Calcolo termico di un sistema di riscaldamento: come calcolare correttamente il carico su un sistema

La progettazione e il calcolo termico del sistema di riscaldamento è una fase obbligatoria nell'organizzazione del riscaldamento domestico. Il compito principale delle attività di calcolo è determinare i parametri ottimali della caldaia e del sistema di radiatori.

D'accordo, a prima vista potrebbe sembrare che solo un ingegnere possa eseguire un calcolo di ingegneria termica. Tuttavia, non tutto è così complicato. Conoscendo l'algoritmo delle azioni, si scoprirà che eseguirà autonomamente i calcoli necessari.

L'articolo illustra in dettaglio la procedura di calcolo e fornisce tutte le formule necessarie. Per una migliore comprensione, abbiamo preparato un esempio di calcolo termico per una casa privata.

Calcolo termico del riscaldamento: ordine generale

Il calcolo termico classico del sistema di riscaldamento è un documento tecnico consolidato, che include i metodi di calcolo standard graduali obbligatori.

Ma prima di studiare questi calcoli dei parametri principali, è necessario decidere il concetto del sistema di riscaldamento stesso.

Il sistema di riscaldamento è caratterizzato da alimentazione forzata e rimozione involontaria di calore nella stanza.

I principali compiti di calcolo e progettazione del sistema di riscaldamento:

• determinare in modo più affidabile la perdita di calore;
• determinare la quantità e le condizioni d'uso del liquido di raffreddamento;
• selezionare gli elementi di generazione, spostamento e trasferimento di calore nel modo più preciso possibile.

Durante la costruzione sistemi di riscaldamento È necessario inizialmente raccogliere una varietà di dati sulla stanza / edificio in cui verrà utilizzato il sistema di riscaldamento. Dopo aver eseguito il calcolo dei parametri termici del sistema, analizzare i risultati delle operazioni aritmetiche.

Sulla base dei dati ottenuti, i componenti del sistema di riscaldamento vengono selezionati con l'acquisto, l'installazione e la messa in servizio successivi.

Il riscaldamento è un sistema multicomponente per garantire il regime di temperatura approvato in una stanza / edificio. È una parte separata del complesso di comunicazioni di un alloggio moderno

È interessante notare che il metodo di calcolo termico specificato consente di calcolare accuratamente un gran numero di quantità che descrivono specificamente il futuro sistema di riscaldamento.

A seguito del calcolo termico, saranno disponibili le seguenti informazioni:

• numero di perdite di calore, potenza della caldaia;
• il numero e il tipo di termosifoni per ogni stanza separatamente;
• caratteristiche idrauliche della conduttura;
• volume, velocità del liquido di raffreddamento, potenza della pompa di calore.

Il calcolo termico non è un profilo teorico, ma risultati abbastanza accurati e ragionevoli, che si consiglia di utilizzare nella pratica quando si selezionano i componenti di un sistema di riscaldamento.

Standard di temperatura ambiente

Prima di effettuare qualsiasi calcolo dei parametri di sistema, è necessario conoscere almeno l'ordine dei risultati attesi, nonché disporre di caratteristiche standardizzate di alcune quantità tabulari che devono essere sostituite nelle formule o orientate su di esse.

Eseguendo i calcoli dei parametri con tali costanti, si può essere certi dell'affidabilità del parametro di sistema dinamico o costante desiderato.

Per locali con scopi diversi, esistono standard di riferimento per le condizioni di temperatura dei locali residenziali e non residenziali. Questi standard sono sanciti nel cosiddetto GOST

Per un sistema di riscaldamento, uno di questi parametri globali è la temperatura ambiente, che dovrebbe essere costante indipendentemente dalla stagione o dalle condizioni ambientali.

Secondo le norme degli standard sanitari e delle normative, ci sono differenze di temperatura rispetto ai periodi estivi e invernali dell'anno. Il sistema di climatizzazione è responsabile del regime di temperatura della stanza nella stagione estiva, il principio del suo calcolo è descritto in dettaglio in questo articolo.

