Автономне опалення – складна інженерна система, але вона необхідна у будь-якому випадку. Потреба в теплі є природною для будь-якої людини, і звісно, всім хочеться максимального комфорту будинку в опалювальний сезон. Подумати про опалення необхідно якомога раніше – ще на етапі проєктування, до будівництва приватного будинку. І для цього потрібно здійснити розрахунок опалення, щоб подальше будівництво здійснювалося вже з урахуванням майбутньої системи.

Найчастіше українці зупиняються на водяному опаленні – це стандарт, що добре працює. Крім цього існує повітряне опалення, але мало які інженерні компанії його зможуть порекомендувати.

При реалізації водяного опалення ви зіткнетеся з вибором:

У сучасного автономного опалення багато варіацій обладнання. Ви можете вибрати найкраще рішення – енергоефективний тепловий насос – та заощаджувати значні суми на оплаті комунальних рахунків. Можете звернути увагу на електрокотли, якщо будинок не підключений до газу, або зупинитися перед вибором серед моделей газового обладнання.

Визначитись з типом пристрою доведеться відразу, оскільки перед тим, як розпочати розрахунок системи опалення, необхідно розуміти концепцію проєкту, яку пропонує інженерна компанія. Коли ви отримаєте фінансовий розрахунок і визначтеся з одним із варіантів, він буде прийнятий за константу, на основі якої інженери проводитимуть математичний розрахунок системи опалення згідно параметрів об'єкта та загальних побажань.

Важливі аспекти розрахунку системи опалення у приватному будинку

Ми вже згадали, що розрахунок опалення має проводитися перед проєктуванням будинку. І на це є дуже вагома причина: для ефективної системи опалення критично важливий правильний конструктив будівлі.

Конструктив будівлі (майбутній або вже існуючий) враховується при розрахунку опалення нарівні з аспектами, згаданими на початку, та відіграє значну роль. Необхідна продуктивність майбутньої системи опалення залежатиме від:

Всі ці моменти необхідно розглянути максимально докладно, оскільки лише так можна зрозуміти, як розрахувати опалення у будинку.

Але спершу необхідно відзначити, що якщо ви тільки розпочинаєте проєктування будинку, обов'язково слід зробити його енергоефективним. Що таке енергоефективний будинок? Це концепція будинку-термосу, який не пропускає холод усередину і не випускає назовні тепло. Основний принцип – герметичність конструкції та мінімізація тепловтрат.

Тепловтрати через стіни

В енергоефективному будинку коефіцієнт тепловтрат стін (він позначається літерою R) повинен дорівнювати 5. У такому випадку опалення буде енергоефективним.

Втрати тепла через стіни розраховуються за спеціальною формулою: Q = k × F × (t _вн – t _нар).

Тут необхідно пояснити значення кожного з множників.

Значення цих множників ми можемо отримати звичайними розрахунками, крім коефіцієнта теплопередач. Щоб його знайти, слід використати окрему складну формулу:

Тут d₁ – це товщина першого шару стінки, а d₂ – другого. Літерою λ позначається коефіцієнт теплопровідності цих шарів, першого та другого відповідно. Якщо шарів більше, то до кожного значення призначаються наступні цифри.

Літерою α позначається коефіцієнт передачі тепла від внутрішнього та вуличного повітря стіні (α_вн та α_нар  відповідно).

Тепловтрати стін будуть враховуватися у загальному розрахунку системи опалення у приватному будинку.

Розрахунок втрат тепла через вікна

Через вікна ми втрачаємо багато тепла, і отримуємо ззовні значну кількість холоду. Тому в енергоефективному будинку не рекомендується встановлювати великі панорамні вікна, адже їхній коефіцієнт тепловтрат буде величезним. Нівелювати дані втрати можна, створивши теплові завіси за допомогою внутрішньопідлогових конвекторів або фанкойлів. Тепле повітря, що піднімається від пристроїв, перегороджуватиме шлях холодним масам, що прагнуть проникнути в будинок з вулиці.

В енергоефективному будинку тепловтрати вікна повинні мати показник R = 1,4-1,5.

Формула для розрахунку тепловтрат вікон така сама, як і для стін. Відрізняється лише коефіцієнт теплопередачі. Зазвичай його має позначати виробник. Але якщо таких даних немає, стане в нагоді формула:

Тут k_ст – це коефіцієнт склопакета, а k_р – окремий показник для віконної рами. Площа вікна також розраховується з урахуванням скла та рами, F_ст і F_р  відповідно.

