Kako izračunati snagu plinskog kotla za grijanje: formule i primjer izračuna

Prije projektiranja sustava grijanja, montaže opreme za grijanje važno je odabrati plinski kotao koji može generirati potrebnu količinu topline za prostoriju. Stoga je važno odabrati uređaj takve snage da mu učinkovitost bude maksimalno visoka, a vijek trajanja dug.

Mi ćemo vam reći kako izračunati snagu plinskog kotla s visokom točnošću i uzimajući u obzir određene parametre. U članku koji smo predstavili detaljno su opisane sve vrste gubitaka topline kroz otvore i građevinske konstrukcije, dane su formule za njihovo izračunavanje. S osobitostima izrade proračuna upoznaje konkretan primjer.

Tipične pogreške pri odabiru kotla

Pravilan izračun snage plinskog kotla omogućit će ne samo uštedu na potrošnom materijalu, već će povećati i učinkovitost uređaja. Oprema čija toplinska snaga premašuje stvarne potrebe za toplinom radit će neučinkovito, dok uređaj nedovoljne snage neće moći pravilno zagrijati prostoriju.

Postoji suvremena automatizirana oprema koja samostalno regulira dovod plina, čime se izbjegavaju nepotrebni troškovi. Ali ako takav kotao obavlja svoj rad na granici mogućnosti, tada se smanjuje vijek njegove uporabe.

Kao rezultat toga, smanjuje se učinkovitost opreme, brže se troše dijelovi, stvara se kondenzat. Stoga se javlja potreba za izračunom optimalne snage.

Prevladava mišljenje da snaga kotla ovisi isključivo o površini prostorije i da će za svako kućište optimalan proračun biti 100 W po 1 m². Stoga, za odabir snage kotla, na primjer, za kuću od 100 m², bit će potrebna oprema koja proizvodi 100*10=10000 W ili 10 kW.

Takvi su izračuni u osnovi netočni zbog pojave novih završnih materijala i poboljšanih izolacija koji smanjuju potrebu za nabavom opreme velike snage.

Snaga plinskog kotla odabire se uzimajući u obzir pojedinačne značajke kućišta. Ispravno odabrana oprema radit će maksimalno učinkovito uz minimalnu potrošnju goriva.

Proračun snage plinskog kotla za grijanje može se izvršiti na dva načina – ručno ili korištenjem posebnog programa Valtec koji je namijenjen za profesionalne visokoprecizne izračune.

Potrebna snaga opreme izravno ovisi o toplinskim gubicima prostorije. Nakon što saznate pokazatelj toplinskih gubitaka, možete izračunati snagu plinskog kotla ili bilo kojeg drugog uređaja za grijanje.

Što su gubici topline prostorije?

Svaka prostorija ima određene toplinske gubitke. Toplina izlazi kroz zidove, prozore, podove, vrata, strop, stoga je zadatak plinskog kotla nadoknaditi količinu izlazne topline i osigurati određenu temperaturu u prostoriji. Za to je potrebna određena toplinska snaga.

Eksperimentalno je utvrđeno da najveća količina topline odlazi kroz zidove (do 70%). Kroz krov i prozore može izaći do 30% toplinske energije, kroz ventilacijski sustav – do 40%. Najmanji toplinski gubici su na vratima (do 6%) i podu (do 15%).

Na toplinske gubitke kuće utječu sljedeći čimbenici.

