Статья подготовлена при информационной поддержке инженеров компании Теплодар https://www.teplodar.ru/catalog/kotli/ – отопительные котлы по ценам от производителя.

Главнейшая характеристика, учитываемая при покупке котлов отопления, как газовых, так и электрических или твердотопливных - это их мощность. Поэтому многих потребителей, собирающихся приобрести теплогенератор для системы обогрева помещения, волнует вопрос, как рассчитать мощность котла, исходя из площади помещений и прочих данных. Об этом речь в следующих строках.

Параметры расчёта. Что необходимо учитывать

Но для начала разберёмся, что из себя вообще представляет эта столь важная величина, а главное, почему она так важна.

В сущности, описываемая характеристика теплового генератора, работающего на любом виде топлива, показывает его производительность - то есть, какой площади помещение он сможет обогреть вместе с отопительным контуром.

Например, отопительный аппарат с величиной мощности в 3 – 5 кВт способен, как правило, «охватить» теплом однокомнатную или даже двухкомнатную квартиру, а также дом площадью до 50 кв. м. Установка со значением 7 – 10 кВт «потянет» на трёхкомнатное жильё площадью до 100 кв. м.

Иными словами, обычно принимают мощность, равную примерно десятой доле всей отапливаемой площади (в кВт). Но это только в самом общем случае. Для получения конкретного значения нужен расчёт. В вычислениях должны учитываться различные факторы. Перечислим их:

• Общая отапливаемая площадь.
• Регион, где действует рассчитываемое отопление.
• Стены дома, их теплоизоляция.
• Теплопотери крыши.
• Вид топлива котла.

А теперь непосредственно поговорим о расчёте мощности применительно к разным видам котлов: газовым, электрическим и твердотопливным.

Газовые котлы

Исходя из вышесказанного, мощность котельного оборудования для отопления рассчитывается по одной достаточно простой формуле:

N котла = S х N уд. / 10.

Здесь значения величин расшифровываются так:

• N котла - мощность данного конкретного агрегата;
• S - полная сумма площадей всех отапливаемых системой помещений;
• N уд. – удельная величина теплового генератора, требуемая для прогрева 10 кв. м. площади помещения.

Один из главных определяющих факторов для расчёта - это климатическая зона, регион, где используется это оборудование. То есть расчёт мощности твердотопливного котла ведётся со ссылкой на конкретные климатические условия.

Что характерно, если когда-то, во время существования ещё советских норм назначения мощности отопительной установки, считали 1 кВт. всегда равным 10 кв. метрам, то сегодня крайне необходимо производить точный расчёт для реальных условий.

При этом нужно принимать следующие значения N уд.

Для примера сделаем расчёт мощности твердотопливного котла отопления относительно Сибирского региона, где зимние морозы порой достигают -35 градусов по Цельсию. Возьмём N уд. = 1,8 кВт. Тогда для отопления дома общей площадью 100 кв. м. понадобится установка с характеристикой следующей расчётной величины:

N котла = 100 кв. м. х 1,8 / 10 = 18 кВт.

Как видим, примерное отношение количества киловатт к площади как один к десяти здесь не имеет силу.

Важно знать! Если известно, сколько киловатт у конкретной установки на твёрдом топливе, можно посчитать тот объём теплоносителя, иными словами, объём воды, который необходим для наполнения системы. Для этого просто достаточно полученную N теплогенератора умножить на 15.

В нашем случае объём воды в системе отопления равен 18 х 15 = 270 литров.

Однако учёта климатической составляющей для расчёта силовой характеристики теплогенератора в ряде случаев недостаточно. Необходимо помнить, что могут иметь место тепловые потери из-за определённой конструкции помещений. Прежде всего, нужно учитывать, каковы стены жилого помещения. Насколько утеплён дом - этот фактор имеет большое значение. Также важно учитывать строение крыши.

В целом можно воспользоваться специальным коэффициентом, на который нужно умножить полученную по нашей формуле мощность.

