Výpočet ohřevu vody: vzorce, pravidla, příklady implementace

Použití vody jako chladicího média v topném systému je jednou z nejpopulárnějších možností, jak v domácnosti zajistit teplo v chladném období. Musíte pouze správně navrhnout a dokončit instalaci systému. V opačném případě bude vytápění neefektivní při vysokých nákladech na palivo, což, jak vidíte, je při dnešních cenách energie nezajímavé.

Není možné samostatně vypočítat ohřev vody (dále jen CBO) bez použití specializovaných programů, protože výpočty používají složité výrazy, jejichž hodnoty nelze určit pomocí běžné kalkulačky. V tomto článku podrobně rozebereme algoritmus pro provádění výpočtů, uvedeme použitelné vzorce a vezmeme v úvahu průběh výpočtů na konkrétním příkladu.

Doplněný materiál bude doplněn tabulkami s hodnotami a referenčními ukazateli, které jsou potřebné při výpočtech, tematickými fotografiemi a videem, na kterém je uveden jasný příklad výpočtu pomocí programu.

Výpočet tepelné bilance bydlení

Pro zavedení topného zařízení, kde voda působí jako cirkulační látka, je nutné nejprve provést přesnost hydraulické výpočty.

Při vývoji, implementaci jakéhokoli typu topného systému je nutné znát tepelnou bilanci (dále jen TB). Díky znalosti tepelné energie pro udržení teploty v místnosti si můžete vybrat správné vybavení a správně rozložit jeho zatížení.

V zimě utrpí místnost určité tepelné ztráty (dále jen TP). Převážná část energie prochází uzavíracími prvky a větracími otvory. Nepatrné náklady jsou na infiltraci, vytápění předmětů atd.

TP závisí na vrstvách, z nichž se skládají uzavírací struktury (dále - OK). Moderní stavební materiály, zejména izolace, jsou nízké součinitel tepelné vodivosti (dále jen „CT“), díky které jimi prochází méně tepla. U domů ve stejné oblasti, ale s odlišnou strukturou OK, se budou náklady na teplo lišit.

Kromě stanovení TP je důležité vypočítat TB domu. Ukazatel bere v úvahu nejen množství energie opouštějící místnost, ale také množství potřebné energie k udržení určitých míry míry v domě.

Nejpřesnější výsledky poskytují specializované programy určené pro stavitele. Díky nim je možné zohlednit více faktorů ovlivňujících TP.

Největší množství tepla opouští místnost stěnami, podlahou, střechou, nejméně - dveřmi, okenními otvory

S vysokou přesností můžete vypočítat TP domova pomocí vzorců.

Celková spotřeba tepla domu se vypočte podle rovnice:

Q = Q_ok + Q_v,

Kde Q_ok - množství tepla opouštějícího místnost přes OK; Q_v - náklady na tepelnou ventilaci.

Ztráty ventilací se berou v úvahu, pokud má vzduch vstupující do místnosti nižší teplotu.

Výpočty obvykle berou v úvahu OK, vstupují na jednu stranu ulice. Jedná se o vnější stěny, podlahu, střechu, dveře a okna.

Obecné TP Q_ok rovná se součtu TP každého OK, to je:

Q_ok = ∑Q_st + ∑Q_okn + ∑Q_dv + ∑Q_ptl + ∑Q_pl,

Kde:

• Q_st - hodnota stěn TP;
• Q_okn - okna TP;
• Q_dv - dveře TP;
  
• Q_ptl - strop TP;
  
• Q_pl - TP podlaha.

Pokud má podlaha nebo strop nerovnoměrnou strukturu po celé ploše, vypočítá se TP pro každé místo zvlášť.

Výpočet tepelné ztráty pomocí OK

Pro výpočty jsou požadovány následující informace:

• struktura stěny, použité materiály, jejich tloušťka, CT;
• venkovní teplota ve velmi chladné pětidenní zimě ve městě;
• OK oblast;
• orientace OK;
• Doporučená domácí teplota v zimě.

Pro výpočet TP musíte najít celkový tepelný odpor R_ok. K tomu zjistěte tepelný odpor R₁, R₂, R₃, ..., R_n každá vrstva je v pořádku.

