Kako izračunati moč plinskega ogrevalnega kotla: formule in primer izračuna.

Pred načrtovanjem ogrevalnega sistema in montažo grelne opreme je pomembno izbrati plinski kotel, ki lahko ustvari potrebno količino toplote za prostor. Zato je pomembno izbrati napravo s takšno močjo, da bo njena zmogljivost čim višja, življenjska doba pa – čim daljša.

Povedali vam bomo, kako izračunati moč plinskega kotla z visoko natančnostjo in upoštevanjem določenih parametrov. V članku, ki smo ga predstavili, so podrobno opisane vse vrste toplotnih izgub skozi odprtine in gradbene konstrukcije, podane so formule za njihov izračun. S posebnostmi izračunov se seznanite s konkretnim primerom.

Tipične napake pri izbiri kotla

Pravilen izračun moči plinskega kotla ne bo le prihranil pri potrošnem materialu, ampak bo tudi povečal izkoristek naprave. Oprema, katere toplotna moč presega dejanske potrebe po toploti, bo delovala neučinkovito, medtem ko premalo zmogljiva naprava ne bo mogla ustrezno ogreti prostora.

Obstaja sodobna avtomatizirana oprema, ki samostojno uravnava dovod plina, kar preprečuje nepotrebne stroške. Če pa tak kotel deluje na meji svojih zmogljivosti, se zmanjša njegova življenjska doba.

Posledično se zmanjša izkoristek opreme, hitreje se obrabijo deli, nastaja kondenz. Zato je potrebno izračunati optimalno moč.

Obstaja prepričanje, da je moč kotla odvisna izključno od površine prostora in da je za vsako bivališče optimalen izračun 100 W na 1 m². Zato je za izbiro moči kotla, na primer za hišo 100 m², potrebna oprema, ki proizvaja 100 × 10 = 10000 W ali 10 kW.

Takšni izračuni so v osnovi napačni zaradi pojava novih zaključnih materialov in izboljšanih izolacij, ki zmanjšujejo potrebo po nakupu opreme visoke moči.

Moč plinskega kotla se izbere ob upoštevanju individualnih značilnosti bivališča. Pravilno izbrana oprema bo delovala maksimalno učinkovito ob minimalni porabi goriva.

Izračun moči plinskega kotla za ogrevanje je mogoče opraviti na dva načina – ročno ali s pomočjo posebnega programa Valtec, ki je namenjen profesionalnim visoko natančnim izračunom.

Potrebna moč opreme je neposredno odvisna od toplotnih izgub prostora. Ko poznamo vrednost toplotnih izgub, lahko izračunamo moč plinskega kotla ali katere koli druge ogrevalne naprave.

Kaj so toplotne izgube prostora?

Vsak prostor ima določene toplotne izgube. Toplota uhaja skozi stene, okna, tla, vrata in strop, zato je naloga plinskega kotla, da nadomesti količino oddane toplote in zagotovi določeno temperaturo v prostoru. Za to je potrebna določena toplotna moč.

Eksperimentalno je ugotovljeno, da največ toplote uhaja skozi stene (do 70%). Skozi streho in okna lahko uhaja do 30% toplotne energije, skozi prezračevalni sistem – do 40%. Najmanjše toplotne izgube so pri vratih (do 6%) in tleh (do 15%).

Na toplotne izgube hiše vplivajo naslednji dejavniki.

