Ako vypočítať výkon plynového vykurovacieho kotla: vzorce a príklad výpočtu

Pred projektovaním vykurovacieho systému a montážou vykurovacieho zariadenia je dôležité vybrať plynový kotol schopný generovať potrebné množstvo tepla pre miestnosť. Preto je dôležité vybrať zariadenie s takým výkonom, aby jeho výkon bol čo najvyšší a jeho životnosť čo najdlhšia.

Povieme vám o tom, ako vypočítať výkon plynového kotla s vysokou presnosťou a so zohľadnením určitých parametrov. V nami predloženom článku sú podrobne opísané všetky druhy tepelných strát cez otvory a stavebné konštrukcie, sú uvedené vzorce na ich výpočet. S osobitosťami vykonávania výpočtov vás zoznámi konkrétny príklad.

Typické chyby pri výbere kotla

Správny výpočet výkonu plynového kotla vám umožní nielen ušetriť na spotrebnom materiáli, ale aj zvýšiť účinnosť zariadenia. Zariadenie, ktorého tepelný výkon prevyšuje skutočné potreby tepla, bude pracovať neefektívne, zatiaľ čo nedostatočne výkonné zariadenie nebude schopné miestnosť riadne vykúriť.

Existuje moderné automatizované zariadenie, ktoré samostatne reguluje prívod plynu, čo vás zbavuje neúčelných výdavkov. Ale ak takýto kotol vykonáva svoju prácu na hranici svojich možností, potom sa znižuje jeho životnosť.

V dôsledku toho klesá účinnosť zariadenia, rýchlejšie sa opotrebúvajú diely, vytvára sa kondenzát. Preto vzniká potreba výpočtov optimálneho výkonu.

Panuje názor, že výkon kotla závisí výhradne od podlahovej plochy miestnosti a pre každú obytnú budovu je optimálny výpočet 100 W na 1 m². Preto na výber výkonu kotla, napríklad pre dom s rozlohou 100 m², je potrebné zariadenie, ktoré produkuje 100*10=10000 W alebo 10 kW.

Takéto výpočty sú v základe nesprávne v dôsledku objavenia sa nových dokončovacích materiálov a vylepšených izolácií, ktoré znižujú potrebu nákupu zariadenia s vysokým výkonom.

Výkon plynového kotla sa vyberá s ohľadom na individuálne vlastnosti obydlia. Správne zvolené zariadenie bude pracovať maximálne efektívne pri minimálnej spotrebe paliva.

Výpočet výkonu plynového kotla vykurovania možno vykonať dvoma spôsobmi – ručne alebo pomocou špeciálneho programu Valtec, ktorý je určený na profesionálne vysokopresné výpočty.

Potrebný výkon zariadenia priamo závisí od tepelných strát miestnosti. Po znalosti hodnoty tepelných strát je možné vypočítať výkon plynového kotla alebo akéhokoľvek iného vykurovacieho zariadenia.

Čo sú tepelné straty miestnosti?

Každá miestnosť má určité tepelné straty. Teplo uniká cez steny, okná, podlahy, dvere, stropy, preto je úlohou plynového kotla kompenzovať množstvo unikajúceho tepla a zabezpečiť určitú teplotu v miestnosti. Na to je potrebný určitý tepelný výkon.

Experimentálne bolo zistené, že najväčšie množstvo tepla uniká cez steny (až 70%). Cez strechu a okná môže uniknúť až 30% tepelnej energie, cez ventilačný systém – až 40%. Najmenšie tepelné straty sú pri dverách (až 6%) a podlahe (až 15%).

Na tepelné straty domu vplývajú nasledujúce faktory.

