Расчет мощности котла на твердом топливе

Каждый владелец загородного дома сталкивается с необходимостью обустройства системы отопления. Она необходима, чтобы температура в помещениях была комфортной не только зимой, но и летом. Многие интересуются, как рассчитать мощность твердотопливного котла. Это объясняется тем, что в некоторых регионах из-за отсутствия газовых коммуникаций (иногда и ЛЭП) приходится использовать дрова, уголь и пр.

Правильный подбор мощности твердотопливного котла – это гарантия его максимально эффективной работы.

Для чего необходимо рассчитывать мощность

По внешнему виду и эксплуатационным характеристикам, указанным в техническом паспорте, можно сделать поверхностное представление о возможностях отопительного оборудования. Мощность – это основной параметр, по которому потребители подбирают агрегат.

Какие факторы нужно учитывать

На выбор агрегата для загородного дома влияют внешние критерии, характеристики самого здания (толщина стен, используемый строительный и отделочный материал, кровля, площадь, объем отапливаемых комнат и пр.).

Состояние помещения

При расчете мощности котла отопления нужно учитывать конструктивные особенности объекта:

• строительные материалы, которые использовались для возведения здания;
• высоту потолков, толщину стен, площадь помещения;
• количество и размер окон;
• параметры входных проемов и дверей;
• конструкцию крыши и материал изготовления;
• внешнюю и внутреннюю отделку дома;
• использование изоляционных материалов.

При расчете мощности котла отопления нужно учитывать состояние помещения.

Обязательно учитывается площадь остекления и теплопроводность здания.

Зависимость от типа горючего

Для твердотопливных агрегатов может использоваться разный вид материалов. После перегорания выдаваемая мощность будет различаться (КПД котла):

1. Уголь: с 490 г получают 5,7 кВт/ч.
2. Дрова: 250 г – 1 кВт/ч.
3. Брикеты из ольхи: 290 г – 3,5 кВт/ч.
4. Опилки: 300 г – 1 кВт/ч.
5. Древесина для изготовления брикетов: 300 г – 3 кВт/ч.

Под каждый из перечисленных материалов предусмотрена своя конструкция печи. Также для достижения максимальной экономии нужно учитывать стоимость топлива.

Свободная площадь

Удельная мощность агрегата берется для нагрева 10 м² помещения. Соответственно, при расчете оборудования учитывается площадь отапливаемых комнат.

При расчете оборудования учитывается площадь отапливаемых комнат.

Если котел водогрейный

При покупке подобного отопительного агрегата специалисты рекомендуют добавлять к полученной мощности 30%.

Способы расчета

Для поддержания в жилых помещениях комфортной температуры, самостоятельно оборудуя систему отопления, нужно учитывать потери тепла через половое основание, стены, потолок, дверные и оконные конструкции. Должен быть запас мощности на случай сильных морозов.

По объему отапливаемой территории

Формула для расчета тепла:

Q = V × ΔT × K / 850, где

• Q – количество тепловой энергии, кВт/ч;
• V – объем комнаты, м³;
• ΔT – температурная разница внешней и внутренней воздушной среды;
• К – коэффициент потери тепловой энергии;
• 850 – постоянное число для перевода в кВт/ч.

Рассчитывать объем тепла можно по объему отапливаемой территории.

Значения теплового коэффициента для разных объектов:

• улучшенные конструкции зданий (кирпичные стены, толстые полы, двойные стеклопакеты в оконных проемах, изоляция выполнена в 2 слоя) – К = 0,6-0,9;
• стандартные жилые постройки – К = 1-1,9;
• упрощенные конструкции домов с одним слоем теплоизоляции и стандартными окнами – К = 2-2,9;
• деревянные строения – К = 3-4.

При расчете необходимого количества тепла для всех жилых комнат дома нужно учитывать подогрев воды для потребительских нужд семьи.

По площади помещения

При выполнении расчета количества необходимого тепла для комнаты учитывается множество нюансов, поэтому такой способ является более точным.

