Правильный расчет мощности котла для отопления

При выборе твердотопливного котла нужно предусматривать мощность. От нее зависит, сможет ли устройство создать необходимое количество тепла для всего дома или нет. Нежелательно выбирать слишком мощный котёл, потому, что он будет работать в режиме экономии, а это скажется на уменьшении КПД.

Чтобы сделать правильный выбор твердотопливного котла, нужно знать два показателя:

1. Количество тепла, необходимое для отопления помещения и нагрева воды.
2. Реальную мощность прибора.

Расчет мощности в зависимости от объема помещения

Формула расчета такова:

Q = VxΔTxK/850,

• где Q – количество тепла, определенное в кВт/ч4;
• V – объем помещения (единица измерения куб. м);
• ΔT является разницей между температурой снаружи и температурой в помещении;
• К – корректирующий коэффициент, учитывающий теплопотери;
• цифра 850 используется для того, чтобы перевести произведение вышеуказанных трех показателей в кВт/час.

К может иметь такие значения:

1. 3-4 – для помещений, представляющих собой упрощенную деревянную конструкцию или здание, сделанное из профлиста.
2. 2-2,9 – для зданий, имеющих небольшую теплоизоляцию. Конструкция таких домов является упрощенной, толщина стены равна длине 1 кирпича, окна и крыша имеют простое строение.
3. 1-1,9 – для домов, конструкция которых является стандартной. Кирпичная кладка двойная, количество простых окон небольшое. Крыша имеет обычную кровлю.
4. 0,6-0,9 – для домов с улучшенной конструкцией, двойной теплоизоляцией кирпичных стен, окнами с двойным стеклопакетом, толстой основой пола, крышей, сделанной из хорошего теплоизоляционного материала.

В качестве примера возьмём современный дом с площадью в 200 кв. м, высотой стен 3 м и первоклассной теплоизоляцией. Дом находится в зоне, где зимой температура не опускается ниже -25 °С. В таком случае ΔT = 20 – (-25) = 45 °С. Поэтому для отопления дома нужно создать Q = 200*3*45*0,9/850 = 28,58 кВт/ч. Цифру округлять не стоит, ведь она не является конечной и ее нужно повысить своими руками на количество тепла для ГВС. Если воду планируется нагревать другим образом, то полученный результат не корректируют, и часть расчета завершена.

Объективные параметры для расчета мощности

Чтобы рассчитать, какой мощности должно быть оборудование, необходимо учитывать массу параметров. Практически все они имеют математическое выражение и участвуют в формуле, дающей точные показатели мощности твердотопливных котлов.

К параметрам, которые необходимо учитывать, относится:

1. Объем помещения
   (V куб.м). Наверняка вы знаете площадь своего дома и высоту потолков.
2. Разница t °С
   между желаемой домашней и ожидаемой уличной в самый холодный период и (ΔT °С). Рассчитывается индивидуально от ваших предпочтений и климата региона:

• хотите в доме 22 °С — (- 28 февральских градусов)=50 °С. Именно этот показатель необходимо будет подставить в основную формулу расчета, которую мы приведем ниже.

• Коэффициент тепла
  , который теряется по разным причинам (К). Общепринятые величины, определенные опытным путем. Выберите из предложенного списка, подходящую для вашего дома:
• 3-4 – деревянный дачный домик без дополнительных утеплителей (кирпича или пенопласта);
• 2-2,9 – деревянная постройка с теплоизоляцией или дом со стенами в один кирпич, а окна одностекольные;
• 1-1,9 – сооружение со стенами из двух кирпичей, двойными стеклами окна и крышей без утепления;
• 0,6-0,9 – современный вариант постройки: двойные стеклопакеты, теплоизоляция стен, крыши и пола.

Число, позволяющее перевести полученный показатель в кВт – 850
.

Как видите, необходимо посчитать только две величины: внутренний объем дома и разницу температур. Остальные показатели готовы к применению. Теперь можем определить главный показатель – мощность котла (Q кВт/ч).