Ma la temperatura della stanza in inverno è fornita dal sistema di riscaldamento. Pertanto, siamo interessati agli intervalli di temperatura e alle loro tolleranze per le deviazioni per la stagione invernale.

La maggior parte dei documenti normativi specifica i seguenti intervalli di temperatura, che consentono a una persona di sentirsi a proprio agio in una stanza.

Per uffici non residenziali fino a 100 m²:

• 22-24 ° C - temperatura dell'aria ottimale;
• 1 ° C - fluttuazione consentita.

Per locali di tipo ufficio con una superficie di oltre 100 m² la temperatura è di 21-23 ° C. Per i locali non residenziali di tipo industriale, le gamme di temperatura variano notevolmente a seconda dello scopo della stanza e degli standard di protezione del lavoro stabiliti.

La temperatura ambiente confortevole per ogni persona è "propria".A qualcuno piace essere molto caldo nella stanza, qualcuno a proprio agio quando la stanza è fresca - è tutto abbastanza individuale

Per quanto riguarda i locali residenziali: appartamenti, case private, proprietà, ecc., Ci sono alcuni intervalli di temperatura che possono essere regolati in base ai desideri dei residenti.

Eppure per stanze specifiche di un appartamento e una casa abbiamo:

• 20-22 ° C - residenziale, compresa la camera dei bambini, tolleranza ± 2 ° С -
• 19-21 ° C - cucina, bagno, tolleranza ± 2 ° C;
• 24-26 ° C - bagno, doccia, piscina, tolleranza ± 1 ° C;
• 16-18 ° C - corridoi, corridoi, trombe delle scale, dispense, tolleranza + 3 ° C

È importante notare che ci sono molti altri parametri di base che influenzano la temperatura nella stanza e su cui è necessario concentrarsi quando si calcola il sistema di riscaldamento: umidità (40-60%), concentrazione di ossigeno e anidride carbonica nell'aria (250: 1), velocità dell'aria masse (0,13-0,25 m / s), ecc.

Calcolo della perdita di calore in casa

Secondo la seconda legge della termodinamica (fisica della scuola), non vi è alcun trasferimento spontaneo di energia da mini o macro oggetti meno riscaldati a più riscaldati. Un caso speciale di questa legge è il "desiderio" di creare un equilibrio di temperatura tra due sistemi termodinamici.

Ad esempio, il primo sistema è un ambiente con una temperatura di -20 ° C, il secondo sistema è un edificio con una temperatura interna di + 20 ° C. Secondo la legge di cui sopra, questi due sistemi cercheranno di bilanciare attraverso lo scambio di energia. Ciò si verificherà attraverso la perdita di calore dal secondo sistema e il raffreddamento nel primo.

Possiamo sicuramente affermare che la temperatura ambiente dipende dalla latitudine alla quale si trova la casa privata. E la differenza di temperatura influenza la quantità di dispersione di calore dall'edificio (+)

Per perdita di calore si intende il rilascio involontario di calore (energia) da un determinato oggetto (casa, appartamento). Per un normale appartamento, questo processo non è così "evidente" rispetto a una casa privata, poiché l'appartamento si trova all'interno dell'edificio ed è "adiacente" ad altri appartamenti.

In una casa privata attraverso le pareti esterne, il pavimento, il tetto, le finestre e le porte, in un modo o nell'altro, il calore "lascia".

Conoscendo la quantità di perdita di calore per le condizioni meteorologiche più avverse e le caratteristiche di queste condizioni, è possibile calcolare la potenza del sistema di riscaldamento con elevata precisione.

Quindi, il volume di dispersione di calore dall'edificio viene calcolato con la seguente formula:

Q = Q_piano+ Q_{il muro}+ Q_{la finestra}+ Q_{il tetto}+ Q_{la porta}+ ... + Q_iodove

Qi - la quantità di perdita di calore dall'aspetto uniforme del guscio dell'edificio.

Ogni componente della formula viene calcolato dalla formula:

Q = S * ΔT / Rdove

• Q - dispersione di calore, V;
• S - area di un particolare tipo di struttura, mq. m;
• AT - la differenza di temperatura dell'aria interna ed esterna, ° C;
• R - resistenza termica di un certo tipo di struttura, m²* ° C / O

Si consiglia di prendere il valore della resistenza termica per materiali reali da tabelle ausiliarie.

