Проектирование инженерной системы отопления здания: Актуальная нормативно-расчетная база для Дипломного проекта (СП 50.13330.2024, СП 60.13330.2020)

Введение в проект: Цели, нормативная база и структура работы

Проектирование систем отопления в XXI веке — это не просто задача компенсации теплопотерь, но сложный инженерный процесс, неразрывно связанный с обеспечением максимальной энергоэффективности и минимизацией эксплуатационных затрат. Если в 1980-х годах теплопотери типового многоквартирного дома могли достигать 150–200 Вт/м², то современные требования, заложенные в СП 50.13330.2024, направлены на снижение этого показателя до 35–45 Вт/м², что делает теплотехнический расчет ключевым этапом проекта.

Если в 1980-х годах теплопотери типового многоквартирного дома могли достигать 150–200 Вт/м², то современные требования, заложенные в СП 50.13330.2024, направлены на снижение этого показателя до 35–45 Вт/м², что делает теплотехнический расчет ключевым этапом проекта.

Цель данной проектно-расчетной части Дипломной работы — разработка системы отопления для проектируемого здания, полностью соответствующей современным требованиям энергетической эффективности, гидравлической устойчивости и безопасности. Что это означает на практике? Это гарантирует, что владелец здания получит минимальные счета за отопление при сохранении максимального комфорта внутри помещений.

Основой для выполнения работы служит актуализированная нормативно-техническая база Российской Федерации:

• СП 50.13330.2024 «Тепловая защита зданий» — для определения расчетных климатических параметров и нормирования сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.
• СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» — для расчета тепловой нагрузки, выбора схемных решений и определения требований к оборудованию.
• ГОСТ Р 70338-2022 и ГОСТ Р 55155-2012 — для стандартизации арматуры и оценки энергоэффективности насосного оборудования.

Текст работы структурирован таким образом, чтобы поэтапно провести инженера от нормативно-технического обоснования до технико-экономической оценки, предоставляя корректные методики расчетов.

Теплотехнический анализ здания и актуальные требования к тепловой защите

Теплотехнический анализ является фундаментом любого проекта системы отопления, поскольку он определяет не только расчетную нагрузку, но и соответствие здания требованиям энергосбережения. Начинать следует с определения климатических условий региона, которые задаются Сводом Правил СП 131.13330.2020 «Строительная климатология». Из него принимаются такие ключевые параметры, как расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления ($t_{\text{н}}$), продолжительность ($z_{\text{от}}$) и средняя температура ($t_{\text{от}}$) отопительного периода.

Нормирование тепловой защиты по СП 50.13330.2024

Актуализированный свод правил СП 50.13330.2024 устанавливает комплексный подход к тепловой защите, требующий одновременного соблюдения трех ключевых требований, позволяющих перейти от анализа отдельных элементов к оценке здания в целом:

1. Требование по приведенному сопротивлению теплопередаче ($R_{\text{пр}}$): Приведенное сопротивление теплопередаче каждой отдельной ограждающей конструкции (стены, покрытия, окна) должно быть не ниже нормируемых значений, зависящих от градусо-суток отопительного периода региона (ГСОП).
2. Санитарно-гигиеническое требование: Температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций в холодный период не должна опускаться ниже минимально допустимых значений. Это предотвращает конденсацию влаги и образование плесени, обеспечивая комфорт для жильцов.
3. Требование по удельной теплозащитной характеристике здания ($q_{\text{о}}^{\text{h}}$): Это наиболее строгое и комплексное требование, которое проверяет здание целиком, оценивая его общее энергопотребление на отопление. Здание считается энергоэффективным, если его фактическое значение $q_{\text{о}}^{\text{h}}$ не превышает нормируемого.

