Как рассчитать мощность обогревателя

Уже приводили методики для оценки мощностей обогревателя, но поголовно приблизительные, годятся только для решения незначительных задач, а также — по нашим соображениям — вызывают улыбки скептиков. Сегодня решили раскрыть проблемы из предположения, что потери линейно зависят от разницы температур на двух сторонах поверхности. Это и стены, и окна, и двери, и гладь конвекторного нагревателя. Соответственно, меняется и мощность обогревателей, которая призвана утечки компенсировать. Это предположение согласуется со СНиПами, где приводятся уже научные формулы. Как рассчитать мощность обогревателя, если нет никаких сведений о радиаторах, материале и структуре стен, а также прочих параметров, которые полезны только профессионалам (а потому опускаются литературой).

Теплопотери и мощность обогревателя

Будем исходить из того, что в доме в квартирах температура одинаковая, поэтому тепло не течет через полу и внутренние стены. При наличии подвала под ногами или чердака на крыше читателю придется дополнить наши выводы собственными. Итак, потери через стену, выходящую на улицу, зависят от разницы температур в помещении и снаружи. Для этого приводим график, имеющий вид линии, а наклон определяется мощностью батареи, которая неизвестна заранее.

График определения мощности обогревателя

Итак, видим зависимость теплопотерь Q от температуры на улице t, где для удобства приведена разница между наружной и внутренней температурами. Видно, что зависимость, как и договорились, линейная, причем при 20 ºС за окном теплопотери равны нулю, а при — 40 ºС составляют 2х, но сколько это в действительности, не знаем. Это типичная ситуация, когда обыватель поставлен лицом к лицу с проблемой рассчитать мощность обогревателя для помещения. Для начала ведем рассмотрение в предположении, что температура в помещении 20 ºС (типичное значение, с которым оперирует документация, включая СНиПы и руководства по эксплуатации приборов).

Допустим, что при температуре на улице -10 ºС батарея греет так, что в помещении ровно 20 ºС, которые и нужны по теории. Следующий шаг такой:

  1. Температура за окном падает до -14 ºС.
  2. Ставим внутрь дополнительный масляный обогреватель на 1,5 кВт.
  3. Температура приходит в норму (20 ºС).
  4. Это значит, что в нашем случае каждые 4 ºС разницы равняются теплопотерям мощностью 1,5 кВт.

Из этого случая посчитаем номинальную мощность батареи при измеренной температуре в условиях, когда климат в помещении заданный (20 ºС).

Радиаторы центрального отопления уравновешивают потери разницы в 30 ºС, это значит, что энергия, отдаваемая приборами, составляет (30/4) х 1,5 кВт = 11,25 кВт.

Также теперь знаем, что делать, если градусы за окном упадут до -40. Потребуются дополнительные обогреватели суммарной мощностью равной радиаторам отопления, 11,25 кВт. Заметьте, не берем в расчет тепло, выделяемое людьми, поэтому в ходе опыта комната пуста. Или наоборот сядьте там семьей. Тогда найденные 11,25 кВт будут равны суммарной мощности людей и батарей при температуре 20 ºС.

Обобщение расчета мощности обогревателей на произвольный случай

Но проблема другая: бытует некая температура батареи, комнаты, улицы, а нужно рассчитать мощность обогревателя. Теперь, когда так много узнали о расчетах, попробуем решить и эту задачу, чтобы не ждать, пока за окном станет -14 ºС. Допустим, в комнате 20 ºС, но не терпится найти мощность батарей, чтобы аппроксимировать результат на произвольный случай погодных и котельных условий. Здесь нужно знать, что мощность батареи также зависит от разницы температур комнаты и поверхности радиатора. Итак, вносим в наш рай масляный обогреватель на 1,5 Вт и видим, что температура помещения поднялась до 23 ºС. Это многовато, но не играет никакой роли. Однако понадобится измерить еще и мощность батарей (а за окном по договоренности -10 ºС). Допустим, что радиатор на поверхности 60 ºС. Это типичное значение для Европы, в России и погорячее центральное отопление в теории, а практиками дается вплоть до 36 градусов Цельсия в мороз.

Это интересно! В России практикуют прокладку труб с горячей водой, иногда отопительных по поверхности земли. Это менее затратно. Затем добросовестно одевают теплоизоляцией, но дети, да и просто прохожие, вынужденные перешагивать, сдирают шубу. Обнаженная труба теряет тепло, а оплачиваем всем домом.

Обогреватель не греет

Пусть номинальная мощность батареи при 20 ºС равна N, при этом разница температур поверхности и помещения равна 40. В новых условиях мощность снизится до 37N/40. Тогда получаем равенство:

Читайте также:  Газовый туристический обогреватель

(37N/40 + 1,5) — N = 3 ºС.

