Izračun ogrevanja vode: primer izračuna toplotne bilance

Uporaba vode kot toplotnega nosilca v ogrevalnem sistemu je ena izmed najbolj priljubljenih možnosti za ohranjanje tople hiše v hladnem obdobju. Potrebno je samo pravilno načrtovati in nato namestiti sistem. V nasprotnem primeru bo ogrevanje neučinkovito pri visokih stroških za gorivo, kar je po trenutnih cenah energije zelo nezanimivo.

Brez uporabe specializiranih programov je nemogoče samostojno izračunati ogrevanje vode (v nadaljevanju - ITS), saj izračuni uporabljajo kompleksne izraze, ki jih ni mogoče določiti s standardnim kalkulatorjem. V tem članku bomo podrobno preučili algoritem za izvajanje izračunov, uporabili bomo uporabljene formule, pri čemer smo upoštevali potek izračunov z uporabo posebnega primera.

Predstavljeno gradivo bomo dopolnili s tabelami z vrednostmi in referenčnimi kazalniki, ki so potrebni med izračuni, tematsko fotografijo in video posnetkom, ki kažejo dober primer izračuna z uporabo programa.

Izračun toplotne bilance stanovanjske strukture

Za uvedbo ogrevalne naprave, kjer voda deluje kot krožeča snov, je treba najprej izvesti natančne hidravlične izračune.

Pri razvoju in izvedbi kakršnega koli ogrevalnega sistema je treba poznati toplotno bilanco (v nadaljevanju - TB). Poznavanje toplotne moči za ohranjanje temperature v prostoru, lahko izberete pravo opremo in pravilno porazdelite njeno obremenitev.

V zimskem času ima prostor določeno izgubo toplote (v nadaljevanju - TP). Pretežni del energije gre skozi zaprte elemente in prezračevalne odprtine. Neznatni stroški se nanašajo na infiltracijo, segrevanje predmetov itd.

Kompetentni izračun ogrevanja vode po analogiji z drugimi tipi sistemov je potreben za izbiro grelne enote, ki lahko v celoti nadomesti toplotne izgube. Izračuni povzemajo vse vrste izgub skozi ovoj stavbe, puščanje skozi odprtine vrat in oken. Pri izračunu moči opreme je treba upoštevati potrebo po segrevanju zraka, ki vstopa v prostore med prezračevanjem in skozi ohlapna okna in krila vrat. Obvezno je treba upoštevati segrevanje pretoka zraka, ki ga zagotavlja prisilno prezračevanje, s funkcijo delnega mešanja svežega zraka. Ko je v ogrevalni shemi vklopljen dvokrožni kotel, se pri izračunu dejanske moči upošteva energija, porabljena za ogrevanje tople vode. Pravilno opravljeni izračuni vključujejo določanje učinkovitosti ogrevalne enote in uporabljenega goriva. Večina ogrevalnih krogov v ogrevanem prostoru je nameščena odkrito, razen strukturno nameščenih v tleh ali stenah možnosti. Pri zaprtih tokokrogih je treba upoštevati energijo za ogrevalne strukture. Pri odprtih ogrevalnih shemah, ki pridejo v neposreden stik z atmosfero skozi ekspanzijsko posodo, se upoštevajo izgube hladilnega sredstva.

TP je odvisen od plasti, ki sestavljajo obdajajoče strukture (v nadaljevanju - OK). Sodobni gradbeni materiali, zlasti izolacija, imajo nizek koeficient toplotne prevodnosti (v nadaljevanju - CT), tako da se skozi njih izgubi manj toplote. Za hiše na istem območju, vendar z drugačno strukturo OK, bodo stroški za ogrevanje različni.

Poleg določitve TA je pomembno izračunati TB stanovanja. Kazalec upošteva ne le količino energije, ki zapušča sobo, temveč tudi količino potrebne moči za vzdrževanje določenih ukrepov v hiši.

Najbolj natančne rezultate dajejo specializirani programi za graditelje. Zaradi njih je možno upoštevati več dejavnikov, ki vplivajo na TP.

Največja količina toplote zapusti prostor skozi stene, tla, streho, najmanj skozi vrata, okenske odprtine.