• Umiestnenie domu. Každé mesto má svoje vlastné klimatické podmienky. Pri výpočte tepelných strát je potrebné zohľadniť kritickú negatívnu teplotu charakteristickú pre daný región, ako aj priemernú teplotu a dĺžku vykurovacej sezóny (pre presné výpočty pomocou programu).
• Umiestnenie stien vzhľadom na svetové strany. Je známe, že na severe sa nachádza veterná ružica, preto tepelné straty steny nachádzajúcej sa v tejto oblasti budú najväčšie. V zimnom období fúka zo západnej, severnej a východnej strany silný studený vietor, preto tepelné straty týchto stien budú vyššie.
• Plocha vykurovanej miestnosti. Od veľkosti miestnosti, plochy stien, stropov, okien, dverí závisí množstvo unikajúceho tepla.
• Tepelná technika stavebných konštrukcií. Každý materiál má svoj súčiniteľ tepelného odporu a súčiniteľ prestupu tepla – schopnosti prepúšťať cez seba určité množstvo tepla. Aby sme ich zistili, je potrebné použiť tabuľkové údaje a tiež aplikovať určité vzorce. Informácie o zložení stien, stropov, podláh, ich hrúbke možno nájsť v technickom pláne nehnuteľnosti.
• Okenné a dverové otvory. Veľkosť, modifikácia dverí a izolačných skiel. Čím väčšia je plocha okenných a dverových otvorov, tým vyššie sú tepelné straty. Dôležité je zohľadniť charakteristiky inštalovaných dverí a izolačných skiel pri výpočtoch.
• Zohľadnenie vetrania. Vetranie je v dome vždy prítomné bez ohľadu na prítomnosť umelej odsávacej ventilácie. Cez otvorené okná dochádza k vetraniu miestnosti, pohyb vzduchu vzniká pri zatváraní a otváraní vchodových dverí, chodení ľudí z miestnosti do miestnosti, čo prispieva k odchodu teplého vzduchu z miestnosti a jeho cirkulácii.

Keď poznáme vyššie uvedené parametre, môžeme nielen vypočítať tepelné straty domu a určiť výkon kotla, ale aj identifikovať miesta, ktoré potrebujú dodatočné zateplenie.

Vzorce na výpočet tepelných strát

Tieto vzorce možno použiť na výpočet tepelných strát nielen rodinného domu, ale aj bytu. Pred začatím výpočtov je potrebné zobraziť pôdorys miestnosti, označiť umiestnenie stien vzhľadom na svetové strany, vyznačiť okná, dverové otvory, ako aj vypočítať rozmery každej steny, okenných a dverových otvorov.

Na určenie tepelných strát je potrebné poznať konštrukciu steny, ako aj hrúbku použitých materiálov. Pri výpočtoch sa berie do úvahy murivo a izolačné materiály.

Pri výpočte tepelných strát sa používajú dva vzorce – pomocou prvého sa určuje hodnota tepelného odporu obvodových konštrukcií, pomocou druhého tepelné straty.

Na určenie tepelného odporu sa používa výraz:

R = B/K

Tu:

• R – hodnota tepelného odporu obvodových konštrukcií, meraná v (m²*K)/W.
• K – súčiniteľ tepelnej vodivosti materiálu, z ktorého je obvodová konštrukcia vyrobená, meria sa vo W/(m*K).
• B – hrúbka materiálu, zapisovaná v metroch.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti K je tabuľkový parameter, hrúbka B sa berie z technického plánu domu.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti je tabuľková hodnota, závisí od hustoty a zloženia materiálu a môže sa líšiť od tabuľky, preto je dôležité oboznámiť sa s technickou dokumentáciou materiálu (+)

Taktiež sa používa základný vzorec na výpočet tepelných strát:

Q = L × S × dT/R

Vo výraze:

• Q – tepelné straty, merajú sa vo W.
• S – plocha obvodových konštrukcií (stien, podláh, stropov).
• dT – rozdiel medzi požadovanou teplotou vnútorného priestoru a vonkajšou, meria sa a zapisuje v °C.
• R – hodnota tepelného odporu konštrukcie, m²•°C/W, ktorá sa nachádza podľa vzorca vyššie.
• L – súčiniteľ závislý od orientácie stien voči svetovým stranám.

Ak máte po ruke potrebné informácie, môžete ručne vypočítať tepelné straty konkrétnej budovy.

Príklad výpočtu tepelných strát

Ako príklad vypočítame tepelné straty domu s danými charakteristikami.

