Автономное отопление – сложная инженерная система, но она необходима в любом случае. Потребность в тепле естественна для любого человека, и конечно, всем хочется максимального комфорта дома в отопительный сезон. Подумать об отоплении, необходимо как можно раньше – еще на этапе проектирования, до строительства частного дома. И для этого нужно провести расчет отопления, чтобы дальнейшее строительство осуществлялось уже с учетом будущей системы.

Чаще всего украинцы останавливаются на водяном отоплении – это хорошо работающий стандарт. Кроме этого существует воздушное отопление, но мало какие инженерные компании его смогут порекомендовать.

При реализации водяного отопления вы столкнетесь с выбором:

У современного автономного отопления множество вариаций оборудования. Вы можете выбрать наилучшее решение – энергоэффективный тепловой насос – и экономить значительные суммы на оплате коммунальных счетов. Можете обратить внимание на электрокотлы, если дом не подключен к газу, или остановиться перед выбором среди моделей газового оборудования.

Определиться с типом устройства придется сразу, поскольку необходимо понимать концепцию проекта, которую предлагает инженерная компания. Когда вы получите финансовый расчет и определились с одним из вариантов, он будет принят за константу, на основе которой инженеры будут проводить математический расчет системы отопления, согласно параметрам объекта и общим пожеланиям.

Важные аспекты расчета системы отопления

Мы уже упомянули, что расчет отопления должен проводиться перед проектированием самого дома. И на это есть очень веская причина: для эффективной системы отопления критично важен правильный конструктив здания.

Конструктив здания (будущий или уже существующий) учитывается при расчете отопления наравне с аспектами, упомянутыми в начале, и играет значимую роль. Необходимая производительность будущей системы отопления будет зависеть от:

Все эти моменты необходимо рассмотреть максимально подробно, поскольку только так можно понять, как рассчитать отопление в доме.

Но сперва необходимо отметить, что если вы только приступаете к проектированию дома, обязательно следует сделать его энергоэффективным. Что такое энергоэффективный дом? Это концепция дома-термоса, который не пропускает внутрь холод и не выпускает наружу тепло. Основной принцип – герметичность конструкции и минимизация теплопотерь. 

Теплопотери через стены

В энергоэффективном доме коэффициент теплопотерь стен (он обозначается литерой R) должен равняться 5. В таком случае отопление будет энергоэффективным. 

Потери же тепла через стены рассчитываются по специальной формуле: Q = k × F × (t _вн – t _нар).

Здесь сразу необходимо пояснить значение каждого из множителей. 

Значения всех этих множителей мы можем получить обыкновенными рассчетами, кроме коэффициента теплопередач. Чтобы его найти, следует использовать отдельную сложную формулу: 

Здесь d₁ – это толщина первого слоя стены, а d₂ – второго. Буквой λ обозначается коэффициент теплопроводности этих слоев, первого и второго соответственно. Если слоев больше, то к каждому значению λ назначаются следующие цифры.

Буквой α обозначается коэффициент передачи тепла от внутреннего и уличного воздуха стене (α_вн и α_нар соответственно).

Теплопотери стен будут учитываться в общем расчете системы отопления в частном доме.

Расчет потерь тепла через окна

Через окна мы теряем достаточно много тепла, и получаем снаружи значительное количество холода. Поэтому в энергоэффективном доме не рекомендуется устанавливать большие панорамные окна, ведь их коэффициент теплопотерь будет огромным. Нивелировать данные потери можно, создав тепловые завесы с помощью внутрипольных конвекторов или фанкойлов. Поднимающийся от устройств теплый воздух будет преграждать путь холодным массам, стремящимся проникнуть в дом с улицы.

В энергоэффективном доме теплопотери окна должны иметь показатель R = 1,4-1,5. 

Формула для расчета теплопотерь окон точно такая же, как и для стен. Отличается только лишь коэффициент теплопередачи. Обычно его должен обозначать производитель. Но если таких данных нет,  пригодится формула:

Здесь k_ст – это коэффициент стеклопакета, а k_р – отдельный показатель для оконной рамы. Площадь окна тоже рассчитывается с учетом стекла и рамы, F_ст и F_р соответственно.

P – это периметр остекления, а вот ψ – коэффициент теплопередачи алюминиевой полосы, это стандартизированное значение, которое мы принимаем за 0,07.

