В чем измеряется тепловая энергия и как рассчитать ее расход

В холодное время года система отопления служит главным источником комфорта в жилье, а ее расчет приобретает особое значение. Знание формул и того, в чем измеряется тепловая энергия, поможет организовать качественный и экономный обогрев в частном доме, а в многоквартирном – подсчитать полученное тепло и запастись весомыми аргументами, которые можно предъявить теплосети. Разбираемся, что скрывается под термином гигакалория, как эта единица измерения используется в расчетах жилья разного типа, как правильно рассчитать, сколько тепла уходит на обогрев конкретного дома или квартиры.

О единицах измерения

Основной единицей измерения тепла служит калория; в настоящее время она считается внесистемной единицей. Так сложилось исторически: используется несколько разновидностей калории, что вносит определенную путаницу (вспомнить хотя бы о калорийности пищи).

Поскольку в отопительных системах теплоносителем обычно выступает вода, одной калорией обозначают количество тепла, способное подогреть 1 грамм воды на 1°C (соотношение действует для нормального атмосферного давления).

Для использования в расчетах затрат тепла для обогрева эта величина слишком маленькая и неудобная. На практике используют гигакалорию (Гкал), или миллиард калорий, число с девятью нулями. Чтобы понять порядок Гкал, что это в расчетах отопления, лучше перевести ее в наглядный вид: ресурса 1 Гкал хватит, чтобы подогреть тысячу тонн воды (те же 9 нулей) на один градус.

Если перефразировать, 1 гигакалория способна подогреть 1000 кубометров воды на 1°C или, если произвести простейший расчет, примерно 16,7 кубометров на 60°C. Такой порядок цифр можно использовать на практике, например, для того, чтобы оценить работу счетчика ГВС.

В международной системе СИ энергию (и тепло в том числе) измеряют в Джоулях (Дж), а Гкал считается устаревшим способом подсчетов. Тем не менее, она имеет официальное хождение в Российской федерации при расчетах в коммунальных и частных хозяйствах. Кроме Гкал используются следующие производные единицы:

• Гкал/час (гигакалория в час). Как величина она является эквивалентом тепловой мощности. С ее помощью определяют, сколько тепловой энергии произведено (или использовано) за единицу времени.
• Гигакалория на квадратный метр. Показывает расход тепловой энергии на отопление какой-либо площади. На территории РФ величину вводят «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя». Также она используется для расчетов «Правилами предоставления коммунальных услуг».

Существует понятие норматива потребления тепла в месяц. Показатель имеет разное значение в разных климатических зонах; средний по регионам норматив составляет 0,0342 Гкал/м² (в месяц).

Тонкости расчетов: многоэтажка

Тепло – субстанция невидимая, но, несмотря на то, что оно способно после доставки в лом буквально улетучиться на улицу, существуют надежные способы его подсчета. Способы несколько отличаются для многоквартирных и частных домов.

В многоквартирных зданиях счет потребителям выставляется на основании подсчетов того, какое количество тепла осталось в здании. При этом вопрос, в чем измеряется отопление, получает наглядный ответ: расход в квитанциях указываются в Гкал.

Однако центральное отопление в многоэтажках может функционировать по-разному: без счетчика тепла или с ним, причем счетчик может быть квартирным или общедомовым. Самые простые расчеты будут в случае, если прибор учета отсутствует. Когда счетчика нет, расход определяют по площади квартиры, а плату за отопление рассчитывают двумя способами:

• Оплата проводится лишь в отопительный период (помесячно). Необходимо перемножить три числа: площадь квартиры, тариф и норматив потребления коммунальной услуги (в месяц).

• Оплата круглый год. Сумму оплаты (число, полученное в предыдущем пункте) умножают на количество месяцев отопительного периода (например, 7, с октября по апрель). Чтобы узнать размер платы за месяц, полученное число делят на 12.

