Как правильно рассчитать котельную?

Как рассчитать котельную

Виды котельных

Одной из важнейших функциональных составных любого здания является система отопления. Правильно подобранная и рассчитанная котельная – обязательное условие комфортной жизни. Ниже специалисты компании Котел52 предоставят полный обзор актуальных вопросов, связанных с котельными.

Какие вообще котельные бывают? Как обустроить котельную? Остановимся лишь на наиболее применяемых их видах.

По виду топлива:

Газовые котельные, главное преимущество которых – экологичность и относительная экономичность. Они довольно просты в устройстве и обслуживании и, что важно, автономны в течение длительного времени.
Котельные на жидком топливе. Обычное для них топливо – мазут, дизельное топливо и отработанное масло. Они так же просты в обслуживании, их легко и быстро можно ввести в эксплуатацию. В них можно автоматизировать все что можно, и они отличаются высокой производительностью. Единственный сложный момент с такого вида котельными – это должна быть отдельная котельная, оборудованная превосходной вентиляцией, пожаротушением и емкостями для топлива.
Котельные на твердом топливе. Они работают на угле, дровах, торфе, отходах лесной промышленности. То есть топливо повсеместно доступное, относительное недорогое. При этом для их установки и ввода к эксплуатации необходимы систем топливоподачи и удаления шлаков и золы.
Водогрейные. Это котельные, к которым мы все привыкли и которые обычно используются в системах отопления и горячего водоснабжения небольших зданий. Как видно из названия, здесь в качестве теплоносителя используется вода. Нагрета она бывает до +110°С;
Паровые. В них используется пар, и такие котельные чаще можно встретить на промышленных предприятиях. В них пар применяют в производственных процессах.
Комбинированные. Они совмещают параметры первых двух типов, и также обычно встречаются на промышленных предприятиях.
Масляные. Редкий тип котельных, использующих в качестве теплоносителя специальное масло и другие жидкости, способные нагреваться до +300°С.

Виды котельных по способу обслуживания:

Автоматизированные. Котельные, не требующие вмешательства в процессе работы;
Механизированные. Обустроены простейшими механизированными элементами топливоподготовки, топливоподачи и очистки, что облегчает работу и процесс обслуживания;
Котельные с ручным обслуживанием. Весь процесс обслуживания осуществляется вручную.

Стандартный перечень требований к котельной

Как сложный технологичный элемент системы отопления здания или комплекса зданий, котельная имеет немало требований к себе. Приведем основные из них.

Площадь помещения должна составлять не меньше 10 м2. При этом рекомендуется иметь не менее 15 м2. Дополнительно за каждый киловатт мощности к площади котельной следует добавлять 0,2 м3. Потолки в твердотопливных котельных должны быть на высоте не ниже 250 сантиметров.
Котельная должна иметь отдельный вход, и, разумеется, не должно быть жилым. Также запрещено размещение отопительных помещений под чердаком.
Обязательный элемент котельной – окно. Его площадь выводится как 0,03 м2 на каждый кубический метр пространства. Это следует из соображения приоритета естественного освещения над электрическим. Если естественного освещения недостаточно, то разрешается иметь искусственное, а также и аварийное освещение.
Если котельная выполнена как пристройка к главному строению, то при этом она должна примыкать к глухой стене главной постройки. Наименьшее допустимое расстояние от окон и дверей должно составлять не менее метра.
Помещение выполняется из жароустойчивых материалов. Наилучшее решение для котельных – кирпич или керамическая плитка. При неимении такой возможности допускается штукатурка. Если помещение деревянное, то обязательна противопожарная пропитка и обшивка противопожарными листами. Твердотопливные пиролизные котлы можно ставить только на пол.
Вентиляционный канал приточного воздуха необходимо выполнить сечением большим, чем сечения дымохода. Эти каналы должны быть постоянно открытыми. Наилучшим решением будет выполнить их в нижней части двери. Объем приточного воздуха составляет сумму объема, необходимого для горения, и объема вытягиваемого воздуха. Обязательно проверьте качество тяги!

Оборудование для котельной или как устроена котельная

Котел отопления (твердотопливный)

В котлах нашего производства происходит сгорание древесины с использованием пиролиза. Для этого требуется одна камера сгорания для сжигания древесного газа, образующегося при пиролизе во второй камере.

