Cálculo térmico de un sistema de calefacción: cómo calcular correctamente la carga en un sistema

El diseño y el cálculo térmico del sistema de calefacción es una etapa obligatoria en la organización de la calefacción del hogar. La tarea principal de las actividades informáticas es determinar los parámetros óptimos de la caldera y el sistema del radiador.

De acuerdo, a primera vista puede parecer que solo un ingeniero puede realizar un cálculo de ingeniería térmica. Sin embargo, no todo es tan complicado. Conociendo el algoritmo de acciones, resultará realizar independientemente los cálculos necesarios.

El artículo expone en detalle el procedimiento de cálculo y proporciona todas las fórmulas necesarias. Para una mejor comprensión, hemos preparado un ejemplo de cálculo térmico para una casa privada.

Cálculo térmico de calefacción: orden general

El cálculo térmico clásico del sistema de calefacción es un documento técnico consolidado, que incluye los métodos de cálculo estándar escalonados obligatorios.

Pero antes de estudiar estos cálculos de los parámetros principales, debe decidir sobre el concepto del sistema de calefacción en sí.

El sistema de calefacción se caracteriza por el suministro forzado y la eliminación involuntaria de calor en la habitación.

Las principales tareas de cálculo y diseño del sistema de calefacción:

• determinar de manera más confiable la pérdida de calor;
• determinar la cantidad y las condiciones de uso del refrigerante;
• Seleccione los elementos de generación, desplazamiento y transferencia de calor con la mayor precisión posible.

Durante la construcción sistemas de calefacción Es necesario recopilar inicialmente una variedad de datos sobre la habitación / edificio donde se utilizará el sistema de calefacción. Después de realizar el cálculo de los parámetros térmicos del sistema, analice los resultados de las operaciones aritméticas.

En función de los datos obtenidos, los componentes del sistema de calefacción se seleccionan con la posterior compra, instalación y puesta en servicio.

La calefacción es un sistema multicomponente para garantizar el régimen de temperatura aprobado en una habitación / edificio. Es una parte separada del complejo de comunicaciones de una vivienda moderna.

Es de destacar que el método de cálculo térmico especificado le permite calcular con precisión una gran cantidad de cantidades que describen específicamente el futuro sistema de calefacción.

Como resultado del cálculo térmico, estará disponible la siguiente información:

• número de pérdidas de calor, potencia de la caldera;
• el número y tipo de radiadores de calor para cada habitación por separado;
• características hidráulicas de la tubería;
• volumen, velocidad del refrigerante, potencia de la bomba de calor.

El cálculo térmico no es un esquema teórico, sino resultados bastante precisos y razonables, que se recomienda utilizar en la práctica al seleccionar componentes de un sistema de calefacción.

Estándares de temperatura ambiente

Antes de hacer cualquier cálculo de los parámetros del sistema, es necesario, como mínimo, conocer el orden de los resultados esperados, así como tener características estandarizadas de algunas cantidades tabulares que deben sustituirse en las fórmulas u orientarse sobre ellas.

Al realizar cálculos de parámetros con tales constantes, puede estar seguro de la confiabilidad del parámetro del sistema dinámico o constante deseado.

Para locales de varios propósitos, existen estándares de referencia para las condiciones de temperatura de locales residenciales y no residenciales. Estas normas están consagradas en el llamado GOST

Para un sistema de calefacción, uno de estos parámetros globales es la temperatura ambiente, que debe ser constante independientemente de la estación o las condiciones ambientales.

De acuerdo con los reglamentos de normas y normas sanitarias, existen diferencias de temperatura en relación con los períodos de verano e invierno del año. El sistema de aire acondicionado es responsable del régimen de temperatura de la habitación en la temporada de verano, el principio de su cálculo se describe en detalle en este articulo.

Pero la temperatura ambiente en invierno la proporciona el sistema de calefacción. Por lo tanto, estamos interesados ​​en los rangos de temperatura y sus tolerancias para las desviaciones durante la temporada de invierno.

La mayoría de los documentos reglamentarios especifican los siguientes rangos de temperatura, que permiten que una persona se sienta cómoda en una habitación.

Para locales de oficinas no residenciales de hasta 100 m.²:

• 22-24 ° C - temperatura óptima del aire;
• 1 ° C - fluctuación permitida.

Para locales tipo oficina con una superficie de más de 100 m.² la temperatura es de 21-23 ° C. Para locales no residenciales de tipo industrial, los rangos de temperatura varían mucho según el propósito de la habitación y los estándares de protección laboral establecidos.

La temperatura ambiente confortable para cada persona es "propia".A alguien le gusta estar muy cálido en la habitación, alguien cómodo cuando la habitación es fresca, todo es bastante individual

En cuanto a los locales residenciales: apartamentos, casas particulares, fincas, etc., hay ciertos rangos de temperatura que se pueden ajustar según los deseos de los residentes.