Этот коэффициент имеет такие приближённые значения:

• К = 1, если дому более 15 лет, а стены выполнены из кирпича, пеноблоков или дерева, причём стены утеплены;
• К = 1.5, если стены не утеплены;
• К = 1.8, если, кроме неутеплённых стен, у дома плохая крыша, которая пропускает тепло;
• К = 0.6 у современного дома с утеплением.

Предположим, в нашем случае дому 20 лет, он выстроен из кирпича и хорошо утеплён. Тогда мощность, рассчитанная в нашем примере, остаётся прежней:

N котла = 18х1 = 18 кВт.

Если же котёл устанавливается в квартире, то здесь необходимо учесть подобный коэффициент. Но для обычной квартиры, если она не на первом или последнем этаже, К будет равен 0,7. Если же квартира на первом или последнем этаже, то следует принять К = 1,1.

Как рассчитать мощность для электрокотлов

Электрические котлы используются для отопления нечасто. Основная причина в том, что электроэнергия сегодня слишком дорога, а максимальная мощность таких установок невысока. К тому же, возможны сбои и долговременные отключения электричества в сети.

Расчёт здесь можно произвести по той же формуле:

N котла = S х N уд. / 10,

после чего следует умножить полученный показатель на необходимые коэффициенты, о них мы уже писали.

Однако есть и другой, более точный в этом случае, метод. Укажем его.

Этот способ основывается на том, что первоначально берётся величина 40 Вт. Данная величина означает, что столько мощности без учёта дополнительных факторов необходимо для прогрева 1 м3. Далее расчёт ведётся так. Поскольку окна и двери являются источниками теплопотерь, то нужно прибавлять на каждое окно 100 Вт, а на дверь - 200 Вт.

На последнем этапе учитывают те же самые коэффициенты, о которых уже упоминалось выше.

Для примера рассчитаем таким способом мощность электрического котла, устанавливаемого в доме 80 м2 с высотой потолков 3 м, с пятью окнами и одной дверью.

N котла = 40х80х3+500+200=10300 Вт, или приближенно 10 кВт.

Если расчёт ведётся для квартиры на третьем этаже, необходимо полученную величину умножить, как уже говорилось, на понижающий коэффициент. Тогда N котла = 10х0.7=7 кВт.

Теперь поговорим о твердотопливных котлах.

Для твердотопливных

Этот вид оборудования, как ясно из названия, отличается использованием для отопления твёрдого топлива. Преимущества таких агрегатов очевидны большей частью в отдалённых посёлках и дачных обществах, где нет газопроводов. В качестве твёрдого топлива используются обычно дрова или пеллеты - прессованная стружка.

Методика расчёта мощности твердотопливных котлов идентична приведённой выше методике, характерной для газовых котлов отопления . Иными словами, расчёт ведётся по формуле:

N котла = S х N уд. / 10.

После расчёта силового показателя по этой формуле, его также умножают на приведённые выше коэффициенты.

Однако в этом случае необходимо учесть тот факт, что у твердотопливного котла низкий КПД. Поэтому после расчёта описанным методом следует прибавить запас мощности примерно 20%. Впрочем, если в системе отопления планируется использовать тепловой аккумулятор в виде ёмкости для накопления теплоносителя, то можно оставить расчётную величину.

Тепловая мощность котельной представляет собой суммарную теплопроизводительность котельной по всем видам теплоносителей, отпускаемых с котельной через тепловую сеть внешним потребителям.

Различают установленную, рабочую и резервную тепловые мощности.

Установленная тепловая мощность - сумма тепловых мощностей всех установленных в котельной котлов при работе их в номинальном (паспортном) режиме.

Рабочая тепловая мощность - тепловая мощность котельной при работе ее с фактической тепловой нагрузкой в данный момент времени.

В резервной тепловой мощности различают тепловую мощность явного и скрытого резерва.

Тепловая мощность явного резерва - сумма тепловых мощностей установленных в котельной котлов, находящихся в холодном состоянии.

Тепловая мощность скрытого резерва - разность между установленной и рабочей тепловыми мощностями.

Технико-экономические показатели котельной

Технико-экономические показатели котельной разделяются на 3 группы: энергетические, экономические и эксплуатационные (рабочие), которые, соответственно, предназначены для оценки технического уровня, экономичности и качества эксплуатации котельной.