Бойлер

Бойлер представляет собой бак с расположенной внутри спиралеобразной трубкой. В этом змеевике происходит постоянная циркуляция воды с помощью циркуляционного насоса. Так обеспечивается подогрев воды для горячего водоснабжения. Терморегуляция выполняется посредством термостата. В бойлере обычно предусматриваются два патрубка. Подогретая в котле вода поступает в бойлер через патрубок ввода, а из бойлера через патрубок вывода в контуры отопления. Точная схема зависит от схемы отопления.

Расширительные баки

Расширительные баки предназначены для периодического выпуска воздуха, который всегда содержится в отопительной системе и системе горячего водоснабжения. Эти баки всегда устанавливают в верхней точке системы.

Устройства регулирования

В котельных необходима система регулирования, отвечающая за управление элементами котельной. Такие устройства бывают ручными и автоматическими.

Ручные устройства имеют защитный ограничитель температуры для отключения системы в случае перегрева котла, простейший регулятор и указатель температуры.

Защитный ограничитель температуры присутствует в любом устройстве регулирования, и представляет из себя датчик с настройкой на определенную температуру.

Все автоматические устройства регулирования привязаны к температуре наружного воздуха. Такая автоматика имеет набор кривых зависимости температуры воды в системе отопления от температуры наружного воздуха. В зависимости от погоды снаружи выбирается кривая с оптимальной крутизной, при которой комфортная температура внутри достигается с наименьшими затратами топлива. Также имеется дополнительную регулировка, позволяющая скорректировать температуру котла, если резко изменились условия снаружи. Автоматика также поможет скорректировать показатели, если температура подобрана неправильно.

Автоматика может обеспечивать несколько режимов работы котла. Например, экономичный режим, когда котел автоматически снижает температуру теплоносителя. Или режим защиты от замерзания, при которой обеспечивается лишь минимальная температура воды, чтобы избежать ее замерзания. Параметры могут изменяться в заданных пределах специалистами компании Котел52, но всегда есть возможность сброса до заводских настроек.

Циркуляционный насос

Циркуляционный насос создает необходимый напор в системе отопления. Разумеется, для его работы необходимо электричество. Это может создать определенные неудобства, но в долгосрочной перспективе повышает общий КПД системы и способствует улучшить ее энергоэффективность.

Трубопроводы обвязки котельного оборудования.

Правильно выполненная обвязка равномерно распределяет тепло по контурам, помогает предотвратить перегрев котла и обеспечивает здание горячей водой. Простая обвязка предусматривается для усложненных и дорогих котлов, которые уже включают в себя технологический перечень устройств. Сложная обвязка выполняется самостоятельно после покупки простого котла.

Современная трубная обвязка выполняется из полипропиленовых труб, обычно с армированием из стекловолокна. Это литые монолитные трубы, которые перед монтажом можно вообще не зачищать. Такое решение позволяет быстро их смонтировать и надежно эксплуатировать.

Гравитационная схема основана на разности в давлении воды в котле и воды в контуре. В этой схеме обходятся без циркуляционного насоса. Однако даже при наличии насоса следует проверить систему отопления так, чтобы она могла функционировать без него (в случае отключения электроэнергии).

Работа циркуляционного насоса создает принудительную схему. Насос способствует повышению КПД системы отопления и снижению затрат на топливо.

Запорная арматура

Чаще всего в качестве запорного устройства можно встретить простой шаровой кран. У него лишь два рабочих положения – «открыто» или «закрыто». Это простое устройство с латунным корпусом, в который встроен элемент в виде шара с отверстием. Используются такие устройства для отделения радиаторов от системы для обслуживания, для отключения контуров, для опорожнения и наполнения системы. Также применяются обратные клапаны. Они служат для пропуска воды в одну сторону, и наглухо перекрывать ее движение в обратную. Устанавливаются они обычно в обвязке котлов. Балансировочный вентиль обеспечивает установленный расход воды, который, в свою очередь регулируется с помощью радиаторных термостатов.

Термостатический клапан регулирует подачу воды через батарею в зависимости от температуры в помещении. Устанавливается обычно в комплекте с выносным терморегулятором для управления расходом воды.

Если необходимо регулировать температуру путем смешения двух потоков разной уровня нагрева, то необходимо предусмотреть трехходовой клапан. Это латунный корпус с тремя патрубками с управляемым штоком, управляемый термостатическим приводом.

Элементы подключения отопительного котла к дымоходу.

С учетом высоких температур газов на выходе из котла, рекомендуется использовать стальные или керамические дымоходы.

При эксплуатации кирпичного дымохода Вы можете встретить множество проблем, связанных прежде всего с образованием конденсата и сложной очисткой. Поэтому в последнее время все чаще можно встретить нержавеющую сталь. Такие дымоходы имеют небольшой вес, просты при монтаже и обслуживании, при этом не требуется фундамент.