Y, sin embargo, para habitaciones específicas de un apartamento y una casa tenemos:

• 20-22 ° C - residencial, incluida la habitación de los niños, tolerancia ± 2 ° С -
• 19-21 ° C - cocina, baño, tolerancia ± 2 ° C;
• 24-26 ° C - baño, ducha, piscina, tolerancia ± 1 ° C;
• 16-18 ° C - pasillos, pasillos, huecos de escaleras, despensas, tolerancia + 3 ° C

Es importante tener en cuenta que hay varios parámetros más básicos que afectan la temperatura en la habitación y en los que debe enfocarse al calcular el sistema de calefacción: humedad (40-60%), concentración de oxígeno y dióxido de carbono en el aire (250: 1), velocidad del aire masas (0.13-0.25 m / s), etc.

Cálculo de la pérdida de calor en la casa.

Según la segunda ley de la termodinámica (física escolar), no hay transferencia espontánea de energía de objetos mini o macro menos calientes a más calientes. Un caso especial de esta ley es el "deseo" de crear equilibrio de temperatura entre dos sistemas termodinámicos.

Por ejemplo, el primer sistema es un entorno con una temperatura de -20 ° C, el segundo sistema es un edificio con una temperatura interna de + 20 ° C. De acuerdo con la ley anterior, estos dos sistemas buscarán equilibrarse mediante el intercambio de energía. Esto ocurrirá a través de la pérdida de calor del segundo sistema y el enfriamiento del primero.

Definitivamente podemos decir que la temperatura ambiente depende de la latitud a la que se encuentra la casa privada. Y la diferencia de temperatura afecta la cantidad de fuga de calor del edificio (+)

Por pérdida de calor se entiende la liberación involuntaria de calor (energía) de un determinado objeto (casa, apartamento). Para un apartamento ordinario, este proceso no es tan "notable" en comparación con una casa privada, ya que el apartamento está ubicado dentro del edificio y está "adyacente" a otros apartamentos.

En una casa privada a través de las paredes externas, piso, techo, ventanas y puertas, en un grado u otro, el calor "se va".

Conociendo la cantidad de pérdida de calor para las condiciones climáticas más adversas y las características de estas condiciones, es posible calcular la potencia del sistema de calefacción con alta precisión.

Entonces, el volumen de fuga de calor del edificio se calcula mediante la siguiente fórmula:

Q = Q_género+ Q_{el muro}+ Q_{la ventana}+ Q_{el techo}+ Q_{la puerta}+ ... + Q_yodonde

Qi - la cantidad de pérdida de calor por la apariencia uniforme de la envolvente del edificio.

Cada componente de la fórmula se calcula mediante la fórmula:

Q = S * ΔT / Rdonde

• Q - fuga de calor, V;
• S - área de un tipo particular de estructura, sq. m;
• ∆T - la diferencia en las temperaturas ambiente y del aire interior, ° C;
• R - resistencia térmica de cierto tipo de estructura, m²* ° C / W.

Se recomienda tomar el valor de resistencia térmica para materiales reales de las tablas auxiliares.

Además, se puede obtener resistencia térmica utilizando la siguiente relación:

R = d / kdonde

• R - resistencia térmica, (m²* K) / W;
• k - conductividad térmica del material, W / (m²* K);
• d - el grosor de este material, m

En casas antiguas con una estructura de techo húmeda, se produce una fuga de calor a través de la parte superior del edificio, es decir, a través del techo y el ático. Realización de eventos para aislamiento de techo o aislamiento del techo del ático resuelve este problema

Si aísla el espacio del ático y el techo, la pérdida total de calor de la casa puede reducirse significativamente

En la casa hay varios tipos más de pérdida de calor a través de grietas en las estructuras, sistema de ventilación, campana extractora, apertura de ventanas y puertas. Pero tener en cuenta su volumen no tiene sentido, ya que representan no más del 5% del número total de fugas de calor importantes.

Determinación de la potencia de la caldera.

Para mantener la diferencia de temperatura entre el ambiente y la temperatura dentro de la casa, se necesita un sistema de calefacción independiente que mantenga la temperatura deseada en cada habitación de una casa privada.

Las bases del sistema de calefacción son diferentes. tipos de calderas: combustible líquido o sólido, eléctrico o gas.

La caldera es la unidad central del sistema de calefacción que genera calor. La característica principal de la caldera es su potencia, es decir, la tasa de conversión es la cantidad de calor por unidad de tiempo.

Después de calcular la carga de calor para calefacción, obtenemos la potencia nominal requerida de la caldera.

Para un apartamento común de varias habitaciones, la potencia de la caldera se calcula a través del área y la potencia específica:

P_caldera= (S_locales* P_específico)/10donde

• S_locales - área total de la habitación climatizada;
• P_precoz - potencia específica en relación con las condiciones climáticas.

