Vandens šildymo skaičiavimas: formulės, taisyklės, įgyvendinimo pavyzdžiai
Vandens, kaip aušinimo skysčio, naudojimas šildymo sistemoje yra viena populiariausių galimybių aprūpinti namus šiluma šaltuoju metų laiku. Jums tereikia tinkamai suprojektuoti ir tada baigti diegti sistemą. Priešingu atveju šildymas bus neveiksmingas esant didelėms degalų sąnaudoms, o tai, kaip matote, šiandieninėmis energijos kainomis yra labai neįdomu.
Neįmanoma savarankiškai apskaičiuoti vandens šildymo (toliau - CBO) nenaudojant specializuotų programų, nes skaičiavimai naudoja sudėtingas išraiškas, kurių reikšmių neįmanoma nustatyti naudojant įprastą skaičiuoklę. Šiame straipsnyje mes išsamiai išanalizuosime skaičiavimų atlikimo algoritmą, pateiksime tinkamas formules, atsižvelgiant į skaičiavimų eigą, naudojant konkretų pavyzdį.
Pateiktą medžiagą papildome lentelėmis su vertėmis ir orientaciniais rodikliais, kurių reikia skaičiavimams, teminėmis nuotraukomis ir vaizdo įrašu, kuriame parodytas aiškus skaičiavimo naudojant programą pavyzdys.
Straipsnio turinys:
Būsto šilumos balanso apskaičiavimas
Norint įdiegti šildymo įrenginį, kuriame vanduo veikia kaip cirkuliuojanti medžiaga, pirmiausia reikia tiksliai nustatyti hidrauliniai skaičiavimai.
Kuriant, diegiant bet kokio tipo šildymo sistemas, būtina žinoti šilumos balansą (toliau - TB). Žinodami šiluminę galią palaikyti temperatūrą kambaryje, galite pasirinkti tinkamą įrangą ir teisingai paskirstyti jos apkrovą.
Žiemą kambarys patiria tam tikrus šilumos nuostolius (toliau - TP). Didžioji energijos dalis patenka per uždarančius elementus ir ventiliacijos angas. Nemažos išlaidos yra infiltracijai, objektų šildymui ir pan.
TP priklauso nuo sluoksnių, kuriuos sudaro uždengiančios konstrukcijos (toliau - gerai). Šiuolaikinės statybinės medžiagos, ypač izoliacija, turi mažai šilumos laidumo koeficientas (toliau - KT), dėl kurių per juos išskiriama mažiau šilumos. To paties ploto namams, tačiau su skirtinga OK struktūra, šilumos sąnaudos skirsis.
Be nustatant TP, svarbu apskaičiuoti ir namų TB. Rodiklis atsižvelgia ne tik į energiją, išeinantį iš kambario, bet ir į būtinos galios kiekį tam tikriems laipsnių matmenims namuose išlaikyti.
Tiksliausius rezultatus pateikia specializuotos programos, skirtos statybininkams. Jų dėka galima atsižvelgti į daugiau TP veikiančių veiksnių.
Dideliu tikslumu galite apskaičiuoti namų TP, naudodami formules.
Bendras namo šilumos suvartojimas apskaičiuojamas pagal lygtį:
Q = Qgerai + Qv,
Kur Qgerai - šilumos kiekis, išeinantis iš kambario per gerai; Qv - šiluminės ventiliacijos išlaidos.
Į ventiliacijos nuostolius atsižvelgiama, jei į kambarį patenkančio oro temperatūra yra žemesnė.
Skaičiavimuose paprastai atsižvelgiama į gerai, įvažiuojant į vieną gatvės pusę. Tai yra išorinės sienos, grindys, stogas, durys ir langai.
Bendrasis TP Qgerai lygus kiekvieno OK skaičiaus TP sumai, tai yra:
Qgerai = ∑QŠv + ∑Qgerai + ∑Qdv + ∑Qptl + ∑Qpl,
Kur:
- QŠv - TP sienų vertė;
- Qgerai - TP langai;
- Qdv - TP durys;
- Qptl - TP lubos;
- Qpl - TP grindys.
Jei grindys ar lubos turi nevienodą struktūrą visame plote, tada TP apskaičiuojamas kiekvienai svetainei atskirai.