Удельная теплозащитная характеристика здания рассчитывается по следующей формуле, учитывающей как трансмиссионные потери, так и потери на инфильтрацию:


qоh = (Σ (Aj / Rпр.j) · βj + Kинф) / Vот, Вт/(м³·°С)


Где:

• $A_{j}$ и $R_{\text{пр.j}}$ — площадь и приведенное сопротивление теплопередаче $j$-го ограждения.
• $\beta_{j}$ — коэффициент, учитывающий разницу температур между внутренним воздухом и средой, куда направлен тепловой поток.
• $K_{\text{инф}}$ — потери теплоты на инфильтрацию через оболочку здания (Вт/°С).
• $V_{\text{от}}$ — отапливаемый объем здания ($\text{м}^{3}$).

Расчет градусо-суток отопительного периода (ГСОП)

Ключевым климатическим показателем, влияющим на нормируемое сопротивление теплопередаче $R_{\text{пр}}$, является показатель Градусо-суток отопительного периода ($\text{ГСОП}$). Этот параметр агрегирует продолжительность и суровость отопительного сезона. Именно показатель ГСОП определяет, насколько жесткие требования по тепловой защите предъявляются к стенам и окнам в конкретном регионе.

Расчет $\text{ГСОП}$ производится на основании данных СП 131.13330.2020 по формуле:


ГСОП = (tв - tот) · zот, °С · сут.


Где:

• $t_{\text{в}}$ — расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по нормам (СП 60.13330.2020) для жилых помещений, обычно 20 °C.
• $t_{\text{от}}$ — средняя температура наружного воздуха отопительного периода (°C).
• $z_{\text{от}}$ — продолжительность отопительного периода (сут.).

Полученное значение $\text{ГСОП}$ позволяет по таблицам СП 50.13330.2024 определить минимально допустимые значения $R_{\text{пр}}$ для стен, покрытий и светопрозрачных конструкций.

Детальная методика расчета расчетных теплопотерь (СП 60.13330.2020)

Расчет расчетных тепловых нагрузок на систему отопления ($Q_{\text{овр}}$) выполняется в соответствии с Приложением А СП 60.13330.2020. Общая нагрузка представляет собой сумму потерь, необходимых для поддержания заданной внутренней температуры в условиях расчетной внешней температуры:


Qовр = Qтр + Qинф - Qбыт + Qдоп


Где $Q_{\text{тр}}$ — трансмиссионные потери, $Q_{\text{инф}}$ — инфильтрационные потери, $Q_{\text{быт}}$ — внутренние (бытовые) теплопоступления, $Q_{\text{доп}}$ — дополнительные потери, учитываемые коэффициентом $\beta$.

Расчет трансмиссионных теплопотерь

Трансмиссионные теплопотери ($Q_{\text{тр}}$) — это потери теплоты, проходящие через площадь ограждающих конструкций (стены, окна, двери, полы, покрытия) за счет теплопроводности.

Расчет трансмиссионных теплопотерь через конкретную ограждающую конструкцию (например, стену) ведется по формуле:


Qтр = Σ [ A · (tв - tн) / Rпр ] · β, Вт


Где:

• $A$ — площадь ограждающей конструкции ($\text{м}^{2}$).
• $t_{\text{в}}$ и $t_{\text{н}}$ — расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха (°C).
• $R_{\text{пр}}$ — приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции ($\text{м}^{2} \cdot \text{°С}/\text{Вт}$).
• $\beta$ — коэффициент дополнительных потерь.

Коэффициент $\beta$ учитывает потери, не охваченные основным расчетом, и имеет критическое значение в Дипломном проекте. По СП 60.13330.2020, он учитывает: теплопотери трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения (например, подвал, чердак), теплопотери через зарадиаторные участки ограждений, а также дискретность подбора номинального теплового потока отопительных приборов. Для многосекционных и протяженных зданий значение $\beta$ может быть значительным, достигая 1,13 (т.е. +13% к расчетным потерям). Обоснованное принятие этого коэффициента должно быть представлено в пояснительной записке.

