Как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе?

В настоящее время существует довольно большой выбор отопительных приборов, с помощью которых можно эффективно организовать систему автономного отопления. Желание потребителей уменьшить зависимость от централизованных услуг по тепло и энергоснабжению вполне объяснимо. Экономия средств, затраченных на газовое отопление, является существенным фактором, на который обращают внимание жители частных домов.

К тому же не всегда есть технологическая возможность подключиться к централизованному газоснабжению. В такой ситуации на главные роли выходит котельная техника, работающая на твердом топливе. Мощный твердотопливный котел является прекрасной альтернативой газовому оборудованию. Производители сумели не только повысить технологичность нагревательной техники этого типа, но и добиться значительного повышения эффективности твердотопливных агрегатов. Большая мощность и высокий коэффициент полезного действия твердотопливного котла, работающего на различных видах ископаемого и органического топлива, делают подобные аппараты востребованными и популярными.

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

Важным аспектом для того, что бы правильно выбрать нагревательный прибор для собственных нужд, является расчет мощности котла. Детально рассмотрим, как это сделать и на что следует обратить внимание.

Для чего необходимо делать расчет мощности нагревательного прибора

Внешний вид отопительной техники, высокие технологические характеристики, заявленные в техническом паспорте, дают только поверхностное представление о технических возможностях твердотопливного котла. Основным параметром, влияющим на ваш выбор, является мощность аппарата. В погоне за ней мы порой делаем скоропалительные выводы и переплачиваем, приобретая мощные агрегаты, не соответствующие реальным требованиям и поставленным задачам.

Цена-качество + тепловая отдача, соотношение имеет определяющее значение для любого отопительного оборудования. Фирмы-производители предлагают потребителю нагревательные котлы самых разных моделей, каждая из которых соответствует определенным условиям эксплуатации. Несмотря на это, в каждом отельном случае важно иметь понимание, как должен работать нагревательное устройство и на что будет расходоваться ресурс греющего агрегата. Рассчитанный с учетом потребностей и конструктивных особенностей помещения параметр работы отопительного прибора на твердом топливе, правильная установка оборудования, позволят вывести систему домашнего отопления на оптимальный режим работы.

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

Многие потребители задаются вопросом. Как рассчитать самостоятельно мощность собственного твёрдотопливного котла, что бы в дальнейшем не было проблем с работой системы отопления. Сложного ничего нет. Приложив минимум знаний и усилий, можно получить предварительные данные, дающие представление о том, какой должен быть нагревательный прибор и чем его лучше топить.

Мощность отопительного котла —  теория и реальные факты

Нагревательный аппарат, работающий на угле, дровах или на другом органическом топливе выполняет определенную работу, связанную с подогревом теплоносителя. Величина работы котельного оборудования определяется объемом тепловой нагрузки, которую способен выдержать твердотопливный котел при сгорании определенного количества топлива. Соотношение расходуемого количества топлива, объем выделяемой тепловой энергии на оптимальных режимах работы оборудования и является мощностью котла.

Некорректно подобранный по мощности отопительный агрегат, не сможет обеспечить необходимую температуру котловой воды в отопительном контуре. Маломощные твердотопливные устройства не позволят автономной системе полностью реализовать ваши потребности в плане обогрева жилья и обеспечении работы ГВС. Возникнет необходимость увеличивать мощность автономного устройства. Мощный аппарат наоборот, создаст проблемы во время эксплуатации. Придется вносить конструктивные изменения в существующий отопительный комплекс для снижения тепловой нагрузки твердотопливного нагревательного устройства. Зачем зря жечь драгоценное топливо, если нет необходимости в таком количестве тепла.

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

Для справки: превышение мощности котла технологических параметров системы отопления, приводит к тому, что теплоноситель в контуре будет расходиться импульсивно. Частые включения и выключения нагревательного агрегата приводит к перерасходу топлива, снижению эксплуатационных возможностей отопительного оборудования в целом.

С теоретической точки зрения рассчитать оптимальный режим работы котельного оборудования не представляет сложности. Ориентировочно принято считать, что 10 кВт достаточно для отопления жилой площади в 10 м2. Данный показатель берется с учетом высокой теплоэффективности здания и стандартных конструктивных особенностей строения (высота потолка, площадь остекления).