Pero esta fórmula no tiene en cuenta la pérdida de calor, que es suficiente en una casa privada.

Hay otra relación que tiene en cuenta este parámetro:

P_caldera= (Q_perdidas* S) / 100donde

• P_caldera - potencia de la caldera;
• Q_perdidas - pérdida de calor;
• S - zona climatizada.

Se debe aumentar la capacidad nominal de la caldera. Una reserva es necesaria si se planea utilizar una caldera para calentar agua para el baño y la cocina.

En la mayoría de los sistemas de calefacción de casas particulares, se recomienda que utilice un tanque de expansión en el que se almacenará el suministro de refrigerante. Cada hogar privado necesita agua caliente

Para proporcionar la reserva de energía de la caldera en la última fórmula, es necesario agregar el factor de seguridad K:

P_caldera= (Q_perdidas* S * K) / 100donde

A - será igual a 1.25, es decir, la capacidad de diseño de la caldera se incrementará en un 25%.

Por lo tanto, la capacidad de la caldera brinda la oportunidad de mantener la temperatura del aire estándar en las habitaciones del edificio, así como de tener un volumen inicial y adicional de agua caliente en la casa.

Características de la selección de radiadores.

Los componentes estándar para proporcionar calor en la habitación son radiadores, paneles, sistemas de calefacción por suelo radiante, convectores, etc. Las partes más comunes de un sistema de calefacción son radiadores.

Un radiador de calor es un diseño hueco especial de tipo modular hecho de aleación con alta disipación de calor. Está hecho de acero, aluminio, hierro fundido, cerámica y otras aleaciones. El principio de funcionamiento del radiador de calefacción se reduce a la emisión de energía del refrigerante al espacio de la habitación a través de los "pétalos".

El radiador de aluminio y bimetálico reemplazó las enormes baterías de hierro fundido. La facilidad de producción, la alta disipación de calor, la construcción y el diseño exitosos hicieron de este producto una herramienta popular y extendida para irradiar calor en una habitación.

Hay varias tecnicas cálculo de radiadores de calefacción en la habitacion. La siguiente lista de métodos está ordenada por orden de precisión creciente.

Opciones de calculo:

1. Por área. N = (S * 100) / C, donde N es el número de secciones, S es el área de la habitación (m²), C - transferencia de calor desde una sección del radiador (W, tomado del pasaporte o certificado del producto), 100 W - la cantidad de flujo de calor que se requiere para calentar 1 m² (valor empírico). Surge la pregunta: ¿cómo tener en cuenta la altura del techo de la habitación?
2. Por volumen. N = (S * H ​​* 41) / C, donde N, S, C es similar. N - altura de la habitación, 41 W - la cantidad de flujo de calor, que es necesaria para calentar 1 m³ (valor empírico).
3. De acuerdo con los coeficientes. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, donde N, S, C y 100 son similares. k1 - teniendo en cuenta el número de cámaras en una ventana de doble acristalamiento de la ventana de una habitación, k2 - aislamiento térmico de las paredes, k3 - relación del área de ventanas con el área de la habitación, k4 - promedio menos temperatura en la semana más fría del invierno, k5 - número de paredes externas de la habitación (que "salen" a la calle), k6 - tipo de habitación en la parte superior, k7 - altura del techo.

Esta es la opción más precisa para calcular el número de secciones. Naturalmente, los resultados fraccionales de los cálculos siempre se redondean al siguiente número entero.

Cálculo hidráulico del suministro de agua.

Por supuesto, la "imagen" de calcular el calor para calentar no puede completarse sin calcular características tales como el volumen y la velocidad del refrigerante.En la mayoría de los casos, el refrigerante es agua ordinaria en un estado de agregación líquido o gaseoso.

Se recomienda calcular el volumen real del refrigerante sumando todas las cavidades en el sistema de calefacción. Cuando se usa una caldera de circuito único, esta es la mejor opción. Cuando se utilizan calderas de doble circuito en el sistema de calefacción, es necesario tener en cuenta los costos del agua caliente para fines higiénicos y otros fines domésticos.

El cálculo del volumen de agua calentada por una caldera de doble circuito para proporcionar a los residentes agua caliente y calentar el refrigerante se realiza sumando el volumen interno del circuito de calefacción y las necesidades reales de los usuarios en agua calentada.

El volumen de agua caliente en el sistema de calefacción se calcula mediante la fórmula:

W = k * Pdonde

• W - volumen de portador de calor;
• P - potencia de la caldera de calefacción;
• k - factor de potencia (el número de litros por unidad de potencia es 13.5, el rango es de 10-15 litros).

Como resultado, la fórmula final se ve así:

W = 13.5 * P

La velocidad del fluido es la evaluación dinámica final del sistema de calefacción, que caracteriza la velocidad de circulación del fluido en el sistema.

