Berechnung der Warmwasserbereitung: Formeln, Regeln, Implementierungsbeispiele
Die Verwendung von Wasser als Kühlmittel in einem Heizsystem ist eine der beliebtesten Optionen, um Ihr Zuhause in der kalten Jahreszeit mit Wärme zu versorgen. Sie müssen nur die Installation des Systems ordnungsgemäß entwerfen und dann abschließen. Andernfalls ist die Heizung bei hohen Brennstoffkosten unwirksam, was bei den heutigen Energiepreisen äußerst uninteressant ist.
Es ist unmöglich, die Wassererwärmung (im Folgenden als CBO bezeichnet) ohne Verwendung spezieller Programme unabhängig zu berechnen, da die Berechnungen komplexe Ausdrücke verwenden, deren Werte mit einem herkömmlichen Rechner nicht bestimmt werden können. In diesem Artikel werden wir den Algorithmus zur Durchführung von Berechnungen detailliert analysieren und die anwendbaren Formeln unter Berücksichtigung des Berechnungsverlaufs anhand eines bestimmten Beispiels angeben.
Ergänztes Material wird durch Tabellen mit Werten und Referenzindikatoren ergänzt, die während der Berechnungen benötigt werden, thematische Fotos und ein Video, in dem ein klares Beispiel für die Berechnung mit dem Programm gezeigt wird.
Der Inhalt des Artikels:
Berechnung der Wärmebilanz des Gehäuses
Für die Einführung einer Heizungsanlage, bei der Wasser als zirkulierende Substanz wirkt, muss zunächst genau vorgegangen werden hydraulische Berechnungen.
Bei der Entwicklung und Implementierung von Heizsystemen aller Art muss die Wärmebilanz (im Folgenden: TB) bekannt sein. Wenn Sie die Wärmeleistung kennen, um die Temperatur im Raum aufrechtzuerhalten, können Sie die richtige Ausrüstung auswählen und die Last richtig verteilen.
Im Winter erleidet der Raum bestimmte Wärmeverluste (im Folgenden - TP). Der Großteil der Energie fließt durch die umschließenden Elemente und Lüftungsöffnungen. Unbedeutende Kosten entstehen für Infiltration, Erwärmung von Gegenständen usw.
TP hängen von den Schichten ab, aus denen die umschließenden Strukturen bestehen (im Folgenden - OK). Moderne Baustoffe, insbesondere Dämmstoffe, weisen einen niedrigen Wert auf Wärmeleitfähigkeitskoeffizient (im Folgenden als CT bezeichnet), wodurch weniger Wärme durch sie ausgestoßen wird. Bei Häusern derselben Fläche, jedoch mit einer anderen OK-Struktur, unterscheiden sich die Heizkosten.
Neben der Bestimmung des TP ist es wichtig, die TB eines Hauses zu berechnen. Der Indikator berücksichtigt nicht nur die Menge an Energie, die den Raum verlässt, sondern auch die Menge an Energie, die erforderlich ist, um bestimmte Gradmaßnahmen im Haus aufrechtzuerhalten.
Die genauesten Ergebnisse liefern spezielle Programme für Bauherren. Dank ihnen ist es möglich, mehr Faktoren zu berücksichtigen, die TP beeinflussen.
Mit hoher Genauigkeit können Sie die TP des Hauses mithilfe von Formeln berechnen.
Der Gesamtwärmeverbrauch des Hauses wird nach folgender Gleichung berechnet:
Q = Q.ok + Q.v,
Wo Q.ok - die Wärmemenge, die den Raum durch OK verlässt; Q.v - Kosten für die thermische Belüftung.
Lüftungsverluste werden berücksichtigt, wenn die in den Raum eintretende Luft eine niedrigere Temperatur hat.
Die Berechnungen berücksichtigen normalerweise OK, wenn Sie eine Straßenseite betreten. Dies sind Außenwände, Boden, Dach, Türen und Fenster.