Na obrázku je zobrazený plán domu, pre ktorý budeme počítať tepelné straty. Pri zostavovaní individuálneho plánu je dôležité správne určiť orientáciu stien voči svetovým stranám, vypočítať výšku, šírku a dĺžku konštrukcie, ako aj zaznamenať miesta umiestnenia okenných a dverových otvorov, ich rozmery (+)

Na základe plánu je šírka konštrukcie 10 m, dĺžka – 12 m, výška stropov – 2.7 m, steny sú orientované na sever, juh, východ a západ. V západnej stene sú zabudované 3 okná, dve z nich majú rozmery 1.5×1.7 m, jedno – 0.6×0.3 m.

Pri výpočtoch strechy sa berie do úvahy vrstva izolácie, obkladový a strešný materiál. Parotesné a hydroizolačné fólie, ktoré neovplyvňujú tepelnú izoláciu, sa neberú do úvahy

V južnej stene sú zabudované dvere s rozmermi 1.3×2 m, nachádza sa aj malé okno 0.5×0.3 m. Na východnej strane sú dve okná 2.1×1.5 m a jedno 1.5×1.7 m.

Steny pozostávajú z troch vrstiev:

• obloženie stien drevovláknitou doskou (izoplita) zvonku a zvnútra – 1.2 cm každá, súčiniteľ – 0.05.
• sklená vata, nachádzajúca sa medzi stenami, jej hrúbka 10 cm a súčiniteľ – 0.043.

Tepelný odpor každej steny sa počíta osobitne, pretože sa zohľadňuje umiestnenie konštrukcie voči svetovým stranám, počet a plocha otvorov. Výsledky výpočtov stien sa sčítajú.

Podlaha je viacvrstvová, na celej ploche zhotovená podľa jednej technológie, zahŕňa:

• obrezanú pero-drážkovú dosku, jej hrúbka 3.2 cm, súčiniteľ tepelnej vodivosti – 0.15.
• vrstva suchého vyrovnania drevotrieskovou doskou (DTD) s hrúbkou 10 cm a súčiniteľom 0.15.
• izolácia – minerálnu vatu s hrúbkou 5 cm, súčiniteľ 0.039.

Predpokladajme, že podlaha nemá žiadne prielezy do pivnice ani podobné otvory, ktoré by zhoršovali tepelnotechnické vlastnosti. Výpočet sa preto vykonáva pre plochu všetkých miestností podľa jednotného vzorca.

Stropy sú vyrobené z:

• drevených dosiek 4 cm s koeficientom 0,15.
• minerálnej vlny 15 cm, jej koeficient – 0,039.
• paro- a hydroizolačnej vrstvy.

Predpokladajme, že stropná konštrukcia tiež nemá výstup na povalu nad obytnou alebo hospodárskou miestnosťou.

Dom sa nachádza v Brianskej oblasti, v meste Briansk, kde kritická negatívna teplota dosahuje -26 stupňov. Experimentálne bolo zistené, že teplota zeme je +8 stupňov. Požadovaná teplota v miestnosti je +22 stupne.

Výpočet tepelných strát stien

Aby sme našli celkový tepelný odpor steny, najprv je potrebné vypočítať tepelný odpor každej jej vrstvy.

Vrstva sklenenej vlny má hrúbku 10 cm. Túto hodnotu je potrebné previesť na metre, teda:

B = 10 × 0,01 = 0,1

Dostali sme hodnotu B = 0,1. Súčiniteľ tepelnej vodivosti tepelnej izolácie je 0,043. Dosaďme údaje do vzorca tepelného odporu a dostaneme:

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

Podľa podobného príkladu vypočítame odpor teplu izoplyty:

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

Celkový tepelný odpor steny sa bude rovnať súčtu tepelného odporu každej vrstvy, berúc do úvahy, že vrstvy drevovláknitej dosky (DVP) máme dve.

R=R_skl+2×R_izopl=2,32+2×0,24=2,8

Po určení celkového tepelného odporu steny môžeme nájsť tepelné straty. Pre každú stenu sa počítajú samostatne. Vypočítame Q pre severnú stenu.

Prídavné koeficienty umožňujú zohľadniť pri výpočtoch špecifiká tepelných strát stien, ktoré sa nachádzajú na rôznych svetových stranách.