• Lokacija hiše. Vsako mesto ima svoje podnebne značilnosti. Pri izračunu toplotnih izgub je treba upoštevati kritično negativno temperaturo, značilno za regijo, ter povprečno temperaturo in trajanje ogrevalne sezone (za natančne izračune z uporabo programa).
• Lega sten glede na smeri neba. Znano je, da je roža vetrov na severni strani, zato bodo toplotne izgube stene na tem območju največje. Pozimi z zahodne, severne in vzhodne strani močno piha hladen veter, zato bodo toplotne izgube teh sten večje.
• Površina ogrevanega prostora. Količina toplote, ki odhaja, je odvisna od velikosti prostora, površine sten, stropov, oken in vrat.
• Toplotna tehnika gradbenih konstrukcij. Vsak material ima svoj koeficient toplotne upornosti in koeficient toplotnega prehoda – sposobnost, da skozenj prehaja določena količina toplote. Za njuno določitev je treba uporabiti tabelarične podatke in določene formule. Podatke o sestavi sten, stropov in tal ter njihovi debelini je mogoče najti v tehničnem načrtu stavbe.
• Okenske in vratne odprtine. Velikost in izvedba vrat ter izolacijskih stekel. Čim večja je površina okenskih in vratnih odprtin, tem večje so toplotne izgube. Pri izračunih je pomembno upoštevati značilnosti nameščenih vrat in izolacijskih stekel.
• Upoštevanje prezračevanja. Prezračevanje je v hiši vedno prisotno, ne glede na to, ali obstaja umetni odvod zraka. Skozi odprta okna se prostor prezračuje, gibanje zraka pa nastaja ob zapiranju in odpiranju vhodnih vrat ter ob prehajanju ljudi iz prostora v prostor, kar prispeva k odhajanju toplega zraka iz prostora in njegovemu kroženju.

Ob poznavanju zgoraj navedenih parametrov je mogoče ne le izračunati toplotne izgube hiše in določiti moč kotla, temveč tudi prepoznati mesta, ki potrebujejo dodatno toplotno izolacijo.

Formule za izračun toplotnih izgub

Te formule je mogoče uporabiti za izračun toplotnih izgub ne le pri zasebni hiši, ampak tudi pri stanovanju. Pred začetkom izračunov je treba narisati načrt prostora, označiti lego sten glede na smeri neba, označiti okna in vratne odprtine ter izračunati dimenzije vsake stene ter okenskih in vratnih odprtin.

Za določitev toplotnih izgub je treba poznati sestavo stene in debelino uporabljenih materialov. Pri izračunih se upoštevajo zid in izolacijski materiali.

Pri izračunu toplotnih izgub se uporabljata dve formuli – s prvo se določi vrednost toplotne upornosti gradbenih konstrukcij, z drugo pa se določijo toplotne izgube.

Za določitev toplotne upornosti se uporabi izraz:

R = B/K

Kjer je:

• R – vrednost toplotne upornosti gradbenih konstrukcij, merjena v (m²*K)/W.
• K – koeficient toplotne prevodnosti materiala, iz katerega je izdelana gradbena konstrukcija, merjen v W/(m*K).
• B – debelina materiala, zapisana v metrih.

Koeficient toplotne prevodnosti K je tabelarični parameter, debelina B pa se vzame iz tehničnega načrta hiše.

Koeficient toplotne prevodnosti je tabelarična vrednost, odvisna je od gostote in sestave materiala, lahko se razlikuje od tabelarične, zato je pomembno, da se seznanite s tehnično dokumentacijo materiala (+)

Prav tako se uporablja osnovna formula za izračun toplotnih izgub:

Q = L × S × dT/R

V izrazu:

• Q – toplotne izgube, merijo se v W.
• S – površina ograjenih konstrukcij (sten, tal, stropov).
• dT – razlika med želeno temperaturo notranjega prostora in zunanjo, meri se in zapisuje v °C.
• R – vrednost toplotne upornosti konstrukcije, m²•°C/W, ki se izračuna po zgornji formuli.
• L – koeficient, odvisen od orientacije sten glede na smeri neba.

Če imate potrebne informacije pri roki, lahko ročno izračunate toplotne izgube posamezne stavbe.

Primer izračuna toplotnih izgub

Kot primer bomo izračunali toplotne izgube hiše z določenimi značilnostmi.

