Содержание
Уже приводили методики оценки мощностей обогревателя, но поголовно приблизительные, годятся исключительно для решения незначительных задач. Сегодня решили раскрыть трудность из предположения, что потери линейно зависят от разницы температур на двух сторонах поверхности. Это стены, окна, двери, гладь конвекторного нагревателя. Соответственно, меняется и мощность обогревателей, призванная компенсировать утечки. Это предположение согласуется со СНиПами, где приводятся уже научные формулы. Как рассчитать мощность обогревателя, если отсутствуют сведения о радиаторах, материале, структуре стен и прочих параметров, полезных профессионалам (и опускающихся в литературе).
Теплопотери и мощность обогревателя
Исходя из того, что в доме в квартирах температура одинаковая, тепло не течет через пол и внутренние стены. При наличии подвала либо чердака читателю придется дополнить наши выводы собственными. Потери через стену, выходящую на улицу, зависят от разницы температур в помещении и снаружи. Приводим график в виде линии, а наклон определяется мощностью батареи, неизвестной заранее.
Видим зависимость теплопотерь Q от температуры на улице t, где для удобства приведена разница между наружной и внутренней температурами. Видно, что зависимость линейная, причем при 20 ºC за окном теплопотери равны нулю, а при – 40 ºC составляют 2х, в реальных условиях показатели могут меняться. Это типичная ситуация, когда обыватель сталкивается со сложностями расчета мощности обогревателя для помещения. Ведем рассмотрение в предположении, что температура в помещении 20 ºC (типичное значение, в документациях, включая СНиПы и руководства по эксплуатации приборов).
Допустим, что при температуре на улице -10 ºC батарея греет так, что в помещении ровно 20 ºC, необходимые по теории. Дальнейший шаг:
- Температура за окном падает до -14 ºС.
- Ставим внутрь дополнительный масляный обогреватель на 1,5 кВт.
- Температура приходит в норму (20 ºС).
- В данном случае любые 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.
Теперь в курсе, 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: в ходе опыта комната пуста. Либо, наоборот, сядьте там семьей. Тогда найденные 11,25 кВт окажутся равны суммарной мощности людей и батарей при температуре 20 ºС.
Обобщение расчета мощности обогревателей на произвольный случай
Но сложность в другом: бытует некая температура батареи, комнаты, улицы, а нужно рассчитать мощность обогревателя. Теперь попробуем решить эту задачу, не дожидаясь установления за окном -14 ºC. Допустим, в комнате 20 ºC, но необходимо найти мощность батарей, чтобы аппроксимировать результат на произвольный случай погодных и котельных условий. Здесь нужно знать, что мощность батареи зависит от разницы температур комнаты и поверхности радиатора. Итак, вносим в дом масляный обогреватель на 1,5 Вт и видим, что температура помещения поднялась до 23 ºC. Это многовато, но не играет особой роли. Понадобится измерить и мощность батарей (за окном, по договоренности, -10 ºC). Допустим, радиатор на поверхности 60 ºC. Это типичное значение для Европы, в России и погорячее центральное отопление в теории, а практиками дается и до 36 градусов Цельсия в мороз.
Это интересно! В России практикуют прокладку труб с горячей водой, порой отопительных по поверхности земли. Не слишком затратно. Потом добросовестно одевают теплоизоляцией, но дети, прохожие, вынужденные перешагивать, сдирают шубу.
Пусть номинальная мощность батареи при 20 ºС равна N, одновременно разница температур поверхности и помещения равна 40. В новых условиях мощность снизится до 37N/40. Получаем равенство:
(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), находим искомое значение. Получилось порядка 8,57 кВт. Это мощность батареи. Теперь, зная номинал, построим характеристики для произвольных температур батареи, помещения и улицы. К примеру, зимой -14 ºC, центральное отопление не тянет, нужно привести ситуацию в норму (20 ºC) в помещении. Заметьте, не указываем температуру в комнате. 8,57 кВт равны 30 ºC по шкале температур, значит, добавим 8,57/30 х 4 кВт = 1,15 кВт. Это значит, что требуется рассчитать мощность масляного обогревателя так, чтобы вышла не меньше этой цифры, но превышать значение слишком сильно не нужно, чтобы не выйти из нужного климатического пояса. Следовательно, идем в магазин и берем прибор с тремя режимами, первый должен выдавать 1,15 кВт тепла.
Устройства помощнее пригодятся в мороз. К примеру, при -40 ºC понадобится вдвое больше, нежели выдают 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 газовое отопление. Полагаем, что теперь читателям понятно, как рассчитать мощность конвекторного обогревателя.
Пример расчета мощности для обобщенного случая
Допустим, имеется та же комната, но внутри 17ºС, а поверхность радиатора, к примеру, 55 ºС. Снаружи мороз -10 ºС, а добиваемся номинального комнатного значения (20 ºС), причем температура радиатора центрального отопления в худшем случае 50 ºC. Найдем максимальную мощность обогревателя, вытянувшую наихудший описанный случай при температуре за окном -30 ºС. В первую очередь, находим мощность батареи при температуре поверхности 55 ºС и комнатной 17 ºС. Уже показали, как действовать в данном случае, теперь покажем на практике. Берем масляный обогреватель на 1,5 кВт, ждем, пока комната выйдет на режим, и замеряем разницу температур. Пусть для простоты получились те же 3 ºC. По графику находим нужную пропорцию:
(1,5 + (55 – 20)/(55 – 17)N) – N = 3 ºC.
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 ватты. Получилось 7,9 кВт. Это мощность радиатора центрального отопления при разнице температур 38ºС (между поверхностью батареи и комнатой). В наихудшем случае эта дифференциация будет меньше и составит 30. Полученная мощность уменьшается пропорционально и составит 6,23 кВт. Строим график для данного случая аналогично тому, что на картинке. Вспоминаем значение теплопотери при 27ºС с нулевой точкой. Это 7,9 кВт. Приводим задачу к решенной выше, для чего находим теплопотери при -10 ºC 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 -30ºС условия ужесточатся. Решаем задачу как показано выше, для поиска результата. Относительно уже имеющихся теплопотерь 8,77 кВт добавится дополнительно 2/3 указанного числа, составляя 5,78 кВт. Суммарная мощность обогревателей превысит энергию радиаторов и составит 5,78 + 2,54 кВт = 8,32 кВт. Понятно, что за счет электричества данный результат маловероятен, следовательно, требуется инфракрасный камин на голубом топливе либо подобное устройство.
Теперь аналогично читатели рассчитают мощность инфракрасного обогревателя любого типа. Единственно, рассказ вели так, чтобы прогреть помещение, но, если требуется отдать тепло исключительно конкретному сектору, делите площадь на метраж пола и умножаете цифру в ваттах на коэффициент меньше единицы. Получится более скромное число. Говорят, что инфракрасные обогреватели помогают экономить. Рассчитать мощность газового обогревателя сложнее, так как греет и за счет конвекции. В данном случае необходимо правильно расположить оборудование для получения должного эффекта. Для ориентировки пользуемся алгоритмом, приведенным выше, как отправной точкой для дальнейших изысканий.
Расчеты допускают погрешность, но оценить требующуюся для квартиры мощность реально. Важно дождаться выхода температуры на режим, по возможности точнее провести измерения.