Vychádzajúc z plánu, severná stena nemá žiadne okenné otvory, jej dĺžka je 10 m, výška 2,7 m. Potom plocha steny S sa vypočíta podľa vzorca:

S_sev.st=10×2,7=27

Vypočítame parameter dT. Je známe, že kritická teplota okolia pre Briansk je -26 stupňov a požadovaná teplota v miestnosti je +22 stupne. Potom

dT=22-(-26)=48

Pre severnú stranu sa zohľadňuje prídavný koeficient L=1,1.

V tabuľke sú uvedené súčinitele tepelnej vodivosti niektorých materiálov, ktoré sa používajú pri stavbe stien. Ako vidíme, minerálna vlna prepúšťa minimálne množstvo tepla, železobetón – maximálne.

Po vykonaní predbežných výpočtov môžeme použiť vzorec na výpočet tepelných strát:

Q_sev.steny=27×48×1,1/2,8=509 (W)

Vypočítame tepelné straty pre západnú stenu. Na základe údajov sú v nej zabudované 3 okná, dve z nich majú rozmery 1,5×1,7 m a jedno – 0,6×0,3 m. Vypočítame plochu.

S_zap.steny1=12×2,7=32,4.

Z celkovej plochy západnej steny je potrebné vylúčiť plochu okien, pretože ich tepelné straty budú odlišné. Na to je potrebné vypočítať plochu.

S_okn1=1.5×1.7=2.55

S_okn2=0.6×0.4=0.24

Pre výpočet tepelných strát budeme používať plochu steny bez započítania plochy okien, to jest:

S_zap.steny=32.4-2.55×2-0.24=25.6

Pre západnú stranu je dodatočný koeficient 1.05. Získané údaje dosadíme do základného vzorca na výpočet tepelných strát.

Q_zap.steny=25.6×1.05×48/2.8=461.

Analogické výpočty robíme pre východnú stranu. Tu sú umiestnené 3 okná, jedno má rozmery 1.5×1.7 m, dve ďalšie – 2.1×1.5 m. Vypočítame ich plochu.

S_okn3=1.5×1.7=2.55

S_okn4=2.1×1.5=3.15

Plocha východnej steny je:

S_vost.steny1=12×2.7=32.4

Z celkovej plochy steny odpočítame hodnoty plochy okien:

S_vost.steny=32.4-2.55-2×3.15=23.55

Dodatočný koeficient pre východnú stenu je 1.05. Na základe údajov vypočítame tepelné straty východnej steny.

Q_vost.steny=1.05×23.55×48/2.8=424

Na južnej stene sú umiestnené dvere s parametrami 1.3×2 m a okno 0.5×0.3 m. Vypočítame ich plochu.

S_okn5=0.5×0.3=0.15

S_dver=1.3×2=2.6

Plocha južnej steny bude:

S_juzn.steny1=10×2.7=27

Určujeme plochu steny bez započítania okien a dverí.

S_juzn.steny=27-2.6-0.15=24.25

Vypočítame tepelné straty južnej steny s ohľadom na koeficient L=1.

Q_juzn.steny=1×24.25×48/2.80=416

Po určení tepelných strát každej zo stien možno nájsť ich celkové tepelné straty podľa vzorca:

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

Po dosadení hodnôt dostaneme:

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

V dôsledku toho tepelné straty stien predstavovali 1810 W za hodinu.

Výpočet tepelných strát okien

Celkovo je v dome 7 okien, tri z nich majú rozmery 1.5×1.7 m, dve – 2.1×1.5 m, jedno – 0.6×0.3 m a ešte jedno – 0.5×0.3 m.

Okná s rozmermi 1.5×1.7 m predstavujú dvojkomorový PVC profil s I-sklo m. Z technickej dokumentácie možno zistiť, že jeho R=0.53. Okná s rozmermi 2.1×1.5 m sú dvojkomorové s argónom a I-sklo m, majú tepelný odpor R=0.75, okná 0.6×0.3 m a 0.5×0.3 – R=0.53.

Plocha okien bola vypočítaná vyššie.