Энергетические показатели котельной включают:

1. К.п.д. котлоагрегата брутто (отношение количества теплоты, выработанной котлоагрегатом, к количеству теплоты, полученной от сжигания топлива):

Количество теплоты, выработанной котлоагрегатом, определяется:

Для паровых котлов:

где DП - количество пара, получаемое в котле;

iП - энтальпия пара;

iПВ - энтальпия питательной воды;

DПР - количество продувочной воды;

iПР - энтальпия продувочной воды.

Для водогрейных котлов:

где MC - массовый расход сетевой воды через котел;

i1 и i2 - энтальпии воды до и после нагрева в котле.

Количество теплоты, полученное от сжигания топлива, определяется произведением:

где BK - расход топлива в котел.

2. Доля расхода теплоты на собственные нужды котельной (отношение абсолютного расхода теплоты на собственные нужды к количеству теплоты, выработанной в котлоагрегате):

где QСН - абсолютный расход теплоты на собственные нужды котельной, который зависит от особенностей котельной и включает расход теплоты на подготовку котловой питательной и сетевой подпиточной воды, подогрев и распыливание мазута, отопление котельной, горячее водоснабжение котельной и прочее.

Формулы для расчета статей расхода теплоты на собственные нужды приведены в литературе

3. К.п.д. котлоагрегата нетто, который в отличие от к.п.д. котлоагрегата брутто, не учитывает расход теплоты на собственные нужды котельной:

где - выработка теплоты в котлоагрегате без учета расхода теплоты на собственные нужды.

С учетом (2.7)

• 4. К.п.д. теплового потока, который учитывает потери теплоты при транспортировке теплоносителей внутри котельной вследствие передачи теплоты в окружающую среду через стенки трубопроводов и утечек теплоносителей: зтn = 0,98ч0,99.
• 5. К.п.д. отдельных элементов тепловой схемы котельной:
  • * к.п.д. редукционно-охладительной установки - зроу;
  • * к.п.д. деаэратора подпиточной воды - здпв;
  • * к.п.д. сетевых подогревателей - зсп.
• 6. К.п.д. котельной - произведение к.п.д. всех элементов, агрегатов и установок, образующих тепловую схему котельной, например:

К.п.д. паровой котельной, отпускающей потребителю пар:

К.п.д паровой котельной, отпускающей потребителю нагретую сетевую воду:

К.п.д. водогрейной котельной:

7. Удельный расход условного топлива на выработку тепловой энергии - масса условного топлива, затраченного на выработку 1 Гкал или 1 ГДж тепловой энергии, отпускаемой внешнему потребителю:

где Bкот - расход условного топлива в котельной;

Qотп - количество теплоты, отпущенное с котельной внешнему потреби-телю.

Расход условного топлива в котельной определяется выражениями:

где 7000 и 29330 - теплота сгорания условного топлива в ккал/кг у.т. и кДж/кг у.т.

После подстановки (2.14) или (2.15) в (2.13):

К.п.д. котельной и удельный расход условного топлива являются важнейшими энергетическими показателями котельной и зависят от типа установленных котлов, вида сжигаемого топлива, мощности котельной, вида и параметров отпускаемых теплоносителей.

Зависимость и для котлов, применяемых в системах теплоснабжения, от вида сжигаемого топлива:

Экономические показатели котельной включают:

1. Капитальные затраты (капиталовложения) К, которые представляют собой сумму затрат, связанных с сооружением новой или реконструкции

существующей котельной.

Капитальные затраты зависят от мощности котельной, типа установленных котлов, вида сжигаемого топлива, вида отпускаемых теплоносителей и ряда конкретных условий (удаленность от источников топлива, воды, магистральных дорог и прочее).

Ориентировочная структура капитальных затрат:

• * строительно-монтажные работы - (53ч63)% К;
• * затраты на оборудование - (24ч34)% К;
• * прочие затраты - (13ч15)% К.
• 2. Удельные капитальные затраты kУД (капитальные затраты, отнесенные к единице тепловой мощности котельной QКОТ):

Удельные капитальные затраты позволяют определить ожидаемые капитальные затраты на сооружение вновь проектируемой котельной по аналогу:

где - удельные капитальные затраты на сооружение аналогичной котельной;

Тепловая мощность проектируемой котельной.