Koeficient R_n vypočteno podle vzorce:

Rn = B / k,

Ve vzorci: B - tloušťka vrstvy OK v mm, k - CT každé vrstvy.

Celkový R může být určen výrazem:

R = ∑R_n

Výrobci dveří a oken obvykle uvádějí v cestovním pasu součinitel R, takže není nutné jej vypočítávat samostatně.

Tepelný odpor oken nelze vypočítat, protože technické údaje již obsahují potřebné informace, což zjednodušuje výpočet TP

Obecný vzorec pro výpočet TP pomocí OK je následující:

Q_ok = ∑S × (t_vnt - t_nar) × R × l,

Ve výrazu:

• S - oblast OK, m²;
• t_vnt - požadovaná pokojová teplota;
• t_nar - venkovní teplota vzduchu;
• R - koeficient odporu vypočítaný samostatně nebo převzatý z pasu produktu;
• l - koeficient upřesnění zohledňující orientaci stěn vzhledem k světovým stranám.

Výpočet TB vám umožňuje vybrat zařízení s požadovanou kapacitou, což eliminuje pravděpodobnost nedostatku tepla nebo jeho přebytku. Deficit tepelné energie je kompenzován zvýšením průtoku vzduchu ventilací, přebytkem - instalací dalšího topného zařízení.

Náklady na tepelnou ventilaci

Obecný vzorec pro výpočet ventilačního TP je následující:

Q_v = 0,28 × 1_n × str_vnt × c × (t_vnt - t_nar),

Proměnné mají ve výrazu následující význam:

• L_n - náklady na příchozí vzduch;
• str_vnt - hustota vzduchu při určité teplotě v místnosti;
• c - tepelná kapacita vzduchu;
• t_vnt - teplota v domě;
• t_nar - venkovní teplota vzduchu.

Pokud je v budově instalováno větrání, pak parametr L_n převzato z technických charakteristik zařízení. Pokud nedochází k žádné ventilaci, použije se standardní ukazatel specifické výměny vzduchu rovný 3 m³ za hodinu.

Na základě toho L_n vypočteno podle vzorce:

L_n = 3 × S_pl,

Ve výrazu S_pl - podlahová plocha.

2% všech tepelných ztrát je způsobeno infiltrací, 18% - ventilací. Pokud je místnost vybavena ventilačním systémem, pak se při výpočtech vezme v úvahu TP prostřednictvím ventilace a infiltrace se nebere v úvahu

Dále vypočítejte hustotu vzduchu p_vnt při dané teplotě t_vnt.

Můžete to udělat podle vzorce:

str_vnt = 353 / (273 + t_vnt),

Měrná tepelná kapacita c = 1 0005.

Pokud není větrání nebo infiltrace neorganizované, jsou ve stěnách praskliny nebo díry, pak by měl být výpočet TP skrz otvory svěřen zvláštním programům.

V našem dalším článku jsme uvedli podrobný popis příklad výpočtu tepelného inženýrství budovy se specifickými příklady a vzorci.

Příklad výpočtu tepelné bilance

Zvažte dům o výšce 2,5 m, šířce 6 ma délce 8 m, který se nachází ve městě Okha v oblasti Sachalin, kde teploměr teploměru klesá v extrémně chladném pětidenním období na -29 stupňů.

V důsledku měření byla teplota půdy nastavena na +5. Doporučená teplota uvnitř struktury je +21 stupňů.

Nejpohodlnější je vykreslit dům na papíře s vyznačením nejen délky, šířky a výšky budovy, ale také orientace s ohledem na světové strany, jakož i umístění, rozměry oken a dveří.

Stěny dotyčného domu se skládají z:

• zdivo o tloušťce B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• minerální vlna B = 0,05 m, k = 0,05;
• Obklady B = 0,09 m, k = 0,26.

Při určování k je lepší použít tabulky uvedené na webových stránkách výrobce nebo najít informace v technickém pasu produktu.