Inoltre, la resistenza termica può essere ottenuta utilizzando il seguente rapporto:

R = d / kdove

• R - resistenza termica, (m²* K) / W;
• k - conducibilità termica del materiale, W / (m²* K);
• d - lo spessore di questo materiale, m

Nelle vecchie case con una struttura di copertura umida, la dispersione di calore si verifica attraverso la parte superiore dell'edificio, in particolare attraverso il tetto e la soffitta. Realizzazione di eventi per isolamento del soffitto o isolamento del tetto sottotetto risolvere questo problema.

Se si isola lo spazio della soffitta e il tetto, la perdita totale di calore dalla casa può essere notevolmente ridotta

Nella casa ci sono molti altri tipi di perdite di calore dovute a crepe nelle strutture, sistema di ventilazione, cappa aspirante, finestre e porte apribili. Ma prendere in considerazione il loro volume non ha senso, poiché non rappresentano più del 5% del numero totale di perdite di calore maggiori.

Determinazione della potenza della caldaia

Per mantenere la differenza di temperatura tra l'ambiente e la temperatura all'interno della casa, è necessario un sistema di riscaldamento indipendente che mantenga la temperatura desiderata in ogni stanza di una casa privata.

Le basi del sistema di riscaldamento sono diverse tipi di caldaie: combustibile liquido o solido, elettrico o gas.

La caldaia è l'unità centrale del sistema di riscaldamento che genera calore. La caratteristica principale della caldaia è la sua potenza, ovvero il tasso di conversione è la quantità di calore per unità di tempo.

Dopo aver calcolato il carico termico per il riscaldamento, otteniamo la potenza nominale della caldaia richiesta.

Per un normale appartamento multi-room, la potenza della caldaia viene calcolata attraverso l'area e la potenza specifica:

P_caldaia= (S_stanza* P_specifico)/10dove

• S_stanza - area totale della stanza riscaldata;
• P_udellnaya - potenza specifica relativa alle condizioni climatiche.

Ma questa formula non tiene conto della perdita di calore, che è sufficiente in una casa privata.

Esiste un'altra relazione che tiene conto di questo parametro:

P_caldaia= (Q_perdita* S) / 100dove

• P_caldaia - potenza della caldaia;
• Q_perdita - perdita di calore;
• S - area riscaldata.

La capacità nominale della caldaia deve essere aumentata. È necessaria una riserva se si prevede di utilizzare una caldaia per il riscaldamento dell'acqua per il bagno e la cucina.

Nella maggior parte dei sistemi di riscaldamento di case private, si consiglia di utilizzare un vaso di espansione in cui verrà immagazzinata la fornitura di refrigerante. Ogni casa privata ha bisogno di acqua calda

Per prevedere la riserva di carica della caldaia nell'ultima formula, è necessario aggiungere il fattore di sicurezza K:

P_caldaia= (Q_perdita* S * K) / 100dove

K - sarà pari a 1,25, ovvero la capacità di progettazione della caldaia sarà aumentata del 25%.

Pertanto, la capacità della caldaia offre l'opportunità di mantenere la temperatura dell'aria standard nei locali dell'edificio, nonché di avere un volume iniziale e aggiuntivo di acqua calda in casa.

Caratteristiche della selezione di radiatori

I componenti standard per fornire calore in una stanza sono radiatori, pannelli, sistemi di riscaldamento a pavimento, convettori, ecc. Le parti più comuni di un sistema di riscaldamento sono i radiatori.

Un radiatore di calore è uno speciale design cavo di tipo modulare realizzato in lega ad alta dissipazione del calore. È realizzato in acciaio, alluminio, ghisa, ceramica e altre leghe. Il principio di funzionamento del radiatore di riscaldamento è ridotto all'emissione di energia dal refrigerante nello spazio della stanza attraverso i "petali".

