Как да изчислите мощността на газов котел за отопление: формули и пример за изчисление

Преди проектирането на отоплителната система, монтажа на отоплителното оборудване е важно да се избере газов котел, способен да генерира необходимото количество топлина за помещението. Затова е важно да се избере устройство с такава мощност, че неговата производителност да бъде максимално висока, а ресурсът – голям.

Ще разкажем за това как да изчислим мощността на газовия котел с висока точност и отчитане на определени параметри. В представената от нас статия са подробно описани всички видове загуби на топлина през отвори и строителни конструкции, дадени са формули за тяхното изчисляване. С особеностите на извършване на изчисленията запознава конкретен пример.

Типични грешки при избора на котел

Правилното изчисляване на мощността на газовия котел ще позволи не само да се спести от консумативи, но и ще повиши КПД на уреда. Оборудването, чиято топлоотдача надвишава реалните нужди от топлина, ще работи неефективно, докато недостатъчно мощното устройство няма да може да отопли помещението по подходящ начин.

Съществува модерно автоматизирано оборудване, което самостоятелно регулира подаването на газ, което избягва нецелесъобразните разходи. Но ако такъв котел изпълнява работата си на границата на възможностите, то срокът на неговата експлоатация намалява.

В резултат на това КПД на оборудването намалява, частите се износват по-бързо, образува се кондензат. Затова възниква необходимост от изчисления на оптималната мощност.

Съществува мнение, че мощността на котела зависи единствено от площта на помещението и за всяко жилище оптималното изчисление е 100 W на 1 кв.м. Затова, за да изберете мощност на котела, например за къща от 100 кв. м, е необходимо оборудване, произвеждащо 100*10=10000 W или 10 kW.

Такива изчисления са коренно неправилни поради появата на нови довършителни материали и усъвършенствани изолации, които намаляват необходимостта от закупуване на оборудване с висока мощност.

Мощността на газовия котел се подбира, като се вземат предвид индивидуалните особености на жилището. Правилно подбраното оборудване ще работи максимално ефективно при минимален разход на гориво.

Изчисляването на мощността на газов котел за отопление може да се извърши по два начина – ръчно или с използване на специалната програма Valtec, която е предназначена за професионални високоточни изчисления.

Необходимата мощност на оборудването зависи пряко от топлинните загуби на помещението. След като се установи стойността на топлинните загуби, може да се изчисли мощността на газовия котел или на всеки друг отоплителен уред.

Какво представляват топлинните загуби на помещението?

Всяко помещение има определени топлинни загуби. Топлината излиза през стени, прозорци, подове, врати, таван, затова задачата на газовия котел е да компенсира количеството на излизащата топлина и да осигури определена температура в помещението. За това е необходима определена топлинна мощност.

Чрез опит е установено, че най-голямо количество топлина излиза през стените (до 70%). През покрива и прозорците може да излиза до 30% от топлинната енергия, а през вентилационната система – до 40%. Най-малки са топлинните загуби при вратите (до 6%) и пода (до 15%).

Върху топлинните загуби на къщата влияят следните фактори.

• Разположение на къщата. Всеки град има свои климатични особености. При изчисленията на топлинните загуби е необходимо да се вземе предвид критичната отрицателна температура, характерна за региона, както и средната температура и продължителността на отоплителния сезон (за точни изчисления с използване на програмата).
• Разположение на стените спрямо посоките на света. Известно е, че на северната страна се намира розата на ветровете, поради което топлинните загуби на стената, разположена в тази област, ще бъдат най-големи. През зимата от западната, северната и източната страна духа силен студен вятър, следователно топлинните загуби на тези стени ще бъдат по-високи.
• Площ на отопляваното помещение. От размерите на помещението, площта на стените, таваните, прозорците, вратите зависи количеството на излизащата топлина.
• Топлотехника на строителните конструкции. Всеки материал има свой коефициент на топлинно съпротивление и коефициент на топлопреминаване – способност да пропуска през себе си определено количество топлина. За да ги научите, е необходимо да използвате таблични данни, както и да приложите определени формули. Информация за състава на стените, таваните, подовете, тяхната дебелина може да се намери в техническия план на жилището.
• Прозоречни и вратни отвори. Размер, модификация на вратата и стъклопакетите. Колкото по-голяма е площта на прозоречните и вратните отвори, толкова по-високи са топлинните загуби. Важно е да се вземат предвид характеристиките на монтираните врати и стъклопакети при изчисленията.
• Отчитане на вентилацията. Вентилацията винаги съществува в дома, независимо от наличието на изкуствена вентилация. През отворените прозорци става проветряване на помещението, движение на въздуха се създава при затваряне и отваряне на входните врати, при ходене на хора от стая в стая, което допринася за излизане на топлия въздух от помещението и неговата циркулация.

