Как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления и зачем это нужно делать

Чтобы отопительный сезон в частном доме проходил без проблем, а обогрев жилых помещений был равномерным, мало точно спроектировать схему разводки. Необходимо знать, как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления. Кроме этого следует верно подобрать рабочую жидкость, сделать точный расчет ее расхода, осуществить правильный залив и слив из труб. Как рассчитать объем теплоносителя, на что обратить внимание при его выборе, каковы особенности заливки в открытые и закрытые системы – об этом мы попросили рассказать специалистов по линейке теплоносителей THERMAGENT, которые, по данным исследования МГ «Текарт», в 2022 году лидировали по объему продаж в РФ.

Какими характеристиками должен обладать хороший теплоноситель

Теплоноситель обеспечивает перенос тепла от отопительного котла по трубам к точкам теплообмена (батареям). Чтобы потери тепловой энергии были минимальны, а отопление качественным, к рабочему веществу предъявляются такие требования:

• Химическая инертность. Это означает, что теплоноситель системы отопления не вступает в реакцию с материалами труб, уплотнений, клапанов, батарей и других элементов, с которыми находится в прямом контакте.
• Высокая теплоемкость. Рабочая жидкость должна поглощать большое количество тепла, переносить его к радиаторам и там отдавать в помещение.
• Стабильный состав. Теплоноситель должен выдерживать высокие и низкие температуры, их перепады, не разлагаться с течением времени, не образовывать осадков и отложений на внутренних поверхностях труб и радиаторов.
• Хорошие рабочие характеристики. Плотность, теплоемкость и текучесть рабочей среды должны быть такими, чтобы обеспечить высокое качество работы системы в течение нескольких отопительных сезонов. Например, продукция Thermagent рассчитана на 10 лет без замены.
• Безвредность. Это требование актуально для систем отопления открытого типа, для жилых домов и объектов с высокими требованиями к экологической безопасности. Например, для детских садов, школ, медицинских учреждений.

Виды теплоносителей

Все рабочие жидкости, которые заливаются в системы отопления, можно разделить на два основных вида. Это вода и антифризы. Каждый вариант имеет свои плюсы и минусы, поэтому рассмотрим их подробнее.

Вода: особенности использования

С точки зрения списка требований к теплоносителю вода может показаться почти идеальным вариантом. Она совершенно безвредна для людей и окружающей среды, имеет высокую текучесть и теплоемкость и практически ничего не стоит. Однако использовать воду не всегда целесообразно. В некоторых случаях лучше залить антифриз.

Когда можно использовать воду

Главное требование к системе с водным теплоносителем: она должна находиться в домах с постоянным проживанием людей. Если работоспособность отопления контролируется, а техническое обслуживание проводится своевременно, тогда вода – действительно лучший вариант. Если же загородное здание является объектом временного проживания и/или в нем часто и подолгу отключают электричество, следует выбирать надежный антифриз.

Преимущества

Главный плюс воды – это ее доступность. Хотя в ней и содержится некоторое количество примесей и солей, это вполне допустимо для закрытых систем. Будучи залита в трубы один раз, вода циркулирует длительное время, почти не требуя дополнительной подпитки. Среди других плюсов данного теплоносителя можно отметить:

• Высокие теплотехнические параметры. Теплоемкость воды почти в полтора раза выше, чем у пропиленгликоля;
• Полная безопасность для человека и окружения. Даже при очень сильной протечке разлитая вода влечет за собой только бытовые последствия, но не вредит здоровью.

Недостатки

В системах открытого типа обычно используется вода, но она имеет ряд недостатков. Из-за постоянной доливки в таком теплоносителе увеличивается содержание солей жесткости. Это ведет к образованию на внутренних поверхностях известковых отложений (накипи), снижению просвета и ухудшению циркуляции в трубах. К другим минусам воды как теплоносителя относятся:

• Высокий коэффициент расширения при замерзании. Он составляет около 10 % и является главной причиной, по которой вода не может использоваться на объектах с периодическим отключением газа и электричества. Если отопительный котел отключен, а вода из системы не слита, она быстро охлаждается до нуля, после чего замерзает. Образовавшийся лед разрывает или деформирует трубы, а иногда и радиаторы.
• Коррозионная активность. Любая вода всегда содержит некоторое количество растворенного кислорода. Контактируя с внутренними поверхностями из черных и некоторых цветных металлов, он вызывает коррозионные процессы. Коррозия ведет к разрушению труб и радиаторов, образованию осадков, уменьшению просвета и ухудшению циркуляции рабочей среды.