• Položaj kuće. Svaki grad ima svoje klimatske značajke. U izračunima toplinskih gubitaka potrebno je uzeti u obzir kritičnu negativnu temperaturu karakterističnu za regiju, kao i prosječnu temperaturu i trajanje sezone grijanja (za točne izračune pomoću programa).
• Položaj zidova u odnosu na strane svijeta. Poznato je da se na sjevernoj strani nalazi ruža vjetrova, stoga će toplinski gubici zida koji se nalazi u tom području biti najveći. Zimi s zapadne, sjeverne i istočne strane puše jak hladan vjetar, pa će toplinski gubici tih zidova biti veći.
• Površina grijanog prostora. Količina topline koja odlazi ovisi o veličini prostora, površini zidova, stropova, prozora i vrata.
• Toplinska tehnika građevinskih konstrukcija. Svaki materijal ima svoj koeficijent toplinskog otpora i koeficijent prijenosa topline – sposobnost propuštanja određene količine topline kroz sebe. Da bismo ih saznali, potrebno je koristiti tablične podatke i primijeniti određene formule. Informacije o sastavu zidova, stropova, podova i njihovoj debljini mogu se pronaći u tehničkom planu stambenog prostora.
• Prozorski i vratni otvori. Veličina, modifikacija vrata i staklenih paketa. Što je veća površina prozorskih i vratnih otvora, to su veći toplinski gubici. Važno je uzeti u obzir karakteristike ugrađenih vrata i staklenih paketa pri proračunima.
• Uzimanje u obzir ventilacije. Ventilacija uvijek postoji u kući bez obzira na prisutnost umjetne nape. Kroz otvorene prozore dolazi do prozračivanja prostorije, kretanje zraka stvara se zatvaranjem i otvaranjem ulaznih vrata, kretanjem ljudi iz sobe u sobu, što doprinosi odlasku toplog zraka iz prostorije i njegovoj cirkulaciji.

Poznavajući gore navedene parametre, može se ne samo izračunati toplinski gubici kuće i odrediti snaga kotla, već i identificirati mjesta koja trebaju dodatnu izolaciju.

Formule za izračun gubitaka topline

Ove formule mogu se koristiti za izračun toplinskih gubitaka ne samo privatne kuće, već i stana. Prije početka izračuna potrebno je nacrtati plan prostorije, označiti položaj zidova u odnosu na strane svijeta, označiti prozore, vratne otvore, te izračunati dimenzije svakog zida, prozorskih i vratnih otvora.

Za određivanje toplinskih gubitaka potrebno je poznavati građu zida, kao i debljinu korištenih materijala. U proračunima se uzimaju u obzir zidanje i izolacijski materijali.

Pri izračunu toplinskih gubitaka koriste se dvije formule – pomoću prve se određuje vrijednost toplinskog otpora ogradnih konstrukcija, pomoću druge – toplinski gubici.

Za određivanje toplinskog otpora koristi se izraz:

R = B/K

Ovdje:

• R – vrijednost toplinskog otpora ogradnih konstrukcija, koja se mjeri u (m²*K)/W.
• K – koeficijent toplinske provodljivosti materijala od kojeg je izrađena ogradna konstrukcija, mjeri se u W/(m*K).
• B – debljina materijala, koja se izražava u metrima.

Koeficijent toplinske provodljivosti K je tablični parametar, debljina B se uzima iz tehničkog plana kuće.

Koeficijent toplinske vodljivosti je tablična vrijednost, ovisi o gustoći i sastavu materijala, može se razlikovati od tablične, stoga je važno upoznati se s tehničkom dokumentacijom materijala (+)

Također se koristi osnovna formula za izračun toplinskih gubitaka:

Q = L × S × dT/R

U izrazu:

• Q – toplinski gubici, mjere se u W.
• S – površina ograđujućih konstrukcija (zidova, podova, stropova).
• dT – razlika između željene temperature unutarnjeg prostora i vanjske, mjeri se i zapisuje u °C.
• R – vrijednost toplinskog otpora konstrukcije, m²•°C/W, koja se nalazi prema gornjoj formuli.
• L – koeficijent koji ovisi o orijentaciji zidova u odnosu na strane svijeta.

Imajući pri ruci potrebne informacije, moguće je ručno izračunati toplinske gubitke određene zgrade.

Primjer izračuna gubitaka topline

Kao primjer, izračunajmo toplinske gubitke kuće sa zadanim karakteristikama.