Z visoko natančnostjo je mogoče izračunati TP stanovanja z uporabo formul.

Celotni stroški ogrevanja hiš so izračunani po enačbi:

Q = Q _ok + Q _v,

Kjer je Q _ok količina toplote, ki zapušča sobo skozi OK; Q _v - poraba toplote za prezračevanje.

Izgube skozi prezračevanje se upoštevajo, če je zrak v prostoru nižji.

Izračuni se običajno upoštevajo OK, ko vstopamo na eno stran ulice. To so zunanje stene, tla, streha, vrata in okna.

Splošni TP Q _ok so enaki vsoti TP vsakega OK, to je:

Q _ok = stQ _st + ∑Q _okn + dvQ _dv + ptQ _ptl + ∑Q _pl,

Kje?

• Q _st - vrednost TP sten;
• Q _okn - okna TP;
• Q _dv - TP vrata;
  
• Q _ptl - TP strop;
  
• Q _pl - TP nadstropje.

Če imajo tla ali strop na celotnem območju drugačno strukturo, se TP izračuna za vsak del posebej.

Izračun toplotne izgube skozi OK

Za izračune so potrebne naslednje informacije:

• stenska struktura, uporabljeni materiali, njihova debelina, CT;
• zunanja temperatura v izredno mrzlem petdnevnem zimskem času v mestu;
• območje OK;
• usmerjenost OK;
• priporočena temperatura v stanovanju pozimi.

Za izračun TP morate najti skupni toplotni upor R _pribl . V ta namen moramo poznati toplotni upor R ₁, R ₂, R ₃, …, R _n vsakega sloja OK.

Koeficient R _{n se} izračuna po formuli:

Rn = B / k,

V formuli: B je debelina sloja OK v mm, k je CT vsake plasti.

Skupaj R lahko določimo z izrazom:

R = nR _n

Proizvajalci vrat in oken običajno na potni list označijo koeficient R v izdelku, zato ga ni treba šteti ločeno.

Toplotne odpornosti oken ni mogoče izračunati, ker tehnični list že vsebuje potrebne informacije, kar poenostavlja izračun TP

Splošna formula za izračun TP prek OK je naslednja:

Q _ok = ×S × (t _vnt - t _nar ) × R × l,

V smislu:

• S - območje OK, m ² ;
• t _vnt je želena sobna temperatura;
• t _nar - zunanja temperatura zraka;
• R - koeficient odpornosti, izračunan ločeno ali vzet iz potnega lista proizvoda;
• l - določitev koeficienta ob upoštevanju orientacije sten glede na kardinalne točke.

Izračun TB vam omogoča, da izberete opremo zahtevane zmogljivosti, ki odpravlja verjetnost pomanjkanja toplote ali presežek. Pomanjkanje toplotne energije se kompenzira s povečanjem pretoka zraka skozi prezračevanje, presežkom - z namestitvijo dodatne opreme za ogrevanje.

Toplotna poraba prezračevanja

Splošna formula za izračun TP zračenja je naslednja:

Q _v = 0, 28 × L _n × p _vnt × c × (t _vnt - t _nar ),

V izrazu imajo spremenljivke naslednji pomen:

• L _n - stroški vhodnega zraka;
• p _vnt - gostota zraka pri določeni temperaturi prostora;
• c toplotna zmogljivost zraka;
• t _vnt - temperatura v hiši;
• t _nar - zunanja temperatura zraka.

Če je v stavbi nameščeno prezračevanje, potem je parameter L _n vzet iz tehničnih značilnosti naprave. Če ni prezračevanja, se uporabi standardni indikator specifične izmenjave zraka, ki je enak 3 m ³ na uro.

Na podlagi tega se L _n izračuna po formuli:

L _n = 3 × S _{pl ,}

Po površini S _pl - površina.

2% vseh toplotnih izgub je predstavljalo infiltracijo, 18% - prezračevanje. Če je prostor opremljen s prezračevalnim sistemom, potem izračuni upoštevajo TP skozi prezračevanje in ne upoštevajo infiltracije.

