Calcolo del riscaldamento dell'acqua: formule, regole, esempi di attuazione

L'uso dell'acqua come refrigerante in un sistema di riscaldamento è una delle opzioni più popolari per fornire calore alla tua casa nella stagione fredda. Hai solo bisogno di progettare correttamente e quindi completare l'installazione del sistema. Altrimenti, il riscaldamento sarà inefficace a costi elevati del carburante, che, vedete, è estremamente poco interessante ai prezzi energetici di oggi.

È impossibile calcolare autonomamente il riscaldamento dell'acqua (di seguito denominato CBO) senza utilizzare programmi specializzati, poiché i calcoli utilizzano espressioni complesse, i cui valori non possono essere determinati utilizzando un calcolatore convenzionale. In questo articolo, analizzeremo in dettaglio l'algoritmo per l'esecuzione dei calcoli, forniremo le formule applicabili, considerando il corso dei calcoli usando un esempio specifico.

Il materiale integrato sarà integrato con tabelle con valori e indicatori di riferimento necessari durante i calcoli, foto tematiche e un video in cui viene mostrato un chiaro esempio di calcolo utilizzando il programma.

Calcolo del bilancio termico delle abitazioni

Per l'introduzione di un impianto di riscaldamento, in cui l'acqua agisce come sostanza circolante, è necessario innanzitutto effettuare un'accuratezza calcoli idraulici.

Durante lo sviluppo, l'implementazione di qualsiasi tipo di sistema di riscaldamento, è necessario conoscere il bilancio termico (di seguito - TB). Conoscendo la potenza termica per mantenere la temperatura nella stanza, è possibile scegliere l'attrezzatura giusta e distribuirne correttamente il carico.

In inverno, la stanza subisce alcune perdite di calore (di seguito - TP). La maggior parte dell'energia passa attraverso gli elementi di chiusura e le aperture di ventilazione. Spese insignificanti per infiltrazioni, riscaldamento di oggetti, ecc.

TP dipende dagli strati di cui sono costituite le strutture di chiusura (di seguito - OK). I materiali da costruzione moderni, in particolare l'isolamento, hanno un basso coefficiente di conducibilità termica (di seguito denominato CT), grazie al quale viene espulso meno calore attraverso di essi. Per le case della stessa area, ma con una struttura OK diversa, i costi del calore differiranno.

Oltre a determinare TP, è importante calcolare la TB di una casa. L'indicatore tiene conto non solo della quantità di energia che esce dalla stanza, ma anche della quantità di energia necessaria per mantenere determinate misure di laurea in casa.

I risultati più accurati sono forniti da programmi specializzati progettati per i costruttori. Grazie a loro, è possibile prendere in considerazione più fattori che influenzano la TP.

La maggior quantità di calore lascia la stanza attraverso le pareti, il pavimento, il tetto, il minimo - attraverso le porte, le aperture delle finestre

Con alta precisione, puoi calcolare il TP della casa usando le formule.

Il consumo di calore totale della casa è calcolato dall'equazione:

Q = Q_bene + Q_v,

dove Q_bene - la quantità di calore che esce dalla stanza attraverso OK; Q_v - costi di ventilazione termica.

Le perdite per ventilazione sono prese in considerazione se l'aria che entra nella stanza ha una temperatura più bassa.

I calcoli di solito tengono conto di OK, inserendo un lato della strada. Si tratta di pareti esterne, pavimento, tetto, porte e finestre.

Generale TP Q_bene pari alla somma di TP di ciascun OK, ovvero:

Q_bene = ∑Q_st + ∑Q_OKN + ∑Q_dv + ∑Q_PTL + ∑Q_pl,

dove:

• Q_st - il valore delle pareti TP;
• Q_OKN - finestre TP;
• Q_dv - porte TP;
  
• Q_PTL - soffitto TP;
  
• Q_pl - Pavimento TP.

Se il pavimento o il soffitto hanno una struttura disuguale sull'intera area, il TP viene calcolato separatamente per ciascun sito.

Calcolo della perdita di calore tramite OK

Per i calcoli, sono necessarie le seguenti informazioni:

• struttura della parete, materiali utilizzati, loro spessore, CT;
• la temperatura esterna in un inverno di cinque giorni estremamente freddo in città;
• Area OK;
• orientamento OK;
• Temperatura della casa consigliata in inverno.