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

Tiež je dôležité zohľadniť orientáciu okien vzhľadom na svetové strany.

Zvyčajne tepelný odpor pre okná nie je potrebné vypočítať, tento parameter je uvedený v technickej dokumentácii k výrobku.

Vypočítame tepelné straty západných okien, berúc do úvahy koeficient L=1.05. Na strane sú umiestnené 2 okná s rozmermi 1.5×1.7 m a jedno s 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

Celkové straty západných okien predstavujú

Q_zap.okon=243×2+23=509

Na južnej strane sa nachádza okno 0,5×0,3, jeho R=0,53. Vypočítame jeho tepelné straty s ohľadom na koeficient 1.

Q_juž.okien=0,15*48×1/0,53=14

Na východnej strane sa nachádzajú 2 okná s rozmermi 2,1×1,5 a jedno okno 1,5×1,7. Vypočítame tepelné straty s ohľadom na koeficient L=1,05.

Q_okn1=2.55×1.05×48/0.53=243

Q_okn3=3,15×1,05×48/075=212

Sumarizujeme tepelné straty východných okien.

Q_vých.okien=243+212×2=667.

Celkové tepelné straty okien budú rovné:

Q_okien=Q_vých.okien+Q_juž.okien+Q_záp.okien=667+14+509=1190

Celkovo cez okná vychádza 1190 W tepelnej energie.

Určenie tepelných strát dverí

V dome je navrhnuté jedny dvere, sú zabudované do južnej steny, majú rozmery 1,3×2 m. Na základe údajov z pasu je tepelná vodivosť materiálu dverí 0,14, ich hrúbka – 0,05 m. Vďaka týmto ukazovateľom je možné vypočítať tepelný odpor dverí.

R_dverí=0,05/0,14=0,36

Pre výpočty bude potrebné vypočítať ich plochu.

S_dverí=1,3×2=2,6

Po výpočte tepelného odporu a plochy je možné nájsť tepelné straty. Dvere sa nachádzajú na južnej strane, preto používame dodatočný koeficient 1.

Q_dverí=2,6×48×1/0,36=347.

Celkovo, cez dvere vychádza 347 W tepla.

Výpočet tepelného odporu podlahy

Podľa technickej dokumentácie je podlaha viacvrstvová, po celej ploche je vyhotovená rovnako, má rozmery 10×12 m. Vypočítame jej plochu.

S_podlahy=10×12=210.

Súčasťou podlahy sú dosky, drevotrieska a izolácia.

Z tabuľky je možné zistiť koeficienty tepelnej vodivosti niektorých materiálov, používaných na pokrytie podlahy. Tento parameter môže byť tiež uvedený v technickej dokumentácii materiálov a líšiť sa od tabuľkového.

Tepelný odpor je potrebné vypočítať pre každú vrstvu podlahy samostatne.

R_dosiek=0,032/0,15=0,21

R_drevotriesky=0,01/0,15=0,07

R_izolácie=0,05/0,039=1,28

Celkový tepelný odpor podlahy predstavuje:

R_podlahy=R_dosiek+R_drevotriesky+R_izolácie=0,21+0,07+1,28=1,56

Vzhľadom na to, že v zime teplota zeme zostáva na úrovni +8 stupňov, bude teplotný rozdiel rovný:

dT=22-8=14

Pomocou predbežných výpočtov je možné nájsť tepelné straty domu cez podlahu.

Pri výpočte tepelných strát podlahy sa zohľadňujú materiály ovplyvňujúce tepelnú izoláciu (+)

Pri výpočte tepelných strát podlahy berieme do úvahy koeficient L=1.

Q_podlahy=210×14×1/1,56=1885

Celkové tepelné straty podlahy predstavujú 1885 W.

Výpočet tepelných strát cez strop

Pri výpočte tepelných strát stropu sa zohľadňuje vrstva minerálnej vlny a drevené dosky. Paroizolácia a hydroizolácia sa nezúčastňujú na procese tepelnej izolácie, preto ich neberieme do úvahy. Na výpočty budeme potrebovať nájsť tepelný odpor drevených dosiek a vrstvy minerálnej vlny. Použijeme ich súčinitele tepelnej vodivosti a hrúbku.