Формула для расчета мощности котла

Узнайте вышеперечисленные параметры, и останется только подставить их в формулу:

V*ΔT*K/850 = Q

Например, у вас дом постройки конца 90-х с площадью 150 кв.м и потолками 3 м (объем = 450). И считаете комфортной температуру 22 градуса (разница рассчитана выше). Тогда ваше определение мощности котла будет выглядеть так:

450*50*1/850 = 26,47 кВт/ч

Этот показатель может быть окончательным, если нет других факторов, например, использования части тепла для нагрева воды, подогрева пола. Иначе потребуется выбирать котел для отопления с большей мощностью, нежели расчетная.

Существует и более простой расчет, но менее точный. Вам даже не потребуется сложные вычисления. Принято считать, что для 10 кв.м площади, необходимо 1,3 кВт мощности отопительного котла. Следовательно, при той же площади в 150, можно составить такую формулу:

150*1,3/10 = 19,5 кВт/ч

Как видите, разница с более сложными расчетами равна почти 7 кВт. Конечно, ваше право определить для себя, какую необходимую мощность считать верной и купить котел для твердого топлива, исходя из собственных умозаключений.

Если вы уверены, что зима будет мягкой, или работаете над первосортным утеплением дома, то можно рассчитать мощность отопительного котла и упрощенным способом. Если же покупкой теплового оборудования меньшей мощности просто хотите сэкономить денег, то рискуете получить в доме не более 15°С.

Формула расчета мощности котла с подключением к бойлеру

Часто консультанты магазинов рекомендуют накинуть еще 30% к мощности оборудования. Следовательно, необходимо купить котел для твердого топлива с мощностью 34,4 кВт/ч (26,47+30%). Насколько это верно? Ниже мы даем расчет объективных кВт для нагрева воды.

Qв = с*m*Δt

В данной формуле, как и при расчете мощности котла только для отопления, используются понятные всем показатели

:

• константа теплоемкости воды (4200 Дж/кг*К) – с;
• масса воды, которая требует нагрева (кг) – m;
• разница t °С воды в водопроводе и бойлере.

Берем за пример все тот же дом с отоплением котлом мощностью 26,47 кВт. Именно к этому показателю мы прибавим новый.

Один показатель у нас неизменный (с). Объем воды: семья из 2-х человек в среднем расходует в день 400 кг воды (с установленной ванной). Этот показатель может быть значительно меньше, если ванна наполняется не каждый день. Однако мы возьмем больший, для понимания возможных потребностей вашей семьи, т.е. именно 400 кг.

Разница температур рассчитывается просто. Температура воды в бойлере, как правило, 80°С. Остаточная вода в трубах водоснабжения – 10-12 °С. Соответственно, разница равна 68 градусам.

Расчет:

4200*400*68 = 114240000 Дж/кг*К

Переводим в кВт = 31,73

Как видите, показатель не совсем 30%. И потребуется котел отопления 68,2 кВт (26,47+31,73). Однако, как уже было сказано, взят максимальный расход воды. Возможно при меньшем, будет достаточно и 30% увеличения показателя.

Вывод из приведенного примера! Нельзя полагаться на рекомендации человека, который не знает потребности в горячей воде вашей семьи.

Расчет тепла для ГВС

Чтобы рассчитать, сколько тепла нужно потратить на подогрев воды, нужно использовать формулу Qв = с*m*Δt:

• где с является удельной теплоемкостью воды (показатель всегда равен 4200 Дж/кг*К);
• m – масса воды в кг;
• Δt разница температур между нагретой водой и поступившей из водопровода.

Рекомендации по организации твердотопливных котлов отопления своими руками

Если собираетесь топить дровами, то лучше сделать топку побольше.