В теории расчет делается на основе следующих параметров:

  • площадь отапливаемого помещения;
  • удельная мощность отопительного оборудования для обогрева 10 кв. м, с учетом климатических условий вашего региона.

В таблице показаны средние параметры котельного оборудования, применяемого потребителями в Московской области:

Площадь жилого дома, других помещений, м2 Рекомендуемая мощность агрегата, кВт
60 — 200 до 25
200 — 300 25 — 35
300 — 600 35 — 60
600 — 1200 60 — 100

Параметры тепловой нагрузки выглядят оптимальными на бумаге, в теории, чего явно недостаточно применительно к местным условиям. Подобранный агрегат в реальности должен иметь избыточные возможности. В реальности надо ориентироваться на оборудование, способное работать с небольшим запасом мощности.

На заметку: Избыточная мощность твердотопливного котла позволит быстро выйти на оптимальный режим работы всю систему отопления в доме. Дополнительный ресурс должен превышать расчетные данные на 20-30%.

Реальные показатели нагрузки твердотопливных агрегатов зависят от совокупности самых разных факторов. Климатические условия региона, в котором вы проживаете, могут вносить коррективы при выборе нагревательного котла. Для средней полосы принято считать оптимальными следующие параметры мощности котельного оборудования:

  • однокомнатная городская квартира – котел с выходной нагрузкой 4,16- 5 кВт;
  • для двухкомнатной квартиры – оборудование номиналом в 5,85-6 кВт;
  • трехкомнатной квартире будет достаточно иметь агрегат  8,71-10 кВт;
  • четырехкомнатная квартира, жилой частный дом потребуют для отопления установки котла параметрами в 12-24 кВт.

Важно! Если речь идет о монтаже котельного оборудования на твердом топливе в частных домах и в загородных жилых постройках, необходимо ориентироваться на аппараты больших технологических возможностей. Для обогрева и обеспечения ГВС жилого дома площадью 150 м2 и более, потребуется ставить твердотопливный котел 24 кВт и более. Все зависит от интенсивности работы отопительной системы и объема бытовых потребностей в горячей воде.

Выбирать отопительную технику необходимо всегда индивидуально, опираясь на расчетные данные и собственные потребности.

Варианты расчета мощности твердотопливных агрегатов

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

Точность ваших расчетов зависит от учета всех факторов и показателей, на которые мы обращали внимание выше. Для большей понятности можно выполнить ряд действий, которые дадут представление о том, как это делается.

Удельная мощность нагревательного прибора обозначается буквой W. Для регионов нашей страны с суровым климатом этот параметр составляет 1,2-2 кВт. В южных областях удельная величина обогревателя варьируется в пределах 0,7-0,9 кВт. Среднее значение в данном случае составляет 1.2-1,5 кВт.

Для начала определяем площадь помещений, подлежащих отоплению. Далее полученные данные площади делим на удельную величину мощности котла, установленного в доме на определенной территории. Полученный результат делим на 10, из расчета теоретического соотношения затраченной мощности отопительного оборудования на обогрев 10 кв. метров.

Например: рассчитываем предельную нагрузку нагревательного котла, работающего на угле для среднестатистического жилого дома, площадью в 150 м2.

  • Жилая площадь составляет  —  150 кв. метров.
  • Удельная мощность отопительного аппарата для обогрева 10 м2 составляет 1,5 кВт.

Используем для работы следующую формулу: W = (150 х 1.5)/10. В итоге получаем 22,5 кВт. Полученное значение является отправной точкой для того, что бы подобрать автономный котел на твердом топливе, учитывая технологические возможности отопительной системы и собственных бытовых нужд.

На заметку: найдя подобную модель отопительной техники, накиньте 20-30% мощности для повышения технологических возможностей всего отопительного оборудования. От количества жильцов в доме зависит нагрузка на систему ГВС, комфортная температура в доме при условии, что котел работает на оптимальных режимах.

По аналогичному сценарию можно рассчитать необходимый ресурс отопительного аппарата для дома любой площади. Всегда учитывайте климатические условия и собственные запросы к котельному оборудованию.

