Càlcul tèrmic d’un sistema de calefacció: com calcular correctament la càrrega d’un sistema

El disseny i el càlcul tèrmic del sistema de calefacció és una etapa obligatòria per organitzar la calefacció per a la llar. La tasca principal de les activitats informàtiques és determinar els paràmetres òptims de la caldera i el sistema de radiadors.

D’acord, a primera vista pot semblar que només un enginyer pot fer un càlcul d’enginyeria tèrmica. Tot i això, no tot és tan complicat. Coneixent l'algorisme d'accions, resultarà realitzar de manera independent els càlculs necessaris.

L’article exposa amb detall el procediment de càlcul i proporciona totes les fórmules necessàries. Per a una millor comprensió, hem preparat un exemple de càlcul tèrmic per a una casa particular.

Càlcul tèrmic de la calefacció: ordre general

El càlcul tèrmic clàssic del sistema de calefacció és un document tècnic consolidat, que inclou els mètodes de càlcul estàndard obligatori per fases.

Però abans d’estudiar aquests càlculs dels paràmetres principals, cal decidir sobre el concepte del sistema de calefacció.

El sistema de calefacció es caracteritza per un subministrament forçat i una eliminació involuntària de calor a l’habitació.

Les tasques principals del càlcul i disseny del sistema de calefacció:

• de forma més fiable la pèrdua de calor;
• determinar la quantitat i les condicions d’ús del refrigerant;
• selecciona els elements de generació, desplaçament i transferència de calor de la forma més precisa possible.

Durant la construcció sistemes de calefacció Cal recollir inicialment diverses dades sobre l’habitació / edifici on s’utilitzarà el sistema de calefacció. Després de realitzar el càlcul dels paràmetres tèrmics del sistema, analitzeu els resultats de les operacions aritmètiques.

A partir de les dades obtingudes, es seleccionen els components del sistema de calefacció amb la posterior compra, instal·lació i posada en servei.

La calefacció és un sistema multicomponent per assegurar el règim de temperatura aprovat en una habitació / edifici. És una part independent del complex de comunicacions d’un habitatge modern

Cal destacar que el mètode de càlcul tèrmic especificat permet calcular amb precisió un gran nombre de quantitats que descriuen específicament el futur sistema de calefacció.

Com a resultat del càlcul tèrmic, estarà disponible la informació següent:

• nombre de pèrdues de calor, potència de la caldera;
• el nombre i el tipus de radiadors de calor per a cada habitació per separat;
• característiques hidràuliques de la canonada;
• volum, velocitat de refrigeració, potència de la bomba de calor.

El càlcul tèrmic no és un esquema teòric, sinó resultats força precisos i raonables, que es recomana utilitzar en la pràctica a l’hora de seleccionar components d’un sistema de calefacció.

Normes de temperatura ambient

Abans de fer cap càlcul dels paràmetres del sistema, és necessari, com a mínim, conèixer l’ordre dels resultats esperats, així com disposar de característiques normalitzades d’algunes quantitats tabulars que cal substituir a les fórmules o orientar-les.

Efectuant càlculs de paràmetres amb aquestes constants, podeu estar segur de la fiabilitat del paràmetre del sistema dinàmic o constant desitjat.

En locals amb diverses finalitats, hi ha normes de referència per a les condicions de temperatura dels locals residencials i no residencials. Aquests estàndards estan recollits en l’anomenat GOST

Per a un sistema de calefacció, un d’aquests paràmetres globals és la temperatura ambient, que hauria de ser constant independentment de la temporada o de les condicions ambientals.

Segons la normativa de normes i normes sanitàries, hi ha diferències de temperatura respecte als períodes d’estiu i hivern de l’any. El sistema d’aire condicionat és responsable del règim de temperatura de l’habitació a la temporada d’estiu, es descriu amb detall el principi del seu càlcul aquest article.

Però la temperatura ambient a l’hivern la proporciona el sistema de calefacció. Per tant, ens interessen els intervals de temperatura i les seves toleràncies a les desviacions de la temporada d'hivern.