Este valor ayuda a evaluar el tipo y el diámetro de la tubería:

V = (0.86 * P * μ) / ΔTdonde

• P - potencia de la caldera;
• μ - eficiencia de la caldera;
• ∆T - diferencia de temperatura entre el agua suministrada y el agua de retorno.

Usando los métodos anteriores cálculo hidráulico, será posible obtener parámetros reales que son la "base" del futuro sistema de calefacción.

Ejemplo de cálculo térmico

Como ejemplo de cálculo de calor, hay una casa común de 1 piso con cuatro salas de estar, una cocina, un baño, un "jardín de invierno" y cuartos de servicio.

La base está hecha de losa de hormigón armado monolítico (20 cm), las paredes externas son de hormigón (25 cm) con yeso, el techo es de vigas de madera, el techo es de tejas metálicas y lana mineral (10 cm)

Denote los parámetros iniciales de la casa, necesarios para los cálculos.

Dimensiones del edificio:

• altura del piso - 3 m;
• una pequeña ventana de la parte delantera y trasera del edificio 1470 * 1420 mm;
• gran ventanal de la fachada 2080 * 1420 mm;
• puertas de entrada 2000 * 900 mm;
• puertas traseras (salida a la terraza) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Ancho total del edificio 9.5 m², longitud 16 m². Solo se calentarán las salas de estar (4 piezas), un baño y una cocina.

Para calcular con precisión la pérdida de calor en las paredes del área de las paredes externas, debe restar el área de todas las ventanas y puertas; este es un tipo de material completamente diferente con su resistencia térmica

Comenzamos calculando las áreas de materiales homogéneos:

• superficie construida - 152 m²;
• área del techo - 180 m² , teniendo en cuenta la altura del ático 1.3 my el ancho del recorrido - 4 m;
• área de ventana - 3 * 1.47 * 1.42 + 2.08 * 1.42 = 9.22 m²;
• área de la puerta - 2 * 0.9 + 2 * 2 * 1.4 = 7.4 m².

El área de las paredes exteriores será de 51 * 3-9.22-7.4 = 136.38 m².

Procedemos al cálculo de la pérdida de calor en cada material:

• Q_género= S * ΔT * k / d = 152 * 20 * 0.2 / 1.7 = 357.65 W;
• Q_{el techo}= 180 * 40 * 0.1 / 0.05 = 14400 W;
• Q_{la ventana}= 9,22 * 40 * 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
• Q_{la puerta}= 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 W;

Además de Q_{el muro} equivalente a 136.38 * 40 * 0.25 / 0.3 = 4546. La suma de todas las pérdidas de calor será de 19628.4 vatios.

Como resultado, calculamos la potencia de la caldera: P_caldera= Q_perdidas* S_{sala de calefacción}* 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.

Calcularemos el número de secciones de radiadores para una de las habitaciones. Para todos los demás, los cálculos son similares. Por ejemplo, la sala de la esquina (izquierda, esquina inferior del diagrama) es de 10,4 m2.

Por lo tanto, 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.

Para esta sala, se necesitan 9 secciones de un radiador de calefacción con una transferencia de calor de 180 vatios.

Pasamos al cálculo de la cantidad de refrigerante en el sistema: W = 13.5 * P = 13.5 * 21 = 283.5 litros. Entonces, la velocidad del refrigerante será: V = (0.86 * P * μ) / ∆T = (0.86 * 21000 * 0.9) /20=812.7 l.

Como resultado, una revolución completa del volumen total de refrigerante en el sistema será equivalente a 2,87 veces en una hora.

Una selección de artículos sobre cálculo térmico ayudará a determinar los parámetros exactos de los elementos del sistema de calefacción:

1. Cálculo del sistema de calefacción de una casa privada: reglas y ejemplos de cálculo.
2. Cálculo termotécnico de un edificio: especificaciones y fórmulas para realizar cálculos + ejemplos prácticos

Conclusiones y video útil sobre el tema.

En la siguiente revisión se presenta un cálculo simple del sistema de calefacción para una casa privada:

A continuación se muestran todas las sutilezas y métodos generalmente aceptados para calcular la pérdida de calor de un edificio:

Otra opción para calcular las fugas de calor en una casa privada típica:

Este video habla sobre las características de la circulación de un portador de energía para calentar una casa:

El cálculo térmico del sistema de calefacción es de naturaleza individual, debe realizarse de forma correcta y precisa. Cuanto más precisos sean los cálculos, menos tendrá que pagar de más a los propietarios de una casa de campo durante la operación.

¿Tiene experiencia en realizar cálculos térmicos del sistema de calefacción? ¿O tienes preguntas sobre el tema? Por favor comparta su opinión y deje comentarios. El bloque de comentarios se encuentra a continuación.