Теплопотери через потолки

Для кровли у энергоэффективного дома те же требования, что и для стен. Один лишь момент: необходимо, чтобы R равнялся не 5, а 6.

В остальном, чтобы рассчитать теплопотери через потолки, используются все те же формулы, которые мы рассмотрели в разделе о стенах. 

Теплопотери через пол

Теплопотери через пол рассчитываются по той же формуле, что и окна со стенами, – но со своими нюансами. 

Различают расчет отопления для загородного дома на грунте и на лагах, то есть с неотапливаемым подвалом. 

Для того, чтобы рассчитать теплопотери пола, уложенного над отапливаемым подвалом, необходимо воспользоваться формулой:

Это та же формула, которую мы использовали для расчета теплопотерь стен, но только:

Учитывая эти коэффициенты и остальные детали уже знакомой нам формулы, вы можете посчитать теплопотери через пол для своего здания. 

Если здание стоит прямо на грунте, и пол, соответственно, расположен прямо на земле, то теплопотери пола придется рассчитывать по совершенно новой формуле:

Тут за d мы должны принять толщину слоя утеплителя, за лямбду (λ) – теплопроводность этого утеплителя.

R_с – это стандартное значение, которое обозначают двухметровые зоны пола, расположенные параллельно стенам. Для первой зоны это значение будет 2,1, для второй – 4,3, для третьей – 8,6, а для оставшейся площади – 14,2.

В общем-то, несмотря на то, что мы рассмотрели часть формул, благодаря которым можно понять, как рассчитать отопление в доме, это еще далеко не все. Опытные инженеры, хорошо знакомые со строительными нормами, сделают такие расчеты без труда, однако самостоятельно ошибиться очень просто. Все потому, что специалисты в курсе всех нюансов расчетов, и много раз на опыте сталкивались с разнообразными объектами. Они точно знают, как сделать расчет отопления дома без ошибок.

Какую роль играет вентиляция?

Возможно, это не очевидно, но вентиляция играет практически решающую роль при расчете мощности отопления частного дома. Но здесь надо вспомнить один момент, который мы уже обсуждали: дом должен быть энергоэффективным. И если мы имеем дом-термос, то в нем никак не обойтись без вентиляции, ввиду герметичности конструкции.

Впрочем, если даже дом обычный, а не энергоэффективный, вентиляция все равно нужна. Причина проста: человеку нужен кислород.

Чтобы этот кислород получить и не сидеть в комнате, наполненной углекислым газом, многие жильцы просто открывают окна. А открытые окна – это не только залетающая пыль, посторонние звуки, проникающие в помещение аллергены, но и холод, который вы добровольно запускаете. 

Когда вы открываете окна, все расчеты теплопотерь идут насмарку. Теплопотери с открытыми окнами будут огромными, а системе отопления придется работать усиленно, чтобы сохранить в доме приемлемый микроклимат. 

Соответственно, если вы собираетесь открывать окна, то мощность отопления должна подбираться с учетом этого факта. 

Также в любом здании, согласно строительным нормам, устанавливается вытяжная вентиляция. Она должна быть во всех “грязных” зонах – санузлах, гардеробных и на кухне. Вытяжная вентиляция “выбрасывает” нагретый воздух просто на улицу.

Ситуация в целом выглядит так: 

Конечно же, это никуда не годится, и хорошая вентиляция способна решить проблему – насытить помещение кислородом и вывести из него углекислый газ, влагу и запахи, исключив открытие окон. При этом важно учесть специфику этой вентиляции. 

Если вы установите обычную приточную вентиляцию (например, бризер), то вытяжные вентиляторы для баланса воздухообмена все равно будут необходимы. И они будут выбрасывать нагретый воздух. Это, конечно, допустимо, просто нужно будет учесть эти теплопотери, правильно делая расчет отопления.

Совсем другое дело – приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией. Она подает воздух в жилые комнаты через воздуховоды, и забирает из санузлов, кухни и гардеробных тоже через воздуховоды. При этом нагретый воздух не уходит просто на улицу благодаря рекуператору.

Рекуператор – это особый (как правило, пластинчатый) теплообменник. Через него проходит воздух, насыщенный углекислым газом, влагой и запахами, но главное – теплом. Это тепло нагревает пластины рекуператора. Через эти же пластины, с другой стороны, заходит свежий воздух с улицы. Проходя через пластины, он нагревается, и попадает в комнату уже достаточно теплым. 