P – це периметр скління, а ось ψ – коефіцієнт теплопередачі алюмінієвої смуги, це стандартизоване значення, яке ми приймаємо за 0,07.

Тепловтрати через стелю

Для покрівлі енергоефективного будинку ті ж вимоги, що й для стін. Один лише момент: необхідно, щоб R дорівнював не 5, а 6.

В іншому, щоб розрахувати тепловтрати через стелю, використовуються ті самі формули, які ми розглянули в розділі про стіни.

Тепловтрати через підлогу

Тепловтрати через підлогу розраховуються за тією ж формулою, що й вікна зі стінами, але зі своїми нюансами.

Розрізняють розрахунок опалення для заміського будинку на ґрунті та на лагах, тобто з неопалюваним підвалом.

Для того, щоб розрахувати тепловтрати підлоги, укладеної над підвалом, що опалюється, необхідно скористатися формулою:

Це та сама формула, яку ми використовували для розрахунку тепловтрат стін, але тільки:

Зважаючи на ці коефіцієнти та інші деталі вже знайомої нам формули, ви можете порахувати тепловтрати через підлогу для своєї будівлі.

Якщо будівля стоїть прямо на грунті, і підлога, відповідно, розташована прямо на землі, то втрати статі доведеться розраховувати за абсолютно новою формулою:

Тут за d ми маємо прийняти товщину шару утеплювача, за лямбду (λ) – теплопровідність цього утеплювача.

R_с – це стандартне значення, яким позначають двометрові зони підлоги, розташовані паралельно до стін. Для першої зони це значення буде 2,1, для другої – 4,3, для третьої – 8,6, а для площі, що залишилася – 14,2.

Загалом, незважаючи на те, що ми розглянули частину формул, завдяки яким можна зрозуміти, як розрахувати опалення в будинку, це ще не все. Досвідчені інженери, добре знайомі з будівельними нормами, зроблять такі розрахунки легко, проте самостійно помилитися дуже просто. Все тому, що фахівці в курсі всіх нюансів розрахунків і багато разів на досвіді стикалися з різноманітними об'єктами. Вони точно знають, як розрахувати опалення будинку без помилок.

Яку роль відіграє вентиляція?

Можливо, це не очевидно, але вентиляція відіграє практично вирішальну роль у розрахунку потужності опалення приватного будинку. Але тут треба згадати один момент, який ми вже обговорювали: будинок має бути енергоефективним. І якщо ми маємо будинок-термос, то в ньому не обійтися без вентиляції, зважаючи на герметичність конструкції.

Втім, якщо навіть будинок звичайний, а не енергоефективний, вентиляція все одно потрібна. Причина проста: людині потрібен кисень.

Щоб цей кисень отримати і не сидіти в кімнаті, наповненій вуглекислим газом, багато мешканців просто відчиняють вікна. А відкриті вікна – це не тільки пил, сторонні звуки, попадання в приміщення алергенів, але і холод, який ви добровільно запускаєте.

Коли ви відкриваєте вікна, всі розрахунки тепловтрат йдуть нанівець. Тепловтрати з відчиненими вікнами будуть величезними, а системі опалення доведеться працювати посилено, щоб зберегти в будинку прийнятний мікроклімат.

Відповідно, якщо ви збираєтеся відчиняти вікна, то потужність опалення повинна підбиратися з урахуванням цього факту.

Також у будь-якій будівлі, згідно з будівельними нормами, встановлюється витяжна вентиляція. Вона має бути у всіх “брудних” зонах – санвузлах, гардеробних та на кухні. Витяжна вентиляція "викидає" нагріте повітря просто надвір.

Ситуація загалом виглядає так:

Звичайно ж, це дуже необачливо, і хороша вентиляція здатна вирішити проблему – наситити приміщення киснем і вивести з нього вуглекислий газ, вологу та запахи, виключивши відкриття вікон. У цьому важливо врахувати специфіку цієї вентиляції.

Якщо ви встановите звичайну припливну вентиляцію (наприклад, бризер), витяжні вентилятори для балансу повітрообміну все одно будуть необхідні. І вони викидатимуть нагріте повітря. Це, звичайно, допустимо, просто потрібно буде врахувати ці втрати, правильно роблячи розрахунок опалення.

Зовсім інша річ – припливно-витяжна вентиляція з рекуперацією. Вона подає повітря в житлові кімнати через повітропроводи, і забирає із санвузлів, кухні та гардеробних теж через повітропроводи. При цьому нагріте повітря не йде просто надвір завдяки рекуператору.