Познавайки горепосочените параметри, можете не само да изчислите топлинните загуби на дома и да определите мощността на котела, но и да откриете места, нуждаещи се от допълнителна изолация.

Формули за изчисляване на топлинните загуби

Тези формули могат да се използват за изчисляване на топлинните загуби не само на частен дом, но и на апартамент. Преди началото на изчисленията е необходимо да начертаете план на помещението, да отбележите разположението на стените спрямо посоките на света, да означите прозорците, вратните отвори, както и да изчислите размерите на всяка стена, прозоречни и вратни отвори.

За определяне на топлинните загуби е необходимо да се знае строежът на стената, както и дебелината на използваните материали. В изчисленията се вземат предвид зидарията и изолациите.

При изчисляване на топлинните загуби се използват две формули – с помощта на първата се определя величината на топлинното съпротивление на ограждащите конструкции, с помощта на втората – топлинните загуби.

За определяне на топлинното съпротивление се използва изразът:

R = B/K

Тук:

• R – величина на топлинното съпротивление на ограждащите конструкции, измерваща се в (м²*К)/Вт.
• K – коефициент на топлопроводимост на материала, от който е изработена ограждащата конструкция, измерва се в W/(m*K).
• B – дебелина на материала, записваща се в метри.

Коефициентът на топлопроводимост K е табличен параметър, дебелината B се взема от техническия план на дома.

Коефициентът на топлопроводимост е таблична стойност, той зависи от плътността и състава на материала, може да се различава от табличния, затова е важно да се запознаете с техническата документация за материала (+)

Също така се използва основната формула за изчисление на топлинните загуби:

Q = L × S × dT/R

В израза:

• Q – топлинни загуби, измерват се в W.
• S – площ на ограждащите конструкции (стени, подове, тавани).
• dT – разлика между желаната температура на вътрешното помещение и външната, измерва се и се записва в °C.
• R – стойност на топлинното съпротивление на конструкцията, m²•°C/W, която се намира по горната формула.
• L – коефициент, зависещ от ориентирането на стените спрямо посоките на света.

Имайки под ръка необходимата информация, можете ръчно да изчислите топлинните загуби на дадена сграда.

Пример за изчисляване на топлинните загуби

Като пример ще изчислим топлинните загуби на къща със зададени характеристики.

На фигурата е изобразен план на къщата, за която ще изчисляваме топлинните загуби. При съставянето на индивидуален план е важно правилно да се определи ориентацията на стените спрямо посоките на света, да се изчисли височината, ширината и дължината на конструкцията, както и да се отбележат местата на прозорците и вратите, техните размери (+)

Изхождайки от плана, ширината на конструкцията е 10 m, дължината – 12 m, височината на таваните – 2.7 m, стените са ориентирани на север, юг, изток и запад. В западната стена са вградени 3 прозореца, два от тях са с размери 1.5×1.7 m, един – 0.6×0.3 m.

При изчисленията на покрива се взема предвид слой изолация, довършителен и покривен материал. Паро- и хидроизолационните фолиа, които не влияят на топлоизолацията, не се вземат предвид.

В южната стена са вградени врати с размери 1.3×2 m, има също малък прозорец 0.5×0.3 m. От източната страна са разположени два прозореца 2.1×1.5 m и един 1.5×1.7 m.

Стените се състоят от три слоя:

• облицовка на стени от ДВП (изоплита) отвън и отвътре – 1.2 cm всяка, коефициент – 0.05.
• стъклена вата, разположена между стените, нейната дебелина е 10 cm и коефициент – 0.043.

Топлинното съпротивление на всяка от стените се изчислява отделно, тъй като се взема предвид разположението на конструкцията спрямо посоките на света, броят и площта на отворите. Резултатите от изчисленията за стените се сумират.

Подът е многослоен, на цялата площ е изпълнен по една технология, включва:

• обработена дъска с перо и канал, нейната дебелина е 3.2 cm, коефициент на топлопроводимост – 0.15.
• слой от сухо изравняване ПДЧ с дебелина 10 cm и коефициент 0.15.
• изолация – минерална вата с дебелина 5 cm, коефициент 0.039.

Да предположим, че подът няма люкове към мазето и подобни отвори, които влошават топлотехниката. Следователно изчислението се извършва за площта на всички помещения по единна формула.

