Расчет бойлера косвенного нагрева — мощность и объем

Поскольку речь идет о расчете, значит потребуются цифры исходных данных. Каждый человек по-разному расходует воду. Одним достаточно пробыть в душе 5 минут, а другие каждый день два раза в ванне плавают.

Если Вы решили приобрести бойлер и выбираете тип и модель прежде всего изучите свои потребности. Хотя бы замеряйте время купания и мойки посуды.  Подсчитаем, сколько нужно горячей воды, какой для этого нужен объем бойлера и его мощность. Сколько и чего он возьмет у котла и что для этого потребуется котлу.

Бойлера косвенного нагрева

Величины

Мы потребляем воду литрами, а ее температуру измеряем градусами. Вода, для того чтобы нагреться, использует тепловую энергию в Джоулях из расчета своей массы в килограммах. Водонагреватель вырабатывает мощность в Ваттах, а КПД исчисляет процентами. Переведем эти единицы измерения в одну, понятную, плоскость.

• Согласно законам физики для того, чтобы повысить температуру 1 кг воды, что равно 1 л, на 1оС требуется 4,187 кДж тепловой энергии, что составляет 0,001 кВт/ч мощности нагревающего устройства. Вид, производитель и потери не учитываем. Кто бы не произвел нагреватель и в каких бы условиях этот механизм не находился воде всегда нужно именно столько энергии.
• Вода, поступающая в бойлер зимой (летом котел не работает), имеет температуру порядка 10о. Утепленные трубы подачи сократят разницу температур на входе и выходе бойлера и помогут экономить топливо.
• На панели управления аппаратом выставлена цифра 60о. Это означает что жидкость в агрегате будет нагрета до такой температуры. Следовательно, 60-10=50о. Настраивать большую величину разогрева не стоит. Такая нагрузка повлечет за собой повышенный износ оборудования.
• На эту величину требуется поднять температуру. Умножим найденную разницу в градусах на энергию нужную для получения каждого из них — 50*0,001=0,05 кВт/ч мощности потребуется бойлеру для такой работы.

Итак, для нагрева 1 л воды до 60о понадобится 0,05 кВт/ч мощности бойлера, а для повышения на 1о — 0,001 кВт/ч его усилий.

Горячая вода, которую мы берем из крана чтобы умыться или помыть посуду имеет температуру около 40о. Выше будет горячо, ниже прохладно. Чтобы расчет работы бойлера, не только косвенного нагрева, но и любого другого типа нагревателя был правильным нужно учесть, что мы смешиваем две воды, каждая из которых имеет свою температуру.

• Горячая вода — это тепловая энергия. Мы подсчитали, что 1о = 0,001 кВт/ч.
• Желаемая нами вода должна быть 40о, значит 40*0,001= 0,04 кВт.
• Холодная вода имеет 10о, значит 0,01 кВт/ч уже есть. Это составляет 25% от требуемого объема теплоты.
• Значит нужно добавить еще 75% температуры, что составит 0,05*75%=0,0375 кВт/ч.

Таким образом, 1 л искомой смеси (далее по тексту будем называть ее теплой водой) будет содержать 0,75 л полностью нагретой воды из нашего агрегата и 0,0375 кВт/ч его мощности.

Количество потребляемой мощности

Бойлер, подключение

Придя к решению о необходимости покупки и производя расчет объема бойлера косвенного нагрева, нужно подсчитать сколько теплой воды нужно для нормального существования. Представим семью из 4-х человек и осуществим среднесуточный анализ за неделю и пиковое (утро рабочего дня) исследование потребления горячей воды.

1. Еженедельный анализ

• Для того, чтобы помыть посуду потребуется около 5 литров теплой воды в минуту. Учитывается время полоскания, это около 5 минут. Два раза в день моем тарелки, получаем 50 л теплой воды ушло на кухонную утварь в сутки. Умножим на 7 дней итого 350 литров в неделю.
• Каждый человек 2-3 раза в неделю принимает ванну, расходуя при этом порядка 170 литров. 4*2,5=10*170=1700 литров за 7 дней.
• Еще 4-5 раз душ по 10 минут при расходе около 12 л/мин. 4,5*10*12=540 на одного члена семьи, соответственно на всех 2160 л в неделю.
• Мелкая гигиена (помыть руки, обувь, убрать в доме) — порядка 10 л в день на человека составит 280 л за исследуемый период.