Чтобы улучшить эксплуатационные свойства воды, ее, как правило, умягчают, фильтруют либо вводят предварительную обработку. Для этого требуется установка системы водоподготовки со специальными фильтрами. Применение же дистиллята будет слишком дорогим.

Чтобы исключить вероятность появления коррозии, для автономных систем отопления есть смысл обдумать применение одного из безопасных теплохладоносителей - например, такого как «Термагент ЭКО» – он изготовлен по технологии Organic Acid Technology, что делает его инертным для компонентов системы отопления и позволяет выдерживать температуру замерзания до -30 ℃.

Антифризы: особенности использования

Такой теплоноситель будет хорошим выбором для систем, в которых существует вероятность периодического отключения котла отопления. Антифризы замерзают при температуре значительно ниже нуля (начиная с -20 °С), а при охлаждении почти не теряют исходной текучести.

Особенности применения антифриза

Тип теплоносителя следует определять еще на этапе проектирования, подбирая трубы и радиатор именно под него. Если же владелец планирует слить воду из установленной системы отопления и заменить ее антифризом, необходимо учесть ряд факторов:

• Теплоемкость антифриза на 15−20 % меньше, чем у воды. Из-за этого станет холоднее. Вывести обогрев помещений на прежний уровень можно несколькими способами: поставить более мощный насос, повысить нагрев теплоносителя или увеличить количество секций в радиаторах.

• Антифризы взаимодействуют с резиной. Поэтому перед заливкой резиновые уплотнители нужно будет заменить на аналоги из тефлона, паронита или иных материалов, предназначенных для таких теплоносителей.
• Коэффициент температурного расширения антифриза больше, чем у воды. Это означает, что в закрытой системе отопления объема расширительного бачка может не хватить. Чтобы этого не допустить, ставят дополнительную емкость.
• Вязкость антифриза выше, чем у воды. Чтобы получить ту же скорость перемещения, необходимо установить более мощный циркуляционный насос, подобранный по сделанным расчетам. Диаметры фитингов и труб увеличиваются на одну позицию.

Преимущества использования антифриза

Такой теплоноситель по сравнению с водой имеет существенные достоинства:

• Более низкая температура кристаллизации. Но даже при замерзании антифриз не образует монолита, а переходит в гелеобразное состояние;
• Наличие дополнительных функций. Например, продукция «Термагент» содержит пакет органических присадок, замедляющих развитие коррозии и препятствующих образованию внутренних отложений.

Виды антифризов

Производители выпускают широкий ассортимент теплоносителей для заливки в трубы отопления. К наиболее востребованным относятся:

• Антифризы на основе этиленгликоля. Это недорогие рабочие жидкости ярко-малинового цвета с хорошими теплотехническими показателями. Однако они очень токсичны, поэтому подходят только для закрытых отопительных систем. Такой теплоноситель используют преимущественно для отопления промышленных объектов;
• Антифризы на основе пропиленгликоля. Они нетоксичны и безопасны, одинаково хорошо подходят как для закрытых, так и открытых отопительных систем. Пропиленгликолевые антифризы выглядят как жидкость зеленого цвета. Специальный пакет карбоксилатных присадок придает теплоносителю требуемые эксплуатационные параметры.

Выпускаются также антифризы на основе глицерина и бишофита. Оба раствора химически нейтральны к материалам уплотнителей, однако не получили широкого применения из-за существенных недостатков. Глицериновый антифриз отличается повышенной вязкостью и сильно вспенивается при высокой температуре, бишофитный настолько текуч, что может просачиваться даже через паяные стыки пластиковых труб.