• 3. Ежегодные затраты, связанные с выработкой тепловой энергии, включают:
  • * расходы на топливо, электроэнергию, воду и вспомогательные материалы;
  • * заработную плату и соответствующие отчисления;
  • * амортизационные отчисления, т.е. перенос стоимости оборудования по мере его износа на стоимость вырабатываемой тепловой энергии;
  • * текущий ремонт;
  • * общекотельные расходы.
• 4. Себестоимость тепловой энергии, которая представляет собой отношение суммы годовых затрат, связанных с выработкой тепловой энергии, к количеству теплоты, отпускаемой внешнему потребителю в течение года:

5. Приведенные затраты, которые представляют собой сумму ежегодных затрат, связанных с выработкой тепловой энергии, и части капитальных затрат, определяемой нормативным коэффициентом эффективности капиталовложения Eн:

Величина, обратная Eн, дает срок окупаемости капитальных затрат. Например, при Eн=0,12 срок окупаемости(года).

Эксплуатационные показатели, указывают на качество эксплуатации котельной и, в частности, включают:

1. Коэффициент рабочего времени (отношение фактического времени работы котельной фф к календарному фк):

2. Коэффициент средней тепловой нагрузки (отношение средней тепловой нагрузки Qср за определенный период времени к максимально возможной тепловой нагрузке Qм за этот же период):

3. Коэффициент использования максимальной тепловой нагрузки, (отношение фактически выработанной тепловой энергии за определенный период времени к максимально возможной выработке за этот же период):

Данная котельная предназначена для обеспечения теплотой систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и для технологического теплоснабжения. По виду энергоносителя и схеме его подачи потребителю КУ относится к отпускающим пар с возвратом конденсата и горячую воду по закрытой схеме теплоснабжения.

Тепловая мощность КУ определяется суммой часовых расходов теплоты на отопление и вентиляцию при максимально-зимнем режиме, максимально-часовых расходов теплоты на технологические цели и максимально-часовых расходов теплоты на горячее водоснабжение (при закрытых системах тепловых сетей).

Рабочая мощность КУ - суммарная мощность работающих котлоагрегатов при фактической нагрузке в данный период времени. Рабочая мощность определяется исходя из суммы тепловой нагрузки потребителей и тепловой энергии, используемой на собственные нужды котельной. В расчётах также учитываем потери теплоты в пароводяном цикле котельной установки и тепловых сетях.

Определение максимальной производительности котельной установки и количества установленных котлов

Q ку У = Q ov +Q гвс +Q tex +Q ch +ДQ ,Вт (1)

где Q ov , Q гвс, Qтех- расходы теплоты соответственно на отопление и вентиляцию, горячее водоснабжение и на технологические нужды, Вт (по заданию); Qch - расход теплоты на собственные нужды котельной установки, Вт; ДQ - потери в цикле котельной установки и в тепловых сетях (принимаем в размере 3% от суммарной тепловой мощности КУ).

Q гв = 1,5 МВт;

Q гвс = 4,17*(55-15)/(55-5)= 3,34 МВт

Расход теплоты на технологические нужды определяем по формуле:

Qtex =Дtex · (h ПАР -h ХВ), МВт (2)

где Д тех = 10 т/ч = 2,77 кг/с - расход пара на технологию (по заданию); h nap = 2,789 МДж/кг -энтальпия насыщенного пара при давлении 1,4 МПа; h XB = 20,93 кДж/кг = 0,021 МДж/кг - энтальпия холодной (исходной) воды.

Qtex = 2,77 · (2,789 - 0,021) = 7,68 МВт

Тепловая мощность, потребляемая КУ на собственные нужды, зависит от её типа и вида топлива, а также от типа системы теплоснабжения. Она расходуется на подогрев воды перед установкой для её химической очистки, деаэрацию воды, подогрев мазута, обдувку и очистку поверхностей нагрева и др. Принимаем в пределах 10-15 % от внешнего суммарного расхода теплоты на отопление, вентиляцию, ГВС и технологические нужды.

