Càlcul de l'escalfament d'aigua: fórmules, regles, exemples d'implementació

L’ús d’aigua com a refrigerant en un sistema de calefacció és una de les opcions més populars per proporcionar calor a casa vostra en època de fred. Només cal dissenyar i instal·lar el sistema correctament. En cas contrari, la calefacció serà ineficaç a grans costos de combustible, cosa que, segons veieu, és extremadament desinteressant dels preus energètics actuals.

És impossible calcular independentment la calefacció per aigua (en endavant, CBO) sense utilitzar programes especialitzats, ja que els càlculs utilitzen expressions complexes, els valors de les quals no es poden determinar mitjançant una calculadora convencional. En aquest article, analitzarem en detall l'algorisme per realitzar càlculs, donarem les fórmules aplicables, tenint en compte el curs dels càlculs mitjançant un exemple específic.

El material complementat es complementarà amb taules amb valors i indicadors de referència necessaris durant els càlculs, fotos temàtiques i un vídeo, en el qual es mostra un clar exemple de càlcul mitjançant el programa.

Càlcul del balanç de calor de l’habitatge

Per a la introducció d’una instal·lació de calefacció, on l’aigua actua com a substància circulant, primer cal precisar càlculs hidràulics.

A l’hora d’elaborar, implementar qualsevol tipus de sistema de calefacció, cal conèixer el balanç de calor (d’ara endavant - TB). Sabent la potència tèrmica per mantenir la temperatura a l’habitació, podeu triar l’equip adequat i distribuir correctament la seva càrrega.

A l’hivern, l’habitació pateix certes pèrdues de calor (en endavant - TP). La major part de l’energia passa pels elements que tanquen i per les obertures de ventilació. Despeses importants són per infiltració, calefacció d’objectes, etc.

TP depèn de les capes en què consisteixen les estructures de tancament (d’ara endavant - OK). Els materials de construcció moderns, en particular l’aïllament, tenen un baix coeficient de conductivitat tèrmica (en endavant, TC), a causa de la qual s’expulsa menys calor a través d’ells. Per a cases de la mateixa zona, però amb una estructura correcta diferent, els costos de calor variaran.

A més de determinar la TP, és important calcular la TB d’una casa. L’indicador té en compte no només la quantitat d’energia que surt de l’habitació, sinó també la quantitat de potència necessària per mantenir certes mesures de grau a la casa.

Els resultats més precisos els proporcionen programes especialitzats dissenyats per a constructors. Gràcies a ells, és possible tenir en compte més factors que afecten la TP.

La major quantitat de calor surt de la sala a través de les parets, terra, sostre, com a mínim, a través de portes, obertures de finestres

Amb una gran precisió, podeu calcular el TP de la llar mitjançant fórmules.

El consum total de calor de la casa es calcula mitjançant l’equació:

Q = Q_d'acord + Q_v,

On P_d'acord - la quantitat de calor que surt de l’habitació a través d’acord; P_v - Costos de ventilació tèrmica.

Es tenen en compte les pèrdues per ventilació si l’aire que entra a l’habitació té una temperatura inferior.

Els càlculs solen tenir en compte D'acord, entrant a un costat del carrer. Es tracta de parets exteriors, terra, sostre, portes i finestres.

TP Q general_d'acord igual a la suma de TP de cada OK, és a dir:

P_d'acord = ∑Q_c + ∑Q_d'acord + ∑Q_dv + ∑Q_ptl + ∑Q_pl,

On:

• P_c - el valor de les parets de TP;
• P_d'acord - Finestres TP;
• P_dv - Portes TP;
  
• P_ptl - sostre de TP;
  
• P_pl - Pis de TP.

Si el sòl o el sostre tenen una estructura desigual sobre tota la zona, es calcula la TP per a cada lloc per separat.

Càlcul de pèrdues de calor mitjançant OK

Per a càlculs, cal la informació següent:

• estructura de paret, materials emprats, el seu gruix, TC;
• la temperatura exterior un hivern extremadament fred de cinc dies a la ciutat;
• Zona correcta;
• orientació correcta;
• Temperatura de casa recomanada a l’hivern.

Per calcular la TP, heu de trobar la resistència tèrmica total R_d'acord. Per fer-ho, esbrineu la resistència tèrmica R₁, R₂, R₃, ..., R_n cada capa està bé.