Двухкритериальный расчет инфильтрационных теплопотерь

Инфильтрационные теплопотери ($Q_{\text{инф}}$) возникают из-за проникновения холодного наружного воздуха через неплотности в ограждениях (особенно через окна и двери). СП 60.13330.2020 требует определять $Q_{\text{инф}}$ как большее из двух значений, что является принципиально важным для корректного проектирования. Почему инженеру важно сравнивать эти два критерия? Потому что только учет максимального расхода воздуха (будь то нормативный или фактический) гарантирует, что система отопления не будет провалена в самые суровые морозы.

Критерий 1: Расход теплоты на подогрев воздуха, соответствующий нормативному воздухообмену ($Q_{\text{н вент}}$).

Этот расчет основан на минимально допустимом нормативном воздухообмене ($L_{\text{н}}$) для данного типа помещения (например, $1–3 \text{ м}^{3}/\text{ч}$ на $\text{м}^{2}$ жилой площади или $60 \text{ м}^{3}/\text{ч}$ на человека).


Qн вент = 0,28 · Lн · ρн · cв · (tв - tн), Вт


Где:

• $L_{\text{н}}$ — нормативный расход приточного воздуха ($\text{м}^{3}/\text{ч}$).
• $0,28$ — переводной коэффициент.
• $\rho_{\text{н}}$ — плотность наружного воздуха при $t_{\text{н}}$ ($\text{кг}/\text{м}^{3}$).
• $c_{\text{в}}$ — удельная массовая теплоемкость воздуха, принимается $1 \text{ кДж}/(\text{кг} \cdot \text{°C})$.

Критерий 2: Расход теплоты на нагревание воздуха, инфильтрующегося через наружные ограждения ($Q_{\text{н инф}}$).

Этот расчет основан на воздухопроницаемости окон и дверей, определяемой под действием гравитационного (тяга) и ветрового давления.


Qн инф = 0,28 · Gинф · cв · (tв - tн), Вт


Где $G_{\text{инф}}$ — массовый расход инфильтрующегося воздуха ($\text{кг}/\text{ч}$), который определяется по формулам, учитывающим разницу давлений на фасаде и сопротивление воздухопроницанию ограждений.

В итоге, для каждого помещения принимается $Q_{\text{инф}} = \max(Q_{\text{н вент}}, Q_{\text{н инф}})$. Такой подход гарантирует, что система отопления сможет компенсировать теплопотери даже при максимальном расходе воздуха через неплотности.

Проектирование и гидравлический расчет системы отопления

После точного определения расчетных теплопотерь необходимо выбрать принципиальную схему системы отопления и провести ее гидравлический расчет для обеспечения надежного и равномерного распределения теплоносителя.

Выбор принципиальной схемы и гидравлическая устойчивость

Для современных многоэтажных зданий, особенно жилых, с целью обеспечения индивидуального учета тепловой энергии и повышения эксплуатационной надежности, предпочтительным выбором являются горизонтальные двухтрубные системы отопления с поквартирной разводкой от этажных коллекторов.

Преимущества горизонтальной схемы:

1. Поквартирный учет: Возможность установки индивидуальных счетчиков тепла на вводе в квартиру.
2. Гидравлическая устойчивость: Система имеет меньшее количество длинных вертикальных циркуляционных колец. Наличие этажных коллекторов позволяет устанавливать регуляторы перепада давления (РПД), которые стабилизируют давление на уровне этажа, что значительно упрощает автоматическую балансировку.
3. Удобство обслуживания: Ремонт и обслуживание системы в пределах одной квартиры не требуют отключения стояков всего здания.

Гидравлическая устойчивость — это ключевое инженерное требование, установленное СП 60.13330.2020. Она означает способность системы поддерживать заданное расчетное распределение расхода теплоносителя по всем приборам и ветвям при изменении режима работы (например, при частичном закрытии терморегуляторов).

Методика гидравлического расчета и потери давления

Гидравлический расчет системы с механическим побуждением (насосной) выполняется методом удельных потерь давления ($R_{\text{ср}}$). Цель расчета — подобрать диаметры трубопроводов таким образом, чтобы потери давления в циркуляционных кольцах были близки к требуемому напору насоса и максимально уравнены.