Na sliki je prikazan načrt hiše, za katero bomo izračunali toplotne izgube. Pri sestavi individualnega načrta je pomembno, da pravilno določite orientacijo sten glede na smeri neba, izračunate višino, širino in dolžino konstrukcije ter označite lokacije okenskih in vratnih odprtin ter njihove dimenzije (+)

Glede na načrt je širina konstrukcije 10 m, dolžina – 12 m, višina stropov – 2,7 m, stene so orientirane proti severu, jugu, vzhodu in zahodu. V zahodni steni so vgrajena 3 okna, dve imata dimenziji 1,5×1,7 m, eno – 0,6×0,3 m.

Pri izračunih strehe se upoštevajo sloj izolacije, zaključni in strešni material. Parne in hidroizolacijske folije, ki ne vplivajo na toplotno izolacijo, se ne upoštevajo.

V južni steni so vgrajena vrata z dimenzijami 1,3×2 m, prav tako je prisotno majhno okno 0,5×0,3 m. Na vzhodni strani sta dve okni 2,1×1,5 m in eno okno 1,5×1,7 m.

Stene so sestavljene iz treh plasti:

• obloga sten iz vlaknene plošče (izoplita) zunaj in znotraj – vsaka debeline 1,2 cm, koeficient – 0,05.
• steklena volna, ki leži med stenami, debeline 10 cm in koeficientom 0,043.

Toplotna upornost vsake stene se izračuna posebej, saj se upoštevata lega konstrukcije glede na smeri neba ter število in površina odprtin. Rezultati izračunov za stene se seštejejo.

Tla so večplastna, na celotni površini izvedena po eni tehnologiji, vključujejo:

• obrezano špuntano desko, njena debelina je 3,2 cm, koeficient toplotne prevodnosti – 0,15.
• plast suhe izravnalne iverne plošče debeline 10 cm in koeficientom 0,15.
• izolacija – mineralna volna debeline 5 cm, koeficient 0,039.

Predpostavimo, da tla nimajo loput, ki poslabšajo toplotno tehniko, v klet in podobnih odprtin. Posledično se izračun izvede za površino vseh prostorov po enotni formuli.

Stropi so izdelani iz:

• lesenih desk 4 cm s koeficientom 0,15.
• mineralne volne 15 cm, njen koeficient – 0,039.
• parne in hidroizolacijske plasti.

Predpostavimo, da stropna konstrukcija nima dostopa do podstrešja nad stanovanjskim ali gospodarskim prostorom.

Hiša se nahaja v Brjanski oblasti, v mestu Brjansk, kjer kritična negativna temperatura znaša -26 stopinj. Eksperimentalno je ugotovljeno, da je temperatura tal +8 stopinj. Želena temperatura v prostoru je +22 stopinj.

Izračun toplotnih izgub sten

Da bi našli skupni toplotni upor stene, je treba najprej izračunati toplotni upor vsakega njenega sloja.

Sloj steklene volne ima debelino 10 cm. To vrednost je treba pretvoriti v metre, to je:

B = 10 × 0,01 = 0,1

Dobili smo vrednost B=0,1. Koeficient toplotne prevodnosti toplotne izolacije – 0,043. Podatke vnesemo v formulo za toplotni upor in dobimo:

R_stekl=0,1/0,043=2,32

Po podobnem primeru izračunamo toplotni upor izoplite:

R_izopl=0,012/0,05=0,24

Skupni toplotni upor stene bo enak vsoti toplotnega upora vsakega sloja, pri čemer upoštevamo, da imamo dva sloja DVP.

R=R_stekl+2×R_izopl=2,32+2×0,24=2,8

Po določitvi skupnega toplotnega upora stene lahko najdemo toplotne izgube. Za vsako steno se izračunajo posebej. Izračunajmo Q za severno steno.

Dodatni koeficienti omogočajo, da pri izračunih upoštevamo posebnosti toplotnih izgub sten, ki se nahajajo na različnih straneh neba.

Glede na načrt severna stena nima okenskih odprtin, njena dolžina je 10 m, višina 2,7 m. Potem se površina stene S izračuna po formuli:

S_sev.sten=10×2,7=27

Izračunamo parameter dT. Znano je, da je kritična temperatura okolice za Brjansk – -26 stopinj, želena temperatura v prostoru pa – +22 stopinj. Potem

dT=22-(-26)=48

Za severno stran se upošteva dodatni koeficient L=1,1.