Вентиляция с рекуперацией – отличный вариант для энергоэффективного дома. Компания Альтер Эйр рекомендует устанавливать централизованное оборудование компании Jablotron. Помимо рекуператора, у данной вентиляции есть еще много значимых преимуществ:

Если вы установили хорошую вентиляцию и соблюли конструктивы здания, требующиеся для энергоэффективности, то, в принципе, не настолько важно, какой источник тепла вы выберете в дальнейшем – все будут работать эффективно. Однако и при подборе оборудования есть свои нюансы – о них поговорим подробнее ниже.

Затраты на нагрев воды для ГВС

Из 100% затраты энергоресурсов на отопление и горячее водоснабжение в совокупности, примерно 75% расходуется на отопление, и 25% – на ГВС. 

Итоговая система зависит от выбранного оборудования. Если вы остановились на электрокотле, твердотопливном или газовом котле, то ГВС можно осуществить с помощью гелиоколлектора (солнечной батареи). Тогда в солнечные дни оборудование будет “разгружать” систему отопления, принимая расход на ГВС на себя. Окупаемость такой системы – 7-8 лет, так что решение довольно популярное, поскольку выгодно в перспективе.

Если же вы остановились на таком оборудовании, как тепловой насос, то дополнительного оборудования не понадобится. Все потому, что тепловые насосы (воздух-вода, а также грунт-вода) сами по себе обладают высокой эффективностью и хорошим коэффициентом энергопотребления. Тепловые насосы работают как на отопление, так и на ГВС, а в большинстве случаев еще и на кондиционирование. Именно поэтому специалисты Альтер Эйр рекомендуют остановить выбор на тепловом насосе, как на самой современной и выгодной отопительной системе. Подробнее об отоплении тепловым насосом частного дома читайте в нашем материале. 

Выбор отопительного котла

Если тепловой насос не устраивает вас по ценовой политике, то мы все же советуем подбирать котел и проводить расчет отопления дома, проектируя систему так, чтобы в перспективе насос можно было установить. Для этого хорошо подходят, например, газовые конденсационные котлы и электрокотлы. Также заранее следует предусмотреть низкотемпературную систему, чаще всего она реализуется с помощью теплых полов. Теперь поговорим об оборудование.

Как определить нужную мощность котла?

Основное назначение любого отопительного устройства – компенсация теплопотерь здания. Как только инженеры произвели расчет отопления с учетом конструктива вашего дома, полученные данные используются для выбора оборудования. В расчетах уже будет обозначено, какой мощности оборудование потребуется для конкретного объекта. Поэтому котел – и электрический, и газовый, и твердотопливный – нужно подбирать соответственно этим расчетам. 

Необходимо также обратить внимание, что котлы бывают двухконтурными и одноконтурными. Двухконтурные котлы считаются устаревшим решением, поскольку их производительности не хватает на достаточный нагрев воды. Куда более эффективный вариант – одноконтурный котел с трехходовым клапаном и бойлером для ГВС.

Твердотопливный котел

Самое простое оборудование – твердотопливный котел. Это устаревшее решение, которое имеет только одно достоинство: независимость от подачи электроэнергии и газа. Среди недостатков:

Твердотопливный котел – сомнительный, но приемлемый вариант для системы отопления. 

Газовый котел

Газовых котлов на рынке представлено несколько видов, но нас должны интересовать те, у которых есть погодозависимая модуляция. Только с помощью данной опции можно сделать отопление эффективным, а себя избавить от части бытовых забот.

Наиболее современное и актуальное решение – конденсационный газовый котел. Это оборудование:

Конденсационные котлы хорошо сочетаются с теплыми полами, и вообще считаются пиковой точкой развития газового оборудования. Среди недостатков обычно отмечают лишь более высокую цену, которая, впрочем, оправдана большинством преимуществ и со временем окупится. 

Электрокотел

Электрокотлы в большинстве случаев выбирают жильцы домов, к которым не подключен газ. Электрическое оборудование подходит для небольших объектов, и демонстрируют хорошую работу при стабильной подаче электроэнергии. Также некоторые модели обладают погодозависимой модуляцией.

