда регистр установлен не в топке, а, например, в колпаке. При растопке такой печи, когда теплоноситель подостыл, возникает большой объем конденсата. По нашим подсчетам, при первой протопке такой печи вытекает до 2-х литров конденсата в печь! Если не сделать специальные приспособления для сбора конденсата, эта печь будет всегда мокнуть…
А это чревато постоянными проблемами с растопкой печи, огромными количествами сажи на регистре и скорому засорению печи.
Когда нужно печное отопление с водяным контуром в деревянном доме?
Я провел достаточно времени в общении с заказчиками печей, которые были убеждены в необходимости печного отопления с водяным контуром. В целом могу описать основные причины, по которым приходится мириться со всеми проблемами печей с водяным контуром. Вот они:
- Дом плохо утеплен.
Если дом, будь он даже небольшим, плохо утеплен. При том речь идет и о стенах, и о фундаменте, и о полах, и о перекрытиях… и обо всем вместе взятом… Тогда без водяного отопления, наверное, не избежать сквозняков… Хотя может и с водяным не избежать. Но все таки с водяным контуром в таком «дырявом» доме будет теплее у стен… Но топить придется «нещадно» и часто.
- Неудачная планировка.
Если у дома никудышное объемно-планировочное решение и тепло от печи не может или не сможет отопить его. Ни конвективным теплом, ни инфракрасным излучением. Такое может быть при излишне высоких потолках, удаленных спальнях, длинных коридорах и так далее…
- Большая площадь дома.
Бывает и так, что вроде планировка равномерная, но комнаты большие. А так же бывает что большая совокупная площадь помещений сочетается с первыми двумя «изъянами» домов… Тогда одной печью дом не отопить и приходится думать о разведении батарей… Если не делать две печи. Но об этом не будем здесь, хотя вариант заслуживает пристального внимания.
- Необходима полная автономность.
В домах, которым недоступно электроснабжение. А так же которые подвержены вышеизложенным проблемам — так же придется делать разводку батарей чтобы автономно отопить дома — без помощи электричества и газа…
При этом, если даже у вас большой дом, который плохо утеплен, можно обойтись без водяного контура, при желании. Если дом подключен к электросетям есть вариант продумать достаточно экономное отопление, но без водяного контура. Дело в том что без электроэнергии сложно будет обойтись при монтаже и эксплуатации водяного контура, об этом далее…
Кстати, у меня есть интересная статья про камины с водяным контуром, прочитать ее можно здесь (кликабельно, откроется в отдельной вкладке). Там же я показываю наши каминные топки, в которые можно встроить регистр на отопление.
Как избежать проблем печного отопления с водяным контуром в деревянном доме?
Начнем с того, что отделим «мух» от «котлет». Дело в том что печь и котел — это разные вещи. Печь с водяным контуром это скорее должен быть котел. А когда просто в печку встраивают регистр получается то, что получается — печь разрушается, трубы не греют, замкнутый круг протопки печи по 2-3 раза в день.
Печь создана для того чтобы вобрать тепло от горения дров в кирпичи. И долго-долго его отдавать. Поэтому теплоемкость печи — один из основных ее показателей.
Хорошая печь при одной протопке в сутки, стоящая в доме который подходит к ней, а она подходит для него (по объему, площади помещений и другим тепловым показателям) — обогреет такой дом.
Котел.
Котлы делаются так, чтобы задерживать как можно больше тепла внутри. Для чего? Для того чтобы максимально отдавать его теплоносителю системы водяного отопления.
Именно поэтому технически печь и котел — диаметрально противоположные вещи. В доме с котлом теплоносителем является вода (антифриз) и, можно сказать, сами трубы, хотя этим обычно пренебрегают.
А в доме с печью теплоносителем является сама печь.
Встраивая водяной контур в печь мы мешаем «мухи и котлеты». Как выйти из положения?
- Сделать котел или печь-котел.
Коротко говоря печь-котел, это двухконтурная печь с водяным контуром. Она удерживает больше тепла внутри, держит его дольше после протопки — тем самым сохраняя его для теплоносителя. Теплоноситель в такой печи дольше стынет.
- Повысить теплоемкость теплоносителя.
Для этого необходимо сделать теплоаккумулятор — утепленный бак с большим количеством воды. Когда вода нагреется, она, при большом объеме, долго будет остывать. И не просто остывать — а отдавать тепло в дом. Объем теплоаккумулятора надо рассчитывать индивидуально, но, как говорится, чем больше, тем лучше.
- Встроить насос и термодатчик.
Для того, чтобы повысить эффективность печи и надежность надо поставить электронасос на теплоноситель. Этим мы решим много проблем. Во-первых эффективность — вода в регистре не будет перегреваться, ведь наибольший эффект отопления достигается при температуре носителя от 60 до 80 градусов. При таком нагреве надо «выдернуть» его как можно быстрее в батареи дома. Таким образом и печь не будет перегреваться — повысим ее надежность. И эффективность отопления дровами вырастет очень значительно.