Díky znalosti tepelné vodivosti je možné vybrat nejúčinnější materiály z hlediska tepelné izolace. Na základě výše uvedené tabulky je nejvhodnější použít ve stavebnictví desky z minerální vlny a expandovaný polystyren

Podlaha se skládá z následujících vrstev:

• Desky OSB B = 0,1 m, k = 0,13;
• minerální vlna B = 0,05 m, k = 0,047;
• cementový potěr B = 0,05 m, k = 0,58;
• polystyrenová pěna B = 0,06 m, k = 0,043.

V domě není suterén a podlaha má po celé ploše stejnou strukturu.

Strop se skládá z vrstev:

• sádrokartonové desky B = 0,025 m, k = 0,21;
• izolace B = 0,05 m, k = 0,14;
• střešní deska B = 0,05 m, k = 0,043.

Dům má pouze 6 dvoukomorových oken s I-sklem a argonem. Z technického pasu pro produkty je známo, že R = 0,7. Okna mají rozměry 1,1x1,4 m.

Dveře mají rozměry 1x2,2 m, ukazatel R = 0,36.

Krok # 1 - výpočet tepelné ztráty stěny

Stěny po celé ploše se skládají ze tří vrstev. Nejprve vypočítáme jejich celkový tepelný odpor.

Proč používat vzorec:

R = ∑R_n,

a výraz:

R_n = B / k

Na základě počátečních informací získáme:

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

Po naučení R můžeme začít počítat TP severní, jižní, východní a západní zdi.

Další faktory berou v úvahu zvláštnosti umístění stěn vzhledem k světovým stranám. Obvykle se v severní části během chladného počasí vytvoří „větrná růžice“, v důsledku čehož budou TP na této straně vyšší než na druhé straně

Vypočítáme plochu severní stěny:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Poté, nahrazení do vzorce Q_ok = ∑S × (t_vnt - t_nar) × R × l a vzhledem k tomu, že l = 1,1, dostaneme:

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

Oblast jižní zdi S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Ve zdi nejsou žádná vestavná okna nebo dveře, proto vzhledem k koeficientu l = 1 získáme následující TP:

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

Pro západní a východní stěny je koeficient l = 1,05. Proto můžete najít celkovou plochu těchto stěn, to je:

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

Do oken je zabudováno 6 oken a jedno dveře. Vypočítáme celkovou plochu oken a dveří S:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definujte stěny S kromě oken a dveří S:

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

Vypočítáme celkový TP východní a západní zdi:

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

Po obdržení výsledků vypočítáme množství tepla opouštějícího stěny:

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

Celkový celkový TP stěn je 6 kW.

Krok č. 2 - výpočet oken a dveří TP

Okna jsou tedy umístěna na východní a západní stěně při výpočtu koeficientu l = 1,05. Je známo, že struktura všech struktur je stejná a R = 0,7.

Pomocí hodnot výše uvedené oblasti získáme:

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

Víme, že u dveří R = 0,36 a S = 2,2 definujeme jejich TP:

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

Výsledkem je, že z oken vytéká 340 W tepla a 42 W dveřmi.

Krok 3 - určení TP podlahy a stropu

Plocha stropu a podlahy bude samozřejmě stejná a vypočítá se takto:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Celkový tepelný odpor podlahy počítáme s ohledem na jeho strukturu.

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

Vědět, že teplota půdy t_nar= + 5 a při zohlednění koeficientu l = 1 vypočítáme podlahu Q:

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

Zaokrouhlením získáme tepelnou ztrátu podlahy asi 3 kW.

Při výpočtech TP je nutné vzít v úvahu vrstvy, které ovlivňují tepelnou izolaci, například beton, desky, zdivo, topení atd.

Určete tepelný odpor stropu R_ptl a jeho 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

Z toho vyplývá, že stropem a podlahou prochází téměř 6 kW.

Krok č. 4 - výpočet větrání TP

Vnitřní větrání je organizováno, vypočteno podle vzorce:

Q_v = 0,28 × 1_n × str_vnt × c × (t_vnt - t_nar)

Na základě technických charakteristik je specifický přenos tepla 3 kubické metry za hodinu, to znamená:

L_n = 3 × 48 = 144.