Но часто бывает так, что электроэнергии, которая поставляется на дом, оказывается недостаточно для эффективной работы котла. Тогда могут начаться проблемы с использованием других электроприборов, поскольку котел будет отнимать все доступные ресурсы.
Электрокотлы подбираются с учетом того, что на каждый квадратный метр помещения необходима мощность 60 Вт.

Как рассчитать трубопроводы для системы отопления

Основная характеристика трубопровода – это его внутренний диаметр (без учета стенок). В зависимости от того, какие теплопотери будет демонстрировать то или иное оборудование (радиаторы, теплый пол или конвекторы), нужно выбрать такой диаметр труб, чтобы скорость подачи теплоносителя компенсировала теплопотери. Стандартное значение скорости – 0,7 м/с. 

Диаметр также играет большую роль в шумовых характеристиках трубопровода. Он может возникнуть если диаметр трубы оказался слишком маленьким. Зачастую оптимальным показателем считается 25 мм. 

Гидравлический расчет системы отопления

При гидравлическом расчете системы водяного отопления нас, прежде всего, интересуют следующие параметры:

Сложный гидравлический расчет необходим при использовании тупиковой схемы распределения трубопроводов, поскольку именно в ней происходят наибольшие потери давления и тепла. 

Тупиковая схема распределения – это способ подключения радиаторов, при котором магистраль соединяет их “по цепочке”. То есть теплоноситель сначала проходит через первый радиатор, нагревая его, потом через второй, и так – поочередно – до самого последнего. На каждом из радиаторов теряется определенное количество тепла и давления. 

Альтернатива тупиковой схеме – лучевая схема. В этом случае на насосной группе устанавливается гребенка, к которой подключаются трубы. Каждая труба подключена к отдельному радиатору/конвектору или к определенной зоне. Таким образом большие потери давления и температуры нивелируются – ввиду отсутствия длинных трасс.

С учетом расчетов потерь тепла и давления будет подбираться необходимая мощность отопления, производиться расчет температуры теплоносителя и необходимой скорости его транспортировки. Также результатом гидравлического расчета станет подбор подходящих насосных групп, которые смогут обеспечить скорость подачи и компенсировать потери давления. 

Определение потерь давления

Потери давления рассчитываются отдельно на каждом участке трубопровода. Каждый из них обладает постоянным диаметром, ограничен запорной/регулирующей арматурой и отопительным оборудованием, а в совокупности все участки образуют циркуляционное кольцо.

Потери эти бывают двух типов:

Таким образом, сумма всех найденных потерь – и есть искомый результат, который нужно будет включить в расчет. Однако чтобы вычислить каждый из необходимых множителей, придется учесть большое количество параметров – от шероховатости труб до гидравлического сопротивления системы.

Гидравлическая увязка циркуляционных колец

Мы уже упоминали, что все участки трубопровода в совокупности составляют гидравлическое кольцо. Таких колец может быть несколько, и в точке их сопряжения потери давления должны быть одинаковы. Чтобы сбалансировать данный процесс, нужна соответствующая арматура – с ручным управлением или автоматикой. Проще говоря, необходим термостатический клапан.

Практический опыт демонстрирует, что размещать такую арматуру лучше всего близко к приборным веткам, на отопительных приборах.

Как выбрать радиаторы отопления

Прежде всего необходимо определиться с типом приборов – как правило, жильцы выбирают для своего дома настенные радиаторы. В энергоэффективных домах рекомендуется устанавливать низкотемпературную систему отопления. И лучше всего для нее подходят теплые полы, в сочетании с фанкойлами. Но низкотемпературными могут быть и радиаторы.

Чтобы подобрать радиатор, соответствующий теплопотерям, которые показал расчет отопления для дома, нужно понимать, какой температуры вода будет подаваться, и какой температуры вода будет идти на обратку. Обычно производитель предоставляет все технические характеристики радиаторов, соответственно этим показателям. 

Если вы хотите выбрать радиаторы, например, для системы отопления с газовым конденсационным котлом, и собираетесь сделать низкотемпературное отопление, то температура подачи должна быть 55℃, а обратки – 45℃. В табличном значении, указанном производителем, мы можем найти размер радиаторов, соответствующий таким параметрам и компенсации теплопотерь. 

Наши видеообзоры