Na slici je prikazan plan kuće za koju ćemo izračunavati toplinske gubitke. Pri sastavljanju individualnog plana važno je ispravno odrediti orijentaciju zidova u odnosu na strane svijeta, izračunati visinu, širinu i duljinu konstrukcije, te označiti mjesta prozorskih i vratnih otvora i njihove dimenzije (+)

Izlazeći iz plana, širina konstrukcije iznosi 10 m, duljina – 12 m, visina stropova – 2,7 m, zidovi su orijentirani na sjever, jug, istok i zapad. U zapadnom zidu ugrađena su 3 prozora, dva od njih imaju dimenzije 1,5×1,7 m, jedan – 0,6×0,3 m.

Pri izračunu krova uzima se u obzir sloj izolacije, završni materijal i krovni materijal. Parne i hidroizolacijske folije koje ne utječu na toplinsku izolaciju ne uzimaju se u obzir.

U južnom zidu ugrađena su vrata dimenzija 1,3×2 m, također je prisutan i mali prozor 0,5×0,3 m. S istočne strane nalaze se dva prozora 2,1×1,5 m i jedan 1,5×1,7 m.

Zidovi se sastoje od tri sloja:

• obloga zidova od DVP (izoplita) s vanjske i unutarnje strane – po 1,2 cm, koeficijent – 0,05.
• staklena vuna koja se nalazi između zidova, njezina debljina 10 cm i koeficijent – 0,043.

Toplinski otpor svakog zida izračunava se zasebno, jer se uzima u obzir položaj konstrukcije u odnosu na strane svijeta, broj i površina otvora. Rezultati izračuna po zidovima se zbrajaju.

Pod je višeslojan, na cijeloj površini izveden po istoj tehnologiji, uključuje:

• špundovana daska, njezina debljina 3,2 cm, koeficijent toplinske vodljivosti – 0,15.
• sloj suhog izravnanja od iverice debljine 10 cm i koeficijentom 0,15.
• izolacija – mineralna vuna debljine 5 cm, koeficijent 0,039.

Pretpostavimo da pod nema otvora koji pogoršavaju toplinsku tehniku, poput otvora za podrum i sličnih. Stoga se izračun provodi za površinu svih prostorija prema jedinstvenoj formuli.

Stropovi su izrađeni od:

• drvenih ploča debljine 4 cm s koeficijentom 0.15.
• mineralne vune debljine 15 cm, njen koeficijent – 0.039.
• paro- i hidroizolacijskog sloja.

Pretpostavimo da stropna konstrukcija također nema izlaz na tavan iznad stambene ili pomoćne prostorije.

Kuća se nalazi u Brjanskoj oblasti, u gradu Brjansk, gdje kritična negativna temperatura iznosi -26 stupnjeva. Eksperimentalno je utvrđeno da temperatura tla iznosi +8 stupnjeva. Željena temperatura u prostoriji je +22 stupnja.

Izračun gubitaka topline zidova

Da bi se pronašao ukupni toplinski otpor zida, prvo je potrebno izračunati toplinski otpor svakog njegovog sloja.

Sloj staklene vune ima debljinu od 10 cm. Tu vrijednost potrebno je pretvoriti u metre, odnosno:

B = 10 × 0.01 = 0.1

Dobili smo vrijednost B=0.1. Koeficijent toplinske provodljivosti izolacije je 0.043. Uvrštavamo podatke u formulu toplinskog otpora i dobivamo:

R_stakl=0.1/0.043=2.32

Po sličnom primjeru, izračunajmo toplinski otpor izoplitne ploče:

R_izopl=0.012/0.05=0.24

Ukupni toplinski otpor zida bit će jednak zbroju toplinskog otpora svakog sloja, uzimajući u obzir da imamo dva sloja vlaknaste ploče.

R=R_stakl+2×R_izopl=2.32+2×0.24=2.8

Odredivši ukupni toplinski otpor zida, možemo pronaći toplinske gubitke. Za svaki zid izračunavaju se zasebno. Izračunajmo Q za sjeverni zid.

Dodatni koeficijenti omogućuju u obzir uzeti u izračunima značajke toplinskih gubitaka zidova koji se nalaze na različitim stranama svijeta.