Дымоходы можно разделить на одностенные (на них тоже образуется конденсат на внутренней поверхности, поэтому при сильных морозах дымоход может замерзнуть) и двухстенные (труба в трубе, и между ними теплоизоляция, что исключает образование конденсата и повышает стоимость)

Необходимо верно подобрать длину и диаметр дымохода. Это критично для корректной работы всей котельной установки. Это можно легко определить на стадии проектирования с помощью специалистов компании Котел52. Их рекомендации приведены ниже

Таблица 1 – Зависимость габаритов дымохода от мощности котла

Мощность, кВт	Диаметр, мм	Высота, м
18	130	7
28	150	8
45	150	9
65	200	10
90	250	11-13

В общем случае дымоходы состоят из таких элементов, как:

Стакан.
Сэндвич трубы.
Сборник конденсата.
Искрогаситель.
Оголовок.
Очиститель.

Для очистки от сажи в основании дымохода требуется карман. Крепление к несущим конструкциям осуществляется с помощью кронштейнов. Чтобы исключить образование конденсата, необходимо обеспечить дополнительным утеплителем. Для слива конденсата используется тройник.

Как рассчитать мощность котла

В общем случае мощность котла можно определить, как Wкот = S*Wуд/10

Где S – площадь отапливаемого помещения

Wуд – удельная мощность котла (на каждые 10 м2):

для северных городов 1.5-2 кВт;
для южных городов – 0.7-0.9 киловатта;
для городов Московской области – 1.2-1.5 киловатта.

Такой расчет основан на потолке 2,5 м. Если высота отличается от принятой в расчете, то следует применять корректирующие коэффициенты в большую или меньшую сторону (читай ниже).

Обязательно надо принимать во внимание коэффициенты тепловых потерь здания. Упрощенно можно принимать максимальные потери с коэффициентом в 1,5. Такие данные можно применять, например, для деревянных дверей, стен из бетона или в один кирпич, деревянных окон, или если дом утеплен ненадлежащим образом.

Если есть качественное утепление и современные стеклопакеты, двойные двери с тамбуром, то можно применить коэффициент 1,15.

Предварительный расчет экспертов компании Котел52 поможет избежать завышенных затрат при эксплуатации системы отопления. Если система уже установлена, они смогут проверить котельную.

Также следует закладывать дополнительную мощность, если предполагается установка системы горячего водоснабжения. В таком случае для средних размеров дома добавляется дополнительные 10 кВт.

Таблица 2 – Подбор мощности котла и средний расход топлива

Площадь, м²	Мощность, кВт	Расход топлива
		Твердое топливо		Дизельное топливо
		Обычный	Котел52	Дизельное топливо
100	10	3	1,5	1
130	13	4,5	3	1,3
160	16	6	3	1,6
200	20	7,5	4	2
250	25	9	5	2,5

Это самый простой способ подобрать котел отопления по мощности. При анализе многих готовых расчетов была выведена средняя цифра: на отопление 10 квадратных метров площади требуется 1 кВт тепла.

Чтобы было понятнее, приведем пример расчета мощности котла отопления по площади. Имеется одноэтажный дом 12*14 м. Находим его площадь. Для этого умножаем его длину и ширину: 12 м * 14 м = 168 м2. По методике, делим площадь на 10 и получаем требуемое количество киловатт: 168 / 10 = 16,8 кВт. Для удобства использования цифру можно округлить: требуемая мощность котла отопления 17 кВт.

Учет высоты потолков

В домах потолки могут быть выше чем 2,5 м. Если разница составляет всего 10-15 см, ее можно не учитывать, но, если высота потолков более чем 2,9 м, придется делать перерасчет. Для этого находят поправочный коэффициент (поделив фактическую высоту на стандартную 2,6 м) и на него умножают найденную цифру.

Пример поправки на высоту потолков. В здании высота потолков — 3,2 метра. Требуется пересчитать мощность котла отопления для данных условий:

Высчитываем коэффициент. 3,2 м / 2,6 м = 1,23.
Корректируем результат: 17 кВт * 1,23 = 20,91 кВт.
Округляем, получаем 21 кВт потребуется для обогрева

Как видите, разница вполне приличная. Если ее не учесть, нет гарантии, что в доме будет тепло даже при средних зимних температурах, а уж о сильных морозах и говорить не приходится.