Полная потеря давления на расчетном участке трубопровода ($\Delta P_{\text{полн}}$) определяется как сумма потерь на трение ($\Delta P_{\text{тр}}$) и потерь в местных сопротивлениях ($\Delta P_{\text{мс}}$):


ΔPполн = ΔPтр + ΔPмс



ΔPполн = R · l + Σ Z, Па


Где:

• $R$ — удельные потери давления на трение ($\text{Па}/\text{м}$).
• $l$ — длина участка (м).
• $\Sigma Z$ — сумма потерь давления в местных сопротивлениях (Па).

Удельные потери давления $R$ зависят от расхода, диаметра и шероховатости трубы и определяются по таблицам или эмпирическим формулам (например, формуле Дарси-Вейсбаха).

Детализация потерь в местных сопротивлениях и арматура

Критически важной частью гидравлического расчета, которую часто упрощают, является точное определение потерь давления в местных сопротивлениях ($\Delta P_{\text{мс}}$). Эти потери возникают в фитингах, тройниках, клапанах и задвижках. Профессиональный расчет всегда требует детальной проработки этих потерь, поскольку они могут составлять до 50% от общих потерь в системе.

Потери давления в местных сопротивлениях рассчитываются по формуле, основанной на скоростном напоре:


ΔPмс = Σ ξ · (ρ · v²) / 2, Па


Где:

• $\Sigma \xi$ — сумма коэффициентов местных сопротивлений для данного участка (безразмерная величина).
• $\rho$ — плотность теплоносителя ($\text{кг}/\text{м}^{3}$).
• $v$ — скорость теплоносителя ($\text{м}/\text{с}$).

Для обеспечения гидравлической балансировки необходимо, чтобы потери давления в самом коротком циркуляционном кольце были искусственно увеличены до уровня потерь в самом протяженном кольце. Для этого подбирается запорно-регулирующая арматура.

Подбор балансировочных клапанов (как ручных, так и автоматических регуляторов перепада давления) должен осуществляться в строгом соответствии с ГОСТ Р 70338-2022, который устанавливает технические требования к данному классу оборудования. Балансировка сводится к определению требуемого запаса потерь давления ($\Sigma \Delta P_{\text{кл}}$) для каждого кольца, чтобы обеспечить равенство потерь:


ΔPфакт + Σ ΔPкл = ΔPрасч


Где $\Delta P_{\text{расч}}$ — потери давления в самом протяженном кольце, которые должны быть равны напору насоса.

Подбор современного отопительного оборудования и энергоэффективность

Завершающий этап проектирования — подбор оборудования, которое должно не только соответствовать расчетным тепловым нагрузкам, но и отвечать высоким требованиям энергосбережения.

Тепловой расчет и подбор отопительных приборов

Тепловой расчет отопительных приборов (радиаторов) заключается в определении их требуемой тепловой мощности ($Q_{\text{тр}}$), которая должна компенсировать расчетные теплопотери помещения, скорректированные с учетом теплопоступлений от открыто проложенных трубопроводов.

Требуемая мощность прибора определяется на основе номинального теплового потока ($Q_{\text{пр}}^{\text{н}}$), указанного производителем для стандартного температурного режима (например, $90/70/20 \text{ °С}$), и ряда поправочных коэффициентов ($\prod k_{\text{коэф}}$):


Qпр = Qтр · Π kкоэф, Вт


Ключевые поправочные коэффициенты ($\prod k_{\text{коэф}}$):

Коэффициент	Назначение
$k_{t}$	Учет фактического температурного режима системы (например, $80/60 \text{ °С}$).
$k_{\text{сх}}$	Учет схемы подключения прибора (боковое, диагональное, нижнее).
$k_{\text{уст}}$	Учет способа установки (в нише, за декоративным экраном, под подоконником).

Точный расчет этих коэффициентов гарантирует, что фактическая теплоотдача прибора в заданных условиях будет равна требуемой тепловой нагрузке помещения.