Q cн = 0,15*(4,17+3,34+7,68)= 2,27 МВт

ДQ = 0,03*15,19 = 0,45 МВт

Q ку У = 4,17+3,34+7,68+2,27 +0,45 =18 Вт

Тогда тепловая мощность КУ для трёх режимов работы котельной составит:

1) максимально-зимний:

Q ку м.з = 1,13(Q ОV + Q гвс + Q тex) ;МВт (3)

Q ку м.з = 1,13(4,17+3,34 +7,68) = 17,165 МВт

2) наиболее холодный месяц:

Q ку н.х.м = Q ку м.з *(18-t нв)/(18-t но) ,МВт (4)

Q ку н.х.м =17,165*(18+17)/(18+31)=11,78 МВт

где t но = -31°C - расчетная температура для проектирования отопления - наиболее холодной пятидневки (Коб = 0,92) ; t нв = - 17°С - расчётная температура для проектирования вентиляции - в холодный период года (параметры А) .

Выбор количества КА .

Предварительно количество КА для максимально зимнего периода можно определить по формуле:

Находим по формуле:

Q ка =2,7 (2,789-0,4187)+0,01 5 2,7 (0,826-0,4187)=6,6 МВт

ближайший КА ДКВр-6,5-13

При принятии окончательного решения о количестве КА необходимо выполнить условия:

• 1)количество КА должно быть не менее 2
• 2)в случае выхода из строя одного из котлов, оставшиеся в работе должны обеспечить тепловую мощность наиболее холодного месяца
• 3)необходимо предусмотреть возможность осуществления ремонта КА в летний период (как минимум один котел)

Количество КА для наиболее холодного периода: Q ку н.х.м / Q ка =11,78/6,6=1,78=2 КА

Количество КА для летнего периода:1,13(Q гвс + Qtex)/ Q ка =1,13(3,34+7,68)=1,88=2 КА.

Цель расчета тепловой схемы котельной - определить потребную тепловую мощность (теплопроизводительность) котельной и подобрать тип, число и производительность котлов. Тепловой расчет позволяет также определить параметры и расходы пара и воды, подобрать типоразмеры и количество устанавливаемого в котельной оборудования и насосов, подобрать арматуру, средства автоматики и безопасности. Тепловой расчет котельной должен выполняться в соответствии со СНиП Н-35-76 «Котельные установки. Нормы проектирования» (с изменениями от 1998 и 2007 гг.). Тепловые нагрузки для расчета и выбора оборудования котельных должны определяться для трех характерных режимов: максимально-зимнего - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку; наиболее холодного месяца - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодный месяц; летнего - при расчетной температуре наружного воздуха теплого периода. Указанные средние и расчетные температуры наружного воздуха принимаются в соответствии со строительными нормами и правилами по строительной климатологии и геофизике и по проектированию отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Ниже приводятся краткие указания по расчету для максимально-зимнего режима.

В тепловой схеме производственно-отопительной паровой котельной давление пара в котлах поддерживается равным давлению р, необходимому производственному потребителю (см. рис. 23.4). Этот пар - сухой насыщенный. Его энтальпию, температуру и энтальпию конденсата можно найти по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара . Пар давлением р ОТ, используемый для нагрева сетевой воды, воды системы горячего водоснабжения и воздуха в калориферах, получается дросселированием пара давлением р в редукционном клапане РК2. Поэтому его энтальпия не отличается от энтальпии пара до редукционного клапана. Энтальпию и температуру конденсата пара давлением р от следует определить по таблицам по этому давлению. Наконец, пар давлением 0,12 МПа, поступающий в деаэратор, частью образуется в расширителе непрерывной продувки, а частью получается дросселированием в редукционном клапане РК1. Поэтому в первом приближении следует принять его энтальпию равной среднеарифметическому значению энтальпий сухого насыщенного пара при давлениях р и 0,12 МПа. Энтальпия и температура конденсата пара давлением 0,12 МПа должны быть определены по таблицам по этому давлению.