С насосом еще при протопке теплоноситель быстрее «обойдет» вкруговую всю систему и его температура будет держаться дольше на высоких градусах — больше тепла придет в дом.
- Встроить в систему электрокотел с термодатчиком.
Такое решение не только сделает отопление Вашего дома удобным. Не надо будет вставать по ночам в морозы и добавлять дров, когда теплоноситель остынет. А такое поверьте, вполне вероятно. Электрокотел будет автоматически включаться при падении температуры теплоносителя. Это опять же сбережет печь от сажи, уберет проблемы с протопкой.
Электрокотел будет включаться при падении температуры теплоносителя и выключаться при ее критических числах. А насос будет включаться при высоких температурах чтобы быстро доставлять тепло в дом.
При всем удобстве это не помешает Вам экономить, ведь в любом момент можно затопить печь и котел выключится очень быстро…
Как же все таки сделать печное отопление в деревянном доме без водяного контура.
Не хочу Вас отговаривать или подговаривать, но… Для многих моих клиентов, после долгих (или недолгих) бесед, стало очевидна ненужность водяного контура. С ним больше проблем. Тем более что если его делать по уму — все равно нужно использовать электричество. Если конечно есть электричество… Или если нет условия что в доме нужна полная автономность.
Самое главное, конечно — хорошо построенный и утепленный дом, планировка под печное отопление. А это достигается при правильном подходе — когда перед строительством дома выполнен проект печного отопления. Когда спроектировано правильное объемно-планировочное решение. Когда правильно подобрана печь. Ну и когда это все хорошо реализовано.
Так вот, раз уж все равно использовать электроэнергию, намного экономнее ее использовать по-другому. Чтобы не связываться с водой, трубами и так далее… Даже в не самой удачной планировке дома можно выполнить отопление печь+электричество экономно, мягко, удобно…
Тем не менее есть хорошие проекты печей-котлов, где я постарался максимально улучшить конструкцию. но с другой стороны. когда нужна автономность, то и варочная поверхность не помешает. Такие проекты тоже есть.
Недавно у меня вышла книга-фотопорядовка с подробным описанием кладки печи.
Подписывайтесь на нашу рассылку или пишите мне в личку по поводу приобретения. А так же не пропустите наш БЕСПЛАТНЫЙ ПРОЕКТ ПЕЧИ И ОБУЧАЮЩИХ КУРС КЛАДКЕ ПЕЧИ — ЗДЕСЬ.
Расчет системы отопления частного дома: правила и примеры расчёта
Отопление частного дома – необходимый элемент комфортабельного жилья. Согласитесь, что к обустройству отопительного комплекса следует подходить внимательно, т.к. ошибки обойдутся недешево. Но вы никогда не занимались подобными вычислениями и не знаете как правильно их выполнять?
Мы поможем вам — в нашей статье подробно рассмотрим, как делается расчет системы отопления частного дома для эффективного восполнения потерь тепла в зимние месяцы.
Приведем конкретные примеры, дополнив материал статьи наглядными фото и полезными видеосоветами, а также актуальными таблицами с показателями и коэффициентами, необходимыми для вычислений.
Теплопотери частного дома
Здание теряет тепло из-за разности температур воздуха внутри и вне дома. Теплопотери тем выше, чем более значительна площадь ограждающих конструкций здания (окон, кровли, стен, фундамента).
Также потери тепловой энергии связаны с материалами ограждающих конструкций и их размерами. К примеру, теплопотери тонких стен больше, чем толстых.
Основной целью проведения расчета отопления является грамотный выбор нагревательного агрегата, способного возместить потери тепла в холодный период года
Для выбора оборудования необходимой мощности суммируются теплопотери через ограждающие строительные конструкции
В расчетах учитываются утечки тепла через неплотно прилегающие оконные створки и дверные полотна, а также энергию необходимую на обогрев поступающего снаружи воздуха
Для помещений с организованной механической вентиляцией, осуществляющей подмес свежей массы воздуха извне, учитывается необходимость затрат энергии на ее обогрев
Если планируется использование двухконтурного котла, как основного агрегата отопления и нагрева воды для системы ГВС, в вычислениях учитывается необходимая для этой задачи энергия
Грамотно выполненные расчеты в обязательном порядке учитывают тип топлива и его энергетическую эффективность
Все расчеты корректируются с ориентиром на метод устройства контуров отопления, при скрытой прокладке системы необходим учет нагрева строительных конструкций
При расчетах для открытых схема отопления, напрямую сообщающихся с атмосферой через незамкнутый расширительный бак, обязательно учитываются потери энергии при остывании теплоносителя
Эффективный расчет отопления для частного дома обязательно учитывает материалы, использованные при постройке ограждающих конструкций.