С приборами учета регулировка в многоэтажках осуществляется двумя способами:

• Общедомовой счетчик. На обратной ветке устанавливается термостат. Его регулировка определяет расход тепла: с похолоданием расход растет, с потеплением – уменьшается.
• Квартирный. Применяется дросселирование радиаторов отопления. На радиаторы устанавливаются терморегуляторы, создающие дополнительное сопротивление на напорном трубопроводе. Сокращая проходимость, терморегулятор снижает температуру, и, следовательно, расход тепла.

Тепловые счетчики ставят в зданиях с горизонтальной разводкой, выполненной одним из двух способов: последовательная или коллекторная система. С общедомовым прибором учета плата за отопление проводится по факту, общую сумму трат делят пропорционально метражу квартир. Получается справедливо: чем больше площадь жилья, тем получается дороже.

Расчет осуществляют следующим порядком:

• Площадь конкретной квартиры делят на общую площадь нежилых, но отапливаемых помещений в здании.
• Полученное число умножают на объем тепла, потраченного для отопления здания, а потом на действующий тариф. Исходные данные доступны в управляющей компании (например, на обогрев дома требуется 320 Гкал).

В новостройках задача упрощается еще больше. В каждую квартиру заводится прямая и обратная труба, что позволяет устанавливать счетчики тепла и регулировать его расход по собственному желанию, зачастую балансируя между комфортом и экономией.

Тонкости расчетов: частный дом

Вопрос, что такое Гкал в отоплении и как он считается, возникает и у владельцев частных домов. Однако у расчетов тепла в частном секторе имеются свои особенности: владельцы могут влиять на цену одной гигакалории, выбирая тот или иной источник тепла.

В каждой местности имеется свой источник выработки тепла, с оптимальными ценами подключения и эксплуатации. Чаще всего таким энергоресурсом становится газ, а теплоносителем в доме – вода, но возможны и другие генераторы тепла (или их комбинации), например, уголь, дизель, дрова или брикеты. Электрическая энергия – самый дорогой ресурс.

Котел для дома приобретается с учетом оптимального энергоресурса и мощности самого оборудования. Чтобы узнать, подходит ли агрегата для данного дома, вычисляют наименьшее значение его мощности. Для этого общую площадь дома (жилые и хозяйственные помещения) делят на удельную мощность котла.

После того, как котел выбран, необходимо рассчитать систему отопления, то есть вычислить, какими параметрами должно обладать оборудование, не только котел, но и насос, трубопровод, радиаторы, запорно-распределительная арматура. Правильно выполненный расчет позволит получить систему, обеспечивающую экономный расход энергоресурсов и качественный обогрев дома.

Существует несколько методик расчета показателей. Так как работающее отопление – система достаточно сложная, все они в расчетах используют поправки, постоянные величины и коэффициенты. При этом надо помнить, что на расчеты и выбор составляющих системы оказывают влияние следующие нагрузки, имеющие различное происхождение:

• Постоянные. Те, которые действуют круглогодично. К ним относится горячее водоснабжение, а в северных регионах – отопление.
• Периодические. Нагрузка меняется вслед за сезонными изменениями температуры воздуха, которые накладываются на суточные колебания (днем и ночью).
• Конвекционное тепловое излучение. Сухое тепло, продуцируемое нагревательными приборами, измерят сухим термометром.
• Учет нагрузки от испарения и конденсации, Процессы идут с теплоотдачей; скрытое тепло можно определить с помощью влажного термометра.

Счетчики тепла

Перед тем, как посчитать тепловую энергию в Гкал, необходимо иметь на руках практическую информацию. Для расчета отопления на конкретном участке системы потребуются следующие данные:

• Температура рабочей среды (обычно это вода) на входе и выходе.

• Расход воды (при проходе через отопительные устройства).

Чтобы измерить температуру, используют различные термометры: от бытового и спиртового, до электрического и инфракрасного. Расход рабочей среды удобно определять с помощью счетчика; существует два типа устройств теплового учета.