Итого — 350+1700+2160+280=4490 литров в неделю. Добавим заходивших гостей и запас на всякий случай получим ориентировочную цифру около 5000 литров в неделю. Но бойлер считает в часах, нужно перевести в его единицы. 5000 / 7 / 24 = 30 литров в час теплой воды составляет средний расход семьи из 4-х человек.

Исходя из наших цифр соотношения температуры и мощности получаем необходимый средний расход мощности — 30*0,0375 = 1,125 кВт/час.

Пиковое потребление

Бойлера косвенного нагрева, схема

Исходя из вышеизложенного создается впечатление, что даже самого маленького нагревателя будет достаточно. Увы, в жизни не все так гладко. Производя расчет объема резервуара и необходимой мощности агрегата требуется учесть, что утром вся семья просыпается и собирается на работу или в школу примерно в одно время. Ждать, пока полностью нагреется вода в бойлере попросту некогда. Должно хватить запаса накопленной жидкости и подогрева проточной за время расходования ее потребителями.

• Согласно статистике, коммунальных служб утренний расход горячей воды составляет порядка 30%-40% от среднесуточной величины за 1,5 часа. Берется период с 7 ч 00 мин до 8 ч 30 мин. Возьмем среднюю цифру 35% и получим, что наша семья израсходует 5000 / 7 * 35% = 250 литров за 1,5 часа, что равно 170 литров в час теплой воды. Для такого количества нам понадобится 170 * 75% = порядка 130 литров горячей воды и 170 * 0,0375 = 6,5 кВт мощности водонагревателя.
• Но и это еще не все. По мере расходования полностью нагретой воды из бака в него будет добавляться холодная, которую нужно разогреть, а для этого требуется время.
• Средняя скорость подогрева в проточном режиме зависит от температуры теплоносителя и площади поверхности контура. Поскольку нагревающая жидкость поступает из котла ее температура будет постоянно порядка 70 — 75о, а теплообменник рассчитывается относительно объема резервуара и заявленной мощности устройства.
• Средние показатели приблизительно равны для устройств всех производителей и составляют для бойлера с нагрузкой контура теплообмена 10 кВт порядка 0,3 л/мин при заданной нами разнице температур 50о. За один час объем подогретой проточной воды составит 60 * 0,3 = 18 литров.

Таким образом расчет объема бойлера косвенного нагрева показывает, что для одного утра рабочего дня семье из 4-х человек потребуется аппарат мощностью не менее 10 кВт и оснащенный баком емкостью более 100 л. С увеличением возможностей контура теплообмена скорость нагрева будет увеличиваться пропорционально росту мощности, но и количество тепла, отобранного у котла, возрастет.

Расход теплоносителя

Поскольку тепловая энергия берется у отопительного устройства, значит ее меньше поступит в систему обогрева дома. Но на общей температуре в помещении скажется только средний расход, пиковые показатели краткосрочны и особого влияния на разогретую систему отопления не окажут.

• Мы подсчитали, что средний расход мощности составит 1,125 кВт в час. Но после утреннего и вечернего разбора горячей воды резервуар заполниться холодной жидкостью, агрегат ее разогреет и будет всю ночь или день поддерживать температуру.
• Значит следует учесть холостой расход тепла, как минимум на два полных цикла в день, что составит 200 * 0,0375 / 24 = порядка 0,3125 кВт/ч.

В итоге получаем результат, согласно которому для бесперебойного обеспечения семьи горячей водой котел отдаст порядка 1,125 + 0,3 = 1,5 кВт/ч своей мощности. Если добавить потери теплоты при транспортировке по трубам, через корпус бойлера и непредвиденные расходы воды (скопление гостей на юбилей, чистка обуви и т. д. и т. п.) правильнее будет взять цифру 2 кВт/ч.

При проведении этого исследования учитывались усредненные цифры. Чтобы получить более точный расчет бойлера косвенного нагрева калькулятор, представленный по мощности и производителям, учитывает особенности каждой конкретной модели нагревателя и конкретные условия эксплуатации.