Специалисты рекомендуют всем, кто намерен выполнить котел отопления на твердом топливе своими руками, учесть несколько правил. Во-первых, устройство должно быть абсолютно безопасным. Для этого перед проведением работ нужно ознакомиться с рядом государственных норм и стандартов. Во-вторых, нужно позаботиться об эффективности оборудования. Котел должен производить столько тепла, сколько потребуется для поддержания нормального температурного режима в доме плюс тепловые потери. В-третьих, под любой нагревательный прибор нужно отдельное помещение, то есть котельная.

Есть требования и к топке. В ней должна поддерживаться довольно высокая температура. В некоторых случаях это 500°C, что необходимо для полного сжигания топлива и отходящих газов. Если не соблюсти это условие, то вещества, в которых имеется скрытая энергия (оксиды азота, угарный газ) будут выходить в трубу, а КПД оборудования будет падать. Именно по этой причине самодельные котлы отопления на твердом топливе, их внутренняя часть, выполняется из материалов малой теплопроводности, что позволяет нагнать в топке нужную температуру.

Наружная часть котла, наоборот, выполняется из материалов малой теплоемкости, что повышает безопасность самого агрегата. Тепло, накопленное корпусом, должно быстро отходить в атмосферу. В таком случае исключается вероятность ожогов. С другой стороны корпус малой теплоемкости не будет забирать тепло у топки, что хорошо повлияет на КПД нагревательного элемента. Однако перед тем, как приступать к организации нагревательного элемента, Нужно провести правильный расчет мощности твердотопливного котла отопления. В принципе, он аналогичен расчету мощности электрокотла.

Вопрос о том, какие пропиленовые трубы лучше для отопления беспокоит многих. Есть несколько видов этих изделий, каждый из которых обладает своими характеристиками.

Чем горизонтальная разводка труб отопления отличается от вертикальной? Ответ здесь.

Расчет по площади

Он является более точным, поскольку учитывает большее число факторов. Расчет производится по формуле:

Q = 0,1*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7, где:

0,1 кВт является нормой тепла на 1 кв. м;

S – площадь отапливаемого дома;

k1 демонстрирует потерю тепла, вызванную конструкцией окон. Имеет значение:

• 1,27 – если окна имеют одно стекло;
• 1,0 – если имеются окна с двойным стеклопакетом;
• 0,85 – если стоят окна с тройным стеклом.

k2 демонстрирует потерю тепла, вызванную площадью окна (Sw). Является отношением Sw к площади пола Sf. Его значения такие:

• 0,8 при Sw/Sf = 0,1;
• 0,9 при Sw/Sf = 0,2;
• 1 при Sw/Sf = 0,3;
• 1,1 при Sw/Sf = 0,4;
• 1,2 при Sw/Sf = 0,5.

k3 является коэффициентом потери тепла через стены. Бывает таким:

• 1,27 при очень плохой теплоизоляции;
• 1 в домах со стеной в 2 кирпича или утеплителем, толщина которого составляет 15 см;
• 0,854 при хорошей теплоизоляции.

k4 показывает потерю тепла в зависимости от температуры воздуха за пределами дома (tз). Имеет такие значения:

• 0,7, если tз = -10 °С;
• 0,9 для tз = -15 °С;
• 1,1 для tз = -20 °С;
• 1,3 для tз = -25 °С;
• 1,5 для tз = -30 °С.

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.

Реальная мощность котла длительного горения

Многие приборы созданы под конкретный тип горючего. Если в них сжигать другие виды топлива, то их КПД будет меньше.

Расчет мощности будет проведен на основе пиролизного котла Viessmann Vitoligno 100-S 60. Его особенности таковы:

1. Работает на дровах.
2. За 1 час в камере загрузки сгорает от 6 до 15 кг дров.
3. Его номинальная мощность составляет 60 кВт.
4. Объем загрузочной камеры составляет 294 л.
5. КПД составляет 87%

Пусть владелец планирует сжигать в нем осиновые дрова. 1 кг таких дров выдает 2,82 кВт/ч. Если за 1 час котел сжигает 15 кг, то он выделяет 2,82*15*0,87 = 36,801 кВт/ч тепла (0,87 является КПД). Такого прибора для отопления дома с бойлером на 150 л не хватит, а для ГВС с бойлером на 50 л – вполне. Чтобы получить цифру 32,67 кВт/ч, нужно за 1 час сжечь 13,31 кг осиновых дров (32,67/(2,82*0,87) = 13,31). Это в случае, если рассчитывать потребность в тепле по объему.