Per calcolare il TP, è necessario trovare la resistenza termica totale R_ca.. Per fare questo, scopri la resistenza termica R₁, R₂, R₃, ..., R_n ogni livello è OK.

Coefficiente R_n calcolato dalla formula:

Rn = B / k,

Nella formula: B - spessore strato OK in mm, k - CT di ogni strato.

La R totale può essere determinata dall'espressione:

R = ∑R_n

I produttori di porte e finestre di solito indicano il coefficiente R nel passaporto per il prodotto, quindi non è necessario calcolarlo separatamente.

La resistenza termica delle finestre non può essere calcolata, poiché i dati tecnici contengono già le informazioni necessarie, il che semplifica il calcolo del TP

La formula generale per il calcolo di TP tramite OK è la seguente:

Q_bene = ∑S × (t_VNT - t_nar) × R × l,

Nell'espressione:

• S - area OK, m²;
• t_VNT - temperatura ambiente desiderata;
• t_nar - temperatura dell'aria esterna;
• R - coefficiente di resistenza, calcolato separatamente o prelevato dal passaporto del prodotto;
• l - un coefficiente di raffinamento che tenga conto dell'orientamento delle pareti rispetto ai punti cardinali.

Il calcolo della TB consente di scegliere l'attrezzatura della capacità richiesta, eliminando la probabilità di un deficit di calore o del suo eccesso. Il deficit di energia termica viene compensato aumentando il flusso d'aria attraverso la ventilazione, l'eccesso - installando ulteriori apparecchiature di riscaldamento.

Costi di ventilazione termica

La formula generale per il calcolo della ventilazione TP è la seguente:

Q_v = 0,28 × L_n × p_VNT × c × (t_VNT - t_nar),

Le variabili hanno i seguenti significati in un'espressione:

• L_n - costi aerei in entrata;
• p_VNT - densità dell'aria ad una certa temperatura nella stanza;
• c - capacità termica dell'aria;
• t_VNT - temperatura in casa;
• t_nar - temperatura dell'aria esterna.

Se la ventilazione è installata nell'edificio, quindi il parametro L_n preso dalle caratteristiche tecniche del dispositivo. Se non c'è ventilazione, viene utilizzato un indicatore standard di scambio d'aria specifico pari a 3 m³ all'ora.

Sulla base di questo, L_n calcolato dalla formula:

L_n = 3 × S_pl,

In espressione S_pl - superficie.

Il 2% di tutte le perdite di calore è rappresentato dall'infiltrazione, il 18% dalla ventilazione. Se la stanza è dotata di un sistema di ventilazione, nei calcoli si tiene conto del TP attraverso la ventilazione e non si tiene conto dell'infiltrazione

Quindi, calcolare la densità dell'aria p_VNT a una data temperatura t_VNT.

Puoi farlo con la formula:

p_VNT = 353 / (273 + t_VNT),

Capacità termica specifica c = 1.0005.

Se la ventilazione o l'infiltrazione non sono organizzate, ci sono crepe o buchi nelle pareti, quindi il calcolo del TP attraverso i fori dovrebbe essere affidato a programmi speciali.

Nel nostro altro articolo, abbiamo fornito un dettaglio esempio di calcolo dell'ingegneria del calore edifici con esempi e formule specifici.

Esempio di calcolo del bilancio termico

Prendi in considerazione una casa alta 2,5 m, larga 6 me lunga 8 m, situata nella città di Okha, nella regione di Sakhalin, dove in un termometro a 5 giorni estremamente freddo il termometro scende di -29 gradi.

Come risultato della misurazione, la temperatura del suolo è stata impostata a +5. La temperatura consigliata all'interno della struttura è di +21 gradi.

È più conveniente rappresentare il diagramma della casa su carta, indicando non solo la lunghezza, la larghezza e l'altezza dell'edificio, ma anche l'orientamento rispetto ai punti cardinali, nonché la posizione, le dimensioni di finestre e porte

Le pareti della casa in questione sono costituite da:

• muratura con uno spessore di B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• lana minerale B = 0,05 m, k = 0,05;
• Fronte B = 0,09 m, k = 0,26.

Nel determinare k, è meglio utilizzare le tabelle presentate sul sito Web del produttore o trovare informazioni nel passaporto tecnico del prodotto.