Формула: Q = 0,1 × S × k1 × k2 × k3 ….. k7, где

• норма тепловой энергии – 0,1 кВт/м²;
• S – площадь территории;
• k1 – показатель потерь через оконные конструкции (одинарный стеклопакет – 1,27, двойной – 1, тройной – 0,85);
• k2 – затраты тепла по площади окна (Sw) относительно площади полового основания Sf (при Sw/Sf = 0,1, k2 = 0,8; соответственно, 0,2 к 0,9; 0,3 к 1,0; 0,4 к 1,1 и 0,5 к 1,2);
• k3 – утечка энергии через стены помещения (при использовании изоляционного материала низкого качества – 1,27; применение материала толщиной 15 см или двойной кирпичной кладки – 1,0; для утеплителя высокого качества – 0,854);
• k4 – утеря тепла из-за внешней температуры (при Т=-10°С, k4=0,7, соответственно, -15°С к 0,9; -20°С к 1,1; -25°С к 1,3; -30°С к 1,5);
• k5 – затраты энергии из-за 1 наружной стены – 1,1; 2-х – 1,2; 3-х – 1,3; 4-х – 1,4;
• k6 – дополнительное количество тепла в зависимости от высоты потолка помещения: Н=2,5 м, К=1, соответственно, 3 м к 1,05; 3,5 м к 1,1; 4 м к 1,15; 4,5 м к 1,2;
• k7 – потери энергии в зависимости от конструкции, находящейся над отапливаемой комнатой (холодный чердак – К=1, утепленный – 0,9, обогреваемое помещение – 0,8).

При выполнении расчета учитывается множество нюансов.

Например, у здания есть 4 наружных стены, оконные проемы оснащены тройными стеклопакетами, параметры которых составляют 30% в сравнении с площадью полового основания. Между потолком и кровельной конструкцией находится холодный чердак.

Расчетная формула: Q = 0,1 × 200 × 0,85 × 1 × 0,854 × 1,3 × 1,4 × 1,05 × 1 = 27,74 кВт/ч.

Полученный показатель увеличивают на количество тепловой энергии, которая понадобиться для ГВС (при наличии подключения данной системы к твердотопливному аппарату).

Расчет для водогрейного котла

Этот показатель получают с помощью следующей формулы:

Qв = с × m × Δt, где

• Qв – энергия, необходимая для водогрейного котла;
• с – удельная теплоемкость жидкости (постоянная величина, равная 4200 Дж/кг*К);
• m – масса воды;
• Δt – температурная разница холодной и нагретой жидкости.

 Неправильно подобранная мощность котла введет к увеличению потребления энергоносителей.

Например, семья из 4 человек потребляет 150 л/день горячей воды. Котел оборудован теплоносителем, способным подогревать жидкость, поступающую из общей коммуникационной системы с Т = 10°С до Т = 80°С. В этом случае разница температур Δt = 80 – 10 = 70°С.

Подставляем все значения в формулу и получаем:

Qв = 4200 Дж/кг*К × 150 кг × 70 °С = 44 100 000 Дж (в переводе 12,25 кВт/ч).

Например, надо подогреть сразу 150 л воды для стирки. Соответственно, косвенный теплообменник имеет емкость 150 л. Поэтому к 28,58 кВт/ч (расход энергии на помещение) нужно дополнительно добавить 12,25 кВт/ч (нагрев воды). При этом значение Qзаг ниже 40,83 кВт/ч, т.е. температура воздуха в комнатах будет меньше расчетных 20°С.

При порционном подогреве жидкости (емкость косвенного теплообменника = 50 л) затраты составят 12,25 кВт/3 = 4,08 кВт/ч. Соответственно, Qзаг = 28,58 + 4,08 = 32,66 кВт/ч. Это и есть необходимая мощность отопительного оборудования для поддержания комнатной температуры выше 20°С и нагревания емкости с водой для бытового пользования.

Как упростить подсчеты

Для удобства определения мощности котла обогрева на 100 м² площади загородного дома берут 10 кВт. Получается минимальное значение, ниже которого не должен быть рассматриваемый параметр приобретаемого агрегата.

Для корректировки полученного показателя нужно использовать специальный климатический коэффициент в зависимости от места размещения отапливаемого объекта:

• южные регионы РФ – 0,7-0,9;
• средняя полоса – 1-1,5;
• Московская область – 1,2-1,5;
• северные территории – 1,5-2.

Соответственно, мощность котла рассчитывается по формуле: Q = Sдома * Kкл + 10-15% (тепловые потери через стены, двери и окна). Но, если потолки в помещениях выше 2,7 м, рекомендуется использовать дополнительный коэффициент поправки. Чтобы получить его значение, нужно фактическую высоту разделить на стандартную.

Что будет, если купить неподходящее по мощности оборудование

Если расчет агрегата сделать неверно, при этом как минимального, так и максимального температурного значения, система будет функционировать под большими нагрузками или промерзать при сильных морозах. Это приведет к быстрому выходу из строя аппарата отопления. Поэтому при покупке такого котла рекомендуется проконсультироваться у специалистов и рассчитать его эксплуатационные характеристики на специальном калькуляторе.