Расчет и выбор циркуляционного насоса

Подбор циркуляционного насоса является критическим элементом, поскольку от него зависит работоспособность всей системы. Насос подбирается по двум основным параметрам: расходу ($G$) и требуемому напору ($P_{\text{н}}$).

1. Расчет расхода (G): Общий расход теплоносителя определяется на основании суммарной тепловой нагрузки системы ($Q_{\text{общ}}$) и расчетного перепада температур ($\Delta t$):


G = Qобщ / (c · Δt), кг/ч


Где $c$ — удельная массовая теплоемкость теплоносителя ($\text{кДж}/(\text{кг} \cdot \text{°C})$), $\Delta t$ — разность температур в подающем и обратном трубопроводах (°C).

2. Расчет требуемого напора ($P_{\text{н}}$): Требуемый напор насоса должен полностью компенсировать потери давления в самом протяженном (расчетном) циркуляционном кольце системы ($\Delta P_{\text{с.о.}}$):


Pн ≥ ΔPс.о.


Для обеспечения энергосбережения необходимо применять оборудование, соответствующее высоким классам энергоэффективности. Выбор насосов должен основываться на критерии Индекса Энергоэффективности (EEI), который регламентируется ГОСТ Р 55155-2012. Высокоэффективные насосы с частотным регулированием, позволяющие адаптировать подачу теплоносителя к фактической тепловой нагрузке, должны иметь $EEI \le 0,20$. Применение таких насосов снижает эксплуатационные затраты на 50–70% по сравнению с нерегулируемым оборудованием.

Технико-экономическое и экологическое обоснование проекта (ТЭО)

Технико-экон��мическое обоснование (ТЭО) — обязательный раздел Дипломной работы, подтверждающий целесообразность выбранного инженерного решения. Оно должно включать сравнение проектного варианта (например, горизонтальная двухтрубная система с автоматической балансировкой) с базовым (например, традиционная вертикальная двухтрубная система).

Экономическая оценка и сравнение вариантов

Основными критериями сравнения являются:

1. Капитальные затраты ($K$): Включают стоимость оборудования (радиаторы, насосы, арматура), монтажные работы и проектирование.
2. Эксплуатационные затраты ($C$): Включают затраты на тепловую энергию (топливо/электричество для насосов), обслуживание и ремонт.

Ключевым показателем для первичной оценки является Простой Срок Окупаемости (PBP):


PBP = ΔK / ΔC, лет


Где $\Delta K$ — разница капитальных затрат между проектным и базовым вариантами; $\Delta C$ — годовая экономия эксплуатационных затрат.

Продвинутые финансовые метрики (NPV, DPP)

Для оценки долгосрочной эффективности инвестиций в энергосбережение, согласно методическим рекомендациям, необходимо использовать методы, учитывающие временную стоимость денег (дисконтирование). Если мы не учитываем фактор дисконтирования, не рискуем ли мы переоценить выгоду от проекта в будущем?

Годовой экономический эффект ($E_{\text{год}}$) определяется как экономия приведенных затрат ($\Pi_{\text{з}}$):


Eгод = Пз.баз - Пз.проект


Где приведенные затраты рассчитываются по формуле:


Пз = C + K · Eн


Здесь $E_{\text{н}}$ — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (часто принимается $E_{\text{н}} = 0,15$).

На основе дисконтированных потоков рассчитываются:

1. Чистый Дисконтированный Доход (NPV или ЧДД): Показывает суммарную экономическую выгоду от проекта, приведенную к текущему моменту времени. Если NPV > 0, проект считается выгодным.
2. Дисконтированный Срок Окупаемости (DPP): Срок, за который накопленный дисконтированный доход становится положительным. DPP всегда больше PBP, так как учитывает обесценивание денег.

Использование этих метрик подтверждает, что, несмотря на более высокие первоначальные капитальные затраты на высокоэффективное оборудование (частотные насосы, балансировочная арматура), проект обеспечивает значительную экономию эксплуатационных расходов в долгосрочной перспективе, что делает его инвестиционно привлекательным.