R_drev.štít=0.04/0.15=0.27

R_min.vlna=0.05/0.039=1.28

Celkový tepelný odpor sa bude rovnať súčtu R_drev.štít a R_min.vlna.

R_strechy=0.27+1.28=1.55

Plocha stropu je rovnaká ako plocha podlahy.

S _stropu = 120

Ďalej sa vykoná výpočet tepelných strát stropu s ohľadom na súčiniteľ L=1.

Q_stropu=120×1×48/1.55=3717

Celkovo cez strop odchádza 3717 W.

V tabuľke sú uvedené populárne izolácie pre stropy a ich súčinitele tepelnej vodivosti. Polyuretánová pena je najúčinnejšia izolácia, slama má najvyšší súčiniteľ tepelných strát

Na určenie celkových tepelných strát domu je potrebné sčítať tepelné straty stien, okien, dverí, stropu a podlahy.

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

Na vykúrenie domu s uvedenými parametrami je potrebný plynový kotol s výkonom 8949 W alebo približne 10 kW.

Určenie tepelných strát so zohľadnením infiltrácie

Infiltrácia – prirodzený proces tepelnej výmeny medzi vonkajším prostredím, ku ktorému dochádza pri pohybe osôb po dome, pri otváraní vchodových dverí a okien.

Na výpočet tepelných strát vetraním možno použiť vzorec:

Q_inf=0.33×K×V×dT

Vo výraze:

• K – výpočtová násobnosť výmeny vzduchu, pre obytné miestnosti sa používa súčiniteľ 0.3, pre priestory s vykurovaním – 0.8, pre kuchyňu a kúpeľňu – 1.
• V – objem miestnosti, vypočíta sa s ohľadom na výšku, dĺžku a šírku.
• dT – rozdiel teplôt medzi okolitým prostredím a vnútrom domu.

Podobný vzorec možno použiť v prípade, že je v miestnosti nainštalované vetranie.

Ak je v dome nainštalované umelé vetranie, je potrebné použiť rovnaký vzorec ako pre infiltráciu, len namiesto K dosadiť parametre odsávania a výpočty dT vykonať s ohľadom na teplotu vstupujúceho vzduchu

Výška miestnosti – 2.7 m, šírka – 10 m, dĺžka – 12 m. S týmito údajmi možno nájsť jej objem.

V=2.7 × 10 × 12=324

Rozdiel teplôt bude rovný

dT=48

Ako súčiniteľ K berieme hodnotu 0.3. Potom

Q_inf=0.33×0.3×324×48=1540

K celkovému výpočtovému ukazovateľu Q je potrebné pripočítať Q_inf. Nakoniec

Q_celk=1540+8949=10489.

Celkovo so zohľadnením infiltrácie budú tepelné straty domu 10489 W alebo 10.49 kW.

Výpočet výkonu kotla

Pri výpočte výkonu kotla je potrebné použiť koeficient rezervy 1.2. To znamená, že výkon bude rovný:

W = Q × k

Tu:

• Q – tepelné straty budovy.
• k – koeficient rezervy.

V našom príklade dosadíme Q=9237 W a vypočítame potrebný výkon kotla.

W=10489×1,2=12587 W.

S ohľadom na koeficient rezervy potrebný výkon kotla na vykurovanie domu 120 m² je približne 13 kW.

Závery a užitočné video k téme

Video-návod: ako vypočítať tepelné straty domu a výkon kotla pomocou programu Valtec.

Kvalitný výpočet tepelných strát a výkonu plynového kotla podľa vzorcov alebo programovými metódami umožňuje určiť s vysokou presnosťou potrebné parametre zariadenia, čo umožňuje vylúčiť neopodstatnené náklady na palivo.

Napíšte, prosím, komentáre do blokového formulára umiestneného nižšie. Porozprávajte o tom, ako ste vypočítali tepelné straty pred kúpou vykurovacieho zariadenia pre vlastnú chatu alebo vidiecky dom. Pýtajte sa, zdieľajte informácie a fotografie k téme.