Например, при равной толщине стены из дерева и кирпича проводят тепло с разной интенсивностью – теплопотери через деревянные конструкции идут медленнее. Одни материалы пропускают тепло лучше (металл, кирпич, бетон), другие хуже (дерево, минвата, пенополистирол).
Атмосфера внутри жилой постройки косвенно связана с внешней воздушной средой. Стены, проемы окон и дверей, крыша и фундамент зимой передают тепло из дома наружу, поставляя взамен холод. На них приходится 70-90% от общих теплопотерь коттеджа.
Стены, крыша, окна и двери — все пропускает тепло зимой наружу. Тепловизор наглядно покажет утечки тепла
Постоянная утечка тепловой энергии за отопительный сезон происходит также через вентиляцию и канализацию.
При расчете теплопотерь постройки ИЖС эти данные обычно не учитывают. Но включение в общий тепловой расчет дома потерь тепла через канализационную и вентиляционную системы – решение все же правильное.
Существенно снизить утечки тепла, проходящие через строительные конструкции, дверные/оконные проемы сможет грамотно устроенная система теплоизоляции
Выполнить расчёт автономного контура отопления загородного дома без оценки теплопотерь его ограждающих конструкций невозможно. Точнее, не получится определить мощность отопительного котла, достаточную для обогрева коттеджа в самые лютые заморозки.
Анализ реального расхода тепловой энергии через стены позволит сравнить затраты на котловое оборудование и топливо с расходами на теплоизоляцию ограждающих конструкций.
Ведь чем более энергоэффективен дом, т.е. чем меньше тепловой энергии он теряет в зимние месяцы, тем меньше расходы на приобретение топлива.
Для грамотного расчета системы отопления потребуется коэффициент теплопроводности распространенных строительных материалов.
Таблица значений коэффициента теплопроводности различных строительных материалов, наиболее часто применяемых при возведен
Расчет потерь тепла через стены
На примере условного двухэтажного коттеджа рассчитаем теплопотери через его стеновые конструкции.
- квадратная «коробка» с фасадными стенами шириной 12 м и высотой 7 м;
- в стенах 16 проемов, площадь каждого 2,5 м 2 ;
- материал фасадных стен – полнотелый кирпич керамический;
- толщина стены – 2 кирпича.
Далее проведем вычисление группы показателей, из которых и складывается общее значение потерь тепла через стены.
Показатель сопротивления теплопередачи
Чтобы выяснить показатель сопротивления теплопередачи для фасадной стены, нужно разделить толщину стенового материала на его коэффициент теплопроводности.
Для ряда конструкционных материалов данные по коэффициенту теплопроводности представлены на изображениях выше и ниже.
Для точных расчетов потребуется коэффициент теплопроводности указанных в таблице теплоизоляционных материалов, применяемых в строительстве
Наша условная стена выстроена из керамического полнотелого кирпича, коэффициент теплопроводности которого – 0,56 Вт/м· о С. Ее толщина с учетом кладки на ЦПР – 0,51 м. Разделив толщину стены на коэффициент теплопроводности кирпича, получаем сопротивление теплопередаче стены:
0,51 : 0,56 = 0,91 Вт/м 2×о С
Результат деления округляем до двух знаков после запятой, в более точных данных по сопротивлению теплопередачи потребности нет.
Площадь внешних стен
Поскольку примером выбрано квадратное здание, площадь его стен определяется умножением ширины на высоту одной стены, затем на число внешних стен:
12 · 7 · 4 = 336 м 2
Итак, нам известна площадь фасадных стен. Но как же проемы окон и дверей, занимающие вместе 40 м2 (2,5·16=40 м 2 ) фасадной стены, нужно ли их учитывать?
Действительно, как же корректно рассчитать автономное отопление в деревянном доме без учета сопротивления теплопередачи оконных и дверных конструкций.
Если необходимо обсчитать теплопотери здания крупной площади или теплого дома (энергоэффективного) – да, учет коэффициентов теплопередачи оконных рам и входных дверей при расчете будет правильным.
Однако для малоэтажных построек ИЖС, возводимых из традиционных материалов, дверными и оконными проемами допустимо пренебречь. Т.е. не отнимать их площадь из общей площади фасадных стен.
Общие теплопотери стен
Выясняем потери тепла стены с ее одного квадратного метра при разнице температуры воздуха внутри и снаружи дома в один градус.
Для этого делим единицу на сопротивление теплопередачи стены, вычисленное ранее:
1 : 0,91 = 1,09 Вт/м 2 · о С
Зная теплопотери с квадратного метра периметра внешних стен, можно определить потери тепла при определенных уличных температурах.