Allgemeines TP Q.ok gleich der Summe von TP jedes OK, das heißt:
Q.ok = ∑Qst + ∑Qokn + ∑Qdv + ∑Qptl + ∑Qpl,
Wo:
- Q.st - der Wert von TP-Wänden;
- Q.okn - TP-Fenster;
- Q.dv - TP-Türen;
- Q.ptl - TP-Decke;
- Q.pl - TP Boden.
Wenn der Boden oder die Decke über die gesamte Fläche ungleich strukturiert ist, wird der TP für jeden Standort separat berechnet.
Berechnung des Wärmeverlustes durch OK
Für Berechnungen sind folgende Informationen erforderlich:
- Wandstruktur, verwendete Materialien, deren Dicke, CT;
- die Außentemperatur an einem extrem kalten fünftägigen Winter in der Stadt;
- OK Bereich;
- Orientierung OK;
- Empfohlene Haustemperatur im Winter.
Um den TP zu berechnen, müssen Sie den gesamten Wärmewiderstand R ermittelnok. Ermitteln Sie dazu den Wärmewiderstand R.1, R.2, R.3, ..., R.n Jede Schicht ist in Ordnung.
Koeffizient R.n berechnet nach der Formel:
Rn = B / k,
In der Formel: B. - Schichtdicke OK in mm, k - CT jeder Schicht.
Das Gesamt-R kann durch den Ausdruck bestimmt werden:
R = ∑Rn
Hersteller von Türen und Fenstern geben normalerweise den Koeffizienten R im Reisepass für das Produkt an, sodass eine separate Berechnung nicht erforderlich ist.
Die allgemeine Formel zur Berechnung von TP durch OK lautet wie folgt:
Q.ok = ∑S × (tvnt - tnar) × R × l,
Im Ausdruck:
- S. - Bereich OK, m2;
- tvnt - gewünschte Raumtemperatur;
- tnar - Außenlufttemperatur;
- R. - Widerstandskoeffizient, separat berechnet oder aus dem Produktpass entnommen;
- l - ein Verfeinerungskoeffizient unter Berücksichtigung der Ausrichtung der Wände relativ zu den Kardinalpunkten.
Bei der Berechnung der TB können Sie die Ausrüstung mit der erforderlichen Kapazität auswählen, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Wärmedefizits oder seines Überschusses beseitigt wird. Das Defizit an Wärmeenergie wird durch die Erhöhung des Luftstroms durch die Lüftung, den Überschuss - durch die Installation zusätzlicher Heizgeräte ausgeglichen.
Kosten für thermische Belüftung
Die allgemeine Formel zur Berechnung der Beatmungs-TP lautet wie folgt:
Q.v = 0,28 × L.n × pvnt × c × (tvnt - tnar),
Variablen haben in einem Ausdruck folgende Bedeutung:
- L.n - eingehende Luftkosten;
- pvnt - Luftdichte bei einer bestimmten Temperatur im Raum;
- c - Wärmekapazität der Luft;
- tvnt - Temperatur im Haus;
- tnar - Außenlufttemperatur.
Wenn im Gebäude eine Belüftung installiert ist, dann Parameter L.n entnommen aus den technischen Eigenschaften des Gerätes. Wenn keine Belüftung vorhanden ist, wird ein Standardindikator für einen spezifischen Luftaustausch von 3 m verwendet3 pro Stunde.
Auf dieser Grundlage hat L.n berechnet nach der Formel:
L.n = 3 × S.pl,
Im Ausdruck S.pl - Bodenfläche.
Berechnen Sie als nächstes die Luftdichte pvnt bei einer gegebenen Temperatur tvnt.
Sie können dies durch die Formel tun:
pvnt = 353 / (273 + tvnt),
Spezifische Wärmekapazität c = 1.0005.
Wenn die Belüftung oder Infiltration nicht organisiert ist, Risse oder Löcher in den Wänden vorhanden sind, sollte die Berechnung des TP durch die Löcher speziellen Programmen anvertraut werden.