В отопительных системах используются различные виды теплоносителей. Одним из лучших вариантов будут антифризы Thermagent. Согласно статистике, по объему продаж это лидирующая на рынке РФ линейка высококачественных теплохладоносителей с увеличенным сроком эксплуатации и самым широким спектром характеристик, включающих в себя в качестве основы безопасный пропиленгликоль, для объектов с повышенными требованиями экологической безопасности, а также этиленгликоль – для промышленных зданий и предприятий.

Параметры подбора теплоносителя

Обычно производители отопительных котлов указывают, какой теплоноситель рекомендуется применять с их оборудованием, а иногда упоминают и конкретную марку. Если такие рекомендации отсутствуют, подбор придется делать самостоятельно. Принимается во внимание ряд факторов:

• Условия эксплуатации объекта.

Если здание предназначено для постоянного проживания, в том числе зимой, а отопительный котел работает бесперебойно, лучшим вариантом может оказаться вода. Перед заливом ее рекомендуется умягчить. Для этого можно установить систему водоподготовки с умягчителями и фильтрами. Если проживание зимой непостоянно или же могут быть частые и длительные отключения энергоносителей (газа, электричества), следует выбирать антифриз.

• Тип системы отопления.

В некоторых случаях теплоносителем может быть только вода. Это системы:

1. с естественной циркуляцией теплоносителя;
2. с резиновыми уплотнителями.
3. с трубами из оцинкованной стали;

В тех системах, где отсутствуют перечисленные факторы, лучше использовать антифризы с длительным сроком эксплуатации, например такие как «Термагент ЭКО»

• Назначение здания.

Для автономной отопительной системы частного дома лучшим выбором будет пропиленгликолевый антифриз, особенно если владелец часто бывает в поездках. Такой термагент не требует постоянного контроля, при форс-мажорном отключении котла он не замерзает, а превращается в кашицеобразную массу. Что же касается этиленгликоля, его допустимо применять только в зданиях нежилого назначения.

После того, как тип термагента выбран, необходимо рассчитать, сколько его потребуется для залива.

Как рассчитывается объем теплоносителя

Если для типовых проектов многоквартирных зданий все уже рассчитано, то автономные отопительные системы частных домов рассчитываются индивидуально. Расчет теплоносителя в системе отопления должен проводиться еще на этапе строительства и проектирования инженерных коммуникаций. Последовательно рассчитываются такие данные:

Мощность отопительного котла

Ее выбирают с учетом планировки и площади здания. Маломощный котел будет плохо обогревать помещения. Слишком мощное оборудование приведет к лишнему расходу энергоносителя.

Для расчета примерной мощности котла используется соотношение: отопление 10 м² помещения потребует около 1 кВт тепловой энергии. Общая площадь дома, разделенная на десять, дает приблизительную мощность (кВт). Полученное значение следует увеличить на 10−15 %. Например, для отопления помещения в 350 м² потребуется котел мощностью 35+ 0,15 х 35 = 40,25 кВт. Для конкретного случая подойдет модель на 40 кВт.

Такие расчеты справедливы для помещений стандартной высоты (до 3 м) и умеренного климата. Для зданий с более высокими потолками вводятся поправочные коэффициенты. Их можно найти в справочниках, как и поправки на холодный или теплый климат.

Объем рабочей жидкости

Расчет теплоносителя требуется для того, чтобы знать, сколько антифриза потребуется для залива в отопительную систему. Общий объем вычисляется как сумма компонентов по такой формуле:

V теплоносителя = V котла + V радиаторов + V труб.

Чтобы его определить, проводится расчет объема теплоносителя для каждого компонента по отдельности:

• Котла. Данные указаны в его техническом паспорте. У настенных моделей объем невелик, примерно 3−7 литров, у напольных котлов он может быть 25 л и более.

• Радиаторов. Эту информацию содержит прилагаемая техническая документация. Если ее нет, берется примерное значение 0,3; 0,4 и 1,5 л для биметаллической, алюминиевой и чугунной секции, после чего суммируется их количество.
• Труб. Для расчета используются специальные справочные таблицы. В них указано, сколько теплоносителя в трубе длиной один метр для различных типоразмеров. При подсчете он умножается на общую длину, в результате получают общий объем теплоносителя в трубе.