Каким углем лучше топить котел

Производитель изначально проводит теплотехнические расчеты, и приспосабливает конструкцию топочной камеры и теплообменника к конкретному сорту топлива. Поэтому, чтобы повысить КПД бытового котла, достаточно использовать уголь марки и фракции, указанной в инструкции по эксплуатации.

Какой маркой угля топить

В состав угля входят углерод и негорючие примеси, образующие после сжигания золу и шлак. Соотношение между углеродом и примесями, зависит от выбранного сорта топлива. Уголь имеет (в зависимости от марки) разную степень влажности, рыхлую или твердую структуру, возраст образования.

Чтобы эффективно топить угольный котел, необходимо хорошо понимать, какие характеристики отличают тот или иной сорт топлива:

• Лингит – данный сорт топлива имеет рыхлую структуру и большой процент зольного остатка. Лингит используют на промышленных электростанциях. Для обогрева дома, данный вид топлива не подходит.

Каменный уголь – имеет теплотворную способность 5500 ккал/кг. Процентное содержание углерода не менее 75%. Содержание золы от 2 до 4%. Каменным углем топят большинство бытовых котлов классического типа. Для оборудования газогенераторного типа, не подходит по причине влажности выше 20%.

Бурый уголь – теплотворная способность находится в пределах всего 3000 ккал/час. При сжигании, образуется большое количество зольного остатка и коксующихся веществ. Влажность находится на уровне 50%. Бурым углем не рекомендуют топить бытовые котлы, по причине быстрого засорения дымохода и теплообменника.

Антрацит – порог влажности находится в пределах 7%. Имеет высокие показатели удельной теплоты, равные 9000 ккал/час. Доля золы, уносимой газами из котла для угля, не более 7%. Антрацитом, производители отопительного оборудования, рекомендуют топить газогенераторные котлы. Уголь разделяется на несколько сортов по величине: кулак, орех, семечко.

Можно ли топить угольными брикетами

Угольные брикеты изготавливают методом прессования мелких фракций (пыли). В качестве связующего элемента, используют специальные органические или минеральные составы. Последние, сильно увеличивают зольность топлива, но стоят дешевле. Наиболее востребованными считаются угольные брикеты, в которых в роли связующего вещества, выступает каменноугольная смола.

Отопление прессованным углём имеет следующие преимущества:

1. Простота укладки в топочную камеру.
2. Хорошая воспламеняемость.
3. Высокие теплотворные показатели, идентичные антрациту.
4. Простота хранения и транспортировки – брикеты имеют правильную геометрическую форму, поэтому их легче складировать, и они занимают меньше места.

Единственным недостатком прессованного угля, считается высокая стоимость, превышающая цену на кусковое сырье, приблизительно на треть. Преимуществом считается возможность топить котел на угле, без загрязнения продуктами горения.

Как топить угольной пылью

Наиболее безопасным и эффективным методом сжигания пыли, считается способ с применением специального горелочного устройства.

Можно ли топить древесным углем

При всех этих достоинствах, древесный уголь имеет один серьезный недостаток. Стоимость килограмма покупного древесного угля, обойдется почти в 2 раза дороже, чем стоит каменный уголь. Несколько снизить стоимость сырья можно, наладив его самостоятельное производство. Для получения 1 тонны древесного угля, потребуется пережечь около 10 м³ древесины.