К примеру, если в помещениях коттеджа температура +20 о С, а на улице -17 о С, разница температур составит 20+17=37 о С. В такой ситуации общие теплопотери стен нашего условного дома будут:
0,91 · 336 · 37 = 11313 Вт,
Где: 0,91 — сопротивление теплопередачи квадратного метра стены; 336 — площадь фасадных стен; 37 — разница температур комнатной и уличной атмосферы.
Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, применяемых для утепления пола/стен, для устройства сухой стяжки пола и выравнивания стен
Пересчитаем полученную величину теплопотерь в киловатт-часы, они удобнее для восприятия и последующих расчетов мощности отопительной системы.
Теплопотери стен в киловатт-часах
Вначале выясним, столько тепловой энергии уйдет через стены за один час при разнице температур в 37 о С.
Напоминаем, что расчет ведется для дома с конструкционными характеристиками, условно выбранными для демонстрационно-показательных вычислений:
11313 · 1 : 1000 = 11,313 кВт·ч,
Где: 11313 — величина теплопотерь, полученная ранее; 1 — час; 1000 — количество ватт в киловатте.
Для вычисления потерь тепла за сутки полученное значение теплопотерь за час умножаем на 24 часа:
11,313 · 24 = 271,512 кВт·ч
Для наглядности выясним потери тепловой энергии за полный отопительный сезон:
7 · 30 · 271,512 = 57017,52 кВт·ч,
Где: 7 — число месяцев в отопительном сезоне; 30 — количество дней в месяце; 271,512 — суточные теплопотери стен.
Итак, расчетные теплопотери дома с выбранными выше характеристиками ограждающих конструкций составят 57017,52 кВт·ч за семь месяцев отопительного сезона.
Учет влияния вентиляции частного дома
Расчет вентиляционных потерь тепла в отопительный сезон в качестве примера проведем для условного коттеджа квадратной формы, со стеной 12-ти метровой ширины и 7-ми метровой высоты.
Без учета мебели и внутренних стен внутренний объем атмосферы в этом здании составит:
12 · 12 · 7 = 1008 м 3
При температуре воздуха +20 о С (норма в сезон отопления) его плотность равна 1,2047 кг/м 3 , а удельная теплоемкость 1,005 кДж/(кг· о С).
Вычислим массу атмосферы в доме:
1008 · 1,2047 = 1214,34 кг,
Где: 1008 — объем домашней атмосферы; 1,2047 — плотность воздуха при t +20 о С .
Таблица со значением коэффициента теплопроводности материалов, которые могут потребоваться при проведении точных расчетов
Предположим пятикратную смену воздушного объема в помещениях дома. Отметим, что точная потребность в приточном объеме свежего воздуха зависит от числа жильцов коттеджа.
При средней разнице температур между домом и улицей в отопительный сезон, равной 27 о С (20 о С домашняя, -7 о С внешняя атмосфера) за сутки на обогрев приточного холодного воздуха понадобиться тепловой энергии:
5 · 27 · 1214,34 · 1,005 = 164755,58 кДж,
Где: 5 — число смен воздуха в помещениях; 27 — разница температур комнатной и уличной атмосферы; 1214,34 — плотность воздуха при t +20 о С; 1,005 — удельная теплоемкость воздуха.
Переведем килоджоули в киловатт-часы, поделив значение на количество килоджоулей в одном киловатт-часе (3600):
164755,58 : 3600 = 45,76 кВт·ч
Выяснив затраты тепловой энергии на обогрев воздуха в доме при пятикратной его замене через приточную вентиляцию, можно рассчитать «воздушные» теплопотери за семимесячный отопительный сезон:
7 · 30 · 45,76 = 9609,6 кВт·ч,
Где: 7 — число «отапливаемых» месяцев; 30 — среднее число дней в месяце; 45,76 — суточные затраты тепловой энергии на нагрев приточного воздуха.
Вентиляционные (инфильтрационные) энергозатраты неизбежны, поскольку обновление воздуха в помещениях коттеджа жизненно необходимо.
Потребности нагрева сменяемой воздушной атмосферы в доме требуется вычислять, суммировать с теплопотерями через ограждающие конструкции и учитывать при выборе отопительного котла. Есть еще один вид тепловых энергозатрат, последний – канализационные теплопотери.
Затраты энергии на подготовку ГВС
Если в теплые месяцы из крана в коттедж поступает холодная вода, то в отопительный сезон она – ледяная, с температурой не выше +5 о С. Купание, мытье посуды и стирка невозможны без нагрева воды.
Набираемая в бачок унитаза вода контактирует через стенки с домашней атмосферой, забирая немного тепла. Что происходит с водой, нагретой путем сжигания не бесплатного топлива и потраченной на бытовые нужды? Ее сливают в канализацию.