Il radiatore di riscaldamento in alluminio e bimetallico ha sostituito enormi batterie in ghisa. La facilità di produzione, l'elevata dissipazione del calore, la costruzione e il design di successo hanno reso questo prodotto uno strumento diffuso e diffuso per irradiare calore in una stanza.

Esistono diverse tecniche calcolo dei radiatori di riscaldamento nella stanza. Il seguente elenco di metodi è ordinato in ordine crescente di precisione.

Opzioni di calcolo:

1. Per area. N = (S * 100) / C, dove N è il numero di sezioni, S è l'area della stanza (m²), C - trasferimento di calore da una sezione del radiatore (W, prelevato dal passaporto o dal certificato del prodotto), 100 W - la quantità di flusso di calore necessaria per il riscaldamento 1 m² (valore empirico). La domanda sorge spontanea: come tenere conto dell'altezza del soffitto della stanza?
2. Per volume. N = (S * H ​​* 41) / C, dove N, S, C è simile. N - altezza ambiente, 41 W - la quantità di flusso di calore, necessaria per il riscaldamento di 1 m³ (valore empirico).
3. Secondo i coefficienti. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, dove N, S, C e 100 sono simili. k1 - tenendo conto del numero di telecamere in una finestra a doppi vetri della finestra di una stanza, k2 - isolamento termico delle pareti, k3 - rapporto dell'area delle finestre con l'area della stanza, k4 - temperatura media negativa nella settimana più fredda dell'inverno, k5 - numero di pareti esterne della stanza (che "escono" sulla strada), k6 - tipo di stanza in alto, k7 - altezza del soffitto.

Questa è l'opzione più accurata per il calcolo del numero di sezioni. Naturalmente, i risultati frazionari dei calcoli sono sempre arrotondati al numero intero successivo.

Calcolo idraulico dell'approvvigionamento idrico

Naturalmente, il "quadro" del calcolo del calore per riscaldamento non può essere completo senza calcolare caratteristiche come il volume e la velocità del liquido di raffreddamento.Nella maggior parte dei casi, il liquido di raffreddamento è acqua ordinaria in uno stato di aggregazione liquido o gassoso.

Si consiglia di calcolare il volume effettivo del liquido di raffreddamento sommando tutte le cavità nel sistema di riscaldamento. Quando si utilizza una caldaia a circuito singolo, questa è l'opzione migliore. Quando si utilizzano caldaie a doppio circuito nell'impianto di riscaldamento, è necessario tenere conto dei costi dell'acqua calda per usi igienici e altri usi domestici

Il calcolo del volume di acqua riscaldata da una caldaia a doppio circuito per fornire acqua calda ai residenti e riscaldamento del liquido di raffreddamento viene effettuato sommando il volume interno del circuito di riscaldamento e le effettive esigenze degli utenti in acqua riscaldata.

Il volume di acqua calda nell'impianto di riscaldamento è calcolato con la formula:

W = k * Pdove

• W - volume del portatore di calore;
• P - potenza della caldaia di riscaldamento;
• k - fattore di potenza (il numero di litri per unità di potenza è 13,5, l'intervallo è 10-15 litri).

Di conseguenza, la formula finale è simile alla seguente:

W = 13,5 * P

La velocità del refrigerante è la valutazione dinamica finale del sistema di riscaldamento, che caratterizza la velocità di circolazione del fluido nel sistema.

Questo valore aiuta a valutare il tipo e il diametro della tubazione:

V = (0,86 * P * μ) / ΔTdove

• P - potenza della caldaia;
• μ - efficienza della caldaia;
• AT - differenza di temperatura tra l'acqua fornita e l'acqua di ritorno.

Utilizzando i metodi precedenti calcolo idraulico, sarà possibile ottenere parametri reali, che sono la "base" del futuro sistema di riscaldamento.

Esempio di calcolo termico

Come esempio di calcolo del calore, vi è una normale casa a 1 piano con quattro soggiorni, una cucina, un bagno, un "giardino d'inverno" e locali di servizio.