Polazeći od plana, sjeverni zid nema prozorskih otvora, njegova duljina je 10 m, visina 2.7 m. Tada se površina zida S izračunava formulom:

S_sjever.zid=10×2.7=27

Izračunajmo parametar dT. Poznato je da je kritična temperatura okoline za Brjansk -26 stupnjeva, a željena temperatura u prostoriji +22 stupnja. Tada

dT=22-(-26)=48

Za sjevernu stranu uzima se u obzir dodatni koeficijent L=1.1.

U tablici su navedeni koeficijenti toplinske provodljivosti nekih materijala koji se koriste pri izgradnji zidova. Kao što vidimo, mineralna vuna propušta kroz sebe minimalnu količinu topline, armirani beton – maksimalnu.

Nakon što smo napravili preliminarne izračune, možemo koristiti formulu za izračun toplinskih gubitaka:

Q_sjever.zida=27×48×1.1/2.8=509 (W)

Izračunajmo toplinske gubitke za zapadni zid. Polazeći od podataka, u njega su ugrađena 3 prozora, dva imaju dimenzije 1.5x1.7 m, a jedan – 0.6x0.3 m. Izračunajmo površinu.

S_zapad.zid1=12×2.7=32.4.

Iz ukupne površine zapadnog zida potrebno je isključiti površinu prozora, jer će njihovi gubici topline biti drugačiji. Za to je potrebno izračunati površinu.

S_okn1=1.5×1.7=2.55

S_okn2=0.6×0.4=0.24

Za proračun gubitaka topline koristit ćemo površinu zida bez površine prozora, odnosno:

S_zap.steny=32.4-2.55×2-0.24=25.6

Za zapadnu stranu dodatni koeficijent iznosi 1.05. Dobivene podatke uvrštavamo u osnovnu formulu za proračun gubitaka topline.

Q_zap.steny=25.6×1.05×48/2.8=461.

Analogne proračune radimo za istočnu stranu. Ovdje se nalaze 3 prozora, jedan ima dimenzije 1.5×1.7 m, druga dva – 2.1×1.5 m. Izračunavamo njihovu površinu.

S_okn3=1.5×1.7=2.55

S_okn4=2.1×1.5=3.15

Površina istočnog zida iznosi:

S_vost.steny1=12×2.7=32.4

Od ukupne površine zida oduzimamo vrijednosti površina prozora:

S_vost.steny=32.4-2.55-2×3.15=23.55

Dodatni koeficijent za istočni zid iznosi 1.05. Na temelju podataka izračunavamo gubitke topline istočnog zida.

Q_vost.steny=1.05×23.55×48/2.8=424

Na južnom zidu nalazi se vrata dimenzija 1.3×2 m i prozor 0.5×0.3 m. Izračunavamo njihovu površinu.

S_okn5=0.5×0.3=0.15

S_dver=1.3×2=2.6

Površina južnog zida bit će:

S_juzn.steny1=10×2.7=27

Određujemo površinu zida bez prozora i vrata.

S_juzn.steny=27-2.6-0.15=24.25

Izračunavamo gubitke topline južnog zida uzimajući u obzir koeficijent L=1.

Q_juzn.steny=1×24.25×48/2.80=416

Odredivši gubitke topline svakog zida, možemo pronaći njihove ukupne gubitke topline prema formuli:

Q_sten=Q_juzn.steny+Q_vost.steny+Q_zap.steny+Q_sev.steny

Uvrštavanjem vrijednosti dobivamo:

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

Na kraju gubici topline zidova iznose 1810 W na sat.

Izračun gubitaka topline prozora

Ukupno u kući ima 7 prozora, tri imaju dimenzije 1.5×1.7 m, dva – 2.1×1.5 m, jedan – 0.6×0.3 m i još jedan – 0.5×0.3 m.

Prozori dimenzija 1.5×1.7 m predstavljaju dvokomorni PVC profil s I-staklom. Iz tehničke dokumentacije može se saznati da je njegov R=0.53. Prozori dimenzija 2.1×1.5 m su dvokomorni s argonom i I-staklom, imaju toplinski otpor R=0.75, prozori 0.6×0.3 m i 0.5×0.3 – R=0.53.

Površina prozora izračunata je gore.