V tabeli so podani koeficienti toplotne prevodnosti nekaterih materialov, ki se uporabljajo pri gradnji sten. Kot vidimo, mineralna volna prepušča skozi sebe minimalno količino toplote, armirani beton – maksimalno.

Po opravljenih predhodnih izračunih lahko uporabimo formulo za izračun toplotnih izgub:

Q_sev.stene=27×48×1,1/2,8=509 (W)

Izračunajmo toplotne izgube za zahodno steno. Glede na podatke so vanjo vgrajena 3 okna, dve imata dimenzije 1,5×1,7 m, eno pa – 0,6×0,3 m. Izračunajmo površino.

S_zah.stene1=12×2,7=32,4

Iz skupne površine zahodne stene je treba izključiti površino oken, saj bodo njihove toplotne izgube drugačne. Za to je treba izračunati površino.

S_okn1=1.5×1.7=2.55

S_okn2=0.6×0.4=0.24

Za izračun toplotnih izgub boste uporabili površino stene brez upoštevanja površine oken, to je:

S_zap.stene=32.4-2.55×2-0.24=25.6

Za zahodno stran je dodatni koeficient 1.05. Dobljene podatke vstavite v osnovno formulo za izračun toplotnih izgub.

Q_zap.stene=25.6×1.05×48/2.8=461.

Podobne izračune naredite za vzhodno stran. Tu so 3 okna, eno ima dimenzije 1,5×1,7 m, dve drugi – 2,1×1,5 m. Izračunajte njihovo površino.

S_okn3=1.5×1.7=2.55

S_okn4=2.1×1.5=3.15

Površina vzhodne stene je:

S_vost.stene1=12×2.7=32.4

Iz skupne površine stene odštejete vrednosti površine oken:

S_vost.stene=32.4-2.55-2×3.15=23.55

Dodatni koeficient za vzhodno steno je 1,05. Na podlagi podatkov izračunajte toplotne izgube vzhodne stene.

Q_vost.stene=1.05×23.55×48/2.8=424

Na južni steni se nahajajo vrata z dimenzijami 1,3×2 m in okno 0,5×0,3 m. Izračunajte njihovo površino.

S_okn5=0.5×0.3=0.15

S_dver=1.3×2=2.6

Površina južne stene bo:

S_južn.stene1=10×2.7=27

Določite površino stene brez upoštevanja oken in vrat.

S_južn.stene=27-2.6-0.15=24.25

Izračunajte toplotne izgube južne stene z upoštevanjem koeficienta L=1.

Q_južn.stene=1×24.25×48/2.80=416

Ko določite toplotne izgube vsake od sten, lahko najdete njihove skupne toplotne izgube po formuli:

Q_sten=Q_južn.stene+Q_vost.stene+Q_zap.stene+Q_sev.stene

Ko vstavite vrednosti, dobite:

Q_sten=509+461+424+416=1810 W

Skupne toplotne izgube sten znašajo 1810 W na uro.

Izračun toplotnih izgub oken

V hiši je skupaj 7 oken, tri imajo dimenzije 1,5×1,7 m, dve – 2,1×1,5 m, eno – 0,6×0,3 m in še eno – 0,5×0,3 m.

Okna z dimenzijami 1,5×1,7 m so profili PVC dvokomorni z I-steklom. Iz tehnične dokumentacije lahko izveste, da je njihov R=0,53. Okna z dimenzijami 2,1×1,5 m so dvokomorna z argonom in I-steklom, imajo toplotno upornost R=0,75, okna 0,6×0,3 m in 0,5×0,3 m – R=0,53.

Površina oken je bila izračunana zgoraj.

S_okn1=1.5×1.7=2.55

S_okn2=0.6×0.4=0.24

S_okn3=2.1×1.5=3.15

S_okn4=0.5×0.3=0.15

Pomembno je tudi upoštevati orientacijo oken glede na strani neba.