Pro výpočet hustoty používáme vzorec:

str_vnt = 353 / (273 + t_vnt).

Vypočítaná pokojová teplota je +21 stupňů.

Větrání TP se nepočítá, pokud je systém vybaven zařízením pro ohřev vzduchu

Nahrazením známých hodnot získáme:

str_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Nahrazujeme údaje získané ve výše uvedeném vzorci:

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

Vzhledem k TP pro větrání bude celková Q budovy:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Při přepočtu na kW získáme celkovou tepelnou ztrátu 16 kW.

Vlastnosti výpočtu CBO

Po nalezení indikátoru TP přistoupí k hydraulickému výpočtu (dále - GR).

Na základě toho jsou získány informace o následujících ukazatelích:

• optimální průměr trubek, které při poklesu tlaku budou schopny projít daným množstvím chladicí kapaliny;
• průtok chladicí kapaliny v určité oblasti;
• rychlost vody;
• hodnota odporu.

Před zahájením výpočtů zobrazují zjednodušené výpočty prostorový diagram systému, ve kterém jsou všechny jeho prvky uspořádány vzájemně rovnoběžně.

Schéma ukazuje topný systém s horním zapojením, pohyb chladicí kapaliny je slepá ulička

Zvažte hlavní fáze výpočtů ohřevu vody.

GR hlavního cirkulačního kroužku

Metodika výpočtu GR je založena na předpokladu, že ve všech stoupačkách a větvích jsou teplotní rozdíly stejné.

Algoritmus výpočtu je následující:

1. V zobrazeném diagramu se s ohledem na tepelné ztráty aplikují tepelná zatížení na topná zařízení, stoupačky.
2. Na základě schématu vyberte hlavní cirkulační kroužek (dále jen HCC). Zvláštností tohoto prstence je, že v něm má cirkulační tlak na jednotku délky prstence nejnižší hodnotu.
3. HCC je rozdělena do sekcí s konstantní spotřebou tepla. U každé sekce uveďte číslo, tepelné zatížení, průměr a délku.

Ve vertikálním systému jednovrstvého typu se za fcc považuje prsten, kterým prochází nejvíce zatížená stoupačka během slepého konce nebo souběžného pohybu vody podél sítě. Podrobněji jsme hovořili o propojení cirkulačních kroužků v jedno trubkovém systému a výběru hlavního v dalším článku. Samostatně jsme věnovali pozornost pořadí výpočtů, abychom pro přehlednost použili konkrétní příklad.

Ve vertikálních systémech dvou trubek prochází fcc spodním topným zařízením, které má maximální zatížení během slepé uličky nebo přidruženého pohybu vody

V horizontálním systému jednovrstvého typu musí mít fcc nejnižší cirkulační tlak a jednotku délky prstence. Pro systémy s přirozený oběh Situace je podobná.

U stoupaček GR svislého systému jednovrstvého typu se průtokové průtokově nastavitelné stoupačky, které mají ve svém složení jednotné uzly, považují za jediný obvod. U stoupaček se uzavíracími sekcemi se provádí oddělení, přičemž se bere v úvahu distribuce vody v potrubí každého uzlu nástroje.

Spotřeba vody v daném místě se vypočítá podle vzorce:

G_kont = (3,6 × Q_kont × β₁ × β₂) / ((t_r - t₀) × c)

Ve výrazu mají abecední znaky následující významy:

• Q_kont - tepelné zatížení obvodu;
• β_1, β₂ - dodatečné tabulkové koeficienty zohledňující přenos tepla v místnosti;
• c - tepelná kapacita vody je 4,187;
• t_r - teplota vody v přívodním potrubí;
• t₀ - teplota vody ve zpětném potrubí.

Po stanovení průměru a množství vody je nutné znát rychlost jejího pohybu a hodnotu odporu R. Všechny výpočty jsou nejvýhodněji prováděny pomocí speciálních programů.

GH sekundárního cirkulačního kruhu

Po GR hlavního kroužku se stanoví tlak v malém cirkulačním kroužku vytvořeném prostřednictvím jeho nejbližších stoupaček, přičemž se bere v úvahu, že tlakové ztráty se mohou lišit nejvýše o 15% při zablokování a nejvýše o 5% při průchodu.