Nato izračunamo gostoto zraka p _vnt pri dani temperaturi t _vnt .

To lahko naredimo s formulo:

p _vnt = 353 / (273 + t _{vnt) ,}

Specifična toplotna kapaciteta c = 1.0005.

Če je prezračevanje ali infiltracija neorganizirana, obstajajo vrzeli ali luknje v stenah, nato je treba izračun TP skozi luknje zaupati posebnim programom.

V našem drugem članku smo podali podroben primer toplotne konstrukcije zgradbe s posebnimi primeri in formulami.

Primer izračuna toplotne bilance

Razmislite o hiši z višino 2, 5 m, širino 6 m in dolžino 8 m, ki se nahaja v mestu Okha v regiji Sahalin, kjer termometer pade za -29 stopinj v izredno hladno 5-dnevno obdobje.

Kot rezultat meritve je bila temperatura tal nastavljena na +5. Priporočena temperatura v strukturi je +21 stopinj.

Najbolj primerno je upodobiti shemo hiše na papirju, ki kaže ne le dolžino, širino in višino stavbe, ampak tudi orientacijo glede na kardinalne točke, kot tudi lokacijo, dimenzije oken in vrat.

Stene zadevne hiše sestavljajo:

• debelina zidov B = 0, 51 m, CT k = 0, 64;
• mineralna volna B = 0, 05 m, k = 0, 05;
• obrnjen B = 0, 09 m, k = 0, 26.

Pri določanju k je bolje uporabiti tabele, predstavljene na spletni strani proizvajalca, ali pa poiskati informacije v podatkovnem listu izdelka.

Poznavanje toplotne prevodnosti omogoča izbiro najučinkovitejših materialov z vidika toplotne izolacije. Na podlagi zgornje tabele je najprimernejša za uporabo pri gradnji mineralne volne in polistirenske pene

Tla so sestavljena iz naslednjih plasti:

• OSB plošče B = 0, 1 m, k = 0, 13;
• minwats B = 0, 05 m, k = 0, 047;
• cementni estrih B = 0, 05 m, k = 0, 58;
• ekspandirani polistiren B = 0, 06 m, k = 0, 043.

V hiši ni kleti, tla pa imajo enako strukturo na celotnem območju.

Strop je sestavljen iz plasti:

• listi suhozidov B = 0, 025 m, k = 0, 21;
• izolacija B = 0, 05 m, k = 0, 14;
• prekrivanje strehe B = 0, 05 m, k = 0, 043.

Na podstrešju ni izhodov.

V hiši je samo 6 dvokomornih oken z I-steklom in argonom. Iz tehničnega potnega lista za izdelke je znano, da je R = 0, 7. Okna so dimenzij 1.1x1.4 m.

Vrata imajo dimenzije 1x2, 2 m, R = 0, 36.

Korak # 1 - izračun toplotne izgube stene

Stene na celotnem območju so sestavljene iz treh plasti. Najprej izračunamo njihov skupni toplotni upor.

Zakaj uporabiti formulo:

R =, R _{n ,}

in izraz:

R _n = b / k

Glede na začetne informacije dobimo:

R _st = 0.51 / 0.64 + 0.05 / 0.05 + 0.09 / 0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14

Ko se je naučil R, lahko nadaljujemo z izračuni TS na severni, južni, vzhodni in zahodni steni.

Dodatni dejavniki upoštevajo posebnosti lokacije sten glede na kardinalne točke. Običajno v severnem delu v hladnem vremenu nastane „vrtnica vetrov“, zaradi česar bo TA s te strani višja kot pri drugih.

Izračunajte površino severne stene:

S _sev.sten = 8 × 2, 5 = 20

Potem, ko v formulo nadomestimo Q _ok = ∑S × (t _vnt −t _nar ) × R × l in upoštevamo, da je l = 1.1, dobimo:

Q _sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1, 1 × 2, 14 = 2354

Območje južne stene S _yuch.st = S _sev.st = 20.

