Wärmeberechnung eines Heizungssystems: Wie berechnet man die Belastung eines Systems richtig?

Die Auslegung und thermische Berechnung des Heizungssystems ist eine obligatorische Phase bei der Organisation der Heizung zu Hause. Die Hauptaufgabe der Rechenaktivitäten besteht darin, die optimalen Parameter des Kessels und des Kühlersystems zu bestimmen.

Stimmen Sie zu, auf den ersten Blick scheint es, dass nur ein Ingenieur eine wärmetechnische Berechnung durchführen kann. Es ist jedoch nicht alles so kompliziert. Wenn Sie den Algorithmus der Aktionen kennen, werden Sie die erforderlichen Berechnungen unabhängig durchführen.

Der Artikel beschreibt detailliert das Berechnungsverfahren und enthält alle erforderlichen Formeln. Zum besseren Verständnis haben wir ein Beispiel für die thermische Berechnung eines Privathauses vorbereitet.

Wärmeberechnung der Heizung: allgemeine Reihenfolge

Die klassische thermische Berechnung des Heizungssystems ist ein konsolidiertes technisches Dokument, das die obligatorischen schrittweisen Standardberechnungsmethoden enthält.

Bevor Sie diese Berechnungen der Hauptparameter studieren, müssen Sie sich jedoch für das Konzept des Heizungssystems selbst entscheiden.

Das Heizsystem zeichnet sich durch Zwangszufuhr und unfreiwillige Wärmeabfuhr im Raum aus.

Die Hauptaufgaben bei der Berechnung und Auslegung des Heizungssystems:

• am zuverlässigsten Wärmeverlust bestimmen;
• Menge und Verwendungsbedingungen des Kühlmittels bestimmen;
• Wählen Sie die Elemente Erzeugung, Verdrängung und Wärmeübertragung so genau wie möglich aus.

Während des Baus Heizsysteme Zunächst müssen verschiedene Daten zu dem Raum / Gebäude erfasst werden, in dem das Heizsystem verwendet wird. Analysieren Sie nach der Berechnung der thermischen Parameter des Systems die Ergebnisse der arithmetischen Operationen.

Basierend auf den erhaltenen Daten werden die Komponenten des Heizungssystems beim anschließenden Kauf, der Installation und der Inbetriebnahme ausgewählt.

Heizung ist ein Mehrkomponentensystem zur Sicherstellung des zugelassenen Temperaturregimes in einem Raum / Gebäude. Es ist ein separater Teil des Kommunikationskomplexes eines modernen Wohnraums

Es ist bemerkenswert, dass Sie mit der angegebenen Methode der thermischen Berechnung eine große Anzahl von Größen genau berechnen können, die speziell das zukünftige Heizsystem beschreiben.

Aufgrund der thermischen Berechnung stehen folgende Informationen zur Verfügung:

• Anzahl der Wärmeverluste, Kesselleistung;
• Anzahl und Art der Wärmestrahler für jeden Raum separat;
• hydraulische Eigenschaften der Rohrleitung;
• Volumen, Kühlmittelgeschwindigkeit, Wärmepumpenleistung.

Die thermische Berechnung ist keine theoretische Gliederung, sondern genaue und vernünftige Ergebnisse, die in der Praxis bei der Auswahl von Komponenten eines Heizungssystems empfohlen werden.

Raumtemperaturstandards

Bevor Berechnungen der Systemparameter durchgeführt werden, müssen mindestens die Reihenfolge der erwarteten Ergebnisse bekannt sein und standardisierte Eigenschaften einiger tabellarischer Größen vorliegen, die in die Formeln eingesetzt oder darauf ausgerichtet werden müssen.

Wenn Sie Parameterberechnungen mit solchen Konstanten durchführen, können Sie sicher sein, dass der gewünschte dynamische oder konstante Systemparameter zuverlässig ist.

Für Räumlichkeiten verschiedener Zwecke gibt es Referenzstandards für die Temperaturbedingungen von Wohn- und Nichtwohngebäuden. Diese Standards sind im sogenannten GOST verankert

Für ein Heizsystem ist einer dieser globalen Parameter die Raumtemperatur, die unabhängig von der Jahreszeit oder den Umgebungsbedingungen konstant sein sollte.

Gemäß den Vorschriften der Hygienestandards und -vorschriften gibt es Temperaturunterschiede in Bezug auf die Sommer- und Winterperioden des Jahres. Die Klimaanlage ist für das Temperaturregime des Raumes in der Sommersaison verantwortlich, das Prinzip ihrer Berechnung wird ausführlich in beschrieben dieser Artikel.