Двухконтурный котел с бойлером косвенного нагрева, используемый как для нагрева теплоносителя, так и для поставки горячей воды в сооруженный для нее контур
Рассмотрим на примере. Семья из трех человек, предположим, расходует 17 м 3 воды ежемесячно. 1000 кг/м 3 – плотность воды, а 4,183 кДж/кг· о С – ее удельная теплоемкость.
Средняя температура нагрева воды, предназначенной для бытовых нужд, пусть будет +40 о С. Соответственно, разница средней температуры между поступающей в дом холодной водой (+5 о С) и нагретой в бойлере (+30 о С) получается 25 о С.
Для расчета канализационных теплопотерь считаем:
17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 кДж,
Где: 17 — месячный объем расхода воды; 1000 — плотность воды; 25 — разница температур холодной и нагретой воды; 4,183 — удельная теплоемкость воды;
Для пересчета килоджоулей в более понятные киловатт-часы:
1777775 : 3600 = 493,82 кВт·ч
Таким образом, за семимесячный период отопительного сезона в канализацию уходит тепловая энергия в объеме:
493,82 · 7 = 3456,74 кВт·ч
Расход тепловой энергии на нагрев воды для гигиенических нужд невелик, в сравнении с теплопотерями через стены и вентиляцию. Но это ведь тоже энергозатраты, нагружающие отопительный котел или бойлер и вызывающие расход топлива.
Расчет мощности отопительного котла
Котел в составе системы отопления предназначен для компенсации теплопотерь здания. А также, в случае двухконтурной системы или при оснащении котла бойлером косвенного нагрева, для согревания воды на гигиенические нужды.
Вычислив суточные потери тепла и расход теплой воды «на канализацию», можно точно определить необходимую мощность котла для коттеджа определенной площади и характеристик ограждающих конструкций.
Для определения мощности котла отопления необходимо рассчитать затраты тепловой энергии дома через фасадные стены и на нагрев сменяемой воздушной атмосферы внутренних помещений.
Требуются данные по теплопотерям в киловатт-часах за сутки – в случае условного дома, обсчитанного в качестве примера, это:
271,512 + 45,76 = 317,272 кВт·ч,
Где: 271,512 — суточные потери тепла внешними стенами; 45,76 — суточные теплопотери на нагрев приточного воздуха.
Соответственно, необходимая отопительная мощность котла будет:
317,272 : 24 (часа) = 13,22 кВт
Однако такой котел окажется под постоянно высокой нагрузкой, снижающей его срок службы. И в особенно морозные дни расчетной мощности котла будет недостаточно, поскольку при высоком перепаде температур между комнатной и уличной атмосферами резко возрастут теплопотери здания.
Поэтому выбирать котел по усредненному расчету затрат тепловой энергии не стоит — он с сильными морозами может и не справиться.
Рациональным будет увеличить требуемую мощность котлового оборудования на 20%:
13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 кВт
Для вычисления требуемой мощности второго контура котла, греющего воду для мытья посуды, купания и т.п., нужно разделить месячное потребление тепла «канализационных» теплопотерь на число дней в месяце и на 24 часа:
493,82 : 30 : 24 = 0,68 кВт
По итогам расчетов оптимальная мощность котла для коттеджа-примера равна 15,86 кВт для отопительного контура и 0,68 кВт для нагревательного контура.
Выбор радиаторов отопления
Традиционно мощность отопительного радиатора рекомендовано выбирать по площади отапливаемой комнаты, причем с 15-20% завышением мощностных потребностей на всякий случай.
На примере рассмотрим, насколько корректна методика выбора радиатора «10 м2 площади – 1,2 кВт».
Тепловая мощность радиаторов зависит от способа их подключения, что необходимо учитывать при проведении расчетов системы отопления
Исходные данные: угловая комната на первом уровне двухэтажного дома ИЖС; внешняя стена из двухрядной кладки керамического кирпича; ширина комнаты 3 м, длина 4 м, высота потолка 3 м.
По упрощенной схеме выбора предлагается рассчитать площадь помещения, считаем:
3 (ширина) · 4 (длина) = 12 м 2
Т.е. необходимая мощность радиатора отопления с 20% надбавкой получается 14,4 кВт. А теперь посчитаем мощностные параметры отопительного радиатора на основании теплопотерь комнаты.
Фактически площадь комнаты влияет на потери тепловой энергии меньше, чем площадь ее стен, выходящих одной стороной наружу здания (фасадных).