V zidu ni vgrajenih oken ali vrat, zato ob upoštevanju koeficienta l = 1 dobimo naslednji TP:

Q _yuch.st = 20 × (21 + 29) × 1 × 2.14 = 2140

Za zahodne in vzhodne stene je koeficient l = 1, 05. Zato lahko najdete skupno površino teh zidov, to je:

S _zap.st + S _vost.st = 2 × 2, 5 × 6 = 30

V stenah je 6 oken in ena vrata. Izračunajte skupno površino oken in vrat S:

S _okn = 1, 1 × 1, 4 × 6 = 9, 24

S _dv = 1 × 2, 2 = 2, 2

Določite S stene brez S oken in vrat:

S _{vost + zap} = 30 - 9, 24 - 2, 2 = 18, 56

Izračunamo splošni TP vzhodnih in zahodnih sten:

Q _{vost + zap} = 18, 56 × (21 ₊ 29) × 2, 14 × 1, 05 = 2085

Po pridobitvi rezultatov izračunamo količino toplote, ki uhaja skozi stene:

Qst = Q _sev.st + Q _yuch.st + Q _{vost + zap} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Skupni skupni TP zidovi so 6 kW.

Korak # 2 - Izračun TP oken in vrat

Okna se nahajajo na vzhodnih in zahodnih stenah, zato je pri izračunu koeficient l = 1, 05. Znano je, da je struktura vseh struktur enaka in R = 0, 7.

Z uporabo zgoraj navedenih območij dobimo:

Q _okn = 9, 24 × (21 + 29) × 1, 05 × 0, 7 = 340

Ker vemo, da za vrata R = 0, 36 in S = 2, 2, jih definiramo TP:

Q _dv = 2, 2 × (21 + 29) × 1, 05 × 0, 36 = 42

Posledično 340 W toplote pride skozi okna in 42 W skozi vrata.

Korak # 3 - določitev tal in stropa TP

Očitno bo površina stropa in tal enaka in se izračuna na naslednji način:

S _pol = S _ptl = 6 × 8 = 48

Izračunajte skupni toplotni upor tal, upoštevajoč njegovo strukturo.

R _pol = 0, 1 / 0, 13 + 0, 05 / 0, 047 + 0, 05 / 0, 58 + 0, 06 / 0, 043 = 0, 77 + 1, 06 + 0, 17 + 1, 40 = 3, 4

Ker vemo, da je temperatura tal t _nar = + 5 in upoštevamo koeficient l = 1, izračunamo Q tal:

Q _pol = 48 × (21 - 5) × 1 × 3, 4 = 2611

Zaokrožimo, dobimo toplotne izgube tal približno 3 kW.

Pri izračunih TP je treba upoštevati plasti, ki vplivajo na toplotno izolacijo, na primer beton, plošče, zidove, izolacijo itd.

Določite toplotno odpornost stropa R _ptl in njegovo Q:

• R _ptl = 0, 025 / 0, 21 + 0, 05 / 0, 14 + 0, 05 / 0, 043 = 0, 12 + 0, 71 + 0, 35 = 1, 18
• Q _ptl = 48 × (21 + 29) × 1 × 1.18 = 2832

Iz tega sledi, da skozi strop in tla gre skoraj 6 kW.

Korak # 4 - Izračun TP

Organizirano je prezračevanje v zaprtih prostorih, izračunano po formuli:

Q _v = 0, 28 × L _n × p _vnt × c × (t _vnt - t _nar )

Glede na tehnične lastnosti je specifična izmenjava toplote 3 kubičnih metrov na uro, to je:

L _n = 3 × 48 = 144.

Za izračun gostote uporabimo formulo:

p _vnt = 353 / (273 + t _vnt ).

Oblika sobne temperature je +21 stopinj.

Ventilacija TP se ne izračuna, če je sistem opremljen z napravo za ogrevanje zraka

Če nadomestimo znane vrednosti, dobimo:

p _vnt = 353 / (273 + 21) = 1.2

Dobljene vrednosti nadomestite z zgornjo formulo:

Q _v = 0, 28 × 144 × 1, 2 × 1, 005 × (21 - 29) = 2431

Glede na TP za prezračevanje bo skupna vrednost Q stavbe:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Prevedeno v kW, dobimo skupno toplotno izgubo 16 kW.