Die Raumtemperatur im Winter liefert jedoch die Heizung. Daher interessieren uns Temperaturbereiche und deren Toleranzen für Abweichungen für die Wintersaison.

Die meisten behördlichen Dokumente spezifizieren die folgenden Temperaturbereiche, die es einer Person ermöglichen, sich in einem Raum wohl zu fühlen.

Für nicht zu Wohnzwecken genutzte Büroräume bis 100 m²:

• 22-24 ° C. - optimale Lufttemperatur;
• 1 ° C. - zulässige Schwankung.

Für Büroräume mit einer Fläche von mehr als 100 m² Die Temperatur beträgt 21-23 ° C. Bei gewerblichen Nichtwohngebäuden variieren die Temperaturbereiche stark in Abhängigkeit vom Raumzweck und den festgelegten Arbeitsschutzstandards.

Die angenehme Raumtemperatur für jede Person ist "eigen".Jemand mag es sehr warm im Raum zu sein, jemand fühlt sich wohl, wenn der Raum kühl ist - es ist alles ziemlich individuell

Für Wohngebäude: Wohnungen, Privathäuser, Grundstücke usw. gibt es bestimmte Temperaturbereiche, die je nach den Wünschen der Bewohner angepasst werden können.

Und doch haben wir für bestimmte Räume einer Wohnung und eines Hauses:

• 20-22 ° C. - Wohnen, einschließlich Kinderzimmer, Toleranz ± 2 ° С -
• 19-21 ° C. - Küche, Toilette, Toleranz ± 2 ° C;
• 24-26 ° C. - Bad, Dusche, Pool, Toleranz ± 1 ° C;
• 16-18 ° C. - Korridore, Flure, Treppenhäuser, Vorratskammern, Toleranz + 3 ° C.

Es ist wichtig zu beachten, dass es einige weitere grundlegende Parameter gibt, die die Temperatur im Raum beeinflussen und auf die Sie sich bei der Berechnung des Heizsystems konzentrieren müssen: Luftfeuchtigkeit (40-60%), Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration in der Luft (250: 1), Luftgeschwindigkeit Massen (0,13-0,25 m / s) usw.

Berechnung des Wärmeverlustes im Haus

Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik (Schulphysik) findet keine spontane Energieübertragung von weniger erhitzten auf stärker erhitzte Mini- oder Makroobjekte statt. Ein Sonderfall dieses Gesetzes ist der „Wunsch“, ein Temperaturgleichgewicht zwischen zwei thermodynamischen Systemen herzustellen.

Beispielsweise ist das erste System eine Umgebung mit einer Temperatur von -20 ° C, das zweite System ist ein Gebäude mit einer Innentemperatur von + 20 ° C. Nach dem obigen Gesetz werden diese beiden Systeme versuchen, durch den Austausch von Energie auszugleichen. Dies geschieht durch Wärmeverlust des zweiten Systems und Abkühlen im ersten.

Wir können definitiv sagen, dass die Umgebungstemperatur von dem Breitengrad abhängt, auf dem sich das Privathaus befindet. Der Temperaturunterschied wirkt sich auf die Wärmeleckage aus dem Gebäude aus (+).

Mit Wärmeverlust ist die unfreiwillige Freisetzung von Wärme (Energie) von einem bestimmten Objekt (Haus, Wohnung) gemeint. Bei einer normalen Wohnung ist dieser Vorgang im Vergleich zu einem Privathaus nicht so „auffällig“, da sich die Wohnung im Gebäude befindet und an andere Wohnungen „angrenzt“.

In einem Privathaus „verlässt“ die Wärme durch die Außenwände, den Boden, das Dach, die Fenster und Türen bis zu dem einen oder anderen Grad.

Wenn man den Wärmeverlust für die widrigsten Wetterbedingungen und die Eigenschaften dieser Bedingungen kennt, ist es möglich, die Leistung des Heizsystems mit hoher Genauigkeit zu berechnen.

Das Volumen der Wärmeleckage aus dem Gebäude wird also nach folgender Formel berechnet:

Q = Q._Geschlecht+ Q._{die Wand}+ Q._{das Fenster}+ Q._{das Dach}+ Q._{die Tür}+ ... + Q._ichwo

Qi - das Ausmaß des Wärmeverlusts aufgrund des einheitlichen Erscheinungsbilds der Gebäudehülle.

Jede Komponente der Formel wird nach folgender Formel berechnet:

Q = S * ΔT / R.wo

• Q. - Wärmeleckage, V;
• S. - Fläche eines bestimmten Strukturtyps, sq. m;
• ∆T - die Differenz der Umgebungs- und Raumlufttemperaturen, ° C;
• R. - Wärmewiderstand einer bestimmten Art von Struktur, m²* ° C / W.