In unserem anderen Artikel gaben wir eine detaillierte Beispiel einer wärmetechnischen Berechnung Gebäude mit spezifischen Beispielen und Formeln.
Beispiel für die Berechnung der Wärmebilanz
Stellen Sie sich ein 2,5 m hohes, 6 m breites und 8 m langes Haus in der Stadt Okha in der Region Sachalin vor, in dem das Thermometer-Thermometer in einem extrem kalten Zeitraum von 5 Tagen auf -29 Grad abfällt.
Als Ergebnis der Messung wurde die Bodentemperatur auf +5 eingestellt. Die empfohlene Temperatur innerhalb der Struktur beträgt +21 Grad.
Die Wände des betreffenden Hauses bestehen aus:
- Mauerwerk mit einer Dicke von B = 0,51 m, CT k = 0,64;
- Mineralwolle B = 0,05 m, k = 0,05;
- Facings B = 0,09 m, k = 0,26.
Bei der Bestimmung von k ist es besser, die auf der Website des Herstellers angegebenen Tabellen zu verwenden oder Informationen im technischen Pass des Produkts zu finden.
Der Boden besteht aus folgenden Schichten:
- OSB-Platten B = 0,1 m, k = 0,13;
- Mineralwolle B = 0,05 m, k = 0,047;
- Zementestrich B = 0,05 m, k = 0,58;
- Polystyrolschaum B = 0,06 m, k = 0,043.
Es gibt keinen Keller im Haus und der Boden hat über die gesamte Fläche die gleiche Struktur.
Die Decke besteht aus Schichten:
- Trockenbauplatten B = 0,025 m, k = 0,21;
- Isolierung B = 0,05 m, k = 0,14;
- Dachplatte B = 0,05 m, k = 0,043.
Es gibt keine Ausgänge zum Dachboden.
Das Haus hat nur 6 Doppelkammerfenster mit I-Glas und Argon. Aus dem technischen Pass für die Produkte ist bekannt, dass R = 0,7. Fenster haben Abmessungen von 1,1 x 1,4 m.
Türen haben Abmessungen von 1x2,2 m, Indikator R = 0,36.
Schritt 1 - Berechnung des Wandwärmeverlusts
Wände über die gesamte Fläche bestehen aus drei Schichten. Zunächst berechnen wir ihren gesamten Wärmewiderstand.
Warum die Formel verwenden:
R = ∑Rn,
und Ausdruck:
R.n = B / k
Mit den ersten Informationen erhalten wir:
R.st = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14
Nachdem wir R gelernt haben, können wir beginnen, die TP der nördlichen, südlichen, östlichen und westlichen Wände zu berechnen.
Wir berechnen die Fläche der Nordwand:
S.sev.sten = 8 × 2.5 = 20
Dann in die Formel einsetzen Q.ok = ∑S × (tvnt - tnar) × R × l und wenn man bedenkt, dass l = 1,1 ist, erhalten wir:
Q.sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354
Südwandbereich S.yuch.st = S.sev.st. = 20.
Es gibt keine eingebauten Fenster oder Türen in der Wand, daher erhalten wir bei einem Koeffizienten von l = 1 das folgende TP:
Q.yuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140
Für die West- und Ostwand ist der Koeffizient l = 1,05. Daher können Sie die Gesamtfläche dieser Wände ermitteln, dh:
S.zap.st. + S.vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30
In die Wände sind 6 Fenster und eine Tür eingebaut. Wir berechnen die Gesamtfläche von Fenstern und S-Türen:
S.okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24
S.dv = 1 × 2.2 = 2.2
Definieren Sie S-Wände ohne S-Fenster und -Türen:
S.vost + zap = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56
Wir berechnen die Gesamt-TP der Ost- und Westwände:
Q.vost + zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085
Nach Erhalt der Ergebnisse berechnen wir die Wärmemenge, die durch die Wände austritt:
Qst = Q.sev.st. + Q.yuch.st + Q.vost + zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579
Die Gesamt-TP der Wände beträgt 6 kW.