Таваните са изработени от:

• дървени плоскости 4 см с коефициент 0.15.
• минерална вата 15 см, нейният коефициент – 0.039.
• паро- и хидроизолационен слой.

Да предположим, че таванното покритие също няма изход към тавана над жилищно или помощно помещение.

Къщата се намира в Брянска област, в град Брянск, където критичната отрицателна температура е -26 градуса. Чрез опит е установено, че температурата на земята е +8 градуса. Желаната температура в помещението е +22 градуса.

Изчисляване на топлинните загуби на стените

За да се намери общото топлинно съпротивление на стената, първо е необходимо да се изчисли топлинното съпротивление на всеки неин слой.

Слоят от стъклена вата има дебелина 10 см. Тази стойност трябва да се преобразува в метри, т.е.:

B = 10 × 0.01 = 0.1

Получихме стойност B=0.1. Коефициентът на топлопроводност на топлоизолацията е 0.043. Заместваме данните във формулата за топлинно съпротивление и получаваме:

R_стъкл=0.1/0.043=2.32

По аналогичен пример, нека изчислим съпротивлението на топлоизолационната плоча (изоплита):

R_изопл=0.012/0.05=0.24

Общото топлинно съпротивление на стената ще бъде равно на сумата от топлинното съпротивление на всеки слой, като се има предвид, че имаме два слоя от ДВП (дървесновлакнеста плоча).

R=R_стъкл+2×R_изопл=2.32+2×0.24=2.8

След като определихме общото топлинно съпротивление на стената, можем да намерим топлинните загуби. За всяка стена те се изчисляват отделно. Нека изчислим Q за северната стена.

Допълнителните коефициенти позволяват да се вземат предвид в изчисленията особеностите на топлинните загуби на стени, разположени в различни посоки на света.

Изхождайки от плана, северната стена няма прозоречни отвори, нейната дължина е 10 м, височина – 2.7 м. Тогава площта на стената S се изчислява по формулата:

S_{сев.стена}=10×2.7=27

Нека изчислим параметъра dT. Известно е, че критичната температура на околната среда за Брянск – -26 градуса, а желаната температура в помещението – +22 градуса. Тогава

dT=22-(-26)=48

За северната страна се взема предвид допълнителен коефициент L=1.1.

В таблицата са дадени коефициентите на топлопроводност на някои материали, които се използват при изграждането на стени. Както виждаме, минералната вата пропуска през себе си минимално количество топлина, а стоманобетонът – максимално.

След като направихме предварителните изчисления, можем да използваме формулата за изчисляване на топлинните загуби:

Q_{сев.стена}=27×48×1.1/2.8=509 (W)

Нека изчислим топлинните загуби за западната стена. Изхождайки от данните, в нея са вградени 3 прозореца, два от които имат размери 1.5x1.7 м, а един – 0.6x0.3 м. Нека изчислим площта.

S_{зап.стена1}=12×2.7=32.4.

От общата площ на западната стена трябва да се изключи площта на прозорците, тъй като техните топлинни загуби ще бъдат различни. За целта трябва да се изчисли площта.

S_проз1=1.5×1.7=2.55

S_проз2=0.6×0.4=0.24

За изчисленията на топлинните загуби ще използваме площта на стената без да отчитаме площта на прозорците, тоест:

S_{зап.стена}=32.4-2.55×2-0.24=25.6

За западната страна допълнителният коефициент е 1.05. Получените данни заместваме в основната формула за изчисляване на топлинните загуби.

Q_{зап.стена}=25.6×1.05×48/2.8=461

Аналогични изчисления правим за източната страна. Тук има 3 прозореца, един с размери 1.5х1.7 м, а другите два – 2.1х1.5 м. Изчисляваме тяхната площ.

S_проз3=1.5×1.7=2.55

S_проз4=2.1×1.5=3.15

Площта на източната стена е:

S_{изт.стена1}=12×2.7=32.4

От общата площ на стената изваждаме стойностите на площта на прозорците:

S_{изт.стена}=32.4-2.55-2×3.15=23.55

Допълнителният коефициент за източната стена е 1.05. Изхождайки от данните, изчисляваме топлинните загуби на източната стена.

Q_{изт.стена}=1.05×23.55×48/2.8=424

На южната стена има врата с параметри 1.3х2 м и прозорец 0.5х0.3 м. Изчисляваме тяхната площ.

S_проз5=0.5×0.3=0.15

S_врат=1.3×2=2.6

Площта на южната стена ще бъде равна на:

S_{юж.стена1}=10×2.7=27

Определяме площта на стената без отчитане на прозорците и вратите.