Es wird empfohlen, den Wert des Wärmewiderstands für reale Materialien aus Hilfstabellen zu entnehmen.

Zusätzlich kann ein Wärmewiderstand unter Verwendung des folgenden Verhältnisses erhalten werden:

R = d / kwo

• R. - Wärmewiderstand, (m²* K) / W;
• k - Wärmeleitfähigkeit des Materials, W / (m²* K);
• d - die Dicke dieses Materials, m

In alten Häusern mit einer feuchten Dachkonstruktion tritt ein Wärmeleck durch den oberen Teil des Gebäudes auf, nämlich durch das Dach und den Dachboden. Durchführung von Veranstaltungen für Deckendämmung oder Dachdachisolierung Löse dieses Problem.

Wenn Sie den Dachboden und das Dach isolieren, kann der gesamte Wärmeverlust des Hauses erheblich reduziert werden

Im Haus gibt es mehrere weitere Arten von Wärmeverlusten durch Risse in den Strukturen, im Lüftungssystem, in der Dunstabzugshaube, beim Öffnen von Fenstern und Türen. Die Berücksichtigung ihres Volumens ist jedoch nicht sinnvoll, da sie nicht mehr als 5% der Gesamtzahl der Hauptwärmelecks ausmachen.

Bestimmung der Kesselleistung

Um den Temperaturunterschied zwischen der Umgebung und der Temperatur im Haus aufrechtzuerhalten, wird ein unabhängiges Heizsystem benötigt, das die gewünschte Temperatur in jedem Raum eines Privathauses aufrechterhält.

Die Grundlagen des Heizungssystems sind unterschiedlich Arten von Kesseln: flüssiger oder fester Brennstoff, elektrisch oder gasförmig.

Der Kessel ist die zentrale Einheit des Heizsystems, das Wärme erzeugt. Das Hauptmerkmal des Kessels ist seine Leistung, nämlich die Umwandlungsrate ist die Wärmemenge pro Zeiteinheit.

Nach Berechnung der Wärmelast zum Heizen erhalten wir die erforderliche Nennleistung des Kessels.

Bei einer normalen Mehrraumwohnung wird die Kesselleistung anhand der Fläche und der spezifischen Leistung berechnet:

P._Kessel= (S._{Räumlichkeiten}* P._spezifisch)/10wo

• S._{Räumlichkeiten} - Gesamtfläche des beheizten Raumes;
• P._frühreif - spezifische Leistung in Bezug auf die klimatischen Bedingungen.

Diese Formel berücksichtigt jedoch nicht den Wärmeverlust, der in einem Privathaus ausreicht.

Es gibt eine andere Beziehung, die diesen Parameter berücksichtigt:

P._Kessel= (Q._Verluste* S) / 100wo

• P._Kessel - Kesselleistung;
• Q._Verluste - Wärmeverlust;
• S. - beheizter Bereich.

Die Nennleistung des Kessels muss erhöht werden. Eine Reserve ist erforderlich, wenn ein Heizkessel zum Erhitzen von Wasser für Bad und Küche vorgesehen ist.

In den meisten Heizsystemen von Privathäusern wird empfohlen, einen Ausgleichsbehälter zu verwenden, in dem die Kühlmittelversorgung gespeichert wird. Jedes Privathaus braucht heißes Wasser

Um die Kesselleistungsreserve in der letzten Formel bereitzustellen, muss der Sicherheitsfaktor K addiert werden:

P._Kessel= (Q._Verluste* S * K) / 100wo

Zu - es wird gleich 1,25 sein, dh die Auslegungskapazität des Kessels wird um 25% erhöht.

Somit bietet die Kesselkapazität die Möglichkeit, die Standardlufttemperatur in den Räumen des Gebäudes aufrechtzuerhalten sowie ein anfängliches und zusätzliches Warmwasservolumen im Haus zu haben.

Merkmale der Auswahl der Heizkörper

Die Standardkomponenten für die Wärmeversorgung im Raum sind Heizkörper, Paneele, Fußbodenheizungssysteme, Konvektoren usw. Die häufigsten Teile eines Heizungssystems sind Heizkörper.

Ein Wärmestrahler ist eine spezielle Hohlkonstruktion eines modularen Typs aus einer Legierung mit hoher Wärmeableitung. Es besteht aus Stahl, Aluminium, Gusseisen, Keramik und anderen Legierungen. Das Funktionsprinzip des Heizkörpers reduziert sich auf die Emission von Energie aus dem Kühlmittel in den Raum durch die „Blütenblätter“.

