Изчисляване на отопление с вода: формули, правила, примери за изпълнение

Използването на вода като охлаждаща течност в отоплителна система е една от най-популярните опции за осигуряване на дома ви топлина в студения сезон. Необходимо е само правилно да проектирате и след това да завършите инсталирането на системата. В противен случай отоплението ще бъде неефективно при високите разходи за гориво, което, видите ли, е изключително безинтересно при днешните цени на енергията.

Невъзможно е независимо да се изчисли отоплението на водата (по-нататък - CBO) без използването на специализирани програми, тъй като изчисленията използват сложни изрази, стойностите на които не могат да бъдат определени с конвенционален калкулатор. В тази статия ще анализираме подробно алгоритъма за извършване на изчисления, ще дадем приложимите формули, като разгледаме хода на изчисленията, използвайки конкретен пример.

Допълненият материал ще бъде допълнен с таблици със стойности и референтни индикатори, които са необходими по време на изчисленията, тематични снимки и видео, в които е показан ясен пример за изчисление с помощта на програмата.

Изчисляване на топлинния баланс на корпуса

За въвеждането на отоплителна инсталация, при която водата действа като циркулиращо вещество, е необходимо първо да се направи точна хидравлични изчисления.

При разработването, внедряването на всякакъв вид отоплителна система е необходимо да се знае топлинният баланс (по-долу - TB). Знаейки топлинната мощност за поддържане на температурата в помещението, можете да изберете правилното оборудване и правилно да разпределите натоварването му.

През зимата помещението търпи определени топлинни загуби (по-нататък - TP). По-голямата част от енергията преминава през ограждащите елементи и вентилационните отвори. Незначителните разходи са за инфилтрация, отопление на предмети и др.

ТП зависят от слоевете, от които се състоят ограждащите структури (по-долу - ОК). Съвременните строителни материали, по-специално изолацията, имат ниско ниво коефициент на топлопроводимост (наричано по-долу CT), поради което чрез тях се изхвърля по-малко топлина. За къщи със същия район, но с различна структура на ОК, топлинните разходи ще се различават.

В допълнение към определянето на TP, важно е да се изчисли TB на един дом. Индикаторът взема предвид не само количеството енергия, което напуска помещението, но и количеството необходима мощност за поддържане на определени степени на мерки в къщата.

Най-точните резултати се осигуряват от специализирани програми, предназначени за строители. Благодарение на тях е възможно да се вземат предвид повече фактори, влияещи на ТП.

Най-голямото количество топлина оставя стаята през стените, пода, покрива, най-малко - през врати, отвори на прозорците

С висока точност можете да изчислите TP на дома, като използвате формули.

Общият разход на топлина на къщата се изчислява чрез уравнението:

Q = Q_добре + Q_V,

където Q_добре - количеството топлина, което напуска помещението през ОК; Q_V - разходи за топлинна вентилация.

Загубите чрез вентилация се вземат предвид, ако въздухът, който влиза в помещението, има по-ниска температура.

Изчисленията обикновено вземат предвид ОК, влизайки от едната страна на улицата. Това са външни стени, под, покрив, врати и прозорци.

Общи TP Q_добре равна на сумата от TP на всеки ОК, тоест:

Q_добре = ∑Q_во + ∑Q_okn + ∑Q_DV + ∑Q_{електропроводници} + ∑Q_пл,

когато:

• Q_во - стойността на стените на TP;
• Q_okn - TP прозорци;
• Q_DV - ТР врати;
  
• Q_{електропроводници} - TP таван;
  
• Q_пл - ТП под.

Ако подът или таванът имат неравна структура по цялата площ, тогава ТП се изчислява за всеки обект поотделно.

Изчисляване на топлинните загуби чрез ОК

За изчисления е необходима следната информация:

• структура на стената, използвани материали, тяхната дебелина, CT;
• външната температура в изключително студена петдневна зима в града;
• Зона ОК;
• ориентация ОК;
• Препоръчителна температура в дома през зимата.

За да изчислите TP, трябва да намерите общото термично съпротивление R_ок, За целта разберете термичното съпротивление R₁, R₂, R₃, ..., R_п всеки слой е наред.