Если система имеет трубы разного диаметра, то подсчет ведется отдельно для каждого типоразмера. Полученные результаты суммируются. Когда получен суммарный объем теплоносителя в системе отопления, рассчитывается его тепловое расширение. Для воды оно составит 15 %, для антифриза 20 % и больше.

Калькулятор теплоносителя

Некоторые сайты предоставляют онлайн-сервис, на котором можно быстро сделать все расчеты. Такой калькулятор теплоносителя системы отопления удобен тем, что для расчета объема труб не нужны справочные таблицы. Достаточно проставить их диаметр и общую длину, а также внести объем нагревательного котла. После этого расчет калькулятором теплоносителя в системе отопления будет сделан практически мгновенно.

Что дает расход теплоносителя

Для корректной работы отопительных радиаторов мало правильно рассчитать на калькуляторе объем теплоносителя в системе отопления, требующийся для залива. Необходимо также знать, с какой скоростью он должен подаваться по трубам. Это важно для правильного подбора циркуляционного оборудования. Если его мощность будет слишком низкой, отопление будет работать неэффективно. При слишком мощном насосе увеличатся затраты электроэнергии.

Как рассчитывают расход теплоносителя

Расход теплоносителя определяется как его массовое количество в килограммах в секунду (кг/с), необходимое для подачи в помещения нужное количество тепла. Требуемая тепловая потребность (Вт) делится на теплоотдачу 1 кг массы теплоносителя (Дж/кг).

Если от расчетов не требуется высокая точность, можно воспользоваться приблизительной формулой. В ней принимается, что 15 л теплоносителя передают 1 кВт тепловой энергии. Например, для отопительной системы мощностью в 30 кВт потребуется 450 л антифриза. Для точного определения расхода потребуются другие формулы.

Предварительные этапы

Чтобы определить точный расход теплоносителя, необходимо:

• Определить потери тепла на объекте. Так называют тепловую мощность, которая излучается с 1 м² ограждающих поверхностей. Для стандартной кирпичной стены этот показатель составляет около 100 Вт/м². Для плохо утепленных поверхностей он будет больше, для перекрытий с хорошей теплоизоляцией – меньше. Для подсчета общих теплопотерь объекта используют справочные таблицы и поправочные коэффициенты.
• Определить среднюю температуру воды/антифриза. Основные требования к характеристикам теплоносителя изложены в двух нормативах: СП 510.1325800.2022 и 124.13330.2012. В них указывается, что при проектировании автономной системы необходимо учитывать, что температура в каждом помещении должна быть как минимум + 20 °С. С учетом этого и определяется уровень нагрева воды/антифриза.
• Расчет тепловой нагрузки. Она зависит от разницы (Δ) температуры теплоносителя на входе в отопительную систему и на выходе из нее. Данный показатель можно измерить или принять стандартным, на уровне 15−20 °С.

После получения данных можно рассчитывать расход теплоносителя в системе.

Формулы расчета

Расход теплоносителя в системе отопления может определяться по-разному, в зависимости от поставленных требований. Чаще всего используются три формулы:

• Инженерная.

Для расчета массового расхода теплоносителя (m, кг/с) в ней используются суммарная мощность системы отопления (Q, кВт), удельная теплоемкость рабочей жидкости, измеренная при постоянном давлении (C_p, кДж/кг·°К) и разница температур на входе и выходе из котла (Δt). Формула выглядит так:

m = Q / (C_p × Δt)

Для воды удельная теплоемкость принимается 4,19 кДж, для пропиленгликоля – 2,48.

• Упрощенная.

Ее в основном используют хозяева частных домов, использующие как теплоноситель обычную воду. Тепловая мощность системы отопления делится на 20, в результате чего получают примерное значение расхода в кг/с. Например, при тепловой мощности 100 кВт расход составит 5 кг/с. Если при делении получают дробное значение, его округляют в бóльшую сторону.

• Вычисление расхода в м³/ч.

Формула немного похожа на инженерную:

G = 0,86 (Q / Δt).