Поэтому считать будем именно площадь «уличных» стен, имеющихся в комнате:
3 (ширина) · 3 (высота) + 4 (длина) · 3 (высота) = 21 м 2
Зная площадь стен, передающих тепло «на улицу», рассчитаем теплопотери при разнице комнатной и уличной температуры в 30 о (в доме +18 о С, снаружи -12 о С), причем сразу в киловатт-часах:
0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 кВт,
Где: 0,91 — сопротивление теплопередачи м2 комнатных стен, выходящих «на улицу»; 21 — площадь «уличных» стен; 30 — разница температур внутри и снаружи дома; 1000 — число ватт в киловатте.
Согласно строительным стандартам приборы отопления располагают в местах максимальных теплопотерь. Например, радиаторы устанавливаются под оконными проемами, тепловые пушки — над входом в дом. В угловых комнатах батареи устанавливаются на глухие стены, подверженные максимальному воздействию ветров
Выходит, что для компенсации потерь тепла через фасадные стены данной конструкции, при 30 о разнице температур в доме и на улице достаточно отопления мощностью 0,57 кВт·ч. Увеличим необходимую мощность на 20, даже на 30% — получаем 0,74 кВт·ч.
Таким образом, реальные мощностные потребности отопления могут быть значительно ниже, чем торговая схема «1,2 кВт на квадратный метр площади помещения».
Причем корректное вычисление необходимых мощностей отопительных радиаторов позволит сократить объем теплоносителя в системе отопления, что уменьшит нагрузку на котел и расходы на топливо.
Выводы и полезное видео по теме
Куда уходит тепло из дома – ответы предоставляет наглядный видеоролик:
В видеоролике рассмотрен порядок расчета теплопотерь дома через ограждающие конструкции. Зная потери тепла, получится точно рассчитать мощности отопительной системы:
Подробное видео о принципах подбора мощностных характеристик котла отопления смотрите ниже:
Выработка тепла ежегодно дорожает – растут цены на топливо. А тепла постоянно не хватает. Относиться безразлично к энергозатратам коттеджа нельзя — это совершенно невыгодно.
С одной стороны каждый новый сезон отопления обходится домовладельцу дороже и дороже. С другой стороны утепление стен, фундамента и кровли загородного стоит хороших денег. Однако чем меньше тепла уйдет из здания, тем дешевле будет его отапливать.
Сохранение тепла в помещениях дома – основная задача отопительной системы в зимние месяцы. Выбор мощности отопительного котла зависит от состояния дома и от качества утепления его ограждающих конструкций. Принцип «киловатт на 10 квадратов площади» работает в коттедже среднего состояния фасадов, кровли и фундамента.
Вы самостоятельно рассчитывали систему отопления для своего дома? Или заметили несоответствие вычислений, приведенных в статье? Поделитесь своим практическим опытом или объемом теоретических знаний, оставив комментарий в блоке под этой статьей.
Методика расчёта отопительной печи и камина
Одна из самых серьезных ошибок многих владельцев дачных домов – выбор конструкции печи или камина по экстерьерным особенностям или из расчета функциональных возможностей конкретной конструкции. Что в корне неверно.
Любая бытовая печная конструкция, прежде всего, ориентирована на обогрев помещения, и потому ее в первую очередь следует оценивать именно по этим параметрам. И только потом говорить о каких-то дополнительных опциях или декоре.
Введение
В книгах о печах часто описания или порядовки печей дополняются указанием их теплоотдачи, выраженной в килокалориях. В магазинах, как правило, на ценнике металлических печек указывают мощность печи уже в киловаттах.
При этом большинству пользователей довольно сложно оценить конкретно эти цифры, тем более, что многие производители лукавят и в описаниях к своей продукции (металлическим печам) указывают достаточно фантастические параметры или попросту недоговаривают, что чревато применением неподходящей модели в помещении с указанной площадью.
К примеру, часто уверяют, что печи способны обогреть площади по 100 и более квадратов без всяких дополнительных ухищрений. Что в принципе невозможно по законам физики – естественной конвекции.
Такой печи хватит на то, чтобы в этом помещении была плюсовая температура, но вот атмосферу в такой комнате вряд ли можно будет назвать комфортной.
Поскольку у самой печи будет зона сильного прогрева и стоять откровенная жара, а вот по дальним углам станет отчётливо ощущаться прохлада. И это только полбеды. Скорее всего, такие перепады еще и дополнятся конденсатом и сыростью по углам.
Избавиться от этих неприятных явлений можно только, устроив принудительную воздушную конвекцию (вентилятор), или устроить принудительную транспортировку тепла непосредственно в проблемные зоны помещения – проще говоря, устроить тепловой контур с циркуляцией теплоносителя. То есть превратить печь в котел и греть дом уже водяной системой.
Основные понятия и термины
На «магазинных» печках и каминах обычно указывают теплоотдачу, как уже говорилось, в киловаттах. По одной простой причине: так легче считать площадь, которую они могут обогреть.