Коефициент R_п изчислено по формулата:

Rn = B / k,

Във формулата: B - дебелина на слоя в мм, к - CT на всеки слой.

Общият R може да бъде определен чрез израза:

R = ∑R_п

Производителите на врати и прозорци обикновено посочват коефициента R в паспорта на продукта, така че не е необходимо да го изчисляват отделно.

Топлинното съпротивление на прозорците не може да бъде изчислено, тъй като техническите данни вече съдържат необходимата информация, което опростява изчисляването на ТП

Общата формула за изчисляване на TP чрез OK е следната:

Q_добре = ∑S × (t_VNT - t_NAR) × R × l,

В израза:

• S - площ ОК, m²;
• т_VNT - желана стайна температура;
• т_NAR - температура на външния въздух;
• R - коефициент на съпротивление, изчислен отделно или взет от паспорта на продукта;
• л - коефициент на усъвършенстване, като се вземе предвид ориентацията на стените спрямо кардиналните точки.

Изчисляването на TB ви позволява да изберете оборудването с необходимия капацитет, което елиминира вероятността от топлинен дефицит или неговия излишък. Дефицитът на топлинна енергия се компенсира чрез увеличаване на въздушния поток през вентилацията, излишъкът - чрез инсталиране на допълнително отоплително оборудване.

Разходи за топлинна вентилация

Общата формула за изчисляване на TP за вентилация е следната:

Q_V = 0,28 × L_п × p_VNT × c × (t_VNT - t_NAR),

Променливите имат следните значения в израз:

• L_п - входящи въздушни разходи;
• р_VNT - плътност на въздуха при определена температура в помещението;
• в - топлинен капацитет на въздуха;
• т_VNT - температура в къщата;
• т_NAR - външна температура на въздуха.

Ако в сградата е инсталирана вентилация, тогава параметър L_п взети от техническите характеристики на устройството. Ако няма вентилация, тогава се взема стандартен индикатор за специфичен обмен на въздух, равен на 3 m³ на час.

Въз основа на това L_п изчислено по формулата:

L_п = 3 × S_пл,

В израз S_пл - площ.

2% от всички топлинни загуби се отчитат чрез инфилтрация, 18% - чрез вентилация. Ако помещението е оборудвано с вентилационна система, тогава ТР чрез вентилация се взема предвид при изчисленията, а инфилтрацията не се взема предвид

На следващо място, изчислете плътността на въздуха p_VNT при дадена температура t_VNT.

Можете да направите това по формулата:

р_VNT = 353 / (273 + t_ВНР),

Специфична топлинна мощност c = 1.0005.

Ако вентилацията или инфилтрацията са неорганизирани, има пукнатини или дупки в стените, тогава изчисляването на ТП през отворите трябва да бъде поверено на специални програми.

В другата ни статия дадохме подробно пример за изчисление на топлотехниката сгради с конкретни примери и формули.

Пример за изчисляване на топлинния баланс

Помислете за къща с височина 2,5 м, широчина 6 м и дължина 8 м, разположена в град Оха в региона Сахалин, където термометърът на термометъра пада до -29 градуса в изключително студен 5-дневен период.

В резултат на измерването температурата на почвата беше зададена на +5. Препоръчителната температура вътре в конструкцията е +21 градуса.

Най-удобно е да се изобрази схемата на къщата на хартия, като се посочи не само дължината, ширината и височината на сградата, но и ориентацията по отношение на основните точки, както и местоположението, размерите на прозорците и вратите

Стените на въпросната къща се състоят от:

• тухлена зидария с дебелина B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• минерална вата B = 0,05 m, k = 0,05;
• Облицовки B = 0,09 m, k = 0,26.

Когато определяте k, е по-добре да използвате таблиците, представени на уебсайта на производителя, или да намерите информация в техническия паспорт на продукта.