Оптимальный выбор отопительной техники  — нюансы и тонкости вопроса

Узнав для себя необходимые параметры мощности твердотопливного котла, который будет стоять у вас в доме, можно приступать к проектированию и монтажу отопительной системы. Следует знать, что заявленные данные о ресурсе тепловой нагрузки оборудования оказывают влияние на стоимость агрегата. Нагревательные устройства малой мощности имеют ограниченные технологические возможности и рассчитаны главным образом на обогрев малых по площади помещений. Это могут быть дачные дома, сауны и гостевые постройки загородного типа.

При необходимости возникает вопрос, как увеличить функциональность и эффективность твердотопливного прибора. В данном случае существуют разумные технические и инженерные решения, с помощью которых увеличение работоспособности котла даст ощутимый эффект.

На заметку: существенно увеличить эффективность устройства можно посредством установки в дымоходе дополнительного теплообменника, который будет получать тепло от выходящих в атмосферу летучих отходов горения. Экономайзер (дополнительный теплообменник) даст прирост в 20-30% к номинальной мощности котельного оборудования.

Использовать для автономного отопления жилых домов твердотопливные котлы большой мощности нецелесообразно. Подобное оборудование громоздко и требует для установки специального помещения большой площади. Учитывая размеры и огромную мощность промышленного котельного оборудования, следует помнить о значительном расходе топливного ресурса.

Такая техника идеально подходит для отопления в промышленных масштабах. Много тепла потребуется при обогреве крупных промышленных объектов и сооружений. Твердотопливные агрегаты с большой тепловой нагрузкой устанавливаются на предприятиях.

Выводы

Подбор нагревательной техники  — задача сложная и ответственная. Не стоит сразу гнаться за моделями твердотопливных агрегатов, которые имеют большую мощность. В ряде случаев для отопления жилого дома вполне хватает установки агрегата с выходными параметрами в 24-36 кВт. При температуре за окном -30 0С, такой котел даст возможность создать внутри помещения температуру в +20-22 0С и нагреть воду в системе ГВС до показателей в 40-45 0С.

В каждом отдельном случае можно сделать выбор в пользу того или иного вида нагревательной техники

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

Большая мощность котла может потребоваться в пиковых ситуациях, когда климатические условия заставляют работать систему отопления в усиленном режиме. Однако такие ситуации не являются систематическими, и большую часть времени ваш нагревательный прибор будет работать на пониженных режимах. Если у вас предполагается большой расход горячей воды в бытовых целях, то сразу следует ориентироваться на оборудование большей мощности. В современных частных домах больше 50% мощности нагревательного оборудования идет на обеспечение горячей водой обитателей дома. Подключение системы отопления «теплый пол» так же заставляют обращать внимание на котельное оборудование с большей мощностью.

Подбирать котел нужно не только исходя на его фактическую мощность. Здесь играет роль эксплуатационные возможности отопительной техники, способ и качество обслуживания котельного оборудования. Используя оптимальный вид топлива для своего нагревательного оборудования, наличие автоматики позволят вам добиться нормальной работы твердотопливного котла.

При выборе твердотопливного котла нужно предусматривать мощность. От нее зависит, сможет ли устройство создать необходимое количество тепла для всего дома или нет. Нежелательно выбирать слишком мощный котёл, потому, что он будет работать в режиме экономии, а это скажется на уменьшении КПД.

Чтобы сделать правильный выбор твердотопливного котла, нужно знать два показателя:

  1. Количество тепла, необходимое для отопления помещения и нагрева воды.
  2. Реальную мощность прибора.

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

Расчет мощности в зависимости от объема помещения

Формула расчета такова:

Q = VxΔTxK/850,

  • где Q – количество тепла, определенное в кВт/ч4;
  • V – объем помещения (единица измерения куб. м);
  • ΔT является разницей между температурой снаружи и температурой в помещении;
  • К – корректирующий коэффициент, учитывающий теплопотери;
  • цифра 850 используется для того, чтобы перевести произведение вышеуказанных трех показателей в кВт/час.