Schritt 2 - Berechnung von TP-Fenstern und -Türen
Die Fenster befinden sich daher bei der Berechnung des Koeffizienten l = 1,05 an der Ost- und Westwand. Es ist bekannt, dass die Struktur aller Strukturen gleich ist und R = 0,7.
Unter Verwendung der Werte des obigen Bereichs erhalten wir:
Q.okn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340
Da wir wissen, dass für Türen R = 0,36 und S = 2,2 ihre TP definiert sind:
Q.dv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42
Infolgedessen gehen 340 W Wärme durch die Fenster und 42 W durch die Türen aus.
Schritt 3 - Bestimmen des TP des Bodens und der Decke
Offensichtlich ist die Fläche der Decke und des Bodens gleich und wird wie folgt berechnet:
S.pol = S.ptl = 6 × 8 = 48
Wir berechnen den gesamten Wärmewiderstand des Bodens unter Berücksichtigung seiner Struktur.
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
Kenntnis der Bodentemperatur tnar= + 5 und unter Berücksichtigung des Koeffizienten l = 1 berechnen wir den Boden Q:
Q.pol = 48 × (21 – 5) × 1 × 3.4 = 2611
Abgerundet ergibt sich, dass der Wärmeverlust des Bodens ca. 3 kW beträgt.
Bestimmen Sie den Wärmewiderstand der Decke R.ptl und sein 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
Daraus folgt, dass fast 6 kW durch Decke und Boden gehen.
Schritt 4 - Belüftung TP berechnen
Die Belüftung in Innenräumen wird nach folgender Formel berechnet:
Q.v = 0,28 × L.n × pvnt × c × (tvnt - tnar)
Basierend auf den technischen Eigenschaften beträgt die spezifische Wärmeübertragung 3 Kubikmeter pro Stunde, dh:
L.n = 3 × 48 = 144.
Um die Dichte zu berechnen, verwenden wir die Formel:
pvnt = 353 / (273 + tvnt).
Die berechnete Raumtemperatur beträgt +21 Grad.
Wenn wir die bekannten Werte einsetzen, erhalten wir:
pvnt = 353/(273+21) = 1.2
Wir ersetzen die in der obigen Formel erhaltenen Zahlen:
Q.v = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21 – 29) = 2431
Bei TP für die Belüftung beträgt das Gesamt-Q des Gebäudes:
Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.
In kW umgerechnet erhalten wir einen Gesamtwärmeverlust von 16 kW.
Merkmale der Berechnung von CBO
Nachdem sie den TP-Indikator gefunden haben, fahren sie mit der hydraulischen Berechnung fort (im Folgenden - GR).
Darauf basierend werden Informationen zu folgenden Indikatoren erhalten:
- der optimale Durchmesser der Rohre, die bei fallendem Druck eine bestimmte Menge Kühlmittel durchlassen können;
- Kühlmittelfluss in einem bestimmten Bereich;
- Wassergeschwindigkeit;
- Widerstandswert.
Um die Berechnungen zu vereinfachen, zeigen sie vor Beginn der Berechnungen ein räumliches Diagramm des Systems, auf dem alle seine Elemente parallel zueinander angeordnet sind.
Betrachten Sie die Hauptphasen der Wassererwärmungsberechnungen.
GR des Hauptzirkulationsrings
Die GR-Berechnungsmethode basiert auf der Annahme, dass die Temperaturunterschiede in allen Steigleitungen und Zweigen gleich sind.
Der Berechnungsalgorithmus lautet wie folgt:
- In dem gezeigten Diagramm werden unter Berücksichtigung des Wärmeverlusts Wärmebelastungen auf Heizgeräte und Steigleitungen aufgebracht.