Conoscendo la conducibilità termica, è possibile scegliere i materiali più efficaci dal punto di vista dell'isolamento termico. Sulla base della tabella sopra, è consigliabile utilizzare lastre di lana minerale e polistirene espanso nella costruzione

La pavimentazione è composta dai seguenti strati:

• Piastre OSB B = 0,1 m, k = 0,13;
• lana minerale B = 0,05 m, k = 0,047;
• massetto cementizio B = 0,05 m, k = 0,58;
• schiuma di polistirene B = 0,06 m, k = 0,043.

Non c'è seminterrato nella casa e il pavimento ha la stessa struttura su tutta l'area.

Il soffitto è costituito da strati:

• fogli per cartongesso B = 0,025 m, k = 0,21;
• isolamento B = 0,05 m, k = 0,14;
• lastra di copertura B = 0,05 m, k = 0,043.

La casa ha solo 6 finestre a doppia camera con vetro I e argon. Dal passaporto tecnico per i prodotti è noto che R = 0,7. Le finestre hanno dimensioni 1,1x1,4 m.

Le porte hanno dimensioni di 1x2.2 m, indicatore R = 0.36.

Step # 1 - calcolo della perdita di calore della parete

Le pareti su tutta l'area sono costituite da tre strati. Innanzitutto, calcoliamo la loro resistenza termica totale.

Perché usare la formula:

R = ∑R_n,

ed espressione:

R_n = B / k

Date le informazioni iniziali, otteniamo:

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

Avendo appreso R, possiamo iniziare a calcolare il TP delle pareti nord, sud, est e ovest.

Ulteriori fattori tengono conto delle peculiarità della posizione delle pareti rispetto ai punti cardinali. Di solito, una "rosa dei venti" si forma nella parte settentrionale durante la stagione fredda, per cui i TP da questo lato saranno più alti che dall'altro

Calcoliamo l'area della parete nord:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Quindi, sostituendo la formula Q_bene = ∑S × (t_VNT - t_nar) × R × l e considerando che l = 1.1, otteniamo:

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

Zona sud della parete S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Non ci sono finestre o porte integrate nel muro, quindi, dato il coefficiente l = 1, otteniamo il seguente TP:

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

Per le pareti occidentale e orientale, il coefficiente l = 1,05. Pertanto, puoi trovare l'area totale di questi muri, cioè:

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

6 finestre e una porta sono integrate nelle pareti. Calcoliamo l'area totale di finestre e porte S:

S_OKN = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definire le pareti S ad eccezione delle finestre e porte S:

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

Calcoliamo il totale TP delle mura orientali e occidentali:

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

Dopo aver ricevuto i risultati, calcoliamo la quantità di calore che esce dalle pareti:

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

Il totale TP totale delle pareti è di 6 kW.

Passaggio 2: calcolo di porte e finestre in TP

Le finestre si trovano sulle pareti orientale e occidentale, quindi, quando si calcola il coefficiente l = 1,05. È noto che la struttura di tutte le strutture è la stessa e R = 0,7.

Usando i valori dell'area sopra, otteniamo:

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

Sapendo che per le porte R = 0,36 e S = 2,2, definiamo il loro TP:

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

Di conseguenza, 340 W di calore fuoriescono dalle finestre e 42 W attraverso le porte.

Passaggio 3: determinare il TP del pavimento e del soffitto

Ovviamente, l'area del soffitto e del pavimento sarà la stessa ed è calcolata come segue:

S_pol = S_PTL = 6 × 8 = 48

Calcoliamo la resistenza termica totale del pavimento, tenendo conto della sua struttura.

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

Conoscendo la temperatura del suolo t_nar= + 5 e tenendo conto del coefficiente l = 1, calcoliamo il piano Q:

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

Arrotondando, otteniamo che la perdita di calore del pavimento è di circa 3 kW.

Nei calcoli TP, è necessario tenere conto dei livelli che influenzano l'isolamento termico, ad esempio calcestruzzo, pannelli, mattoni, stufe, ecc.

Determinare la resistenza termica del soffitto R_PTL e la sua 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

Ne consegue che quasi 6 kW lasciano passare il soffitto e il pavimento.

