Расчет тепловой нагрузки на вентиляцию и отопление

Подача воздуха в помещения не может осуществляться без предварительной подготовки. Производится комплекс мероприятий, состоящих из очистки от пыли и нежелательных компонентов (фильтрование) и подогрева потока. В зимнее время эта процедура крайне важна, иначе придется многократно усиливать интенсивность отопительной системы. Кроме того, холодные воздуховоды станут местами конденсации влаги, что создаст условия для возникновения коррозии и разрушения конструкций здания. Все эти операции требуют предварительного расчета для получения максимальной эффективности.

Что такое нагрузка на вентиляцию?

Вентиляционная система играет в процессе обогрева здания важную роль. Количество тепловой энергии, расходуемой на подогрев приточного потока, нередко превышает расход тепла в отопительном контуре. Эта энергия называется тепловой нагрузкой на вентиляцию.

В небольших помещениях — квартирах или офисах — тепловая нагрузка практически отсутствует. Условия вентиляции таких помещений не нуждаются в принудительной подаче приточного потока, поэтому подготовка свежего потока отсутствует. Однако, в зданиях с крупными залами и большим количеством людей, возникает необходимость в нагреве приточного воздуха.

Для увеличения температуры используются калориферы электрического или (чаще всего) водяного (парового) типа. Процесс нагрева представляет собой обычный проход потока воздуха сквозь рамку, заполненную ребристыми горячими трубками. Они отдают тепловую энергию потоку воздуха, а циркулирующий теплоноситель не дает им остывать. Такие конструкции являются самыми экономичными, хотя и требуют довольно трудоемкого монтажа обвязки и подачи теплоносителя.

Особенностью нагрузки на вентиляцию является адресное расходование энергии. Если вентиляцию отключить, демонтировать или реорганизовать, расход энергии либо прекратится, либо изменит количественные показатели.

При необходимости величину тепловой нагрузки можно изменить. Например, это делается при смене сезонов, когда нагрев приточного воздуха становится не нужен. Кроме того, режим нагрева потока приходится менять при реконструкции вентиляционной системы, присоединении дополнительных линий.

Расчет нагрузки на вентиляцию

Величина тепловой нагрузки подлежит тщательному расчету. Она относится к расходной части, поэтому требует максимальной эффективности при минимальных расходах. Процесс расчета — сложная задача, доступная только опытным специалистам. Проблема не в математике, а в множестве мелких деталей, которые необходимо учитывать и принимать во внимание. Если их игнорировать, в результате можно получить слишком малый нагрев потока или чрезмерные затраты на избыточную нагрузку.

Расчет производится отдельно на приточную вентиляцию, хотя нагрузка на нее является составной частью общих расходов тепловой энергии на отопление здания. При создании проекта сумма вычисляется общий тепловой контур путем сложения всех расходов на отопление, нагрев воздуха, питание теплого пола и ГВС. Все эти компоненты вносят свой вклад в обогрев помещений и могут создать избыточное количество тепла, что означает лишние затраты.

Расчет нагрузки на практике представляет собой определение мощности и параметров калорифера. Основная формула выглядит следующим образом:

Q_т=L∙ρ_возд∙C_возд∙(t_вн– t_нар)

где:

Q_{т — мощность калорифера в ваттах}
L — расход воздуха (параметры вентилятора или отдельной линии)
ρ_{возд — плотность воздуха. Обычно принимается равной 1,22 кг/м}³
C_{возд — удельная теплоемкость воздуха, 0,24 ккал/(Кг·°С)}
t_вн– t_{нар — разница температур внутри и снаружи помещения}

Мощность калорифера — это одна из технических характеристик, указываемых в паспорте устройства. Расчетное значение обычно увеличивают на 10-15 %, чтобы иметь некоторый запас на случай снижения производительности системы. Она вызывается уменьшением сечения трубок из-за накопления известковых отложений, понижением температуры теплоносителя и прочими причинами. При необходимости можно сразу рассчитать количество теплоносителя в определенных условиях.

Для этого используется следующая формула:

G= (3,6∙Q_т)/(с_в∙(t_пр-t_обр ) )

где:

G — количество теплоносителя
Q_т — мощность калорифера
с_{в — удельная теплоемкость воды (4,187 Дж/кГ·К или 1 ккал/(Кг·°С)}
t_пр-t_{обр — разница температур прямой}и обратной линий теплового контура

Все расчеты представляют определенную сложность и нередко пугают неопытных пользователей. Однако, можно получить вполне точные результаты, если воспользоваться онлайн-калькулятором. Их много в сети, надо только выполнить расчет в нескольких ресурсах. Чтобы можно было сравнить и исправить результаты.

Способы снижения расхода тепла на вентиляцию

Снижение расхода тепловой энергии на вентиляцию — довольно сомнительная задача. Дело в том, что расчетное количество тепла является нормативным, оптимальным значением для данного помещения или системы. Любое снижение количества тепловой энергии может означать лишь изменение режима подготовки приточного потока в худшую сторону. В этом отношении наиболее правильным подходом видится максимально точный и тщательный расчет системы с учетом всех особенностей здания, его назначения и прочих факторов воздействия.

Однако, есть некоторые возможности для снижения расхода энергии путем гибкой регулировки подачи тепла в зависимости от внешних факторов. Поскольку расчетные показатели получены с использованием постоянных значений внутренней и наружной температур воздуха, можно установить систему контроля и изменения степени нагрева. За основу она будет брать значения температур внутри и снаружи, для чего используют датчики и контроллер. Он оперативно реагирует на подъем или снижение показаний датчиков и регулирует подачу тепла на калорифер.

Важно! Распространенным и эффективным способом экономии энергии является рекуперация. Это методика передачи тепловой энергии от выводимого вытяжного потока свежему приточному воздуху. Существует несколько конструкций рекуператоров, обладающих разной производительностью и возможностями. Методика позволяет снизить теплопотери на 20 %, а в некоторых системах и более.

Еще одним способом снижения расхода можно считать обычную экономию тепла, своевременную отсечку неиспользуемых линий, прекращение подачи теплого воздуха в неиспользуемые помещения. Этот метод не даст значительной экономии в обычных жилых или общественных зданиях, но в условиях производственных цехов может стать одним из существенных источников экономии.

Альтернативные способы подогрева приточного воздуха

Необходимо учитывать, что эффективных альтернатив уже используемым методам практически не существует. Все способы подогрева применяются достаточно активно, за исключением слишком затратных или малоэффективных. Однако, есть некоторые возможности, которые используются в квартирах. Одним из методов является оконный или стеновой клапан, который направлен на радиатор системы отопления. Свежий холодный воздух проходит по нагретой поверхности и получает вполне приемлемую температуру. В производственных цехах иногда делают установки, сжигающие отходы и направляющие полученное тепло на подготовку приточного воздуха и ГВС. Используются все доступные варианты, которыми располагают пользователи.