В помещениях с высотой потолка до 3 метров 1 киловатт – это 10 квадратов площади. Соответственно, печь в 8 кВт в теории греет 80 квадратных метров.
И такие же данные дают для каминов. Которые, на самом деле, следует относить к камино-печам, а не чистым каминам. И в этом случае указание их мощности корректно (правда, у многих моделей во время топки нельзя открывать дверцу, ну да то дело десятое).
Но вот перенос этого шаблона на кирпичные конструкции перестает работать корректно. А еще в книгах по печному ремеслу принято указывать тепловую мощность в килокалориях. И тут вовсе наступает путаница.
Начнем с того, что отопительная печь и камин – совершенно различные конструкции с совсем разными задачами. И считаются по разным формулам. А еще железные печи и кирпичные хоть и родственники, но очень дальние. И потому работают совершенно иначе.
Для понимания вопроса: металл хорошо проводит тепло, но плохо его накапливает (быстро прогрелся – быстро остыл). И потому все металлические печи греют, пока в их топках горит топливо. Чтобы увеличить период их активности, устраивают системы длительного горения. И расчет их мощности ведется именно с учетом такой особенности.
А вот кирпичные печи в массе своей относятся к теплоемким конструкциям периодического нагрева, и потому их топят пару часов, а потом они долгое время отдают накопленное тепло, постепенно транслируя его из своих недр на наружные стенки. И потому считать их мощность (напрямую связанную с их массой и габаритом) следует как-то иначе.
Вообще, без применения искусственной конвекции одной печью можно прогреть примерно 30 – 40 квадратов. В более габаритном помещении уже не получится обеспечить комфортных условий для проживания – все из-за того же некомфортного температурного градиента, возрастающего по мере удаления от источника тепла (печи).
А вот с камином картина несколько иная. Камин греет комнату только в момент своей работы, пока горит топливо. И греет исключительно лучистым теплом. Без аккумулирования тепла. И потому КПД его не отличается рекордными значениями. Примерно 33% при топке дровами и до 55% при использовании каменного угля.
А вот для печки КПД 80% – вполне рядовое значение. Но у камина есть огромное преимущество. Забирая в открытую топку воздух для горения, камин это делает с запасом, избытком. И потому камин очень хорошо вентилирует помещение, сушит его. А еще камин прогревает этот объем максимально быстро.
Фото старинного камина
Именно по этой причине камин предпочитали во многих Европейских странах. Особенно показательна в этом отношении Британия, где климат довольно мягкий, но излишне влажный, и где проблема отопления стояла не так остро, как необходимость избавления от лишней влажности жилья.
По той же причине дореволюционные пособия рекомендуют иметь в большой квартире в дополнение к печам один камин – для организации нормального воздухообмена. И потому камины часто сооружали в больничных палатах – своеобразный аналог кварцевания.
Так что камин уже считают не из соображений восполнения теплопотерь здания, а с позиций нормального воздухообмена. И потому методики расчёта печи и камина различаются кардинально.
Мощность печи должна соответствовать теплопотерям помещения. Недостаток мощности приведет к снижению экологии помещения (попросту окажется слишком прохладно), а избыток приведет к перерасходу топлива.
Говоря образно, картина в чем-то схожа с выбором двигателя для автомобиля. Глупо пытаться выпустить миникупер с двигателем от карьерного самосвала, как и бесполезно оснащать этот самосвал мотором от компактной легковушки.
Излишне габаритный камин в маленьком помещении станет страдать от недостатка кислорода, требуемого для нормального сгорания топлива. И потому он или начнет дымить, или устроит такой сквозняк, что двери попросту начнут интенсивно хлопать. Ну а слишком маленький камин в огромном зале окажется бесполезен – он попросту не согреет его.
Формула расчета камина
Камин считать проще, а потому начнем с него. Постулатов всего несколько и запомнить их просто.
Площадь портала (площадь проема открытой каминной топки) должна находиться в пределах 1/65 – 1/80 от площади помещения. Вне зависимости от его высоты. Оптимальным стоит признать соотношение 1/75.
При этом высота трубы любого камина должна быть не ниже, чем 5 метров. При меньшей высоте возможно дымление. А сечение трубы должно быть не менее 1/10 площади портала. Но не менее 1 кирпича. То есть не менее, чем 120х250 мм.
Топку делают глубиной не более 2/3 высоты портала. Над топкой ставят дымосборник, объем которого должен составлять не менее 1/6 от объема топки. Собственно, это все данные для камина с открытой топкой. При соблюдении этих пропорций и размеров камин практически всегда работает без проблем вне зависимости от погоды на улице.
Как считается отопительная теплоемкая печь
Возвращаемся к расчету печей. Формулы для точного определения габарита отопителя написали еще в середине XIX столетия. Но справиться с ними рядовому пользователю с изрядно подзабытым багажом средней школы нереально.
