Бойлер косвенного нагрева: как считать
Бойлер косвенного нагрева — бак с водой для ГВС, внутри которого змеевик, питаемый горячей водой от котла. Его тепловая математика — теплообменник с переменным напором: по мере нагрева бака разность температур между змеевиком и водой падает, и мощность снижается. Энергия на нагрев E = V·ρ·c·Δt: 200 л с 10 до 55 °C — 10,4 кВт·ч. Мощность змеевика P = k·A·Δt_ср, где k для змеевика в баке 300–600 Вт/(м²·К) (естественная конвекция снаружи — узкое место), A — паспортная площадь змеевика (0,5–1,5 м² у баков 100–300 л), Δt_ср — LMTD между теплоносителем 80/60 °C и водой в баке.
В начале нагрева (бак 10 °C) змеевик 1 м² при k = 400 отдаёт 23,8 кВт, в конце (55 °C) — только 5 кВт; средняя мощность 13 кВт. Точное время нагрева получается из экспоненциального закона t = C/(k·A)·ln((t_т − t₁)/(t_т − t₂)), где C — теплоёмкость воды бака, t_т — средняя температура теплоносителя: для примера 48 мин. Змеевик 2 м² сокращает время до 24 мин, но не вдвое от «мощности котла»: котёл 24 кВт через змеевик 1 м² физически не может отдать больше 23,8 кВт, и паспортная «мощность змеевика» производителей указана обычно при 80/60 и холодном баке.
Расход теплоносителя через змеевик при стартовой мощности — 1,04 м³/ч (80/60 °C): под него подбирают насос загрузки бойлера. Дальше — потери бака 1–2 кВт·ч в сутки на 200 л, режим приоритета ГВС и время восстановления после разбора. Калькулятор считает энергию, мощность змеевика в начале и конце, среднюю, точное время нагрева, расход и показывает, как влияют площадь змеевика, температура котла и k.
Бойлер 200 л: мощность змеевика и время нагрева по площади
Котёл 80/60 °C, k 400 Вт/(м²·К); время по экспоненциальному закону.
Коэффициенты теплопередачи разных аппаратов
Змеевик в баке — 300–600: естественная конвекция снаружи ограничивает; бак в баке — ещё меньше.
Тепловой поток через поверхность аппарата пропорционален коэффициенту теплопередачи, площади поверхности и среднему температурному напору: Q = k·A·Δt_ср, где для противотока и прямотока Δt_ср = (Δt₁ − Δt₂)/ln(Δt₁/Δt₂) — среднелогарифмическая разность температур сред на концах аппарата.— Основное уравнение теплопередачи
Как считать и что проверить
- Энергия E = V·ρ·c·Δt: 200 л с 10 до 55 — 10,4 кВт·ч; мощность змеевика P = k·A·LMTD падает по мере нагрева (23,8 → 5 кВт).
- Время t = C/(k·A)·ln((t_т − t₁)/(t_т − t₂)): 48 мин при змеевике 1 м²; 2 м² — 24 мин.
- Котёл мощнее змеевика не ускорит нагрев: змеевик 1 м² при 80/60 отдаёт не более 23,8 кВт даже от котла 30 кВт.
- Насос загрузки — на расход 1,04 м³/ч; k змеевика 300–600, при накипи ниже — раз в 1–2 года промывка.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном калькуляторе теплообменника; расход и потери контуров — в гидравлике системы отопления, регулирующий клапан теплообменника — в расчёте Kv клапана.
- СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий» — расчётные расходы и температуры горячей воды (55–60 °C), нагрузка ГВС. Минстрой России. 2020.
- СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» — расчёт водоподогревателей ГВС и отопления, средняя разность температур, запас поверхности. Минстрой России. 1995.
- Кутателадзе С. С. «Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие» — коэффициенты теплоотдачи, теплопередача через стенку. Энергоатомиздат. 1990.
- Incropera F. P., DeWitt D. P. «Fundamentals of Heat and Mass Transfer» — LMTD, метод ε-NTU, коэффициенты теплоотдачи и загрязнения. Wiley. 2011.