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

Također je važno uzeti u obzir orijentaciju prozora u odnosu na strane svijeta.

Obično toplinski otpor za prozore nije potrebno izračunavati, taj je parametar naveden u tehničkoj dokumentaciji proizvoda.

Izračunajmo gubitke topline zapadnih prozora, uzimajući u obzir koeficijent L=1.05. Na strani se nalaze 2 prozora dimenzija 1.5×1.7 m i jedan od 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

Ukupno gubici zapadnih prozora iznose

Q_zap.okon=243×2+23=509

Na južnoj strani nalazi se prozor 0.5×0.3, njegov R=0.53. Izračunajmo njegove toplinske gubitke uzimajući u obzir faktor 1.

Q_juž.prozora=0.15*48×1/0.53=14

Na istočnoj strani nalaze se 2 prozora dimenzija 2.1×1.5 i jedan prozor 1.5×1.7. Izračunajmo toplinske gubitke uzimajući u obzir faktor L=1.05.

Q_okn1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_proz3=3.15×1.05×48/075=212

Zbrajamo toplinske gubitke istočnih prozora.

Q_ist.prozora=243+212×2=667.

Ukupni toplinski gubici prozora bit će jednaki:

Q_prozora=Q_ist.prozora+Q_juž.prozora+Q_zap.prozora=667+14+509=1190

Ukupno kroz prozore izlazi 1190 W toplinske energe.

Određivanje gubitaka topline vrata

U kući je predviđena jedna vrata, ugrađena su u južni zid, dimenzija 1.3×2 m. Prema podacima iz tehničke dokumentacije, toplinska vodljivost materijala vrata iznosi 0.14, njihova debljina – 0.05 m. Zahvaljujući ovim pokazateljima može se izračunati toplinski otpor vrata.

R_vrata=0.05/0.14=0.36

Za izračune treba izračunati njihovu površinu.

S_vrata=1.3×2=2.6

Nakon izračuna toplinskog otpora i površine mogu se naći toplinski gubici. Vrata se nalaze na južnoj strani, stoga upotrebljavamo dodatni faktor 1.

Q_vrata=2.6×48×1/0.36=347.

Ukupno, kroz vrata izlazi 347 W topline.

Izračun toplinskog otpora poda

Prema tehničkoj dokumentaciji, pod je višeslojni, na cijeloj površini izveden jednako, dimenzija 10×12 m. Izračunajmo njegovu površinu.

S_poda=10×12=210.

U sastav poda ulaze daske, iverica i izolacija.

Iz tablice se mogu saznati koeficijenti toplinske vodljivosti nekih materijala koji se koriste za podne obloge. Ovaj parametar također može biti naveden u tehničkoj dokumentaciji materijala i može se razlikovati od tabličnog.

Toplinski otpor potrebno je izračunati za svaki sloj poda zasebno.

R_dasaka=0.032/0.15=0.21

R_iverice=0.01/0.15= 0.07

R_izolacije=0.05/0.039=1.28

Ukupni toplinski otpor poda iznosi:

R_poda=R_dasaka+R_iverice+R_izolacije=0.21+0.07+1.28=1.56

Uzimajući u obzir da se zimi temperatura tla održava na +8 stupnjeva, temperaturna razlika bit će jednaka:

dT=22-8=14

Koristeći prethodne izračune, mogu se naći toplinski gubici kuće kroz pod.

Pri izračunu toplinskih gubitaka poda uzimaju se u obzir materijali koji utječu na toplinsku izolaciju (+)

Pri izračunu toplinskih gubitaka poda uzimamo u obzir faktor L=1.

Q_poda=210×14×1/1.56=1885

Ukupni toplinski gubici poda iznose 1885 W.

Izračun gubitaka topline kroz strop

Pri proračunu toplinskih gubitaka stropa uzima se u obzir sloj mineralne vune i drvene ploče. Parna i hidroizolacija ne sudjeluju u procesu toplinske izolacije, pa ih ne uzimamo u obzir. Za proračune ćemo morati pronaći toplinski otpor drvenih ploča i sloja mineralne vune. Koristimo njihove koeficijente toplinske vodljivosti i debljinu.