La majoria dels documents normatius especifiquen els intervals de temperatura següents, que permeten que una persona estigui còmoda en una habitació.

Per a oficines no residencials de fins a 100 m²:

• 22-24 ° C - temperatura òptima de l’aire;
• 1 ° C - fluctuacions permeses.

Per a locals d’oficina amb una superfície superior a 100 m² la temperatura és de 21-23 ° C. En els locals no residencials de tipus industrial, els intervals de temperatura varien molt segons l’objectiu de l’habitació i els estàndards de protecció laboral establerts.

La temperatura ambient confortable per a cada persona és "pròpia".A algú li agrada estar molt càlid a l'habitació, algú és còmode quan l'habitació és fresca, tot és individual

Pel que fa a locals residencials: apartaments, cases particulars, finques, etc., hi ha certs intervals de temperatura que es poden ajustar en funció dels desitjos dels residents.

Tot i així, per a habitacions específiques d’un apartament i d’una casa tenim:

• 20-22 ° C - residencial, inclosa l'habitació per a nens, tolerància ± 2 ° С -
• 19-21 ° C - cuina, lavabo, tolerància ± 2 ° C;
• 24-26 ° C - bany, dutxa, piscina, tolerància ± 1 ° C;
• 16-18 ° C - passadissos, passadissos, escales, despenses, tolerància + 3 ° C

És important tenir en compte que hi ha diversos paràmetres més bàsics que afecten la temperatura a l’habitació i que cal centrar en el càlcul del sistema de calefacció: humitat (40-60%), concentració d’oxigen i diòxid de carboni a l’aire (250: 1), velocitat de l’aire. masses (0,13-0,25 m / s), etc.

Càlcul de pèrdues de calor a la casa

Segons la segona llei de la termodinàmica (física escolar), no hi ha transferència espontània d’energia des de menys escalfats fins a objectes mini o macro més escalfats. Un cas especial d'aquesta llei és el "desig" de crear un equilibri de temperatura entre dos sistemes termodinàmics.

Per exemple, el primer sistema és un entorn amb una temperatura de -20 ° C, el segon sistema és un edifici amb una temperatura interna de + 20 ° C. Segons la llei anterior, aquests dos sistemes buscaran l'equilibri mitjançant l'intercanvi d'energia. Això es produirà per la pèrdua de calor del segon sistema i el refredament del primer.

Sens dubte podem dir que la temperatura ambiental depèn de la latitud en què es troba la casa privada. I la diferència de temperatura afecta la quantitat de fuites de calor de l’edifici (+)

Per pèrdua de calor s’entén l’alliberament involuntari de calor (energia) d’un determinat objecte (casa, apartament). Per a un apartament ordinari, aquest procés no és tan “notori” en comparació amb una casa privada, ja que l’apartament està situat a l’interior de l’edifici i està “contigu” a altres apartaments.

En una casa privada a través de les parets exteriors, terra, sostre, finestres i portes, en un grau o altre, la calor “surt”.

Sabent la quantitat de pèrdua de calor per a les condicions meteorològiques més adverses i les característiques d’aquestes condicions, és possible calcular la potència del sistema de calefacció amb una gran precisió.

Per tant, el volum de fuites de calor de l’edifici es calcula mitjançant la següent fórmula:

Q = Q_gènere+ Q_{la paret}+ Q_{la finestra}+ Q_{el terrat}+ Q_{la porta}+ ... + Q_joon

Qi - la quantitat de pèrdua de calor per l’aspecte uniforme de la closca de l’edifici.

Cada component de la fórmula es calcula mitjançant la fórmula:

Q = S * ΔT / Ron

• P - fuites de calor, V;
• S - àrea d’un determinat tipus d’estructura, sq. m;
• ∆T - la diferència de temperatures de l’aire ambient i interior, ° C;
• R - resistència tèrmica d’un determinat tipus d’estructura, m²* ° C / W

El valor de resistència tèrmica per a materials reals es recomana extreure de les taules auxiliars.