Тепловая мощность котельной равна сумме тепловых мощностей технологических потребителей, отопления, горячего водоснабжения и вентиляции, а также расхода теплоты на собственные нужды котельной.

Тепловая мощность технологических потребителей определяется по паспортным данным изготовителя или рассчитывается по фактическим данным о технологическом процессе. В ориентировочных расчетах можно использовать усредненные данные о нормах расхода теплоты.

В гл. 19 изложен порядок расчета тепловой мощности для различных потребителей. Максимальная (расчетная) тепловая мощность отопления производственных, жилых и административных помещений определяется в соответствии с объемами зданий, расчетными значениями температуры наружного воздуха и воздуха в каждом из зданий. Так же рассчитывается максимальная тепловая мощность вентиляции производственных зданий. Принудительная вентиляция в жилой застройке не предусматривается. После определения тепловой мощности каждого из потребителей рассчитывается расход пара на них.

Расчет расходов пара на внешние тепловые потребители выполняется по зависимостям (23.4)-(23.7), в которых обозначения тепловых мощностей потребителей соответствуют обозначениям, принятым в гл. 19. Тепловые мощности потребителей должны быть выражены в кВт.

Расход пара на технологические нужды, кг/с:

где / п, / к - энтальпия пара и конденсата при давлении р , кДж/кг; Г| с - коэффициент сохранения теплоты в сетях.

Потери теплоты в сетях определяются в зависимости от способа прокладки, типа изоляции и длины трубопроводов (подробнее см. гл. 25). В предварительных расчетах можно принять Г| с = 0,85- 0,95.

Расход пара на отопление, кг/с:

где / п, / к - энтальпия пара и конденсата, / п определяется по /? от; / к = = с в t 0K , кДж/кг; / ок - температура конденсата после ОК, °С.

Потери теплоты от теплообменников в окружающую среду можно принять равными 2% от передаваемой теплоты, Г| то = 0,98.

Расход пара на вентиляцию, кг/с:

р ОТ, кДж/кг.

Расход пара на горячее водоснабжение, кг/с:

где / п, / к - энтальпия пара и конденсата соответственно, определяются по р от, кДж/кг.

Для определения номинальной паропроизводительности котельной необходимо рассчитать расход пара, отпускаемого внешним потребителям:

При подробных расчетах тепловой схемы определяются расход добавочной воды и доля продувки, расход пара на деаэратор, расход пара на разогрев мазута, на отопление котельной и другие нужды. При ориентировочных расчетах можно ограничиться оценкой расхода пара на собственные нужды котельной ~ 6% от расхода на внешних потребителей.

Тогда максимальная производительность котельной с учетом приближенного расхода пара на собственные нужды определяется как

где к сн = 1,06 - коэффициент затрат пара на собственные нужды котельной.

По величине, давлению р и топливу выбирается тип и количество котлов в котельной с номинальной паропроизводительностью 1Г ом из стандартного ряда. К установке в котельной рекомендуются, например, котлы типа КЕ и ДЕ Бийского котельного завода. Котлы КЕ предназначены для работы на различных видах твердого топлива, котлы ДЕ - для газа и мазута.

В котельной должно устанавливаться более одного котла. Суммарная производительность котлов должна быть больше или равна D™*. Рекомендуется устанавливать в котельной котлы одного типоразмера. Резервный котел предусматривается при расчетном числе котлов один или два. При расчетном числе котлов три и более резервный котел обычно не устанавливается.

При расчете тепловой схемы водогрейной котельной тепловая мощность внешних потребителей определяется, также как при расчете тепловой схемы паровой котельной. Затем определяется суммарная тепловая мощность котельной:

где Q K0T - тепловая мощность водогрейной котельной, МВт; к сн = = 1,06 - коэффициент расхода теплоты на собственные нужды котельной; Q BHi - тепловая мощность /-го потребителя теплоты, МВт.

По величине Q K0T подбирается типоразмер и число водогрейных котлов. Так же как в паровой котельной, число котлов должно быть не менее двух. Характеристики водогрейных котлов приведены в .