R_drv.ploča=0.04/0.15=0.27

R_min.vuna=0.05/0.039=1.28

Ukupni toplinski otpor bit će jednak zbroju R_drv.ploča i R_min.vuna.

R_krova=0.27+1.28=1.55

Površina stropa jednaka je površini poda.

S_stropa = 120

Zatim se izračunavaju toplinski gubici stropa, uzimajući u obzir koeficijent L=1.

Q_stropa=120×1×48/1.55=3717

Ukupno kroz strop odlazi 3717 W.

U tablici su navedeni popularni izolacijski materijali za stropove i njihovi koeficijenti toplinske vodljivosti. Poliuretanska pjena je najučinkovitiji izolacijski materijal, dok slama ima najveći koeficijent toplinskih gubitaka.

Da bi se odredili ukupni toplinski gubici kuće, potrebno je zbrojiti toplinske gubitke zidova, prozora, vrata, stropa i poda.

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

Za grijanje kuće s navedenim parametrima potreban je plinski kotao koji podržava snagu od 8949 W ili približno 10 kW.

Određivanje gubitaka topline uzimajući u obzir infiltraciju

Infiltracija – prirodni proces izmjene topline s vanjskim okolišem, koji se događa tijekom kretanja ljudi po kući, pri otvaranju ulaznih vrata i prozora.

Za izračun toplinskih gubitaka za ventilaciju može se koristiti formula:

Q_inf=0.33×K×V×dT

U izrazu:

• K – proračunska stopa izmjene zraka; za stambene sobe koristi se koeficijent 0.3, za grijane prostorije – 0.8, za kuhinju i kupaonicu – 1.
• V – volumen prostorije, izračunava se uzimajući u obzir visinu, duljinu i širinu.
• dT – temperaturna razlika između okoliša i stambenog prostora kuće.

Slična se formula može koristiti ako je u prostoriji instalirana ventilacija.

U slučaju umjetne ventilacije u kući, potrebno je koristiti istu formulu kao i za infiltraciju, samo zamijeniti K s parametrima ispuha, a izračun dT provesti uzimajući u obzir temperaturu ulaznog zraka.

Visina prostorije – 2.7 m, širina – 10 m, duljina – 12 m. Poznavajući ove podatke, može se pronaći njezin volumen.

V=2.7 × 10 × 12=324

Temperaturna razlika bit će jednaka

dT=48

Kao koeficijent K uzimamo vrijednost 0.3. Tada

Q_inf=0.33×0.3×324×48=1540

Ukupnom proračunskom pokazatelju Q potrebno je dodati Q_inf. Konačno,

Q_uk=1540+8949=10489.

Ukupno, uzimajući u obzir infiltraciju, toplinski gubici kuće iznose 10489 W ili 10.49 kW.

Izračun snage kotla

Pri izračunu snage kotla potrebno je koristiti faktor sigurnosti 1.2. Odnosno, snaga će biti jednaka:

W = Q × k

Ovdje:

• Q – gubitak topline zgrade.
• k – faktor sigurnosti.

U našem primjeru uvrstit ćemo Q=9237 W i izračunati potrebnu snagu kotla.

W=10489×1.2=12587 W.

Uzimajući u obzir faktor sigurnosti, potrebna snaga kotla za grijanje kuće od 120 m² iznosi otprilike 13 kW.

Zaključci i koristan video na temu

Video-uputa: kako izračunati gubitak topline kuće i snagu kotla pomou programa Valtec.

Pravilan izračun gubitka topline i snage plinskog kotla pomoću formula ili programskih metoda omogućuje određivanje potrebnih parametara opreme s visokom točnošću, što daje mogućnost isključivanja neopravdanih troškova za gorivo.

Pišite, molim Vas, komentare u blok-obrascu koji se nalazi ispod. Ispričajte kako ste izračunali gubitke topline prije kupnje opreme za grijanje za vlastitu vikendicu ili seosku kuću. Postavljajte pitanja, dijelite informacije i fotografie na tu temu.