A més, es pot obtenir resistència tèrmica mitjançant la següent relació:

R = d / kon

• R - resistència tèrmica, (m²* K) / W;
• k - Conductivitat tèrmica del material, W / (m²* K);
• d - el gruix d’aquest material, m

En cases antigues amb una estructura humida de la coberta, es produeixen fuites de calor a la part superior de l’edifici, concretament a través del terrat i les golfes. Realització d'esdeveniments per a aïllament del sostre o aïllament de teulada àtic solucionar aquest problema.

Si aïlleu l’espai de les golfes i el sostre, la pèrdua de calor total de la casa es pot reduir significativament

A la casa hi ha diversos tipus més de pèrdua de calor mitjançant esquerdes a les estructures, sistema de ventilació, campana de la cuina, obertura de finestres i portes. Però tenir en compte el seu volum no té sentit, ja que no representen més del 5% del total de fuites de calor principals.

Determinació de la potència de la caldera

Per mantenir la diferència de temperatura entre l’entorn i la temperatura dins de l’habitatge, es necessita un sistema de calefacció independent que mantingui la temperatura desitjada a cada habitació d’una casa privada.

Les bases del sistema de calefacció són diferents tipus de calderes: combustible líquid o sòlid, elèctric o de gas.

La caldera és la unitat central del sistema de calefacció que genera calor. La característica principal de la caldera és la seva potència, és a dir, la velocitat de conversió és la quantitat de calor per unitat de temps.

Després de calcular la càrrega de calor per escalfar, obtenim la potència nominal necessària de la caldera.

Per a un apartament ordinari amb múltiples habitacions, la potència de la caldera es calcula segons la zona i la potència específica:

Pàg_caldera= (S_locals* Pàg_específics)/10on

• S_locals - àrea total de la sala climatitzada;
• Pàg_precoç - potència específica relativa a les condicions climàtiques.

Però aquesta fórmula no té en compte la pèrdua de calor, que és suficient en una casa particular.

Hi ha una altra relació que té en compte aquest paràmetre:

Pàg_caldera= (Q_pèrdues* S) / 100on

• Pàg_caldera - potència de la caldera;
• P_pèrdues - pèrdua de calor;
• S - zona climatitzada.

Cal augmentar la capacitat nominal de la caldera. Cal reservar una reserva si es preveu utilitzar una caldera per escalfar aigua per al bany i la cuina.

En la majoria dels sistemes de calefacció de cases particulars, es recomana utilitzar un dipòsit d'expansió en el qual s'emmagatzemarà el subministrament de refrigerant. Tots els habitatges particulars necessiten aigua calenta

Per tal de proporcionar la reserva de potència de la caldera a l’última fórmula, cal afegir el factor de seguretat K:

Pàg_caldera= (Q_pèrdues* S * K) / 100on

A - serà igual a 1,25, és a dir, la capacitat de disseny de la caldera augmentarà un 25%.

Així, la capacitat de la caldera proporciona l’oportunitat de mantenir la temperatura estàndard de l’aire a les habitacions de l’edifici, així com de tenir un volum inicial i addicional d’aigua calenta a la casa.

Característiques de la selecció de radiadors

Els components estàndards per proporcionar calor a l'habitació són radiadors, panells, sistemes de calefacció per terra radiant, convectors, etc. Les parts més habituals d'un sistema de calefacció són els radiadors.

Un radiador de calor és un disseny buit especial d'un tipus modular fet d'aliatge amb una gran dissipació de calor. Està fabricada en acer, alumini, fosa, ceràmica i altres aliatges. El principi de funcionament del radiador de calefacció es redueix a l’emissió d’energia del refrigerant a l’espai de l’habitació mitjançant els “pètals”.

El radiador de calefacció d'alumini i bimetal va substituir les bateries massives de ferro fos. La facilitat de producció, la gran dissipació de calor, la construcció i el disseny amb èxit van convertir aquest producte en una eina popular i generalitzada per radiar calor a l'habitació.