Coeficient R_n calculat per la fórmula:

Rn = B / k,

A la fórmula: B - gruix de capa d'acord en mm, k - CT de cada capa.

El R total es pot determinar mitjançant l'expressió:

R = ∑R_n

Els fabricants de portes i finestres solen indicar el coeficient R del passaport per al producte, de manera que no cal calcular-lo per separat.

No es pot calcular la resistència tèrmica de les finestres, ja que les dades tècniques ja contenen la informació necessària, cosa que simplifica el càlcul de TP

La fórmula general per calcular TP mitjançant OK és la següent:

P_d'acord = ∑S × (t_vnt - t_narra) × R × l,

En l'expressió:

• S - zona d’acord, m²;
• t_vnt - temperatura ambient desitjada;
• t_narra - temperatura de l’aire exterior;
• R - coeficient de resistència, calculat per separat o extret del passaport de producte;
• l - un coeficient de perfeccionament tenint en compte l’orientació de les parets respecte als punts cardinals.

El càlcul de TB permet triar l’equip de la capacitat requerida, cosa que elimina la probabilitat d’un dèficit de calor o el seu excés. El dèficit d’energia tèrmica es compensa augmentant el cabal d’aire per la ventilació, l’excés: mitjançant la instal·lació d’equips de calefacció addicionals.

Costos de ventilació tèrmica

La fórmula general per calcular la TP de ventilació és la següent:

P_v = 0,28 × L_n × pàg_vnt × c × (t_vnt - t_narra),

Les variables tenen els significats següents en una expressió:

• L_n - despeses d’aire entrants;
• pàg_vnt - la densitat de l’aire a una temperatura determinada a l’habitació;
• c - capacitat de calor de l’aire;
• t_vnt - temperatura a la casa;
• t_narra - temperatura de l’aire exterior.

Si a l’edifici s’instal·la ventilació, aleshores el paràmetre L_n extret de les característiques tècniques del dispositiu. Si no hi ha ventilació, es prendrà un indicador estàndard d’intercanvi d’aire específic de 3 m³ per hora.

A partir d’això, L_n calculat per la fórmula:

L_n = 3 × S_pl,

En expressió S_pl - zona del pis.

El 2% de totes les pèrdues de calor es comptabilitzen per infiltració, un 18% per ventilació. Si la sala està equipada amb un sistema de ventilació, es calcula la TP mitjançant ventilació en els càlculs i no es té en compte la infiltració.

A continuació, calculeu la densitat d'aire p_vnt a una temperatura determinada t_vnt.

Podeu fer-ho mitjançant la fórmula:

pàg_vnt = 353 / (273 + t_vnt),

Capacitat de calor específica c = 1.0005.

Si la ventilació o infiltració no està organitzada, hi ha esquerdes o forats a les parets, el càlcul de TP a través dels forats s’hauria d’encomanar a programes especials.

Al nostre altre article, en vam donar un detallat exemple de càlcul d’enginyeria tèrmica edificis amb exemples i fórmules específiques.

Exemple de càlcul de l'equilibri de calor

Penseu en una casa de 2,5 m d’alçada, 6 m d’amplada i 8 m de longitud, ubicada a la ciutat d’Okha a la regió de Sakhalin, on el termòmetre cau a -29 graus en un període de 5 dies extremadament fred.

Com a resultat de la mesura, la temperatura del sòl es va establir en +5. La temperatura recomanada dins de l'estructura és de +21 º.

El més convenient és dibuixar un diagrama de la casa sobre paper, indicant no només la longitud, l'amplada i l'alçada de l'edifici, sinó també l'orientació relativa als punts cardinals, així com la ubicació, les dimensions de les finestres i les portes.

Les parets de la casa en qüestió consten de:

• maçoneria amb un gruix de B = 0,51 m, CT k = 0,54;
• llana mineral B = 0,05 m, k = 0,05;
• Cares B = 0,09 m, k = 0,26.

A l’hora de determinar k, és millor utilitzar les taules presentades al lloc web del fabricant o trobar informació al passaport tècnic del producte.