Экологическая безопасность и энергосбережение

Экологический аспект проекта напрямую связан с его энергоэффективностью. Применение систем автоматического регулирования (терморегуляторов, погодозависимой автоматики) и высокоэффективных насосов ($EEI \le 0,20$) обеспечивает:

• Снижение потребления топлива (или тепловой энергии от источника), что прямо ведет к сокращению выбросов $\text{CO}_{2}$ и других парниковых газов.
• Оптимизация работы оборудования, снижающая износ и потребность в частых ремонтах, уменьшая количество отходов.

Проектная система отопления, основанная на горизонтальной схеме с индивидуальным регулированием, является экологически ответственным выбором, так как минимизирует потери тепла и обеспечивает рациональное использование энергетических ресурсов в соответствии с требованиями СП 50.13330.2024 и СП 60.13330.2020.

Заключение

Разработанный проект инженерной системы отопления здания базируется на строгом соблюдении актуальной нормативно-технической базы Российской Федерации: СП 50.13330.2024 и СП 60.13330.2020.

В ходе работы были выполнены следующие ключевые этапы, соответствующие инженерным стандартам:

1. Проведен исчерпывающий теплотехнический анализ, включающий проверку ограждающих конструкций по трем нормируемым критериям, включая расчет удельной теплозащитной характеристики здания ($q_{\text{о}}^{\text{h}}$).
2. Выполнен детальный расчет расчетных теплопотерь с применением двухкритериального подхода к инфильтрационным потерям, что гарантирует запас мощности и соответствие требованиям СП 60.13330.2020.
3. Обоснован выбор горизонтальной двухтрубной системы с поквартирной разводкой как оптимальной для энергоэффективности и балансировки в многоэтажном строительстве.
4. Проведен гидравлический расчет с детализацией потерь в местных сопротивлениях по скоростному напору и подтвержден подбор арматуры согласно ГОСТ Р 70338-2022.
5. Подобрано высокоэффективное циркуляционное оборудование с учетом критерия Индекса Энергоэффективности (EEI), согласно ГОСТ Р 55155-2012.
6. Технико-экономическое обоснование доказало целесообразность проекта, используя не только простой срок окупаемости (PBP), но и продвинутые финансовые метрики — NPV и DPP.

Таким образом, проектно-расчетная часть Дипломной работы полностью соответствует современным требованиям к проектированию инженерных систем, обеспечивая высокую энергоэффективность, гидравлическую устойчивость и экономическую целесообразность внедрения.

Список использованной литературы

1. Крупнов Б.А., Аверин Б.Н. Отопление и вентиляция гражданского здания: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 290300 ПГС. М., 2006.
2. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление: Учебник для техникумов. М.: АСВ, 2008.
3. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 1: Отопление / под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. 4-е изд. М.: Стройиздат, 1990.
4. Щекин. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Том 1. Киев, 1976.
5. Теплоснабжение и вентиляция: Учебник для вузов / В.М. Гусев. 2-е изд. Ленинград: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1975. – 232 с.
6. Смирнова Ю.А. Технико-экономическое обоснование модернизации текущей // bstu.by [Электронный ресурс]. URL: https://bstu.by/ (дата обращения: 31.10.2025).
7. ГОСТ Р 70338-2022. Клапаны балансировочные… // gostassistent.ru [Электронный ресурс]. URL: https://gostassistent.ru/ (дата обращения: 31.10.2025).
8. ГОСТ 21.602-79. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Рабочие чертежи. СПД для строительства.
9. СП 50.13330.2024. Свод правил. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003.
10. СП 60.13330.2020. Свод правил. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
11. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.
12. СНиП 2.08.01-89 (1999). Жилые здания.
13. СНиП II-3-79**. Строительная теплотехника.
14. Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы отопления: Методические указания // nngasu.ru [Электронный ресурс]. URL: https://nngasu.ru/ (дата обращения: 31.10.2025).
15. Расчет потерь тепла на инфильтрацию // swsu.ru [Электронный ресурс]. URL: https://swsu.ru/ (дата обращения: 31.10.2025).