Heizkörper aus Aluminium und Bimetall ersetzten massive gusseiserne Batterien. Einfache Produktion, hohe Wärmeableitung, erfolgreiche Konstruktion und Design machten dieses Produkt zu einem beliebten und weit verbreiteten Werkzeug für die Wärmestrahlung in einem Raum.

Es gibt verschiedene Techniken Berechnung von Heizkörpern im Zimmer. Die folgende Liste von Methoden ist nach zunehmender Genauigkeit sortiert.

Berechnungsoptionen:

1. Nach Gebiet. N = (S * 100) / C, wobei N die Anzahl der Abschnitte ist, S die Fläche des Raumes ist (m²), C - Wärmeübertragung von einem Abschnitt des Heizkörpers (W, aus dem Reisepass oder dem Produktzertifikat entnommen), 100 W - die Wärmemenge, die zum Heizen von 1 m erforderlich ist² (empirischer Wert). Es stellt sich die Frage: Wie ist die Deckenhöhe des Raumes zu berücksichtigen?
2. Nach Volumen. N = (S * H ​​* 41) / C, wobei N, S, C ähnlich ist. N - Raumhöhe, 41 W - die Wärmemenge, die zum Heizen von 1 m erforderlich ist³ (empirischer Wert).
3. Nach den Koeffizienten. N = (100 · S · k1 · k2 · k3 · k4 · k5 · k6 · k7) / C, wobei N, S, C und 100 ähnlich sind. k1 - unter Berücksichtigung der Anzahl der Kameras in einem doppelt verglasten Fenster eines Raumfensters, k2 - Wärmedämmung der Wände, k3 - Verhältnis der Fensterfläche zur Raumfläche, k4 - Durchschnitt minus Temperatur in der kältesten Winterwoche, k5 - Anzahl der Außenwände des Raums (die auf die Straße „hinausgehen“), k6 - Zimmertyp oben, k7 - Deckenhöhe.

Dies ist die genaueste Option zur Berechnung der Anzahl der Abschnitte. Natürlich werden die gebrochenen Ergebnisse von Berechnungen immer auf die nächste ganze Zahl gerundet.

Hydraulische Berechnung der Wasserversorgung

Natürlich kann das „Bild“ der Berechnung der Wärme zum Heizen nicht vollständig sein, ohne Eigenschaften wie das Volumen und die Geschwindigkeit des Kühlmittels zu berechnen.In den meisten Fällen ist das Kühlmittel gewöhnliches Wasser in einem flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand.

Es wird empfohlen, das tatsächliche Volumen des Kühlmittels durch Summieren aller Hohlräume im Heizsystem zu berechnen. Bei Verwendung eines Einkreiskessels ist dies die beste Option. Bei der Verwendung von Zweikreis-Kesseln in der Heizungsanlage müssen die Kosten für Warmwasser für hygienische und andere Haushaltszwecke berücksichtigt werden

Die Berechnung des Wasservolumens, das von einem Zweikreis-Kessel erwärmt wird, um die Bewohner mit heißem Wasser zu versorgen und das Kühlmittel zu erwärmen, erfolgt durch Summieren des Innenvolumens des Heizkreislaufs und des tatsächlichen Bedarfs der Benutzer an erwärmtem Wasser.

Das Warmwasservolumen im Heizsystem wird nach folgender Formel berechnet:

W = k * P.wo

• W. - Volumen des Wärmeträgers;
• P. - Leistung des Heizkessels;
• k - Leistungsfaktor (die Anzahl der Liter pro Leistungseinheit beträgt 13,5, der Bereich 10-15 Liter).

Infolgedessen sieht die endgültige Formel folgendermaßen aus:

W = 13,5 * P.

Die Kühlmittelgeschwindigkeit ist die endgültige dynamische Bewertung des Heizsystems, die die Geschwindigkeit der Flüssigkeitszirkulation im System charakterisiert.

Dieser Wert hilft bei der Bewertung des Typs und Durchmessers der Rohrleitung:

V = (0,86 · P · μ) / ΔTwo

• P. - Kesselleistung;
• μ - Kesselwirkungsgrad;
• ∆T - Temperaturunterschied zwischen dem zugeführten Wasser und dem Rücklaufwasser.

Verwenden der vorstehenden Methoden hydraulische BerechnungEs wird möglich sein, reale Parameter zu erhalten, die die „Grundlage“ des zukünftigen Heizungssystems bilden.