Познавайки топлопроводимостта, е възможно да се изберат най-ефективните материали от гледна точка на топлоизолацията. Въз основа на горната таблица е най-препоръчително да се използват плочи от минерална вата и експандиран полистирол

Настилката се състои от следните слоеве:

• OSB-плочи B = 0,1 m, k = 0,13;
• минерална вата B = 0,05 m, k = 0,047;
• циментова замазка B = 0,05 m, k = 0,58;
• полистиролова пяна B = 0,06 m, k = 0,043.

В къщата няма мазе, а подът има една и съща структура по цялата площ.

Таванът се състои от слоеве:

• листове за гипсокартон B = 0,025 m, k = 0,21;
• изолация B = 0,05 m, k = 0,14;
• покривна плоча B = 0,05 m, k = 0,043.

Къщата разполага само с 6 двукамерни прозорци с I-стъкло и аргон. От техническия паспорт на продуктите се знае, че R = 0,7. Прозорците са с размери 1.1x1.4 m.

Вратите са с размери 1x2.2 m, индикатор R = 0.36.

Стъпка # 1 - изчисляване на загубата на топлина на стената

Стените над цялата зона се състоят от три слоя. Първо изчисляваме общото им термично съпротивление.

Защо да използвате формулата:

R = ∑R_п,

и израз:

R_п = B / k

Предвид първоначалната информация, получаваме:

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

След като научихме R, можем да започнем да изчисляваме TP на северната, южната, източната и западната стена.

Допълнителните фактори отчитат особеностите на местоположението на стените спрямо кардиналните точки. Обикновено в северната част се образува „роза на вятъра“ при студено време, в резултат на което ТП от тази страна ще бъде по-висока, отколкото от другата

Изчисляваме площта на северната стена:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

След това, заместване във формулата Q_добре = ∑S × (t_VNT - t_NAR) × R × l и като имаме предвид, че l = 1.1, получаваме:

Q_sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Район на Южна стена S_yuch.st = S_sev.st = 20.

В стената няма вградени прозорци или врати, затова, като се има предвид коефициентът l = 1, получаваме следния TP:

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

За западната и източната стена коефициентът l = 1,05. Следователно можете да намерите общата площ на тези стени, тоест:

S_zap.st + S_vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

6 прозорци и една врата са вградени в стените. Изчисляваме общата площ на прозорците и S вратите:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_DV = 1 × 2.2 = 2.2

Определете S стени с изключение на S прозорци и врати:

S_{vost + zap} = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56

Изчисляваме общата ТП на източната и западната стена:

Q_{vost + zap} =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

След получаване на резултатите, изчисляваме количеството топлина, което остава през стените:

Qst = Q_sev.st + Q_yuch.st + Q_{vost + zap} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Общо общо TP на стените е 6 kW.

Стъпка # 2 - изчисляване на TP прозорци и врати

Прозорците са разположени на източната и западната стена, следователно при изчисляване на коефициента l = 1,05. Известно е, че структурата на всички структури е еднаква и R = 0,7.

Използвайки стойностите на зоната по-горе, получаваме:

Q_okn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Знаейки, че за врати R = 0,36 и S = ​​2,2, ние определяме техния TP:

Q_DV = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42

В резултат на това 340 W топлина излиза през прозорците и 42 W през вратите.

Стъпка # 3 - определяне на TP на пода и тавана

Очевидно площта на тавана и пода ще бъде еднаква и се изчислява по следния начин:

S_{Политическо} = S_{електропроводници} = 6 × 8 = 48

Изчисляваме общото термично съпротивление на пода, като вземаме предвид неговата структура.

R_{Политическо} = 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

Знаейки, че температурата на почвата t_NAR= + 5 и като вземем предвид коефициента l = 1, изчисляваме пода Q:

Q_{Политическо} = 48 × (21 – 5) × 1 × 3.4 = 2611

Закръглявайки, получаваме, че топлинните загуби на пода са около 3 kW.

При изчисленията на ТР е необходимо да се вземат предвид слоевете, които влияят на топлоизолацията, например бетон, дъски, тухлена зидария, нагреватели и др.

Определете топлинното съпротивление на тавана R_{електропроводници} и неговото Q:

• R_{електропроводници} = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• Q_{електропроводници} = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

От това следва, че почти 6 кВт излиза през тавана и пода.