Pri izračunih ogrevalne enote za ogrevanje sanitarne vode je treba upoštevati kalorično vrednost goriva - količino toplote, ki se sprosti pri njegovem zgorevanju. Med izgorevanjem 1 kg premoga se sprosti 5.600–7.000 kcal / kg toplotne energije, pri izgorevanju rjavega analognega prahu pa se sprosti le 2.200–3.200 kcal / kg. Malo bolj učinkovit kot rjavi premog je les za kurjavo, ki dobavlja le 2700–3200 kcal / kg. Vendar pa je to eno najcenejših in najbolj cenovno dostopnih goriv. Najbolj koristen za uporabo v zasebnih gospodinjskih plinih, ki oddajajo 8400 kcal / Nm³ pri gorenju enega kubičnega metra. Vendar pa bodo pri uporabi plina iz jeklenk ali gasholder cene višje

Značilnosti izračuna CBO

Po iskanju indikatorja TP preidejo na hidravlični izračun (v nadaljnjem besedilu GR).

Na podlagi tega prejmete informacije o naslednjih kazalnikih:

• optimalni premer cevi, ki bo s padci tlaka lahko prenašal določeno količino hladilne tekočine;
• pretok hladilne tekočine na določenem območju;
• hitrosti vode;
• vrednost odpornosti.

Pred začetkom izračunov za poenostavitev izračunov prikazujejo prostorsko shemo sistema, v kateri so vsi njeni elementi razporejeni vzporedno drug z drugim.

Diagram prikazuje ogrevalni sistem z zgornjo napeljavo, gibanje hladilne tekočine - slepi konec

Upoštevajte glavne faze izračuna ogrevanja vode.

GR glavni obtočni obroč

Metoda izračuna GR temelji na predpostavki, da so v vseh dvižnih vodih in vejah padci temperature enaki.

Algoritem za izračun je naslednji:

1. V prikazanem diagramu, upoštevajoč toplotne izgube, se uporabljajo toplotne obremenitve, ki delujejo na ogrevalne naprave in dvižne cevi.
2. Na podlagi sheme izberite glavni krožni obroč (v nadaljevanju - FCC). Posebnost tega obroča je, da ima v njem najmanjšo vrednost obtočni tlak na enoto dolžine obroča.
3. FCC je razdeljen na območja s konstantno porabo toplote. Za vsako lokacijo navedite število, toplotno obremenitev, premer in dolžino.

V vertikalnem sistemu z eno cevjo se fcc uporablja kot obroč, skozi katerega poteka najbolj obremenjeno dvigalo med slepo ulico ali po premiku vode po avtocestah. Podrobneje smo razpravljali o povezovanju krožnih obročev v enojnem sistemu in izbiri glavnega v naslednjem članku. Posebej smo se osredotočili na postopek izvajanja izračunov, na konkretnem primeru za jasnost.

V vertikalnih sistemih dvocevnega tipa HCC prehaja skozi spodnjo grelno napravo, ki ima največjo obremenitev med slepim ali naslednjim gibanjem vode

V horizontalnem sistemu z enim cevom mora imeti fcc najnižji krožni tlak in enoto dolžine obroča. Za sisteme z naravno cirkulacijo je situacija podobna.

Z GH vertikalnih dvižnih vodov tipa enojne cevi se pretočni, nastavljivi dvižni vodi, ki imajo po svoji sestavi poenotene enote, obravnavajo kot ena kontura. Pri dvižnih vodih z zaprtimi odseki se ločuje, pri čemer se upošteva porazdelitev vode v cevovodu vsakega vozlišča instrumenta.

Poraba vode na določenem območju se izračuna po formuli:

G _kont = (3, 6 × Q _kont × β ₁ × β ₂ ) / ((t _r - t ₀ ) × c)

V izrazu dobesedni simboli sprejemajo naslednje vrednosti:

• Q krogotok toplotne obremenitve;
• β _1, β ₂ - dodatni koeficienti tabele, ki upoštevajo prenos toplote v prostoru;
• c toplotna zmogljivost vode, enaka 4, 187;
• t _r - temperatura vode v napajalnem vodu;
• t ₀ - temperatura vode v povratnem vodu.