Beispiel für eine thermische Berechnung

Als Beispiel für die Wärmeberechnung gibt es ein gewöhnliches 1-stöckiges Haus mit vier Wohnzimmern, einer Küche, einem Badezimmer, einem „Wintergarten“ und Wirtschaftsräumen.

Das Fundament besteht aus monolithischer Stahlbetonplatte (20 cm), die Außenwände sind aus Beton (25 cm) mit Putz, das Dach ist mit Holzbalken bedeckt, das Dach ist aus Metallziegeln und Mineralwolle (10 cm)

Bezeichnen Sie die Anfangsparameter des Hauses, die für die Berechnungen erforderlich sind.

Abmessungen des Gebäudes:

• Bodenhöhe - 3 m;
• ein kleines Fenster der Vorder- und Rückseite des Gebäudes 1470 * 1420 mm;
• großes Fenster der Fassade 2080 * 1420 mm;
• Eingangstüren 2000 * 900 mm;
• Hintertüren (Ausgang zur Terrasse) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Gesamtbreite des Gebäudes 9,5 m²Länge 16 m². Nur Wohnzimmer (4 Stk.), Ein Badezimmer und eine Küche werden beheizt.

Um den Wärmeverlust an den Wänden genau vom Bereich der Außenwände zu berechnen, müssen Sie den Bereich aller Fenster und Türen subtrahieren - dies ist eine völlig andere Art von Material mit seinem Wärmewiderstand

Wir beginnen mit der Berechnung der Flächen homogener Materialien:

• Grundfläche - 152 m²;
• Dachfläche - 180 m² unter Berücksichtigung der Höhe des Dachbodens 1,3 m und der Breite des Laufs - 4 m;
• Fensterfläche - 3 * 1,47 * 1,42 + 2,08 * 1,42 = 9,22 m²;
• Türfläche - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m².

Die Fläche der Außenwände beträgt 51 * 3-9,22-7,4 = 136,38 m².

Wir fahren mit der Berechnung des Wärmeverlusts für jedes Material fort:

• Q._Geschlecht= S · ΔT · k / d = 152 · 20 · 0,2 / 1,7 = 357,65 W;
• Q._{das Dach}= 180 · 40 · 0,1 / 0,05 = 14400 W;
• Q._{das Fenster}= 9,22 · 40 · 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
• Q._{die Tür}= 7,4 · 40 · 0,15 / 0,75 = 59,2 W;

Sowie Q._{die Wand} äquivalent zu 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. Die Summe aller Wärmeverluste beträgt 19628,4 Watt.

Als Ergebnis berechnen wir die Leistung des Kessels: P._Kessel= Q._Verluste* S._Heizungsraum* 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.

Wir werden die Anzahl der Heizkörperabschnitte für einen der Räume berechnen. Für alle anderen sind die Berechnungen ähnlich. Der Eckraum (links, untere Ecke des Diagramms) beträgt beispielsweise 10,4 m2.

Daher ist 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.

Für diesen Raum werden 9 Abschnitte eines Heizkörpers mit einer Wärmeübertragung von 180 Watt benötigt.

Wir wenden uns der Berechnung der Kühlmittelmenge im System zu - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 Liter. Die Kühlmittelgeschwindigkeit beträgt also: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) / 20 = 812,7 l.

Infolgedessen entspricht eine vollständige Umdrehung des gesamten Kühlmittelvolumens im System dem 2,87-fachen in einer Stunde.

Eine Auswahl von Artikeln zur thermischen Berechnung hilft bei der Bestimmung der genauen Parameter der Elemente des Heizsystems:

1. Berechnung des Heizungssystems eines Privathauses: Regeln und Berechnungsbeispiele
2. Thermotechnische Berechnung eines Gebäudes: Besonderheiten und Formeln für die Durchführung von Berechnungen + praktische Beispiele

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Eine einfache Berechnung des Heizungssystems für ein Privathaus wird in der folgenden Übersicht vorgestellt:

Alle Feinheiten und allgemein anerkannten Methoden zur Berechnung des Wärmeverlusts eines Gebäudes sind nachstehend aufgeführt:

Eine weitere Option zur Berechnung von Wärmelecks in einem typischen Privathaus:

Dieses Video spricht über die Merkmale der Zirkulation eines Energieträgers zum Heizen eines Hauses:

Die thermische Berechnung des Heizungssystems ist individueller Natur und muss korrekt und genau durchgeführt werden. Je genauer die Berechnungen durchgeführt werden, desto weniger müssen die Eigentümer eines Landhauses während des Betriebs überbezahlt werden.

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