S_{юж.стена}=27-2.6-0.15=24.25

Изчисляваме топлинните загуби на южната стена, като вземаме предвид коефициент L=1.

Q_{юж.стена}=1×24.25×48/2.80=416

След като определим топлинните загуби на всяка от стените, можем да намерим общите им топлинни загуби по формулата:

Q_стени=Q_{юж.стена}+Q_{изт.стена}+Q_{зап.стена}+Q_{сев.стена}

След като заместим стойностите, получаваме:

Q_стени=509+461+424+416=1810 Вт

В крайна сметка топлинните загуби на стените са 1810 Вт на час.

Изчисляване на топлинните загуби на прозорците

Общо в къщата има 7 прозореца, три от тях са с размери 1.5×1.7 м, два – 2.1×1.5 м, един – 0.6×0.3 м и още един – 0.5×0.3 м.

Прозорците с размери 1.5×1.7 м представляват двукамерен ПВХ профил с И-стъкло. От техническата документация може да се разбере, че неговото R=0.53. Прозорците с размери 2.1×1.5 м са двукамерни с аргон и И-стъкло, имат термично съпротивление R=0.75, прозорците 0.6х0.3 м и 0.5×0.3 – R=0.53.

Площта на прозорците беше изчислена по-горе.

S_проз1=1.5×1.7=2.55

S_проз2=0.6×0.4=0.24

S_проз3=2.1×1.5=3.15

S_проз4=0.5×0.3=0.15

Също така е важно да се вземе предвид ориентацията на прозорците спрямо посоките на света.

Обикновено термичното съпротивление за прозорците не е необходимо да се изчислява, този параметър е посочен в техническата документация на изделието.

Ще изчислим топлинните загуби на западните прозорци, като вземем предвид коефициент L=1.05. На страната има 2 прозореца с размери 1.5×1.7 м и един с 0.6×0.3 м.

Q_проз1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_проз2=0.24×1.05×48/0.53=23

Общо общите загуби на западните прозорци са

Q_{зап.проз}=243×2+23=509

В южната страна има прозорец 0.5×0.3, неговото R=0.53. Ще изчислим топлинните му загуби с отчитане на коефициент 1.

Q_{юж.прозорци}=0.15*48×1/0.53=14

На източната страна има 2 прозореца с размери 2.1×1.5 и един прозорец 1.5×1.7. Ще изчислим топлинните загуби с отчитане на коефициент L=1.05.

Q_проз1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_проз3=3.15×1.05×48/075=212

Сумираме топлинните загуби на източните прозорци.

Q_{изт.прозорци}=243+212×2=667.

Общите топлинни загуби на прозорците ще бъдат равни на:

Q_{прозорци}=Q_{изт.прозорци}+Q_{юж.прозорци}+Q_{зап.прозорци}=667+14+509=1190

Общо през прозорците излиза 1190 W топлинна енергия.

Определяне на топлинните загуби на вратите

В къщата е предвидена една врата, тя е вградена в южната стена, има размери 1.3×2 m. Въз основа на паспортните данни, топлопроводимостта на материала на вратата е 0.14, нейната дебелина – 0.05 m. Благодарение на тези показатели може да се изчисли топлинното съпротивление на вратата.

R_врата=0.05/0.14=0.36

За изчисленията ще е необходимо да се изчисли нейната площ.

S_врата=1.3×2=2.6

След изчисляване на топлинното съпротивление и площта могат да се намерят топлинните загуби. Вратата се намира от южната страна, затова използваме допълнителен коефициент 1.

Q_врата=2.6×48×1/0.36=347.

Общо, през вратата излиза 347 W топлина.

Изчисляване на топлинното съпротивление на пода

Според техническата документация, подът е многослоен, на цялата площ е изпълнен еднакво, има размери 10x12 m. Ще изчислим неговата площ.

S_под=10×12=210.

В състава на пода влизат дъски, ПДЧ и изолация.

От таблицата могат да се научат коефициентите на топлопроводимост на някои материали, използвани за покритие на пода. Този параметър може също да бъде посочен в техническата документация на материалите и да се различава от табличния.

Топлинното съпротивление трябва да се изчисли за всеки слой на пода поотделно.

R_дъски=0.032/0.15=0.21

R_пдч=0.01/0.15= 0.07

R_{изолация}=0.05/0.039=1.28

Общото топлинно съпротивление на пода е:

R_под=R_дъски+R_пдч+R_{изолация}=0.21+0.07+1.28=1.56

Имайки предвид, че през зимата температурата на земята се задържа на ниво +8 градуса, то температурната разлика ще бъде равна на:

dT=22-8=14

Използвайки предварителните изчисления, могат да се намерят топлинните загуби на къщата през пода.