Hi ha diverses tècniques càlcul de radiadors de calefacció a l’habitació. La llista següent de mètodes s'ordena per augmentar la precisió.

Opcions de càlcul:

1. Per àmbits. N = (S * 100) / C, on N és el nombre de seccions, S és l’àrea de l’habitació (m²), C - transferència de calor d’una secció del radiador (W, extreta del passaport o certificat del producte), 100 W - la quantitat de flux de calor que es necessita per escalfar 1 m² (valor empíric). Sorgeix la pregunta: com tenir en compte l’alçada del sostre de l’habitació?
2. Per volum. N = (S * H ​​* 41) / C, on N, S, C és similar. N - altura de l habitació, 41 W - la quantitat de flux de calor necessària per escalfar 1 m³ (valor empíric).
3. Segons els coeficients. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, on N, S, C i 100 són similars. k1 - tenint en compte el nombre de càmeres d'una finestra de doble vidre de la finestra d'una habitació, k2 - aïllament tèrmic de les parets, k3 - relació de la superfície de les finestres amb la zona de l'habitació, k4 - temperatura mitjana mínima de la setmana més freda de l'hivern, k5 - nombre de parets externes de la sala (que "surten al carrer), k6: tipus d'habitació a la part superior, k7 - alçada del sostre.

Aquesta és l’opció més exacta per calcular el nombre de seccions. Naturalment, els resultats fraccionats dels càlculs sempre s’arrodonen al següent nombre enter.

Càlcul hidràulic del subministrament d’aigua

Per descomptat, la "imatge" del càlcul de la calor per a la calefacció no es pot completar sense calcular característiques com el volum i la velocitat del refrigerant.En la majoria dels casos, el refrigerant és l’aigua ordinària en un estat d’agregació líquid o gasós.

Es recomana calcular el volum real del refrigerant sumant totes les cavitats del sistema de calefacció. Aquesta és la millor opció quan es fa servir una caldera d’un sol circuit. Quan s’utilitzen calderes de doble circuit al sistema de calefacció, cal tenir en compte els costos de l’aigua calenta per a usos higiènics i d’altres usos domèstics.

El càlcul del volum d’aigua escalfat per una caldera de doble circuit per proporcionar als residents aigua calenta i portador de calor es realitza sumant el volum intern del circuit de calefacció i les necessitats reals d’usuaris d’aigua escalfada.

El volum d'aigua calenta del sistema de calefacció es calcula mitjançant la fórmula:

W = k * Pon

• W - volum de portador de calor;
• Pàg - potència de la caldera de calefacció;
• k - factor de potència (el nombre de litres per unitat de potència és de 13,5, el rang és de 10-15 litres).

Com a resultat, la fórmula final s’assembla a aquesta:

W = 13,5 * P

La velocitat del refrigerant és l’avaluació dinàmica final del sistema de calefacció, que caracteritza la velocitat de circulació de fluids al sistema.

Aquest valor ajuda a avaluar el tipus i el diàmetre de la canonada:

V = (0,86 * P * μ) / ΔTon

• Pàg - potència de la caldera;
• μ - eficiència de la caldera;
• ∆T - diferència de temperatura entre l’aigua subministrada i l’aigua de retorn.

Utilitzant els mètodes anteriors càlcul hidràulic, serà possible obtenir paràmetres reals, que són el “fonament” del futur sistema de calefacció.

Exemple de càlcul tèrmic

Com a exemple de càlcul de calor, hi ha una casa ordinària d'una planta amb quatre sales d'estar, una cuina, un bany, un "jardí d'hivern" i safareigs.

La base és de llosa de formigó armat monolític (20 cm), les parets exteriors són de formigó (25 cm) amb guix, la teulada és de sòls de bigues de fusta, la teulada és de teula metàl·lica i llana mineral (10 cm)

Anoteu els paràmetres inicials de la casa, necessaris per als càlculs.