Рекуператор – це спеціальний (як правило, пластинчастий) теплообмінник. Через нього проходить повітря, насичене вуглекислим газом, вологою та запахами, але головне – теплом. Це тепло нагріває пластини рекуператора. Через ці пластини, з іншого боку, заходить свіже повітря з вулиці. Проходячи через пластини, воно нагрівається, і потрапляє до кімнати вже досить теплим.

Вентиляція з рекуперацією – чудовий варіант для енергоефективного будинку. Компанія Альтер Ейр рекомендує встановлювати централізоване обладнання Jablotron. Крім рекуператора, у цієї вентиляції є ще багато значних переваг:

Якщо ви встановили хорошу вентиляцію і дотрималися конструктивів будівлі, які потрібні для енергоефективності, то, в принципі, не настільки важливо, яке джерело тепла ви виберете надалі – всі будуть працювати ефективно. Однак і при підборі обладнання є свої нюанси – про них поговоримо нижче.

Витрати на нагрівання води для ГВП

Зі 100% витрати енергоресурсів на опалення та гаряче водопостачання в сукупності, приблизно 75% витрачається на опалення, та 25% – на ГВП.

Підсумкова система залежить від обраного обладнання. Якщо ви зупинилися на електрокотлі, твердопаливному або газовому котлі, то ГВП можна здійснити за допомогою геліоколектора (сонячної батареї). Тоді в сонячні дні обладнання "розвантажуватиме" систему опалення, приймаючи витрати на ГВП на себе. Окупність такої системи – 7-8 років, тому рішення досить популярне, оскільки вигідне в перспективі.

Якщо ви зупинилися на такому устаткуванні, як тепловий насос, то додаткового обладнання не знадобиться. Все тому, що теплові насоси (повітря-вода, а також грунт-вода) самі собою мають високу ефективність і хороший коефіцієнт енергоспоживання. Теплові насоси працюють як на опалення, так і на ГВП, а здебільшого ще й на кондиціювання. Саме тому фахівці Альтер Ейр рекомендують зупинити вибір на тепловому насосі, як на найсучаснішій та найвигіднішій опалювальній системі. Докладніше про опалення тепловим насосом приватного будинку читайте у нашому матеріалі.

Вибір опалювального котла

Якщо тепловий насос не влаштовує вас за ціновою політикою, ми радимо підбирати котел і проводити розрахунок опалення будинку, проєктуючи систему так, щоб у перспективі насос можна було встановити. Для цього добре підходять, наприклад, газові конденсаційні котли та електрокотли. Також заздалегідь слід передбачити низькотемпературну систему, найчастіше вона реалізується за допомогою теплої підлоги. Тепер поговоримо про обладнання.

Як визначити необхідну потужність котла?

Основне призначення будь-якого опалювального пристрою – компенсація тепловтрат будівлі. Як тільки інженери розрахували опалення з урахуванням конструктиву вашого будинку, отримані дані використовуються для вибору обладнання. У розрахунках вже буде зазначено, який потужності обладнання буде потрібно для конкретного об'єкта. Тому котел – і електричний, і газовий, і твердопаливний – потрібно підбирати відповідно до цих розрахунків.

Необхідно також звернути увагу, що котли бувають двоконтурними та одноконтурними. Двоконтурні котли вважаються застарілим рішенням, оскільки їхньої продуктивності не вистачає на достатній нагрів води. Куди більш ефективний варіант – одноконтурний котел із триходовим клапаном та бойлером для ГВП.

Твердопаливний котел

Найпростіше обладнання – твердопаливний котел. Це застаріле рішення, яке має лише одну перевагу: незалежність від подачі електроенергії та газу. Серед недоліків:

Твердопаливний котел є сумнівним, але прийнятним варіантом для системи опалення.

Газовий котел

Газових котлів на ринку представлено кілька видів, але нас мають цікавити ті, які мають погодозалежну модуляцію. Тільки за допомогою цієї опції можна зробити опалення ефективним, а себе позбавити від частини побутових турбот.

Найбільш сучасне та актуальне рішення – конденсаційний газовий котел. Це обладнання:

Конденсаційні котли добре поєднуються з теплою підлогою, і взагалі вважаються піковою точкою розвитку газового обладнання. Серед недоліків зазвичай відзначають лише вищу ціну, яка, втім, виправдана більшістю переваг і з часом окупиться.