Coneixent la conductivitat tèrmica, és possible triar els materials més efectius des del punt de vista de l’aïllament tèrmic. Basant-se en la taula anterior, és més recomanable utilitzar lloses de llana mineral i poliestirè expandit en la construcció

El paviment consta de les següents capes:

• Plaques OSB B = 0,1 m, k = 0,13;
• llana mineral B = 0,05 m, k = 0,047;
• ciment de ciment B = 0,05 m, k = 0,58;
• escuma de poliestirè B = 0,06 m, k = 0,043.

A la casa no hi ha soterrani i el sòl té la mateixa estructura a tota la zona.

El sostre està format per capes:

• làmines de secà B = 0,025 m, k = 0,21;
• aïllament B = 0,05 m, k = 0,14;
• llosa de sostre B = 0,05 m, k = 0,043.

La casa només té 6 finestres de doble cambra amb vidre I i argó. Del passaport tècnic dels productes se sap que R = 0,7. El Windows té unes dimensions 1.1x1.4 m.

Les portes tenen unes dimensions d’1x2,2 m, l’indicador R = 0,36.

Pas 1: càlcul de la pèrdua de calor de la paret

Els parets de tota l’àrea consten de tres capes. Primer calculem la seva resistència tèrmica total.

Per què utilitzar la fórmula:

R = ∑R_n,

i expressió:

R_n = B / k

Tenint en compte la informació inicial, obtenim:

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

Després d’haver après la R, podem començar a calcular la TP de les parets nord, sud, est i oest.

Factors addicionals tenen en compte les peculiaritats de la ubicació de les parets respecte als punts cardinals. Normalment, es forma una “rosa dels vents” a la part nord durant el clima fred, a conseqüència dels quals els TP d’aquest costat seran més elevats que de l’altra

Calculem l’àrea del mur nord:

S_set.sten = 8 × 2.5 = 20

A continuació, substituint la fórmula P_d'acord = ∑S × (t_vnt - t_narra) × R × l i tenint en compte que l = 1.1, obtenim:

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

Àrea de la paret sud S_yuch.st = S_sev.st = 20.

No hi ha finestres ni portes integrades a la paret, per tant, tenint en compte el coeficient l = 1, obtenim el següent TP:

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

Per als murs occidental i oriental, el coeficient l = 1,05. Per tant, podeu trobar la superfície total d’aquestes parets, és a dir:

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

A les parets s’incorporen 6 finestres i una porta. Calculem l'àrea total de les finestres i portes S:

S_d'acord = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definiu S parets, excloent les finestres i portes S:

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

Calculem la TP total de les parets orientals i occidentals:

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

Després de rebre els resultats, calculem la quantitat de calor que surt per les parets:

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

La TP total total de les parets és de 6 kW.

Pas 2: càlcul de portes i finestres de TP

Les finestres estan situades als murs est i oest, per tant, al calcular el coeficient l = 1,05. Se sap que l’estructura de totes les estructures és la mateixa i R = 0,7.

Utilitzant els valors de l'àrea anterior, obtenim:

P_d'acord = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Sabent que per a les portes R = 0,36 i S = 2.2, definim el seu TP:

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

Com a resultat, 340 W de calor surten per les finestres i 42 W per les portes.

Pas 3: determinació del TP del sòl i del sostre

Evidentment, la superfície del sostre i del pis serà la mateixa i es calcula de la manera següent:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Calculem la resistència tèrmica total del sòl, tenint en compte la seva estructura.

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

Sabent que la temperatura del sòl t_narra= + 5 i tenint en compte el coeficient l = 1, calculem el sòl Q:

P_pol = 48 × (21 – 5) × 1 × 3.4 = 2611

Arrodonint, aconseguim que la pèrdua de calor del sòl sigui d’uns 3 kW.

En els càlculs de TP, cal tenir en compte les capes que afecten l'aïllament tèrmic, per exemple, formigó, taulers, maó, escalfadors, etc.

Determineu la resistència tèrmica del sostre R_ptl i la seva Q:

• R_ptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• P_ptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Es dedueix que gairebé 6 kW surten pel sostre i el terra.

Pas 4: calcular la TP de ventilació

La ventilació interior s’organitza, calculada mitjançant la fórmula:

P_v = 0,28 × L_n × pàg_vnt × c × (t_vnt - t_narra)

En funció de les característiques tècniques, la transferència de calor específica és de 3 metres cúbics per hora, és a dir:

L_n = 3 × 48 = 144.