К может иметь такие значения:

  1. 3-4 – для помещений, представляющих собой упрощенную деревянную конструкцию или здание, сделанное из профлиста.
  2. 2-2,9 – для зданий, имеющих небольшую теплоизоляцию. Конструкция таких домов является упрощенной, толщина стены равна длине 1 кирпича, окна и крыша имеют простое строение.
  3. 1-1,9 – для домов, конструкция которых является стандартной. Кирпичная кладка двойная, количество простых окон небольшое. Крыша имеет обычную кровлю.
  4. 0,6-0,9 – для домов с улучшенной конструкцией, двойной теплоизоляцией кирпичных стен, окнами с двойным стеклопакетом, толстой основой пола, крышей, сделанной из хорошего теплоизоляционного материала.

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

В качестве примера возьмём современный дом с площадью в 200 кв. м, высотой стен 3 м и первоклассной теплоизоляцией. Дом находится в зоне, где зимой температура не опускается ниже -25 °С. В таком случае ΔT = 20 – (-25) = 45 °С. Поэтому для отопления дома нужно создать Q = 200*3*45*0,9/850 = 28,58 кВт/ч. Цифру округлять не стоит, ведь она не является конечной и ее нужно повысить своими руками на количество тепла для ГВС. Если воду планируется нагревать другим образом, то полученный результат не корректируют, и часть расчета завершена.

Расчет тепла для ГВС

Чтобы рассчитать, сколько тепла нужно потратить на подогрев воды, нужно использовать формулу Qв = с*m*Δt:

  • где с является удельной теплоемкостью воды (показатель всегда равен 4200 Дж/кг*К);
  • m – масса воды в кг;
  • Δt разница температур между нагретой водой и поступившей из водопровода.

Пример. Потребность средней семьи в теплой воде может достигать 150 л. Если котел нагревает теплоноситель до температуры, равной 80 °С, а вода из трубопровода имеет температуру 10 °С, то Δt = 80 – 10 = 70 °С.

Qв = 4200*150*70 = 44 100 000 Дж или же 12,25 кВт/ч.

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

Далее поступают так:

  1. Если 150 л надо нагреть за один раз, емкость косвенного бойлера составляет 150 л, то 12,25 кВт/ч добавляют к 28,58 кВт/ч. Это нужно делать потому, что при Qзаг, меньшим 40,83 , в помещении будет холоднее расчетных 20 °С.
  2. Если вода должна нагреваться порциями, объем косвенного бойлера равен 50 л, то 12,25 делят на 3 и добавляют своими руками к 28,58. Qзаг будет равен 32,67 кВт/ч. Это и является мощностью устройства для системы отопления.

Расчет по площади

Он является более точным, поскольку учитывает большее число факторов. Расчет производится по формуле:

Q = 0,1*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7, где:

0,1 кВт является нормой тепла на 1 кв. м;

S – площадь отапливаемого дома;

k1 демонстрирует потерю тепла, вызванную конструкцией окон. Имеет значение:

  • 1,27 – если окна имеют одно стекло;
  • 1,0 – если имеются окна с двойным стеклопакетом;
  • 0,85 – если стоят окна с тройным стеклом.

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

k2 демонстрирует потерю тепла, вызванную площадью окна (Sw). Является отношением Sw к площади пола Sf. Его значения такие:

  • 0,8 при Sw/Sf = 0,1;
  • 0,9 при Sw/Sf = 0,2;
  • 1 при Sw/Sf = 0,3;
  • 1,1 при Sw/Sf = 0,4;
  • 1,2 при Sw/Sf = 0,5.

k3 является коэффициентом потери тепла через стены. Бывает таким:

  • 1,27 при очень плохой теплоизоляции;
  • 1 в домах со стеной в 2 кирпича или утеплителем, толщина которого составляет 15 см;
  • 0,854 при хорошей теплоизоляции.

k4 показывает потерю тепла в зависимости от температуры воздуха за пределами дома (tз). Имеет такие значения:

  • 0,7, если tз = -10 °С;
  • 0,9 для tз = -15 °С;
  • 1,1 для tз = -20 °С;
  • 1,3 для tз = -25 °С;
  • 1,5 для tз = -30 °С.

k5 демонстрирует потерю тепла через наружные стены. Является таким:

  • 1,1 для помещений с одной внешней стеной;
  • 1,2 для 2 внешних стен;
  • 1,3 для 3 внешних стен;
  • 1,4 для здания с 4 внешними стенами.