Passaggio n. 4: calcolare la ventilazione TP

La ventilazione interna è organizzata, calcolata dalla formula:

Q_v = 0,28 × L_n × p_VNT × c × (t_VNT - t_nar)

In base alle caratteristiche tecniche, il trasferimento di calore specifico è di 3 metri cubi all'ora, ovvero:

L_n = 3 × 48 = 144.

Per calcolare la densità, utilizziamo la formula:

p_VNT = 353 / (273 + t_VNT).

La temperatura ambiente calcolata è di +21 gradi.

La ventilazione TP non viene calcolata se il sistema è dotato di un dispositivo di riscaldamento dell'aria

Sostituendo i valori noti, otteniamo:

p_VNT = 353/(273+21) = 1.2

Sostituiamo le cifre ottenute nella formula sopra:

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

Dato TP per la ventilazione, la Q totale dell'edificio sarà:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Convertendo in kW, otteniamo una perdita di calore totale di 16 kW.

Caratteristiche del calcolo del CBO

Dopo aver trovato l'indicatore TP, procedono al calcolo idraulico (di seguito - GR).

Sulla base di esso, le informazioni sono ottenute sui seguenti indicatori:

• il diametro ottimale dei tubi, che, quando la pressione cala, sarà in grado di passare una determinata quantità di refrigerante;
• flusso di refrigerante in una determinata area;
• velocità dell'acqua;
• valore di resistività.

Prima di iniziare i calcoli, per semplificare i calcoli, rappresentano un diagramma spaziale del sistema su cui tutti i suoi elementi sono disposti parallelamente tra loro.

Il diagramma mostra un sistema di riscaldamento con un cablaggio superiore, il movimento del refrigerante è un vicolo cieco

Considera le fasi principali dei calcoli del riscaldamento dell'acqua.

GR dell'anello di circolazione principale

La metodologia di calcolo GR si basa sul presupposto che in tutti i montanti e rami le differenze di temperatura sono le stesse.

L'algoritmo di calcolo è il seguente:

1. Nel diagramma mostrato, tenendo conto della perdita di calore, i carichi di calore vengono applicati agli apparecchi di riscaldamento, ai montanti.
2. In base allo schema, scegliere l'anello di circolazione principale (di seguito - HCC). La particolarità di questo anello è che in esso la pressione di circolazione per unità di lunghezza dell'anello assume il minor valore.
3. HCC è diviso in sezioni con consumo di calore costante. Per ogni sezione indicare il numero, il carico termico, il diametro e la lunghezza.

Nel sistema a tubo singolo verticale, l'anello attraverso il quale passa il montante più carico quando l'acqua scorre in un vicolo cieco o lungo la rete passa viene preso come fcc. Abbiamo parlato in modo più dettagliato del collegamento degli anelli di circolazione in un sistema a tubo singolo e della scelta di quello principale nel prossimo articolo. Abbiamo prestato separatamente attenzione all'ordine dei calcoli, usando un esempio specifico per chiarezza.

Nei sistemi verticali di tipo a due tubi, l'FCC passa attraverso il dispositivo di riscaldamento inferiore, che ha un carico massimo durante il vicolo cieco o il movimento dell'acqua associato

In un sistema orizzontale di tipo a tubo singolo, la FCC deve avere la pressione di circolazione più bassa e un'unità di lunghezza dell'anello. Per sistemi con circolazione naturale La situazione è simile

Con i montanti GR di un sistema verticale di tipo a tubo singolo, i riser regolabili a flusso continuo, con nodi unificati nella loro composizione, sono considerati come un singolo circuito. Per i riser con sezioni di chiusura, viene effettuata la separazione, tenendo conto della distribuzione dell'acqua nella tubazione di ciascun nodo dello strumento.

Il consumo di acqua in un determinato sito è calcolato dalla formula:

sol_KONT = (3,6 × Q_KONT × β₁ × β₂) / ((t_r - t₀) × c)

Nell'espressione, i caratteri alfabetici assumono i seguenti significati:

• Q_KONT - carico termico del circuito;
• β_1, β₂ - coefficienti tabulari aggiuntivi che tengono conto del trasferimento di calore nella stanza;
• c - la capacità termica dell'acqua è 4.187;
• t_r - temperatura dell'acqua nella linea di alimentazione;
• t₀ - temperatura dell'acqua nella linea di ritorno.

Dopo aver determinato il diametro e la quantità di acqua, è necessario conoscere la velocità del suo movimento e il valore della resistività R. Tutti i calcoli vengono eseguiti più comodamente utilizzando programmi speciali.