Per calcular la densitat, utilitzem la fórmula:

pàg_vnt = 353 / (273 + t_vnt).

La temperatura ambiental calculada és de +21 º.

La ventilació TP no es calcula si el sistema està equipat amb un dispositiu de calefacció d’aire

Substituint els valors coneguts, obtenim:

pàg_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Substituïm les xifres obtingudes en la fórmula anterior:

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

TP donat per a la ventilació, el Q total de l’edifici serà:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Convertint a kW, obtenim una pèrdua de calor total de 16 kW.

Característiques del càlcul de CBO

Després de trobar l’indicador de TP, es procedeix al càlcul hidràulic (d’ara endavant - GR).

A partir d’això, s’obté informació sobre els indicadors següents:

• el diàmetre òptim de les canonades, que, amb caigudes de pressió, podran passar una quantitat determinada de refrigerant
• cabal de refrigerant en una determinada zona;
• velocitat de l’aigua;
• valor de resistivitat.

Abans d’iniciar els càlculs, per simplificar els càlculs, es mostren un diagrama espacial del sistema sobre el qual es disposen tots els seus elements paral·lels.

El diagrama mostra un sistema de calefacció amb cablejat superior, el moviment del refrigerant és un punt mort

Considereu les etapes principals del càlcul de calefacció per aigua.

GR de l’anell de circulació principal

La metodologia de càlcul de GR es basa en el supòsit que a totes les pujades i branques les diferències de temperatura són les mateixes.

L’algoritme de càlcul és el següent:

1. Al diagrama que es mostra, tenint en compte la pèrdua de calor, s’apliquen càrregues de calor als aparells de calefacció, aixecadors.
2. A partir de l’esquema, escolliu l’anell de circulació principal (d’ara endavant - HCC). La peculiaritat d’aquest anell és que en ella la pressió de circulació per unitat de longitud de l’anell té el mínim valor.
3. El HCC es divideix en seccions amb un consum de calor constant. Per a cada secció, indiqueu el nombre, la càrrega tèrmica, el diàmetre i la longitud.

En el sistema vertical d’un sol tub, l’anell pel qual passa l’aixopluc més carregat quan l’aigua flueix en un punt mort o al llarg de la xarxa que passa a través de la xarxa elèctrica es pren com a fcc. Hem parlat amb més detall sobre l'enllaç dels anells de circulació en un sistema d'un sol tub i l'elecció del principal al següent article. Per separat, vam parar atenció a l’ordre dels càlculs, utilitzant un exemple específic per a la claredat.

En sistemes verticals de dos canals, el ccc passa pel dispositiu de calefacció inferior, que té una càrrega màxima durant el límit sense sortida o el moviment d'aigua associat

En un sistema horitzontal de tipus un sol tub, el ccc ha de tenir la pressió de circulació més baixa i una unitat de longitud de l'anell. Per a sistemes amb circulació natural La situació és similar.

Amb els aixecadors GR d’un sistema vertical d’un tipus d’un sol tub, es consideren un únic circuit els aixecadors regulables per flux, amb fluxos regulables en el flux, amb nodes unificats en la seva composició. Per als aixecadors amb seccions de tancament, es fa la separació tenint en compte la distribució de l’aigua a la canonada de cada node de l’instrument.

El consum d’aigua en un lloc determinat es calcula mitjançant la fórmula:

G_cont = (3,6 × Q_cont × β₁ × β₂) / ((t.)_r - t₀) × c)

A l'expressió, els caràcters alfabètics tenen els significats següents:

• P_cont - càrrega tèrmica del circuit;
• β_1, β₂ - coeficients tabulars addicionals tenint en compte la transferència de calor a la sala;
• c - la capacitat de calor de l’aigua és de 4.187;
• t_r - temperatura de l’aigua a la línia de subministrament;
• t₀ - temperatura de l’aigua a la línia de retorn.

Després d’haver determinat el diàmetre i la quantitat d’aigua, cal conèixer la velocitat del seu moviment i el valor de la resistivitat R. Tots els càlculs es realitzen amb més comoditat mitjançant programes especials.