Энергоэффективность различных видов топлива

1. Сгорание 1 кг сухих опилок или мелкой хвойной стружки выдает 3,2 кВт/ч. 1 л весит 1,137 кг.
2. Ольховые брикеты лучше – 3,5 кВт/ч. Вес 1 л – 0,285 кг.
3. Брикеты из твердолиственных деревьев выдают 3,1 кВт/ч. 1 л весит 0,31 кг.
4. Эффективность каменного угля ДПК равняется 4,85 кВт/ч. Вес 1 л – 0,4 кг.
5. 1 кг СООМ дает 5,58 кВт/ч тепла. Вес 1 л – 0,403 кг.
6. Антрацит даёт 5,68 кВт/ч. 1 л имеет вес 0,485 кг.
7. Белорусский торф – 2,36 кВт/ч. Вес 1 л – 0,34 кг.

Некоторые производители указывают общее время горения одной загрузки и не пишут, сколько топлива сгорает за 1 час. В таком случае нужно рассчитать:

1. Вес горючего, которое может поместиться в топке.
2. Количество тепла, которое выделит это топливо. Его корректируют на КПД.
3. Количество тепла, которое выделяется за один час. Вышеуказанную цифру делят на время сгорания всего объема горючего.

Конечная цифра и является реальной мощностью твердотопливного котла для системы отопления, которую он может выдать за 1 час.

Исходные данные для расчета

Сами вычисления, с помощью которых определяется количество сжигаемой в топке котла древесины, достаточно просты. Сложность состоит в том, чтобы правильно выбрать исходные данные для выполнения расчетов. Конечно, проще всего воспользоваться каким-нибудь онлайн-калькулятором, что размещены на различных интернет-ресурсах, и таким образом выяснить для себя нормы расхода дров на отопление своего жилища. Только вот проверить правильность подсчета можно лишь одним способом: выполнить его самостоятельно, вручную.

По этой причине мы изначально предлагаем идти таким путем, тогда вы будете уверены в результате. А вот проверить его правильность сможете на нескольких онлайн-калькуляторах. Ниже мы представим методику и одновременно в качестве примера проведем расчет расхода количества дров для отопления дома в 100 м2. Но прежде всего – исходные данные, вот их перечень:

• порода древесины, которой предполагается топить помещения
  ;
• степень их влажности;
• КПД печи или котла на твердом топливе;
• потребная на обогрев здания тепловая мощность.

Те, кто хоть раз пользовался печкой, наверняка замечали, что при горении дров из разных деревьев выделяется неодинаковое количество тепла. Например, березовые поленья дают больше жара, чем тополь или сосна. Так происходит потому, что разные породы деревьев имеют различную плотность и теплотворную способность. Также количество дров на 1 кВт тепловой энергии зависит от их влажности. Чем она выше, тем больше теплоты уходит на испарение воды из топлива, а на обогрев дома остается меньше. По итогу древесины на обогрев жилища уйдет больше.

Эффективность использования энергии, содержащейся в древесине, зависит от КПД того или иного источника тепла. Например, камин или обычная печь много энергии выбрасывают в атмосферу вместе с продуктами горения, соответственно, их КПД не превышает 60%. Другое дело – твердотопливный или пиролизный котел, чья эффективность может достигать 80%, эти особенности необходимо учитывать, просчитывая расходы на отопление частного дома.

Ниже в таблице представлены справочные данные о теплотворной способности 1 м3 некоторых пород древесины при определенной влажности.

Примечание. В таблице указаны значения для «чистого» кубометра каждого вида топлива, расчет кубатуры дров надо выполнять по 1 м3 поленьев или бревен складского хранения, о чем будет сказано ниже.

Значение тепловой мощности, необходимой для отопления жилища, лучше всего принять по расчету, сделанному специалистами во время проектирования дома. Но зачастую подобные данные у домовладельцев отсутствуют, в таком случае количество и стоимость дров на отопление можно высчитать по усредненному значению потребной мощности. Она определяется общеизвестным методом: на обогрев 10 м2 помещений затрачивается 1 кВт теплоты при самых нeблагоприятных условиях, а в среднем за сезон – 0.5 кВт. То есть, усредненный норматив для дома площадью 100 м2 составит 5 кВт/ч.