Уточненный расчет мощности котла

В общем виде формула для уточненного расчета мощности котла имеет следующий вид:

Wкот = Qt*Kзап

где:

Qt – теплопотери объекта, кВт.
Кзап – коэффициент запаса, на величину которого рекомендуется увеличить расчетную мощность объекта. Как правило, его величина находится в пределах 1,15…1,20 (15-20%).

Прогнозируемые потери тепла определяются по формулам:

Qt = V*ΔT*Kp/860, V = S*H;

где:

V – объем помещения, м. куб.;
ΔT – разница между наружной и внутренней температурой воздуха, °С;
Кр – коэффициент рассеивания, зависящий от степени теплоизоляции объекта.

Коэффициент рассеивания выбирается исходя из типа здания и степени его теплоизоляции.

Объекты без теплоизоляции: ангары, деревянные бараки, сооружения из гофрированного железа и пр. – Кр = 3,0…4,0.
Здания с низким уровнем теплоизоляции: стены в один кирпич, деревянные окна, шиферная или железная крыша – Кр принимают равным в пределах 2,0…2,9.
Дома со средней степенью теплоизоляции: стены в два кирпича, небольшое количество окон, стандартная крыша и т. д. – Кр составляет 1,0…1,9.
Современные, хорошо утепленные здания: теплый пол, окна с двойными стеклопакетами и т. д. – Кр находится в диапазоне 0,6…0,9.

Как правило, такой расчет осуществляется по следующим данным:

усредненное значение температуры наружного воздуха в самую холодную неделю в зимнее время года;
температура воздуха внутри объекта;
наличие или отсутствие горячего водоснабжения;
данные о толщине наружных стен и перекрытий;
материалы, из которых выполнены перекрытия и наружные стены;
высота потолков;
геометрические размеры всех наружных стен;
количество окон, их размеры и подробное описание;
информация о наличии или отсутствии принудительной вентиляции.

Пример расчета линейки котлов, предназначенных для обогрева домов разной площади, приведен в таблице:

расчет линейки котлов

Примечание к столбцу 11: Нс – навесной атмосферный котел, А – котел напольного типа, Нд – турбированный котел настенного типа.

Расчет по объему

В случае с определением мощности котла отопления для квартиры можно использовать другую методику, которая основывается на нормах СНиПа. В них прописаны нормы на отопление зданий:

на обогрев одного кубометра в панельном доме требуется 41 Вт тепла;
на возмещение теплопотерь в кирпичном — 34 Вт.

Чтобы использовать этот способ, надо знать общий объем помещений. В принципе, этот подход более правильный, так как он сразу учитывает высоту потолков. Тут может возникнуть небольшая сложность: обычно мы знаем площадь свой квартиры. Объем придется высчитывать. Для этого общую отапливаемую площадь умножаем на высоту потолков. Получаем искомый объем.

Пример расчета мощности котла для отопления квартиры. Пусть квартира находится на третьем этаже пятиэтажного кирпичного дома. Ее общая площадь 87 кв. м, высота потолков 2,8 м.

Находим объем. 87 * 2,7 = 234,9 куб. м.
Округляем — 235 куб. м.
Считаем требуемую мощность: 235 куб. м * 34 Вт = 7990 Вт или 7,99 кВт.
Округляем, получаем 8 кВт.
Так как вверху и внизу находятся отапливаемые квартиры, применяем коэффициент 0,7. 8 кВт * 0,7 = 5,6 кВт.
Округляем: 6 кВт.
Котел будет греть и воду для бытовых нужд. На это дадим запас в 25%. 6 кВт * 1,25 = 7,5 кВт.
Окна в квартире не меняли, стоят старые, деревянные. Потому применяем повышающий коэффициент 1,2: 7,5 кВт * 1,2 = 9 кВт.
Две стены в квартире наружные, потому еще раз умножаем найденную цифру на 1,2: 9 кВт * 1,2 = 10,8 кВт.
Округляем: 11 кВт.

Методику можно использовать и для расчета мощности котла для кирпичного дома.

Расчет отопления - теплопотери и мощность

Упрощенная формула расчета необходимой тепловой мощности для отопления одного помещения выглядит так:

Тепловая мощность, требуемая на обогрев одного помещения = Резервный коэффициент * Количество ватт на отопление одного метра помещения * Площадь помещения * Коэффициент теплопотерь через окна * Коэффициент соотношения площади окон * Коэффициент теплопотерь через стены * Коэффициент зимних температур воздуха * Коэффициент наружных стен * Коэффициент потолка * Коэффициент высоты потолка * Коэффициент ГВС

Соответственно, для определения общей тепловой мощности, требуемой для отопления дома, необходимо сложить расчетные показатели тепловых мощностей отдельных помещений.