G – расход в кубометрах в час, Q – тепловая мощность системы, Δt – перепад температур на входе в систему и выходе из нее.

Чтобы перевести расход в литры за минуту, для первых двух формул используют соотношение 1 кг/с = 60 л/мин. Для третьей проводят иной перерасчет, исходя из того, что 1 м³/час = 16,6 л/мин.

После того, как проведены все расчеты и куплено нужное количество теплоносителя, можно переходить к его закачке в трубы.

Как заполняют отопительную систему

Залив антифриза в трубы несколько различается для систем открытого и закрытого типа. Для каждой схемы выбирается свой вариант. Если теплоносителем является вода, она должна обязательно пройти предварительную подготовку и умягчение. Концентрат антифриза предварительно разбавляется согласно инструкции производителя.

Заполнение закрытой системы

Термагент закачивают с помощью насоса, подсоединенного к штуцеру подпитки. Во время закачки специалист заполняет систему с помощью насоса и выпускает воздух из батарей. Сначала закрываются краны Маевского и те, что установлены на котле отопления. Открывается запорная арматура и вентиль на расширительном баке. После этого приступают к поэтапной закачке:

• Теплоноситель закачивается до тех пор, пока давление не достигнет 1,4−1,5 бар. Контроль данного показателя осуществляется специальным прибором – манометром. Затем помощник начинает стравливать воздух из радиаторов, начиная от самых нижних. При этом закачка продолжается, чтобы давление не падало ниже 1 бара.

• После того, как весь воздух выпущен, теплоноситель подкачивают до давления 1,5 бар. Затем открывают отсекающие краны котла: сначала обратный, затем прямой. Второй следует открывать очень плавно, чтобы воздух успел выйти через воздухоотводчик.
• После завершения закачки выпускают воздух из насоса. Система запускается и прокачивается без радиаторов. После прогрева труб батареи открывают и выпускают из них оставшийся воздух.

Давление доводят до рабочего уровня. Если все сделано правильно, оно должно стабилизироваться.

Заполнение открытой системы

Отопление такого типа может использовать только безопасный теплоноситель – воду или термагент на основе пропиленгликоля. Система имеет расширительный бак с крышкой, через который и осуществляется залив. Закачку можно делать и с помощью насоса. В этом случае он подключается к подпиточному штуцеру. Залив в открытую систему проходит так:

• на всех радиаторах открывают краны Маевского;
• по мере заполнения системы из них выходит воздух;
• краны Маевского постепенно закрывают, начиная с нижних;
• когда все радиаторы заполнены, залив прекращают.

После запуска системы и ее прогрева краны Маевского на батареях снова открывают, чтобы стравить воздух. Если при этом уровень теплоносителя в расширительном бачке снижается, его доливают примерно до половины объема.

Все работы по выбору теплоносителя, расчету его объема и расхода, а также залив в систему должны проводиться точно, согласно требованиям строительных норм и правил. Поэтому рекомендуется, чтобы всем этим занимались специалисты.

Коротко о главном

В отопительных системах могут использоваться различные виды теплоносителей – вода или антифризы.

Вода это наиболее экономный вариант, но её использование ускоряет коррозионные процессы, плюс, если помещение используется не круглогодично, то есть риск промерзания системы.

Правильно подобранный антифриз исключает вероятность промерзания теплоносителя в системе, но для его использования нужно учесть ряд факторов – в том числе, материал труб и уплотнителей, а также коэффициент теплового расширения.

Кроме того, нужно учитывать, что у каждого из теплоносителей своя теплоемкость. Это значит, что для сбалансированной работы компонентов отопительной системы нужно рассчитать объем теплоносителя и расход – какое его количество должно проходить через котел в единицу времени и сколько тепла при этом будет отдано в помещение.

Одним из оптимальных решений при выбора антифризов будет линейка теплоносителей Thermagent. Согласно статистике они лидируют по объему продаж в РФ. В зависимости от региона использования и решаемых задач, пользователь может выбирать теплоноситель, который будет выдерживать температуру от -20 до -60 ℃. Это отличное решение для использования в помещениях которые отапливаются периодически.

Реклама. ООО «Информация и технологии».