Стъпка # 4 - изчислете ТР за вентилация

Вътрешната вентилация е организирана, изчислена по формулата:

Q_V = 0,28 × L_п × p_VNT × c × (t_VNT - t_NAR)

Въз основа на техническите характеристики, специфичният топлопренос е 3 кубически метра на час, тоест:

L_п = 3 × 48 = 144.

За да изчислим плътността, използваме формулата:

р_VNT = 353 / (273 + t_VNT).

Изчислената стайна температура е +21 градуса.

TP вентилацията не се изчислява, ако системата е оборудвана с устройство за отопление с въздух

Замествайки известните стойности, получаваме:

р_VNT = 353/(273+21) = 1.2

Заместваме фигурите, получени в горната формула:

Q_V = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21  – 29) = 2431

Като се има предвид ТР за вентилация, общият Q на сградата ще бъде:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Превръщайки се в kW, ние получаваме обща загуба на топлина от 16 kW.

Характеристики на изчисляването на CBO

След като намерят TP индикатора, те пристъпват към хидравлично изчисление (по-долу - GR).

Въз основа на него се получава информация по следните показатели:

• оптималният диаметър на тръбите, който при спадане на налягането ще може да премине определено количество охлаждаща течност;
• поток на охлаждащата течност в определена област;
• скорост на водата;
• стойност на съпротивлението

Преди да започнат изчисленията, за да опростят изчисленията, те изобразяват пространствена диаграма на системата, върху която всички нейни елементи са подредени успоредно един на друг.

Диаграмата показва отоплителна система с горно окабеляване, движението на охлаждащата течност е задънена улица

Помислете за основните етапи на изчисленията за отопление с вода.

GR на основния циркулационен пръстен

Методиката за изчисляване на GR се основава на предположението, че във всички щрангове и разклонения температурните разлики са еднакви.

Алгоритъмът за изчисляване е следният:

1. На показаната диаграма, като се вземат предвид топлинните загуби, топлинните товари се прилагат към отоплителни уреди, щрангове.
2. Въз основа на схемата изберете главния циркулационен пръстен (по-долу - HCC). Особеността на този пръстен е, че в него циркулационното налягане на единица дължина на пръстена взема най-малка стойност.
3. HCC се разделя на секции с постоянна консумация на топлина. За всеки раздел посочете броя, топлинното натоварване, диаметъра и дължината.

При вертикалната еднотръбна система пръстенът, през който преминава най-натовареният щранг, когато водата тече в задънена улица или по протежение на магистралата, се приема за FCC. Поговорихме по-подробно за свързването на циркулационните пръстени в еднотръбната система и избора на основния в следващата статия, Отделно обърнахме внимание на реда на изчисленията, използвайки конкретен пример за яснота.

При вертикални системи от двутръбен тип fcc преминава през долното отоплително устройство, което има максимално натоварване по време на задънена улица или свързано с него движение на водата

В хоризонтална система от еднотръбен тип FCC трябва да има най-ниското налягане на циркулация и единица дължина на пръстена. За системи с естествена циркулация Подобна е ситуацията.

С грейнерите GR на вертикална система от еднотръбен тип, проходните, регулируеми поток щрангове, които имат единен възел в състава си, се считат за една верига. За щрангове със затварящи секции се прави разделяне, като се взема предвид разпределението на водата в тръбопровода на всеки възел на инструмента.

Консумацията на вода на даден обект се изчислява по формулата:

G_Конт = (3.6 × Q_Конт × β₁ × β₂) / ((t_R - t₀) × c)

В израза азбучните знаци приемат следните значения:

• Q_Конт - топлинно натоварване на веригата;
• β_1, β₂ - допълнителни таблични коефициенти, като се отчита топлопредаването в помещението;
• в - топлинният капацитет на водата е 4,187;
• т_R - температура на водата в захранващата линия;
• т₀ - температура на водата във връщащата линия.

След определяне на диаметъра и количеството на водата е необходимо да се знае скоростта на нейното движение и стойността на съпротивлението R. Всички изчисления най-удобно се извършват с помощта на специални програми.