Резервный коэффициент необходим для обеспечения запаса мощности на случай сильных морозов, в которые системе отопления для поддержания в доме комфортной температуры придется работать с увеличенной мощностью. Как правило, этот коэффициент при расчете принимается равным 1,2.

Количество ватт на отопление одного метра помещения зависит от типа комнаты и ее назначения. Стандартное на отопление 1 м2 требуется 100 ватт. Если помещение планируется нежилым (кладовая, прачечная и т.д.), это значение можно уменьшить. Для ванных комнат, детских и любых других помещений, где комфортной является температура воздуха чуть выше, чем в остальных комнатах этот показатель следует увеличить.

Коэффициент теплопотерь через окна зависит от формата и качества стеклопакетов, установленных в доме. Для самых простых однокамерных окон этот коэффициент при расчете равен 1,27, для двухкамерного стеклопакета – 1, для трехкамерного – 0,85.

Коэффициент соотношения площади окон определяется соотношением площади окон в помещении к площади помещения (по полу) и составляет, в зависимости от соотношения:

при соотношении 10% - 0,8
20% - 1,0
30% - 1,2
40% - 1,4
50% - 1,5

Этот коэффициент наглядно показывает, насколько тепловая мощность системы отопления дома с обычными окнами может отличаться о дома с панорамным остеклением.

Коэффициент теплопотерь через стены зависит от того материала, из которого изготовлены стены дома и наличия теплоизоляции в стенах. Для самых распространенных материалов стен этот коэффициент расчета отопления будет таким:

кирпичных стен (в два кирпича) с утеплителем 150 мм – 0,85
кирпичных стен (в два кирпича) без утеплителя – 1,1
пенобетонных блоков – 1
бревна (сруб) – 1,25
обычного бетона без утепления – 1,5

Коэффициент зимних температур воздуха соответствует усредненному показателю отрицательных температур самого холодного месяца (как правило, января или февраля)

для -15°С он составляет 0,9
для -20°С – 1
для -25°С – 1,1

Коэффициент наружных стен зависит от того, какое количество стен помещения является наружными, т.е. не смежными с другими помещениями.

если в помещении всего одна стена является наружной, коэффициент будет равен 1
для двух стен – 1,2
для трех – 1,22

Коэффициент потолка учитывается в расчете отопления таким образом:

если над помещением есть неотапливаемое помещение (чердак, мансарда) – 1
если над помещением есть утепленный чердак – 0,9
если над помещением располагается отапливаемая комната – 0,82

Коэффициент высоты потолка определяет в расчете зависимость необходимой по тепловым расчетам мощности системы отопления от объема воздуха в помещении, определяемого высотой потолка. Чем выше потолки, тем большее количество тепловой мощности потребуется для отопления.

для комнат со стандартной высотой потолков 2,5 метра этот коэффициент будет равен 1
для потолков 3 метра – 1,05
для потолков 5 метров – 1,1

Коэффициент ГВС

Для проживания в доме помимо отопления необходима также и система горячего водоснабжения. Проще и выгоднее всего организовать ее не отдельными водонагревательными элементами, а с помощью комбинации работы отопительного котла и бойлера косвенного нагрева. При такой схеме вода будет нагреваться за счет прохождения через бойлер теплоносителя системы отопления, что потребует увеличения мощности отопительного оборудования. При организации горячего водоснабжения от отопительного котла коэффициент ГВС для формулы расчета будет составлять от 1,2 до 1,3 (в зависимости от количества проживающих в доме потребителей горячей воды).

Что будет, если неправильно рассчитать требуемую мощность

Если мощность твердотопливного котла отопления выбрана меньше расчетной, то котёл будет работать на пределе возможностей. И само собой, это неизбежно приведет к преждевременному его износу. В таком случае также стоит ожидать крайне медленный прогрев системы отопления, а также температуру в жилых помещениях ниже комфортной.

Мощность котла выше расчетной приводит к быстрому образованию сажи дымохода. Это чревато образованием конденсата в дымоходе, и как следствие еще более интенсивным оседанием сажи. В таких случаях приходится решать проблему с помощью различных распределителей и теплоаккумуляторов, что не является дешевым мероприятием. Следовательно, правильный выбор мощности поможет правильно определить стоимость котельной на начальных этапах. Если купить твердотопливный пиролизный котел в компании Котел52, то все основные вопросы отопления Вашего дома будут решены заблаговременно.