- Wählen Sie basierend auf dem Schema den Hauptzirkulationsring (im Folgenden - HCC). Die Besonderheit dieses Rings besteht darin, dass darin der Zirkulationsdruck pro Längeneinheit des Rings den geringsten Wert annimmt.
- HCC ist in Abschnitte mit konstantem Wärmeverbrauch unterteilt. Geben Sie für jeden Abschnitt die Anzahl, die thermische Belastung, den Durchmesser und die Länge an.
In dem vertikalen Einrohrsystem wird der Ring, durch den der am stärksten belastete Steigrohr läuft, wenn das Wasser in einer Sackgasse oder entlang des Netzes fließt, als fcc genommen. Wir haben ausführlicher über die Verknüpfung von Zirkulationsringen in einem Einrohrsystem und die Auswahl des Hauptsystems gesprochen im nächsten Artikel. Der Übersichtlichkeit halber haben wir die Reihenfolge der Berechnungen gesondert berücksichtigt.
In einem horizontalen System eines Einrohrtyps muss der fcc den niedrigsten Zirkulationsdruck und eine Einheit der Ringlänge haben. Für Systeme mit natürliche Zirkulation Die Situation ist ähnlich.
Bei GR-Steigleitungen eines vertikalen Systems eines Einrohrtyps werden durchströmbare, durchflussverstellbare Steigleitungen mit einheitlichen Knoten in ihrer Zusammensetzung als ein einziger Kreislauf betrachtet. Bei Steigleitungen mit schließenden Abschnitten erfolgt die Trennung unter Berücksichtigung der Wasserverteilung in der Rohrleitung jedes Instrumentenknotens.
Der Wasserverbrauch an einem bestimmten Standort wird nach folgender Formel berechnet:
G.kont = (3,6 × Q.kont × β1 × β2) / ((tr - t0) × c)
Im Ausdruck haben alphabetische Zeichen folgende Bedeutung:
- Q.kont - thermische Belastung des Stromkreises;
- β1, β2 - zusätzliche tabellarische Koeffizienten unter Berücksichtigung der Wärmeübertragung im Raum;
- c - die Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,187;
- tr - Wassertemperatur in der Versorgungsleitung;
- t0 - Wassertemperatur in der Rücklaufleitung.
Nachdem der Durchmesser und die Menge des Wassers bestimmt wurden, ist es notwendig, die Geschwindigkeit seiner Bewegung und den Wert des spezifischen Widerstands R zu kennen. Alle Berechnungen werden am bequemsten unter Verwendung spezieller Programme durchgeführt.
GH des Sekundärzirkulationsrings
Nach GR des Hauptrings wird der Druck in dem kleinen Zirkulationsring bestimmt, der durch seine nächsten Steigleitungen gebildet wird, wobei berücksichtigt wird, dass sich die Druckverluste bei einem Deadlock um nicht mehr als 15% und bei einem vorbeifahrenden um nicht mehr als 5% unterscheiden können.
Wenn es nicht möglich ist, den Druckverlust in Beziehung zu setzen, installieren Sie eine Drosselklappenscheibe, deren Durchmesser mithilfe von Softwaremethoden berechnet wird.
Berechnung der Kühlerbatterien
Kehren wir zum Plan des darüber liegenden Hauses zurück. Durch Berechnungen wurde festgestellt, dass 16 kW Energie erforderlich sind, um den Wärmehaushalt aufrechtzuerhalten. In diesem Haus gibt es 6 Räumlichkeiten für verschiedene Zwecke - ein Wohnzimmer, ein Badezimmer, eine Küche, ein Schlafzimmer, einen Flur, eine Eingangshalle.
Basierend auf den Abmessungen der Struktur können Sie das Volumen V berechnen:
V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m3
Als nächstes müssen Sie die Wärmeleistung pro m ermitteln3. Dazu muss Q durch das gefundene Volumen geteilt werden, dh:
P = 16000/120 = 133 W pro m3
Als nächstes müssen Sie bestimmen, wie viel Wärmeleistung für einen Raum benötigt wird. Im Diagramm wurde die Fläche jedes Raums bereits berechnet.