GH на вторичния циркулационен пръстен

След GR на основния пръстен се определя налягането в малкия циркулационен пръстен, образуван през най-близките му щрангове, като се отчита, че загубите на налягане могат да се различават с не повече от 15% при задънена улица и не повече от 5% при преминаващ.

Ако не е възможно да се свърже загубата на налягане, инсталирайте миеща дроселова клапа, чийто диаметър се изчислява с помощта на софтуерни методи.

Изчисляване на радиаторни батерии

Да се ​​върнем към плана на къщата, разположена по-горе. Чрез изчисления беше установено, че за поддържане на топлинния баланс ще са необходими 16 kW енергия. В тази къща има 6 помещения за различни цели - хол, баня, кухня, спалня, коридор, антре.

Въз основа на размерите на конструкцията можете да изчислите обема V:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m³

На следващо място, трябва да намерите количеството топлинна мощност на м³, За да направите това, Q трябва да бъде разделено на намерения обем, тоест:

P = 16000/120 = 133 W на m³

След това трябва да определите колко топлинна мощност е необходима за една стая. На диаграмата площта на всяка стая вече е изчислена.

Определете силата на звука:

• баня – 4.19×2.5=10.47;
• дневна – 13.83×2.5=34.58;
• кухнята – 9.43×2.5=23.58;
• спалнята – 10.33×2.5=25.83;
• коридор – 4.10×2.5=10.25;
• коридор – 5.8×2.5=14.5.

При изчисленията трябва да вземете предвид и помещения, в които няма отоплителни батерии, например коридор.

Коридорът се нагрява пасивно, топлината ще влиза в него поради циркулацията на топлинния въздух по време на движението на хората, през врати и т.н.

Определете необходимото количество топлина за всяка стая, умножавайки обема на помещението по индикатора R.

Ние получаваме необходимата мощност:

• за банята - 10,47 × 133 = 1392 W;
• за хола - 34,58 × 133 = 4599 W;
• за кухнята - 23,58 × 133 = 3136 W;
• за спалнята - 25,83 × 133 = 3435 W;
• за коридора - 10,25 × 133 = 1363 W;
• за коридора - 14,5 × 133 = 1889 W.

Пристъпваме към изчисляването на радиаторните батерии. Ще използваме алуминиеви радиатори, чиято височина е 60 см, мощност при температура 70 е 150 вата.

Изчисляваме необходимия брой радиаторни батерии:

• баня – 1392/150=10;
• дневна – 4599/150=31;
• кухнята – 3136/150=21;
• спалнята – 3435/150=23;
• коридор – 1889/150=13.

Общо необходими: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 радиаторни батерии.

Нашият сайт има и други статии, в които разгледахме подробно процедурата за извършване на топлинно изчисление на отоплителната система, поетапно изчисляване на мощността на радиаторите и отоплителните тръби. И ако вашата система предполага наличието на топли подове, тогава ще трябва да извършите допълнителни изчисления.

Всички тези проблеми са разгледани по-подробно в следващите ни статии:

• Топлинно изчисление на отоплителна система: как правилно да се изчисли натоварването на система
• Изчисляване на отоплителни радиатори: как да се изчисли необходимия брой и мощност на батериите
• Изчисляване на обема на тръбата: принципи за изчисление и правила за изчисление в литри и кубически метра
• Как да изчислим топъл под, използвайки примера на водна система
• Изчисляване на тръби за подово отопление: видове тръби, методи и стъпка на полагане + изчисляване на дебита

Изводи и полезно видео по темата

Във видеото можете да видите пример за изчисляване на отопление на водата, което се извършва с помощта на програмата Valtec:

Хидравличните изчисления се извършват най-добре с помощта на специални програми, които гарантират висока точност на изчисленията, вземат предвид всички нюанси на дизайна.

Специализирате ли се за изчисляване на отоплителни системи, използващи вода като охлаждаща течност и искате да допълнете статията ни с полезни формули, да споделите професионални тайни?

Или може би искате да се съсредоточите върху допълнителни изчисления или да посочите неточности в нашите изчисления? Моля, напишете вашите коментари и препоръки в блока под статията.