При проектировании систем отопления, теплоносителем в которых выступает вода, часто приходится уточнять объем теплоносителя в системе отопления. Такие данные иногда нужны для расчета объема расширительного бачка относительно известных уже мощностей самой системы.
Кроме того, достаточно часто приходится высчитывать эту самую мощность или же искать минимально необходимую, чтобы знать, способна ли она поддерживать необходимый тепловой режим в помещении. В таком случае приходится производить расчет теплоносителя в системе отопления, а также его расход за единицу времени.
Циркуляционный насос – элемент, без которого сейчас уже даже трудно представить любую систему отопления, выбирается по двум основным критериям, то есть двум параметрам:
Например, Q для обозначения расхода теплоносителя в системе отопления применяется во многих технических статьях и некоторых нормативных документах. Этой же буквой пользуются некоторые производители циркуляционных насосов для обозначения того же расхода. А вот заводы по производству запорной арматуры в качестве обозначения расхода теплоносителя в системе отопления применяют букву «G».
Стоит заметить, что приведенные обозначения в некоторой технической документации могут не совпадать.
Сразу стоит оговориться, что в наших расчетах для обозначения расхода будет применена буква «Q».
Итак, чтобы правильно выбрать насос, следует сразу обратить внимание на такую величину, как теплопотери дома. Физический смысл связи этого понятия и насоса состоит в следующем. Нагретое до определенной температуры некоторое количество воды постоянно циркулирует по трубам в системе отопления. Циркуляцию осуществляет насос. При этом стены дома постоянно отдают часть своего тепла в окружающую среду – это и есть тепловые потери дома. Необходимо узнать, какое минимальное количество воды должен перекачивать насос по системе отопления с определенной температурой, то есть и с определенным количеством тепловой энергии, чтобы этой самой энергии хватило на компенсацию тепловых потерь.
Фактически при решении этой задачи считается пропускная способность насоса, или расход воды. Однако данный параметр имеет несколько иное название по той простой причине, что зависит он не только от самого насоса, но и от температуры теплоносителя в системе отопления, а кроме того, от пропускной способности труб.
Приняв во внимание все вышеописанное, становится понятным, что перед основным расчетом теплоносителя необходимо сделать расчет тепловых потерь дома. Таким образом, план расчета будет следующим:
Такой расчет можно выполнить самостоятельно, так как формула уже давно выведена. Однако расчет расхода тепла достаточно сложный и требует рассмотрения сразу нескольких параметров.
Если говорить просто, то сводится он только к определению потерь тепловой энергии, выраженной в мощности теплового потока, которую во внешнюю среду излучает каждый квадратный м площади стен, перекрытий, пола и крыш здания.
Если брать среднее значение таких потерь, то они будут составлять:
Для определения этого показателя с большей точностью выведена специальная формула, в которой некоторые переменные являются табличными данными.
Для количественного показателя тепловых потерь дома существует специальная величина, которая называется тепловым потоком, а измеряется она в кКал/час. Эта величина физически показывает расход тепла, которое отдается стенами в окружающую среду при данном тепловом режиме внутри здания.
Зависит эта величина напрямую от архитектуры здания, от физических свойств материалов стен, пола и потолка, а также от многих других факторов, которые могут стать причиной выветривания теплого воздуха, например, неправильное устройство теплоизоляционного слоя.
Итак, величина тепловой потери здания является суммой всех тепловых потерь отдельных его элементов. Эта величина высчитывается по формуле: G = S*1/ Pо*(Тв- Тн)к, где:
Стоит заметить, что поскольку расчет производится не каждый день, а в формуле есть показатели температуры, которые изменяются постоянно, то такие показатели принято брать в усредненном виде.
Это значит, что показатели температуры берутся средние, причем для каждого отдельного региона такой показатель будет своим.
Итак, теперь формула не содержит неизвестных членов, что позволяет осуществить достаточно точный расчет тепловых потерь конкретного дома. Остается узнать только понижающий коэффициент и значение величины Pо – сопротивления.
Обе эти величины в зависимости от каждого конкретного случая можно узнать из соответствующих справочных данных.