Definieren Sie die Lautstärke:
- ein Badezimmer – 4.19×2.5=10.47;
- Wohnzimmer – 13.83×2.5=34.58;
- die Küche – 9.43×2.5=23.58;
- das Schlafzimmer – 10.33×2.5=25.83;
- Korridor – 4.10×2.5=10.25;
- Flur – 5.8×2.5=14.5.
Bei den Berechnungen müssen Sie auch Räume berücksichtigen, in denen keine Heizbatterien vorhanden sind, z. B. einen Korridor.
Bestimmen Sie die erforderliche Wärmemenge für jeden Raum, indem Sie das Raumvolumen mit dem Indikator R multiplizieren.
Wir bekommen die nötige Kraft:
- für das Badezimmer - 10,47 × 133 = 1392 W;
- für das Wohnzimmer - 34,58 × 133 = 4599 W;
- für die Küche - 23,58 × 133 = 3136 W;
- für das Schlafzimmer - 25,83 × 133 = 3435 W;
- für den Korridor - 10,25 × 133 = 1363 W;
- für den Flur - 14,5 × 133 = 1889 W.
Wir fahren mit der Berechnung der Kühlerbatterien fort. Wir werden Aluminiumheizkörper verwenden, deren Höhe 60 cm beträgt und deren Leistung bei einer Temperatur von 70 150 Watt beträgt.
Wir berechnen die erforderliche Anzahl von Kühlerbatterien:
- ein Badezimmer – 1392/150=10;
- Wohnzimmer – 4599/150=31;
- die Küche – 3136/150=21;
- das Schlafzimmer – 3435/150=23;
- Flur – 1889/150=13.
Insgesamt erforderlich: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 Kühlerbatterien.
Auf unserer Website finden Sie auch andere Artikel, in denen wir das Verfahren zur Durchführung der thermischen Berechnung des Heizungssystems sowie die schrittweise Berechnung der Leistung von Heizkörpern und Heizungsrohren ausführlich untersucht haben. Und wenn Ihr System das Vorhandensein warmer Böden voraussetzt, müssen Sie zusätzliche Berechnungen durchführen.
All diese Themen werden in unseren folgenden Artikeln ausführlicher behandelt:
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- Rohrvolumenberechnung: Berechnungsgrundsätze und Berechnungsregeln in Litern und Kubikmetern
- Wie berechnet man einen warmen Boden am Beispiel eines Wassersystems?
- Berechnung von Rohren für die Fußbodenheizung: Rohrtypen, Methoden und Verlegeschritt + Berechnung des Durchflusses
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Im Video sehen Sie ein Beispiel für die Berechnung der Warmwasserbereitung, die mit dem Valtec-Programm durchgeführt wird:
Hydraulische Berechnungen werden am besten mit speziellen Programmen durchgeführt, die eine hohe Genauigkeit der Berechnungen gewährleisten und alle Nuancen der Konstruktion berücksichtigen.
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Ehrlich gesagt habe ich mich nicht wirklich mit Berechnungen beschäftigt, als ich meine eigene Heizung gemacht habe. Für mich sind alle diese Formeln ägyptische Hinrichtungen. Dies ist für Ingenieure, Schätzer und all das. Natürlich werden bei diesem Ansatz alle Heiznuancen genau berechnet und berücksichtigt.
Aber ich erinnerte mich noch einige Jahre an das System, indem ich sozusagen tippte. In der Halle fügte er Lamellen für Heizkörper hinzu, aber in der Küche reduzierte er sie im Gegenteil, es war heiß. Ich habe eine solche Möglichkeit vorausgesehen, die beim Verbinden berücksichtigt wurde.
Tatsache ist, dass es dann nicht immer möglich ist, es zu vervollständigen, damit das System angemessen funktioniert. Sie müssen die Berechnungen nicht selbst durchführen - Sie können den Spezialisten vertrauen.