Повышение потребления на 1,5 кВт (и снижение мощности отопления) дало повышение температуры на 3 ºС. Получается, что 1,5 — 0,075N кВт дает повышение на 3 ºС. А от рабочей точки при нормальной температуре внутри (20 ºС) до нулевой (температура на улице 20 ºС) имеется отрезок длиной 30 ºС. Получается, что:

N = 10 (1,5 — 0,075N), откуда находим искомое значение. Получилось порядка 8,57 кВт. Это мощность батареи. Теперь, зная номинал, построим характеристики для произвольных температур батареи, помещения и улицы. Например, температура зимой -14 ºС, центральное отопление не тянет, и нужно привести ситуацию в норму (20 ºС) в помещении. Заметьте, что не указываем, сколько градусов в комнате, хотя и это можно было бы без проблем посчитать, хотя в точке проведения опыта не было и не будет. 8,57 кВт равны 30 ºС по шкале температур, а значит, добавим 8,57/30 х 4 кВт = 1,15 кВт. Это значит, что требуется рассчитать мощность масляного обогревателя так, чтобы вышла не ниже этой цифры, но превышать значение слишком сильно не нужно, чтобы не выйти из нужного климатического пояса. Следовательно, идем в магазин и берем прибор и тремя режимами, один из которых дает тепла 1,15 кВт.

Конвекторный обогреватель дома

Более мощные пригодятся в мороз, а которые из них включать, считать уже умеем. Например, при -40 ºС понадобится… правильно! вдвое больше, нежели дают радиаторы отопления, что составит 17 кВт. Тягостно для распределительного электрического щитка на площадке. Ставьте газовый конвектор с коаксиальной линией, пробивающей стену наружу. Возможны и гибридные варианты: часть удара на себя возьмет Теплый пол, а остальное ляжет на голубое топливо. Полагаем, что теперь читателям понятно, как рассчитать мощность конвекторного обогревателя.

Пример расчета мощности для обобщенного случая

Допустим, имеется все та же комната, но температура внутри 17 ºС, а поверхность радиатора, например, 55 ºС. Снаружи мороз -10 ºС, а добиваемся номинального комнатного значения (20 ºС), причем температура радиатора центрального отопления в худшем случае 50 ºС. Найдем максимальную мощность обогревателя, которое потянет наихудший описанный случай при температуре за окном -30 ºС. Для начала находим мощность батареи при температуре поверхности 55 ºС и комнатной температуре 17 ºС. Уже показали, как действовать в этом случае, а теперь покажем на практике. Берем наш масляный обогреватель на 1,5 кВт, ждем, пока комната выйдет на режим, а затем замеряем разницу температур. Пусть для простоты получилось опять те же 3 ºС. По графику находим нужную пропорцию:

Читайте также:  Инфракрасный обогреватель или конвектор?

(1,5 + (55 – 20)/(55 – 17)N) – N = 3 ºC.

Расчёт мощности обогревателя

От рабочей точки до пересечения графика с горизонтальной осью расстояние в градусах составляет 27. В итоге получается:

N = 9 (1,5 – 0,078N), откуда находим наши ватты. Получилось 7,9 кВт. Это мощность радиатора центрального отопления при разнице температур 38 ºС (между поверхностью батареи и комнатой). В нашем наихудшем случае эта дифференциация будет и того меньше и составит 30. Полученная мощность уменьшается пропорционально и составит 6,23 кВт. Строим график для этого случая аналогично тому, что на картинке. Для этого вспоминаем, сколько были теплопотери при 27 ºС с нулевой точкой. Это 7,9 кВт. Приводим задачу к решенной выше, для чего находим теплопотери при -10 ºС снаружи и комнатной температуре 20 ºС. Получается 30 ºС разницы. Следовательно, делим 7,9 на 0,9 и получаем 8,77 кВт. Для удержания комнаты на заданном уровне в этих условиях к батареям добавим разницу (8,77 — 6,23) = 2,54 кВт.

При температуре за окном -30 ºС условия будут более жесткие. Решаем задачу так же, как было показано выше, чтобы найти результат. Относительно уже имеющихся теплопотерь 8,77 кВт добавится еще 2/3 этого же числа, что составит 5,78 кВт. Итого, суммарная мощность обогревателей превысит энергию радиаторов и составит 5,78 + 2,54 кВт = 8,32 кВт. Понятно, что за счет электричества такой результат получить сложно, следовательно, требуется инфракрасный камин на голубом топливе или нечто подобное. Вот такие вот дела!

Теперь аналогично читатели рассчитают мощность инфракрасного обогревателя любого типа. Единственно, рассказ вели так, чтобы прогреть помещение, но если требуется отдать тепло только некоторому сектору, то делите площадь на метраж пола. Затем умножаете цифру в ваттах на этот коэффициент, меньший единицы. Получится более скромное число. Поэтому и говорят, что инфракрасные обогреватели помогают экономить. Рассчитать мощность газового обогревателя будет сложнее, потому что греет и за счет конвекции. В этом случае необходимо еще правильно расположить оборудование для получения должного эффекта. Но для ориентировки можно алгоритмом, приведенным выше, как отправной точкой для дальнейших изысканий.

Не претендуем на то, что расчеты не грешат допущения, но оценить требующиеся для квартиры ватты можно. Важно дождаться выхода температуры на режим, а также по возможности точнее провести измерения. А как это сделать – уже другая история.