Електрокотел

Електрокотли здебільшого обирають мешканці тих будинків, до яких не підключено газ. Електричне обладнання підходить для невеликих об'єктів і демонструє хорошу роботу при стабільній подачі електроенергії. Також деякі моделі мають погодозалежну модуляцію.

Але часто буває так, що електроенергії, яка постачається на будинок, виявляється недостатньо для ефективної роботи котла. Тоді можуть початися проблеми з використанням інших електроприладів, оскільки котел буде забирати всі доступні ресурси.

Електрокотли підбираються з огляду на те, що на кожен квадратний метр приміщення необхідна потужність 60 Вт.

Як розрахувати трубопроводи для системи опалення

Основна характеристика трубопроводу – його внутрішній діаметр (без урахування стінок). Залежно від того, які втрати втрати демонструватиме те чи інше обладнання (радіатори, тепла підлога або конвектори), потрібно вибрати такий діаметр труб, щоб швидкість подачі теплоносія компенсувала тепловтрати. Стандартне значення швидкості – 0,7 м/с.

Діаметр також грає велику роль для шумових характеристик трубопроводу. Шум може виникнути, якщо діаметр труби виявився занадто маленьким. Найчастіше оптимальним показником вважається 25 мм.

Гідравлічний розрахунок системи опалення

При гідравлічному розрахунку системи водяного опалення нас насамперед цікавлять такі параметри:

Складний гідравлічний розрахунок необхідний при використанні схеми тупикового розподілу трубопроводів, оскільки саме в ній відбуваються найбільші втрати тиску і тепла.

Тупикова схема розподілу – це спосіб підключення радіаторів, у якому магістраль з'єднує їх “ланцюжком”. Тобто теплоносій спочатку проходить через перший радіатор, нагріваючи його, потім через другий, і так по черзі до останнього. На кожному з радіаторів втрачається певна кількість тепла та тиску.

Альтернатива тупиковій схемі – променева схема. У цьому випадку на групі насоса встановлюється гребінка, до якої підключаються труби. Кожна труба підключена до окремого радіатора/конвектора або до певної зони. Таким чином, великі втрати тиску і температури нівелюються – через відсутність довгих трас.

З урахуванням розрахунків втрат тепла та тиску підбиратиметься необхідна потужність опалення, проводитиметься розрахунок температури теплоносія та необхідної швидкості його транспортування. Також результатом гідравлічного розрахунку стане підбір відповідних насосних груп, які зможуть забезпечити швидкість подачі та компенсувати втрати тиску.

Визначення втрат тиску

Втрати тиску розраховуються окремо на кожній ділянці трубопроводу. Кожна з них має постійний діаметр, обмежений запірною/регулювальною арматурою та опалювальним обладнанням, а в сукупності всі ділянки утворюють циркуляційне кільце.

Втрати бувають двох типів:

Таким чином, сума всіх знайдених втрат – і є результат, який потрібно буде включити до розрахунку системи опалення. Однак, щоб обчислити кожен з необхідних множників, доведеться врахувати велику кількість параметрів – від шорсткості труб до гідравлічного опору системи.

Гідравлічне ув'язування циркуляційних кілець

Ми вже згадували, що всі ділянки трубопроводу разом складають гідравлічне кільце. Таких кілець може бути кілька, і в точці їх поєднання втрати тиску мають бути однакові. Щоб збалансувати цей процес, потрібна відповідна арматура з ручним керуванням або автоматикою. Простіше кажучи, потрібний термостатичний клапан.

Як вибрати радіатори опалення

Насамперед необхідно визначитися з типом приладів – як правило, мешканці вибирають для свого будинку настінні радіатори. В енергоефективних будинках рекомендується встановлювати низькотемпературну систему опалення. І найкраще для неї підходять теплі підлоги, у поєднанні з фанкойлами. Але низькотемпературними можуть бути і радіатори.

Щоб підібрати радіатор, відповідний тепловтратам, які показав розрахунок опалення для будинку, потрібно розуміти, якої температури вода подаватиметься, і якої температури вода йтиме на зворот. Зазвичай виробник надає всі технічні характеристики радіаторів відповідно до цих показників.

Якщо ви хочете вибрати радіатори, наприклад, для системи опалення з газовим конденсаційним котлом, і збираєтеся зробити опалення низькотемпературне, то температура подачі повинна бути 55℃, а звороту – 45℃. У табличному значенні, вказаному виробником, ми можемо знайти розмір радіаторів, що відповідає таким параметрам та компенсації тепловтрат.

Наші відеоогляди