Некоторые значения понижающего коэффициента:
Исходя из вышеописанных случаев, можно примерно представить себе масштаб, и для каждого конкретного случая, который не вошел в данный список, самостоятельно выбрать понижающий коэффициент.
Некоторые значения для сопротивления теплопередаче:
Имея такие табличные данные, можно приступать к выполнению точного расчета.
Примем величину тепловых потерь на единицу площади, равную 100 Ватт. Тогда, приняв общую площадь дома, равную 150 кв.м, можно вычислить общую тепловую потерю всего дома – 150*100 = 15000 Ватт, или 15 кВт.
Теперь следует разобраться, какое отношение эта цифра имеет к насосу. Оказывается, самое прямое. Из физического смысла следует, что тепловые потери – это постоянный процесс расхода тепла. Чтобы сохранять внутри помещения необходимый микроклимат, необходимо постоянно компенсировать такой расход, а чтобы увеличить температуру в комнате, необходимо не просто компенсировать, а вырабатывать больше энергии, чем нужно на компенсацию потерь.
Однако даже если тепловая энергия имеется, ее еще нужно доставить к тому прибору, который способен рассеивать эту энергию. Таким прибором является радиатор отопления. А вот доставку теплоносителя (обладателя энергии) к радиаторам осуществляет именно циркуляционный насос.
Из всего вышесказанного, можно понять, что суть данной задачи сводится к одному простому вопросу: сколько же нужно воды, нагретой до определенной температуры (то есть с определенным запасом тепловой энергии) необходимо доставлять к радиаторам за определенный промежуток времени, чтобы компенсировать все тепловые потери дома? Соответственно, ответ будет получен в объеме перекачиваемой воды за единицу времени, а это и есть мощность циркуляционного насоса.
Для ответа на этот вопрос необходимо знать следующие данные:
Стоит заметить, что при нормально работающем котле и всей системы отопления, при нормальной циркуляции воды разность не превышает 20 градусов. В качестве среднего значения можно взять 15 градусов.
Если учесть все вышеописанные данные, то формула для расчета насоса примет вид Q = G/(c*(Т1-Т2)), где:
Если подставить все полученные данные в формулу и преобразовать все параметры до одних и тех же единиц измерения, то получим результат в 2,4 кг/с.
Стоит заметить, что на практике такого расхода воды нигде не встретишь. Все производители насосов для воды выражают мощность насоса в кубометрах за час.
Следует произвести некоторые преобразования, вспомнив курс школьной физики. Итак, 1 кг воды, то есть теплоносителя, это есть 1 куб. дм воды. Чтобы узнать, сколько весит один кубометр теплоносителя, нужно узнать, сколько в одном кубическом метре кубических дециметров.
Используя некоторые простейшие расчеты или просто воспользовавшись табличными данными, получим, что в одном кубическом метре содержится 1000 кубических дециметров. Это означает, что один кубометр теплоносителя будет иметь массу 1000 кг.
Тогда за одну секунду требуется перекачивать воду объемом в 2,4/1000 = 0,0024 куб. м.
Теперь остается перевести секунды в часы. Зная, что в одном часе 3600 сек, получим, что за один час насос должен перекачивать 0,0024*3600 = 8,64 куб.м/ч.
Итак, расчет теплоносителя в системе отопления показывает, какое количество воды требуется всей системе отопления, чтобы поддерживать помещение дома в нормальном температурном режиме. Эта же цифра условно равна мощности насоса, который, собственно, и будет выполнять доставку теплоносителя к радиаторам, где он будет отдавать часть своей тепловой энергии в помещение.
Стоит заметить, что средняя мощность насосов равна примерно 10 куб.м/ч, что дает небольшой запас, так как тепловой баланс нужно не только сохранять, но иногда, по требованию владельца, увеличивать температуру воздуха, на что, собственно, и нужна дополнительная мощность.
Опытные специалисты рекомендуют приобретать насос, который примерно в 1,3 раза мощнее необходимого. Говоря про газовый отопительный котел, который, как правило, уже оборудован таким насосом, следует обратить свое внимание на этот параметр.