GH dell'anello di circolazione secondario

Dopo GR dell'anello principale, viene determinata la pressione nel piccolo anello di circolazione formato attraverso i suoi riser più vicini, tenendo conto che le perdite di pressione possono differire non più del 15% con un deadlock e non più del 5% con uno che passa.

Se non è possibile correlare la perdita di pressione, installare una rondella dell'acceleratore, il cui diametro viene calcolato con metodi software.

Calcolo delle batterie del radiatore

Torniamo al piano della casa situata sopra. Attraverso i calcoli, è stato riscontrato che sarebbero necessari 16 kW di energia per mantenere il bilancio termico. In questa casa ci sono 6 locali per vari scopi: un soggiorno, un bagno, una cucina, una camera da letto, un corridoio, un ingresso.

In base alle dimensioni della struttura, è possibile calcolare il volume V:

V = 6 × 8 × 2.5 = 120 m³

Successivamente, è necessario trovare la quantità di potenza termica per m³. Per fare ciò, Q deve essere diviso per il volume trovato, ovvero:

P = 16000/120 = 133 W per m³

Successivamente, è necessario determinare quanta energia termica è richiesta per una stanza. Nel diagramma, l'area di ogni stanza è già stata calcolata.

Definisci il volume:

• un bagno – 4.19×2.5=10.47;
• soggiorno – 13.83×2.5=34.58;
• la cucina – 9.43×2.5=23.58;
• la camera da letto – 10.33×2.5=25.83;
• corridoio – 4.10×2.5=10.25;
• corridoio – 5.8×2.5=14.5.

Nei calcoli, devi anche considerare le stanze in cui non ci sono batterie di riscaldamento, ad esempio un corridoio.

Il corridoio è riscaldato in modo passivo, il calore entrerà in esso a causa della circolazione dell'aria termica durante il movimento delle persone, attraverso le porte, ecc.

Determinare la quantità richiesta di calore per ogni stanza, moltiplicando il volume della stanza per l'indicatore R.

Otteniamo la potenza richiesta:

• per il bagno - 10,47 × 133 = 1392 O;
• per il soggiorno - 34,58 × 133 = 4599 O;
• per la cucina - 23,58 × 133 = 3136 O;
• per la camera da letto - 25,83 × 133 = 3435 O;
• per il corridoio - 10,25 × 133 = 1363 O;
• per il corridoio - 14,5 × 133 = 1889 W.

Procediamo al calcolo delle batterie del radiatore. Useremo radiatori in alluminio, la cui altezza è di 60 cm, la potenza a una temperatura di 70 è di 150 watt.

Calcoliamo il numero richiesto di batterie per radiatori:

• un bagno – 1392/150=10;
• soggiorno – 4599/150=31;
• la cucina – 3136/150=21;
• la camera da letto – 3435/150=23;
• corridoio – 1889/150=13.

Totale richiesto: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 batterie del radiatore.

Il nostro sito contiene anche altri articoli in cui abbiamo esaminato in dettaglio la procedura per eseguire il calcolo termico del sistema di riscaldamento, il calcolo passo-passo della potenza dei radiatori e dei tubi di riscaldamento. E se il tuo sistema presuppone la presenza di pavimenti caldi, dovrai eseguire calcoli aggiuntivi.

Tutti questi problemi sono trattati più dettagliatamente nei seguenti articoli:

• Calcolo termico di un sistema di riscaldamento: come calcolare correttamente il carico su un sistema
• Calcolo dei radiatori di riscaldamento: come calcolare il numero richiesto e la potenza delle batterie
• Calcolo del volume del tubo: principi di calcolo e regole di calcolo in litri e metri cubi
• Come calcolare un pavimento caldo usando l'esempio di un sistema idrico
• Calcolo di tubi per riscaldamento a pavimento: tipi di tubi, metodi e fase di posa + calcolo del flusso

Conclusioni e video utili sull'argomento

Nel video puoi vedere un esempio di calcolo del riscaldamento dell'acqua, che viene eseguito mediante il programma Valtec:

I calcoli idraulici vengono eseguiti al meglio utilizzando programmi speciali che garantiscono un'elevata precisione dei calcoli, tengono conto di tutte le sfumature del design.

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