Običajno toplotne upornosti oken ni treba izračunati, ta parameter je naveden v tehnični dokumentaciji izdelka.

Izračunajte toplotne izgube zahodnih oken ob upoštevanju koeficienta L=1,05. Na strani se nahajata 2 okni z dimenzijami 1,5×1,7 m in eno z 0,6×0,3 m.

Q_okn1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_okn2=0.24×1.05×48/0.53=23

Skupne izgube zahodnih oken znašajo

Q_zap.okon=243×2+23=509

Na južni strani se nahaja okno velikosti 0,5 × 0,3, njegov R = 0,53. Izračunajte njegove toplotne izgube ob upoštevanju koeficienta 1.

Q_juž.oken=0.15*48×1/0.53=14

Na vzhodni strani se nahajata dve okni z merama 2,1 × 1,5 in eno okno 1,5 × 1,7. Izračunajte toplotne izgube ob upoštevanju koeficienta L = 1,05.

Q_okn1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_okn3=3.15×1.05×48/075=212

Sestejte toplotne izgube vzhodnih oken.

Q_vzh.oken=243+212×2=667.

Skupne toplotne izgube oken so:

Q_oken=Q_vzh.oken+Q_juž.oken+Q_zah.oken=667+14+509=1190

Skupno skozi okna izgubimo 1190 W toplotne energije.

Določitev toplotnih izgub vrat

V hiši so ena vrata, vgrajena v južno steno, z merama 1,3 × 2 m. Na podlagi podatkov iz dokumentacije znaša toplotna prevodnost materiala vrat 0,14, njihova debelina – 0,05 m. Zahvaljujoč tem podatkom lahko izračunate toplotno upornost vrat.

R_vrat=0.05/0.14=0.36

Za izračune je treba izračunati njihovo površino.

S_vrat=1.3×2=2.6

Po izračunu toplotne upornosti in površine lahko poiščete toplotne izgube. Vrata se nahajajo na južni strani, zato uporabite dodatni koeficient 1.

Q_vrat=2.6×48×1/0.36=347.

Skupno skozi vrata izgubimo 347 W toplote.

Izračun toplotne odpornosti tal

Po tehnični dokumentaciji so tla večplastna, po celotni površini enaka, imajo mere 10 × 12 m. Izračunajte njihovo površino.

S_tal=10×12=210.

V sestav tal spadajo deske, DSP in izolacija.

Iz tabele je mogoče izvedeti koeficiente toplotne prevodnosti nekaterih materialov, ki se uporabljajo za talno oblogo. Ta parameter je lahko naveden v tehnični dokumentaciji materialov in se lahko razlikuje od tabelarnega.

Toplotno upornost je treba izračunati za vsako plast tal posebej.

R_desk=0.032/0.15=0.21

R_DSP=0.01/0.15= 0.07

R_izol.=0.05/0.039=1.28

Skupna toplotna upornost tal znaša:

R_tal=R_desk+R_DSP+R_izol.=0.21+0.07+1.28=1.56

Glede na to, da se pozimi temperatura zemlje drži na vrednosti +8 stopinj, bo temperaturna razlika enaka:

dT=22-8=14

Z uporabo predhodnih izračunov lahko poiščete toplotne izgube hiše skozi tla.

Pri izračunu toplotnih izgub tal se upoštevajo materiali, ki vplivajo na toplotno izolacijo (+)

Pri izračunu toplotnih izgub tal upoštevajte koeficient L = 1.

Q_tal=210×14×1/1.56=1885

Skupne toplotne izgube tal znašajo 1885 W.

Izračun toplotnih izgub skozi strop

Pri izračunu toplotnih izgub stropa se upoštevata sloj mineralne volne in lesene plošče. Parna in hidroizolacija ne sodelujeta v procesu toplotne izolacije, zato ju ne upoštevamo. Za izračune bomo morali najti toplotno upornost lesenih plošč in sloja mineralne volne. Uporabimo njune koeficiente toplotne prevodnosti in debelino.