K6 показывает, сколько требуется дополнительного тепла в зависимости от высоты потолка (Н). Его значения такие:

  • 1 для Н = 2,5 м;
  • 1,05 для Н = 3,0 м;
  • 1,1 для Н = 3,5 м;
  • 1,15 для Н = 4,0 м;
  • 1,2 для Н = 4,5 м.

k7 определяет потери тепла в зависимости от типа помещения, размещаемого над отапливаемой комнатой. Бывает таким:

  • 0,8 для отапливаемых помещений;
  • 0,9 для теплого чердака;
  • 1 для холодного чердака.

Пример. Условия задачи являются теми же. Окна имеют тройной стеклопакет и составляют 30% площади пола. Количество внешних стен – 4. Наверху находится холодный чердак.

как рассчитать мощность самодельного котла отопления на твердом топливе

Q = 0,1*200*0,85*1*0,854*1,3*1,4*1,05*1 = 27,74 кВт/ч. Эту цифру надо повысить, добавив своими руками количество тепла, необходимого для ГВС.

Реальная мощность котла длительного горения

Многие приборы созданы под конкретный тип горючего. Если в них сжигать другие виды топлива, то их КПД будет меньше.

Расчет мощности будет проведен на основе пиролизного котла Viessmann Vitoligno 100-S 60. Его особенности таковы:

  1. Работает на дровах.
  2. За 1 час в камере загрузки сгорает от 6 до 15 кг дров.
  3. Его номинальная мощность составляет 60 кВт.
  4. Объем загрузочной камеры составляет 294 л.
  5. КПД составляет 87%

Пусть владелец планирует сжигать в нем осиновые дрова. 1 кг таких дров выдает 2,82 кВт/ч. Если за 1 час котел сжигает 15 кг, то он выделяет 2,82*15*0,87 = 36,801 кВт/ч тепла (0,87 является КПД). Такого прибора для отопления дома с бойлером на 150 л не хватит, а для ГВС с бойлером на 50 л – вполне. Чтобы получить цифру 32,67 кВт/ч, нужно за 1 час сжечь 13,31 кг осиновых дров (32,67/(2,82*0,87) = 13,31). Это в случае, если рассчитывать потребность в тепле по объему.

Можно посчитать, за какое время сгорит полная загрузка дров. 1 л таких дров весит 0,143 кг. В камере помещается 294*0,143 = 42 кг дров. Этого запаса хватит на время, превышающее 3 часа. Это мало, поэтому нужно выбрать агрегат со вдвое большей топкой или же найти иное устройство, например, пеллетное.

Некоторые твердотопливные приборы для системы отопления рассчитаны на разные виды топлива. Например, котел «Стропува». В нем можно сжигать уголь, дрова и топливо пеллетного типа. Реальная мощность при использовании различного топлива будет разной. Расчет такого показателя делают своими руками, используя энергоэффективность каждого вида топлива. После осуществляют выбор лучшего из них.

Энергоэффективность различных видов топлива

  1. Сгорание 1 кг сухих опилок или мелкой хвойной стружки выдает 3,2 кВт/ч. 1 л весит 1,137 кг.
  2. Ольховые брикеты лучше – 3,5 кВт/ч. Вес 1 л – 0,285 кг.
  3. Брикеты из твердолиственных деревьев выдают 3,1 кВт/ч. 1 л весит 0,31 кг.
  4. Эффективность каменного угля ДПК равняется 4,85 кВт/ч. Вес 1 л – 0,4 кг.
  5. 1 кг СООМ дает 5,58 кВт/ч тепла. Вес 1 л – 0,403 кг.
  6. Антрацит даёт 5,68 кВт/ч. 1 л имеет вес 0,485 кг.
  7. Белорусский торф – 2,36 кВт/ч. Вес 1 л – 0,34 кг.

Некоторые производители указывают общее время горения одной загрузки и не пишут, сколько топлива сгорает за 1 час. В таком случае нужно рассчитать:

  1. Вес горючего, которое может поместиться в топке.
  2. Количество тепла, которое выделит это топливо. Его корректируют на КПД.
  3. Количество тепла, которое выделяется за один час. Вышеуказанную цифру делят на время сгорания всего объема горючего.

Конечная цифра и является реальной мощностью твердотопливного котла для системы отопления, которую он может выдать за 1 час.