GH de l’anell de circulació secundari

Després del GR de l’anell principal, es determina la pressió a l’anell de circulació petita formada a través dels seus aixecadors més propers, tenint en compte que les pèrdues de pressió poden diferir no més d’un 15% amb un punt mort i no més d’un 5% amb un pas.

Si no és possible relacionar la pèrdua de pressió, instal·leu una rentadora d’accelerador, el diàmetre de la qual es calcula mitjançant mètodes de programari.

Càlcul de bateries del radiador

Tornem al pla de la casa situada més amunt. Mitjançant càlculs, es va trobar que caldrien 16 kW d’energia per mantenir l’equilibri tèrmic. En aquesta casa hi ha 6 locals per a diversos propòsits: una sala d’estar, un bany, una cuina, un dormitori, un passadís, un rebedor.

A partir de les dimensions de l'estructura, podeu calcular el volum V:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m³

A continuació, heu de trobar la quantitat de potència tèrmica per m³. Per fer-ho, s'ha de dividir Q pel volum que es troba, és a dir:

P = 16000/120 = 133 W per m³

A continuació, heu de determinar quina potència calorífica cal per a una habitació. Al diagrama, ja s’ha calculat l’àrea de cada habitació.

Definiu el volum:

• un bany – 4.19×2.5=10.47;
• sala d’estar – 13.83×2.5=34.58;
• la cuina – 9.43×2.5=23.58;
• el dormitori – 10.33×2.5=25.83;
• passadís – 4.10×2.5=10.25;
• passadís – 5.8×2.5=14.5.

En els càlculs, també cal tenir en compte les habitacions en les quals no hi ha bateries de calefacció, per exemple, un passadís.

El passadís s’escalfa de forma passiva, hi entrarà calor a causa de la circulació de l’aire tèrmic durant el moviment de les persones, per les portes, etc.

Determineu la quantitat de calor necessària per a cada habitació, multiplicant el volum de l’habitació per l’indicador R.

Obtenim la potència necessària:

• per al bany - 10,47 × 133 = 1392 W;
• per la sala d’estar - 34,58 × 133 = 4599 W;
• per a la cuina - 23,58 × 133 = 3136 W;
• per al dormitori - 25,83 × 133 = 3435 W;
• pel passadís - 10,25 × 133 = 1363 W;
• pel passadís - 14,5 × 133 = 1889 W

Procedim al càlcul de les bateries del radiador. Utilitzarem radiadors d’alumini, l’alçada dels quals és de 60 cm, la potència a una temperatura de 70 és de 150 watts.

Calculem el nombre de bateries del radiador necessari:

• un bany – 1392/150=10;
• sala d’estar – 4599/150=31;
• la cuina – 3136/150=21;
• el dormitori – 3435/150=23;
• passadís – 1889/150=13.

Total necessari: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 bateries del radiador.

El nostre lloc també inclou altres articles en els quals es va examinar detalladament el procediment per realitzar el càlcul tèrmic del sistema de calefacció, el càlcul pas a pas de la potència dels radiadors i les canonades de calefacció. I si el vostre sistema assumeix la presència de terres càlides, haureu de realitzar càlculs addicionals.

Tots aquests números es tracten amb més detall en els nostres articles:

• Càlcul tèrmic d’un sistema de calefacció: com calcular correctament la càrrega d’un sistema
• Càlcul de radiadors de calefacció: com calcular el nombre i la potència necessàries de les bateries
• Càlcul del volum de les canonades: principis i regles de càlcul en litres i metres cúbics
• Com es fa un càlcul d’un sòl càlid mitjançant l’exemple d’un sistema d’aigua
• Càlcul de canonades per escalfar terra: tipus de canonades, mètodes i pas de posada + càlcul del cabal

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Al vídeo podeu veure un exemple de càlcul de calefacció per aigua, que es realitza mitjançant el programa Valtec:

Els càlculs hidràulics es realitzen millor mitjançant programes especials que garanteixen una gran precisió dels càlculs, tenint en compte tots els matisos del disseny.

Ets especialitzat en calcular sistemes de calefacció amb aigua com a refrigerant i vols complementar el nostre article amb fórmules útils, compartir secrets professionals?

O potser voleu centrar-vos en càlculs addicionals o assenyalar inexactituds en els nostres càlculs? Escriviu els vostres comentaris i recomanacions al bloc de l'article.