Pokud není možné vyrovnat tlakovou ztrátu, namontujte škrticí klapku, jejíž průměr se vypočítá pomocí softwarových metod.

Výpočet radiátorových baterií

Vraťme se k plánu domu nahoře. Výpočty bylo zjištěno, že k udržení tepelné rovnováhy bude zapotřebí 16 kW energie. V tomto domě je 6 prostor pro různé účely - obývací pokoj, koupelna, kuchyň, ložnice, chodba, vstupní hala.

Na základě rozměrů struktury můžete vypočítat objem V:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m³

Dále musíte najít množství tepelné energie na m³. K tomu je třeba Q vydělit nalezeným svazkem, tj.:

P = 16000/120 = 133 W / m³

Dále musíte určit, kolik tepelné energie je potřeba pro jednu místnost. V grafu je již vypočítána plocha každé místnosti.

Definujte hlasitost:

• koupelna – 4.19×2.5=10.47;
• obývací pokoj – 13.83×2.5=34.58;
• v kuchyni – 9.43×2.5=23.58;
• v ložnici – 10.33×2.5=25.83;
• chodba – 4.10×2.5=10.25;
• předsíň – 5.8×2.5=14.5.

Při výpočtech je také třeba vzít v úvahu místnosti, ve kterých nejsou žádné topné baterie, například chodba.

Chodba je vyhřívána pasivním způsobem, do ní vstupuje teplo díky cirkulaci tepelného vzduchu při pohybu osob, dveřmi atd.

Určete požadované množství tepla pro každou místnost vynásobením objemu místnosti indikátorem R.

Dostáváme potřebnou sílu:

• do koupelny - 10,47 × 133 = 1392 W;
• do obývacího pokoje - 34,58 × 133 = 4599 W;
• do kuchyně - 23,58 × 133 = 3136 W;
• do ložnice - 25,83 × 133 = 3435 W;
• pro chodbu - 10,25 × 133 = 1363 W;
• pro chodbu - 14,5 × 133 = 1889 W.

Pokračujeme výpočtem radiátorových baterií. Budeme používat hliníkové radiátory, jejichž výška je 60 cm, výkon při teplotě 70 je 150 wattů.

Vypočítáme požadovaný počet radiátorových baterií:

• koupelna – 1392/150=10;
• obývací pokoj – 4599/150=31;
• v kuchyni – 3136/150=21;
• v ložnici – 3435/150=23;
• předsíň – 1889/150=13.

Celkový požadovaný počet: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 radiátorových baterií.

Naše stránka obsahuje také další články, ve kterých jsme podrobně prozkoumali postup pro provádění tepelného výpočtu topného systému, postupný výpočet výkonu radiátorů a topných trubek. A pokud váš systém předpokládá přítomnost teplých podlah, budete muset provést další výpočty.

Všechna tato čísla jsou podrobněji popsána v našich následujících článcích:

• Tepelný výpočet topného systému: jak správně vypočítat zatížení systému
• Výpočet topných těles: jak vypočítat požadovaný počet a výkon baterií
• Výpočet objemu potrubí: zásady výpočtu a pravidla výpočtu v litrech a metrech krychlových
• Jak provést výpočet teplé podlahy pomocí příkladu vodního systému
• Výpočet potrubí pro podlahové vytápění: typy potrubí, metody a krok pokládky + výpočet průtoku

Závěry a užitečné video na toto téma

Na videu vidíte příklad výpočtu ohřevu vody, který se provádí pomocí programu Valtec:

Hydraulické výpočty se nejlépe provádějí pomocí speciálních programů, které zaručují vysokou přesnost výpočtů, berou v úvahu všechny nuance návrhu.

Specializujete se na výpočet topných systémů používajících vodu jako chladicí kapalinu a chcete doplnit náš článek užitečnými vzorci, sdílet profesionální tajemství?

Nebo se možná chcete zaměřit na další výpočty nebo poukázat na nepřesnosti v našich výpočtech? Prosím, napište své komentáře a doporučení do bloku pod článkem.