При изчисляване на топлинните загуби на пода се отчитат материалите, влияещи на топлинната изолация (+)

При изчисляване на топлинните загуби на пода вземаме предвид коефициент L=1.

Q_под=210×14×1/1.56=1885

Общите топлинни загуби на пода съставляват 1885 W.

Изчисляване на топлинните загуби през тавана

При изчисляване на топлинните загуби на тавана се взема предвид слой от минерална вата и дървени плоскости. Паро- и хидроизолацията не участват в процеса на топлоизолация, затова не ги вземаме предвид. За изчисленията ще ни трябва да намерим топлинното съпротивление на дървените плоскости и слоя минерална вата. Използваме техните коефициенти на топлопроводност и дебелина.

R_{дърв.плочи}=0.04/0.15=0.27

R_{мин.вата}=0.05/0.039=1.28

Общото топлинно съпротивление ще бъде равно на сумата от R_{дърв.плочи} и R_{мин.вата}.

R_покрив=0.27+1.28=1.55

Площта на тавана е същата като на пода.

S _таван = 120

След това се изчисляват топлинните загуби на тавана, като се взема предвид коефициент L=1.

Q_таван=120×1×48/1.55=3717

Общо през тавана излизат 3717 W.

В таблицата са посочени популярните изолации за тавани и техните коефициенти на топлопроводност. Пенополиуретанът е най-ефективната изолация, сламата има най-висок коефициент на топлинни загуби.

За да се определят общите топлинни загуби на къщата, е необходимо да се сумират топлинните загуби на стените, прозорците, вратата, тавана и пода.

Q_общ=1810+1190+347+1885+3717=8949 W

За да се отопли къщата с посочените параметри, е необходим газов котел, който поддържа мощност 8949 W или около 10 kW.

Определяне на топлинните загуби с отчитане на инфилтрацията

Инфилтрацията – естествен процес на топлообмен с външната среда, който се осъществява при движение на хората в къщата, при отваряне на входни врати и прозорци.

За изчисляване на топлинните загуби за вентилация може да се използва формулата:

Q_инф=0.33×K×V×dT

В израза:

• K – изчислителна кратност на въздухообмена, за жилищни стаи се използва коефициент 0.3, за помещения с отопление – 0.8, за кухня и санитарен възел – 1.
• V – обем на помещението, изчислява се с отчитане на височината, дължината и ширината.
• dT – разлика в температурите между околната среда и жилището на къщата.

Подобна формула може да се използва в случай, че в помещението е инсталирана вентилация.

При наличие на изкуствена вентилация в къщата е необходимо да се използва същата формула, както за инфилтрацията, само да се заменят вместо К параметрите на аспирацията, а изчисленията на dT да се извършат с отчитане на температурата на входящия въздух.

Височина на помещението – 2.7 м, ширина – 10 м, дължина – 12 м. Познавайки тези данни, можем да намерим неговия обем.

V=2.7 × 10 × 12=324

Разликата в температурите ще бъде равна на

dT=48

Като коефициент K вземаме стойност 0.3. Тогава

Q_инф=0.33×0.3×324×48=1540

Към общия изчислен показател Q е необходимо да се добави Q_инф. В крайна сметка

Q_общ=1540+8949=10489.

Общо с отчитане на инфилтрацията топлинните загуби на къщата ще бъдат 10489 W или 10.49 kW.

Изчисляване на мощността на котела

При изчисляване на мощността на котела е необходимо да се използва коефициент на запас 1.2. Тоест мощността ще бъде:

W = Q × k

Тук:

• Q – топлинни загуби на сградата.
• k – коефициент на запас.

В нашия пример ще заместим Q=9237 W и ще изчислим необходимата мощност на котела.

W=10489×1.2=12587 W.

С оглед на коефициента на запас необходимата мощност на котела за отопление на къща от 120 м² е приблизително 13 kW.

Изводи и полезно видео по темата

Видео-инструкция: как да изчислите топлинните загуби на къщата и мощността на котела с помощта на програмата Valtec.

Грамотното изчисляване на топлинните загуби и мощността на газовия котел по формули или програмни методи позволява да се определят с висока точност необходимите параметри на оборудването, което дава възможност да се изключат необоснованите разходи за гориво.

Пишете, моля, коментари в разположената по-долу блок-форма. Разкажете за това как сте изчислявали топлинните загуби преди покупката на отоплително оборудване за собствената си вила или крайградска къща. Задавайте въпроси, споделяйте информация и снимки по темата.