Старинная печь, покрытая изразцом
Поскольку иной раз теряются и выпускники технических вузов. Поэтому были созданы таблицы, учитывающие количество окон, дверей, материала утеплителя, стен, перекрытий, их конструкционные особенности и еще массу параметров, забивать которыми голову рядовому застройщику совершенно необязательно.
Табличные данные дают весьма хорошие результаты по подбору печного габарита, но это довольно объемная брошюра, разобраться в которой тоже непросто. А потому создали упрощенную схему расчета печи, которой, как оказалось, вполне достаточно для бытовых целей.
Формула дает довольно точные данные для печей с одноразовой топкой (один раз в сутки). Если планируется топить печи дважды, то их габарит можно уменьшить. Но не вдвое, как покажется, а не более как на 40%.
Отсюда простой вывод: лучше ориентироваться все же на одну топку в сутки, поскольку топка дважды в день требует дров в два раза больше, но такого же двойного выигрыша в теплоотдаче печи не будет и в целом КПД системы отопления уменьшится.
Переходим к цифрам. Один кубометр жилого объема в среднем теряет в час 21 ккал. Соответственно, для определения теплопотерь достаточно объем отапливаемого помещения умножить на 21.
Но здесь есть нюанс. Вне зависимости от материала стен и перекрытий, объем следует считать по внешнему габариту помещения, а не по внутреннему.
Проще говоря, если у нас в активе комната 4х5 метров с высотой потолков 2,5 метра, то объем, принимаемый за искомый будет не 50 (4х5х2,5) кубометров, а несколько больший – следует прибавлять к чистовым габаритам еще и толщину стен или перекрытий. И, если толщина стен в этом доме 0,25 метра, то площадь будет не 4х5=20 кв. метров, а 4,5х5,5=25 кв. метров. Как и высота уже не 2,5 метра, а 3,0 метра (потолок и пол по 25 см – величина взята условная для иллюстративного примера).
Соответственно, объем, с которого считываем теплопотери, будет не 50, а 75 кубометров. Разница, согласитесь, значительная.
Умножив полученное значение на 21, получаем ежечасные теплопотери помещения. В данном конкретном примере это 1575 ккал/час.
Теперь требуется подобрать печь, которая способна компенсировать вышеуказанные теплопотери. А это уже напрямую зависит от активной площади печи – то есть той внешней поверхности, которая участвует в нагреве.
Здесь важно учитывать только внешние стенки печи, за которыми проходят тепловые каналы (дымообороты) или расположена топка. Если у печи есть плита, над которой имеется варочная камера, сформированная кирпичной кладкой, внутри которой нет каналов отбора тепла от топливных газов (типичная печь-шведка – как пример), то этот участок поверхности нельзя принимать за активный.
Один квадратный метр активной площади печи при одноразовой суточной топке выдает 300 ккал.
Соответственно, для нашей условной комнаты потребуется печь с прогреваемой поверхностью 1575/300=5,25 м 2 .
То есть, если предположить, что основание нашей печи составляет 2х3 кирпича 0,51х0,77 м (что не обязательно, конечно же – просто для наглядности примера), то высота такой печи должна быть примерно 5,25/(0,51х2+0,77х2)=2,1 м, без учета той части поверхности, где печь не греется (обычно в чисто отопительной печи это около 20 см от пола).
Если рассматривать типовые отопительные печи, то под данные параметры подходит ПТО-2300 с площадью теплоотдающих поверхностей 5,5 м 2 .
Типовая отопительная печь ПТО-2300 с площадью теплоотдающей поверхности 5,5 кв. м
В принципе, значения теплоотдачи печи могут немного отличаться от полученных оптимальных теоретических цифр.
Точного соответствия не требуется. Вполне допустим дефицит тепловой мощности в 5% или ее избыток в 10%.
При превышении этих допусков ухудшится тепловой комфорт в помещении и сократится ресурс печи (при недостатке мощности придется ее регулярно перегревать, перетапливать).
Так же важно учитывать, что расчет этот верен для неотделанных кирпичных печей или покрытых штукатуркой. Если печь изразцовая, то она будет отличаться большей теплоемкостью, но меньшей теплоотдачей – примерно на 10%, что стоит учитывать заранее.
Изразцы, как ни странно, снижают теплоотдачу печи. Но зато резко увеличивают ее декоративные и гигиенические свойства, поскольку исключают пригорание пыли на поверхности и делают возможной влажную уборку.
Источник https://domspechkoy.ru/pechnoe-otoplenie-s-vodyanym-konturom-v-derevyannom-dome/
Источник https://sovet-ingenera.com/otoplenie/project/raschet-sistemy-otopleniya-chastnogo-doma.html
Источник https://remsovet.com/146-raschet-pechi-i-kamina.html