Счетчик-крыльчатка

Механический счетчик (другое название – тахометрический) работает при температурах от +5 до +150°C, используется и для отопительных систем, для горячего и холодного водоснабжения. Устройства делятся на турбинные и винтовые (по способу монтажа). Они плохо реагируют на механические примеси, поэтому в системе должен быть фильтр грубой очистки. Счетчик-крыльчатка работает по следующему принципу:

• Вода попадает внутрь счетчика, где находится крыльчатка с установленными на ней магнитами.
• Крыльчатка начинает вращаться, причем количество оборотов прямо пропорционально количеству протекающей воды.
• Вращение фиксируется учетным механизмом, который способен обрабатывать поступающую информацию и переводить число оборотов в объем протекающей воды.

Несмотря на простое устройство, счетчики с крыльчаткой зарекомендовали себя как надежные приборы с достаточно низким порогом срабатывания. Кроме того, агрегаты комплектуются антимагнитным экраном, что препятствует попыткам внешнего влияния на их работу

Счетчик с регистратором перепадов

Действие прибора основано на законе Бернулли, связывающем скорость потока жидкости и ее давление. В счетчике путь воде преграждается специальной подпорной шайбой – диском из стали с просверленным отверстием известного диаметра.

Когда расход воды изменяется, изменяется и перепад на шайбе, причем изменение происходит по квадратичному закону: если расход увеличивается в два раза, то на шайбе перепад вырастает в 4 раза. Если расход, например, сокращается в 3 раза, то дросселируемое давление на шайбе понижается в 9 (3²) раз.

Регистрационный счетчик оснащается электронным узлом, позволяющим определять температуру и расход теплоносителя, а также фактический расход тепла. Прибор можно подключать к компьютеру и настраивать вручную.

В частных домах система отопления чаще всего является открытой, то есть, работающей от двухконтурного котла, снабжающего хозяйство еще и горячей водой. В двухконтурной системе для расчета Гкал на отопление ставят два счетчика, на прямую трубу и на обратку. Разница их показаний покажет расход горячей воды для бытовых нужд.

Простейшие методы вычислений

В случае, когда в системе нет теплового счетчика, применяют приблизительный расчет Гкал на отопление с помощью формулы по объему, имеющей вид: Q=V(Т₁-Т₂)/1000. Используются следующие значения переменных:

• Q – потребляемое тепло (расход).
• V – объем потребляемой горячей воды, в домашнем хозяйстве измеряется в кубометрах.
• Т₁ – вода на выходе из котла (или на входе в систему); если используют усредненное значение, берут 60-65°C.

• Т₂ – температура холодной воды (на выходе). Когда работает отопление, используют показатель +5°C, летом +15°C.
• Коэффициент 1000 позволяет сделать результат наглядным (перевод в гигакалории).

В закрытом контуре расход тепловой энергии Q (не путать с расходом воды) считают следующим образом: Q=V₁(Т₁-Т)-V₂(Т₂-Т). Расшифровка символов имеет следующий вид:

• V₁ – расход рабочей среды (воды или пара) в прямой трубе, V₂ – в обратке.
• Т – температура холодной среды. Т₁ – температура на входе, Т₂ – на выходе.

Для более точных расчетов системы отопления можно воспользоваться онлайн калькулятором. Такие инструменты предлагают возможность расчета радиаторов отопления, теплого пола, теплопотерь трубопровода или помещения, а также другие элементы системы.

Коротко о главном

Вопрос, в чем измеряется тепловая энергия, возникает, когда необходимо рассчитать систему отопления. Расчет важно выполнить правильно, особенно для обладателей собственного дома. Если в результате ошибки вы приобретете котел малой мощности, то будете тратить электричество для вторичного обогрева жилья. Котел с чрезмерным запасом мощности также будет ошибкой: работая в половину мощности, энергоресурсов он будет потреблять практически столько же.

Наглядная единица для вычисления расхода тепла – гигакалория. Расход вычисляют разными методами, что зависит от типа жилья, многоквартирный это дом или частный. Методики подсчета также различаются; они зависят от особенностей системы, наличия и типа измерительных устройств.