R_les.plošč=0.04/0.15=0.27

R_min.volna=0.05/0.039=1.28

Skupna toplotna upornost bo enaka vsoti R_les.plošč in R_min.volna.

R_strehe=0.27+1.28=1.55

Površina stropa je enaka kot površina tal.

S _stropa = 120

Nato se izvede izračun toplotnih izgub stropa ob upoštevanju koeficienta L=1.

Q_stropa=120×1×48/1.55=3717

Skupaj skozi strop izgubi 3717 W.

V tabeli so navedeni priljubljeni izolacijski materiali za stropove in njihovi koeficienti toplotne prevodnosti. Poliuretan je najučinkovitejši izolacijski material, slama ima najvišji koeficient toplotnih izgub.

Za določitev skupnih toplotnih izgub hiše je treba sešteti toplotne izgube sten, oken, vrat, stropa in tal.

Q_skup=1810+1190+347+1885+3717=8949 W

Za ogrevanje hiše z navedenimi parametri je potreben plinski kotel, ki podpira moč 8949 W ali približno 10 kW.

Določitev toplotnih izgub ob upoštevanju infiltracije

Infiltracija – naravni proces toplotne izmenjave z zunanjim okoljem, ki se dogaja med gibanjem ljudi po hiši, ob odpiranju vhodnih vrat in oken.

Za izračun toplotnih izgub za prezračevanje lahko uporabite formulo:

Q_inf=0.33×K×V×dT

V izrazu:

• K – izračunana stopnja izmenjave zraka, za bivalne prostore se uporablja koeficient 0.3, za prostore z ogrevanjem – 0.8, za kuhinjo in kopalnico – 1.
• V – prostornina prostora, izračuna se ob upoštevanju višine, dolžine in širine.
• dT – temperaturna razlika med zunanjim okoljem in bivalnim delom hiše.

Podobno formulo lahko uporabite, če je v prostoru nameščeno prezračevanje.

Če je v hiši nameščeno umetno prezračevanje, je treba uporabiti isto formulo kot za infiltracijo, le da namesto K vstavimo parametre odvoda zraka, izračun dT pa opravimo ob upoštevanju temperature vhodnega zraka.

Višina prostora – 2,7 m, širina – 10 m, dolžina – 12 m. Ob poznavanju teh podatkov lahko določimo njegovo prostornino.

V=2.7 × 10 × 12=324

Temperaturna razlika bo enaka

dT=48

Kot koeficient K vzamemo vrednost 0,3. Nato

Q_inf=0.33×0.3×324×48=1540

Skupnemu izračunanemu kazalniku Q je treba dodati Q_inf. Na koncu

Q_skup=1540+8949=10489.

Skupaj ob upoštevanju infiltracije bodo toplotne izgube hiše znašale 10489 W ali 10,49 kW.

Izračun moči kotla

Pri izračunu moči kotla je treba uporabiti varnostni faktor 1.2. To pomeni, da bo moč enaka:

W = Q × k

Kjer je:

• Q – toplotne izgube stavbe.
• k – varnostni faktor.

V našem primeru vstavimo Q=9237 W in izračunamo potrebno moč kotla.

W=10489×1.2=12587 W.

Ob upoštevanju varnostnega faktorja je potrebna moč kotla za ogrevanje hiše 120 m² približno 13 kW.

Zaključki in koristen video na to temo

Video navodila: kako izračunati toplotne izgube hiše in moč kotla z uporabo programa Valtec.

Pravilen izračun toplotnih izgub in moči plinskega kotla po formulah ali programskih metodah omogoča z visoko natančnostjo določiti potrebne parametre opreme, kar omogoča izključitev neupravičenih stroškov za gorivo.

Prosim, napišite komentarje v spodnjem bločnem obrazcu. Povejte, kako ste izračunali toplotne izgube pred nakupom ogrevalne opreme za lastno počitniško hišo ali podeželsko hišo. Postavljajte vprašanja, delite informacije in fotografije na to temo.