Dimensions de l'edifici:

• alçada del sòl - 3 m;
• una petita finestra de la part davantera i posterior de l'edifici 1470 * 1420 mm;
• gran finestra de la façana 2080 * 1420 mm;
• portes d’entrada 2000 * 900 mm;
• portes posteriors (sortida a la terrassa) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Amplada total de l’edifici 9,5 m²de longitud 16 m². Només s’escalfaran sales d’estar (4 unitats), un bany i una cuina.

Per calcular amb precisió la pèrdua de calor que hi ha a les parets de la zona de les parets externes, cal restar l’àrea de totes les finestres i portes: es tracta d’un tipus de material completament diferent amb la seva resistència tèrmica

Comencem calculant les àrees de materials homogenis:

• superfície - 152 m²;
• zona del terrat - 180 m² , considerant l’alçada de l’envelat 1,3 m i l’amplada del recorregut - 4 m;
• àrea de la finestra: 3 * 1,47 * 1,42 + 2,08 * 1,42 = 9,22 m²;
• àrea de la porta - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m².

La superfície dels murs exteriors serà de 51 * 3-9.22-7.4 = 136,38 m².

Procedim al càlcul de la pèrdua de calor de cada material:

• P_gènere= S * ΔT * k / d = 152 * 20 * 0,2 / 1,7 = 357,65 W;
• P_{el terrat}= 180 * 40 * 0,1 / 0,05 = 14400 W;
• P_{la finestra}= 9,22 * 40 * 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
• P_{la porta}= 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 W;

Així com Q_{la paret} equivalent a 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. La suma de totes les pèrdues de calor serà de 19628,4 watts.

Com a resultat, calculem la potència de la caldera: P_caldera= Q_pèrdues* S_{calefacció_ambient}* K / 100 = 19628,4 * (10,4 + 10,4 + 13,5 + 27,9 + 14,1 + 7,4) * 1,25 / 100 = 19628,4 * 83,7 * 1,25 / 100 = 20536,2 = 21 kW.

Calcularem el nombre de seccions de radiadors d’una de les habitacions. Per a la resta, els càlculs són similars. Per exemple, l’habitació de la cantonada (a l’esquerra, cantó inferior del diagrama) és de 10,4 m2.

Per tant, N = (100 * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C = (100 * 10.4 * 1.0 * 1.0 * 0.9 * 1.3 * 1.2 * 1.0 * 1.05) /180=8.5176=9.

Per a aquesta habitació es necessiten 9 seccions d’un radiador de calefacció amb una transferència de calor de 180 watts.

Ens dirigim al càlcul de la quantitat de refrigerant del sistema - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 litres. Així doncs, la velocitat del refrigerant serà: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) / 20=812,7 l.

Com a resultat, una revolució completa del volum total de refrigerant del sistema serà equivalent a 2,87 vegades en una hora.

Una selecció d'articles sobre càlcul tèrmic ajudarà a determinar els paràmetres exactes dels elements del sistema de calefacció:

1. Càlcul del sistema de calefacció d’una casa privada: normes i exemples de càlcul
2. Càlcul termotècnic d’un edifici: especificitats i fórmules per realitzar càlculs + exemples pràctics

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

A la següent revisió es presenta un senzill càlcul del sistema de calefacció per una casa particular:

A continuació es mostren totes les subtileses i mètodes generalment acceptats per calcular la pèrdua de calor d’un edifici:

Una altra opció per calcular les fuites de calor en una casa privada típica:

Aquest vídeo parla de les característiques de la circulació d’un portador d’energia per escalfar una llar:

El càlcul tèrmic del sistema de calefacció és de naturalesa individual, s’ha de fer de forma correcta i precisa. Com més precisos es facin els càlculs, menys hauran de pagar en excés els propietaris d’una casa de camp durant l’operació.

Tens experiència en realitzar càlculs tèrmics del sistema de calefacció? O teniu preguntes sobre el tema? Compartiu la vostra opinió i deixeu comentaris. El bloc de comentaris es troba a sota.