La fondazione è in lastra di cemento armato monolitico (20 cm), le pareti esterne sono in cemento (25 cm) con intonaco, il tetto è coperto con travi in ​​legno, il tetto è in tegole metalliche e lana minerale (10 cm)

Indica i parametri iniziali della casa, necessari per i calcoli.

Dimensioni dell'edificio:

• altezza del pavimento - 3 m;
• una finestrella anteriore e posteriore dell'edificio 1470 * 1420 mm;
• grande finestra della facciata 2080 * 1420 mm;
• porte d'ingresso 2000 * 900 mm;
• porte posteriori (uscita sulla terrazza) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Larghezza totale dell'edificio 9,5 m², lunghezza 16 m². Verranno riscaldati solo i soggiorni (4 pezzi), un bagno e una cucina.

Per calcolare con precisione la perdita di calore sui muri dall'area delle pareti esterne, è necessario sottrarre l'area di tutte le finestre e porte: questo è un tipo di materiale completamente diverso con la sua resistenza termica

Iniziamo calcolando le aree di materiali omogenei:

• superficie del pavimento - 152 m²;
• superficie del tetto - 180 m² , considerando l'altezza dell'attico 1,3 me la larghezza della pista - 4 m;
• area della finestra - 3 * 1.47 * 1.42 + 2.08 * 1.42 = 9.22 m²;
• area della porta - 2 * 0.9 + 2 * 2 * 1.4 = 7.4 m².

L'area delle pareti esterne sarà 51 * 3-9.22-7.4 = 136.38 m².

Procediamo al calcolo della perdita di calore su ciascun materiale:

• Q_piano= S * ΔT * k / d = 152 * 20 * 0,2 / 1.7 = 357,65 W;
• Q_{il tetto}= 180 * 40 * 0,1 / 0,05 = 14400 W;
• Q_{la finestra}= 9,22 * 40 * 0,36 / 0,5 = 265,54 O;
• Q_{la porta}= 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 O;

Oltre a Q_{il muro} equivalente a 136.38 * 40 * 0.25 / 0.3 = 4546. La somma di tutte le perdite di calore sarà di 19628,4 watt.

Di conseguenza, calcoliamo la potenza della caldaia: P_caldaia= Q_perdita* S_{otapliv_komnat}* 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.

Calcoleremo il numero di sezioni di radiatori per una delle stanze. Per tutti gli altri, i calcoli sono simili. Ad esempio, la stanza d'angolo (a sinistra, angolo inferiore del diagramma) è di 10,4 m2.

Pertanto, 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.

Per questa stanza sono necessarie 9 sezioni di un radiatore riscaldante con un trasferimento di calore di 180 watt.

Passiamo al calcolo della quantità di refrigerante nel sistema - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 litri. Quindi, la velocità del liquido di raffreddamento sarà: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) /20=812,7 l.

Di conseguenza, un giro completo del volume totale del liquido di raffreddamento nel sistema sarà equivalente a 2,87 volte in un'ora.

Una selezione di articoli sul calcolo termico aiuterà a determinare i parametri esatti degli elementi del sistema di riscaldamento:

1. Calcolo del sistema di riscaldamento di una casa privata: regole ed esempi di calcolo
2. Calcolo termotecnico di un edificio: specifiche e formule per l'esecuzione di calcoli + esempi pratici

Conclusioni e video utili sull'argomento

Un semplice calcolo del sistema di riscaldamento per una casa privata è presentato nella seguente recensione:

Tutte le sottigliezze e i metodi generalmente accettati per il calcolo della perdita di calore di un edificio sono indicati di seguito:

Un'altra opzione per calcolare le perdite di calore in una tipica casa privata:

Questo video parla delle caratteristiche della circolazione di un vettore energetico per il riscaldamento di una casa:

Il calcolo termico del sistema di riscaldamento è di natura individuale, deve essere eseguito correttamente e accuratamente. Più accurati saranno i calcoli, meno dovrà pagare in eccesso i proprietari di una casa di campagna durante il funzionamento.

Hai esperienza nell'esecuzione del calcolo termico del sistema di riscaldamento? O hai domande sull'argomento? Si prega di condividere la tua opinione e lasciare commenti. Il blocco di feedback si trova sotto.