Po določitvi premera in količine vode je potrebno ugotoviti hitrost njenega gibanja in vrednost upora R. Vsi izračuni so najprimernejši z uporabo posebnih programov.

GH sekundarni krožni obroč

Po glavnem obroču GH se tlak v majhnem obtočnem obroču določi s pomočjo najbližjih dvižnih vodov, pri čemer se upošteva, da se tlačne izgube lahko razlikujejo za največ 15% s slepim tokokrogom in ne več kot 5% pri prehodu.

Če ni mogoče povezati izgube tlaka, namestite podložko za plin, katere premer izračunamo s pomočjo programske opreme.

Izračun radiatorskih baterij

Vrnemo se k načrtu hiše, ki se nahaja zgoraj. Z izračunom je bilo ugotovljeno, da bo za ohranjanje toplotne bilance potrebnih 16 kW energije. V tej hiši je 6 sob za različne namene - dnevna soba, kopalnica, kuhinja, spalnica, hodnik, predsoba.

Na podlagi dimenzij konstrukcije je mogoče izračunati prostornino V:

V = 6 × 8 × 2, 5 = 120 m ³

Nato morate poiskati količino toplotne moči na m ³ . Če želite to narediti, morate Q deliti z najdenim nosilcem, to je:

P = 16000/120 = 133 W na m ³

Далее необходимо определить, сколько тепловой мощности потребуется для одной комнаты. На схеме площадь каждого помещения уже рассчитана.

Определим объем:

• санузел – 4.19×2.5=10.47;
• гостиная – 13.83×2.5=34.58;
• кухня – 9.43×2.5=23.58;
• спальня – 10.33×2.5=25.83;
• коридор – 4.10×2.5=10.25;
• прихожая – 5.8×2.5=14.5.

В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.

Коридор отапливается пассивным способом, в него тепло будет поступать за счет циркуляции теплового воздуха при передвижении людей, через дверные проемы и др

Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р.

Получим требуемую мощность:

• для санузла – 10.47×133=1392 Вт;
• для гостиной – 34.58×133=4599 Вт;
• для кухни – 23.58×133=3136 Вт;
• для спальни – 25.83×133=3435 Вт;
• для коридора – 10.25×133=1363 Вт;
• для прихожей – 14.5×133=1889 Вт.

Приступим к расчету радиаторных батарей. Будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт.

Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей:

• санузел – 1392/150=10;
• гостиная – 4599/150=31;
• кухня – 3136/150=21;
• спальня – 3435/150=23;
• прихожая – 1889/150=13.

Итого потребуется: 10+31+21+23+13=98 радиаторных батарей.

У нас на сайте также есть другие статьи, в которых мы подробно рассмотрели порядок выполнения теплового расчета системы отопления, пошаговый расчет мощности радиаторов и труб отопления. А если ваша система предполагает наличие теплых полов, то вам понадобится выполнить дополнительные вычисления.

Более подробно все эти вопросы освещены в следующих наших статьях:

• Toplotni izračun ogrevalnega sistema: kako pravilno izračunati obremenitev sistema
• Izračun radiatorjev za ogrevanje: kako izračunati potrebno število in moč baterij
• Расчет объема трубы: принципы вычислений и правила производства расчетов в литрах и кубических метрах
• Kako narediti izračun ogrevanega tal na primeru vodnega sistema
• Расчёт труб для тёплого пола: виды труб, способы и шаг укладки + расчет расхода

Zaključki in koristen videoposnetek o tej temi

В видео можно ознакомиться с примером расчета водяного отопления, который осуществляется средствами программы Valtec:

Гидравлические расчеты лучше всего осуществлять с помощью специальных программ, которые гарантируют высокую точность вычислений, учитывают все нюансы конструкции .

Вы специализируетесь на выполнении расчета систем отопления с использованием воды в качестве теплоносителя и хотите дополнить нашу статью полезными формулами, поделиться профессиональными секретами?

А может хотите акцентировать внимание на дополнительных расчетах или указать на неточность в наших вычислениях? Пишите, пожалуйста, свои замечания и рекомендации в блоке под статьей.