Šilumos nuostolių apskaičiavimas naudojant OK
Skaičiavimams reikalinga ši informacija:
- sienų konstrukcija, naudojamos medžiagos, jų storis, KT;
- lauko oro temperatūra ypač šaltą penkių dienų žiemą mieste;
- Gerai sritis;
- orientacija gerai;
- Rekomenduojama namų temperatūra žiemą.
Norėdami apskaičiuoti TP, turite rasti bendrą šiluminę varžą Rgerai. Norėdami tai padaryti, sužinokite šiluminę varžą R1, R2, R3, ..., Rn kiekvienas sluoksnis yra gerai.
Koeficientas Rn apskaičiuojamas pagal formulę:
Rn = B / k,
Formulėje: B - sluoksnio storis gerai, mm, k - kiekvieno sluoksnio KT.
Bendras R gali būti nustatomas pagal išraišką:
R = ∑Rn
Durelių ir langų gamintojai gaminio pase paprastai nurodo koeficientą R, todėl nereikia jo skaičiuoti atskirai.
Bendroji TP apskaičiavimo per OK formulė yra tokia:
Qgerai = ∑S × (tvnt - tnar) × R × l,
Išraiška:
- S - plotas geras, m2;
- tvnt - norima kambario temperatūra;
- tnar - lauko oro temperatūra;
- R - atsparumo koeficientas, apskaičiuotas atskirai arba paimtas iš gaminio paso;
- l - patikslinimo koeficientas, atsižvelgiant į sienų orientaciją kardinaliųjų taškų atžvilgiu.
TB skaičiavimas leidžia pasirinkti reikiamo galingumo įrangą, kuri pašalina šilumos deficito ar jo pertekliaus tikimybę. Šiluminės energijos trūkumas kompensuojamas padidinant oro srautą per ventiliaciją, perteklius - įrengiant papildomą šildymo įrangą.
Šilumos vėdinimo išlaidos
Bendroji ventiliacijos TP apskaičiavimo formulė yra tokia:
Qv = 0,28 × Ln × pvnt × c × (tvnt - tnar),
Kintamieji turi šias išraiškos reikšmes:
- Ln - gaunamos oro išlaidos;
- pvnt - oro tankis esant tam tikrai temperatūrai kambaryje;
- c - oro šilumos talpa;
- tvnt - temperatūra namuose;
- tnar - lauko oro temperatūra.
Jei pastate įrengta ventiliacija, tada parametras Ln paimtos iš techninių prietaiso charakteristikų. Jei nėra ventiliacijos, tada imamas standartinis specifinio oro mainų rodiklis, lygus 3 m3 per valandą.
Remdamasis tuo, Ln apskaičiuojamas pagal formulę:
Ln = 3 × Spl,
Išraiška Spl - grindų plotas.
Toliau apskaičiuokite oro tankį pvnt esant tam tikrai temperatūrai tvnt.
Tai galite padaryti pagal formulę:
pvnt = 353 / (273 + tvnt),
Savitoji šiluminė talpa c = 1.0005.
Jei ventiliacija ar infiltracija neorganizuota, sienose yra įtrūkimų ar skylių, tada TP skaičiavimas per skyles turėtų būti patikėtas specialioms programoms.
Kitame mūsų straipsnyje mes pateikėme išsamų šilumos inžinerijos skaičiavimo pavyzdys pastatai su konkrečiais pavyzdžiais ir formulėmis.
Šilumos balanso skaičiavimo pavyzdys
Apsvarstykite 2,5 m aukščio, 6 m pločio ir 8 m ilgio namą, esantį Okha mieste, Sachalino regione, kur termometro termometras per ypač šaltą 5 dienų laikotarpį nukrenta iki -29 laipsnių.
Matuojant buvo nustatyta, kad dirvos temperatūra buvo +5. Rekomenduojama temperatūra konstrukcijos viduje yra +21 laipsnis.
Nagrinėjamo namo sienas sudaro:
- plytų mūras, kurio storis B = 0,51 m, CT k = 0,64;
- mineralinė vata B = 0,05 m, k = 0,05;
- Apvalkalai B = 0,09 m, k = 0,26.
Nustatant k, geriau naudoti lenteles, pateiktas gamintojo svetainėje, arba rasti informaciją produkto techniniame pase.
Grindų dangą sudaro šie sluoksniai:
- OSB plokštės B = 0,1 m, k = 0,13;
- mineralinė vata B = 0,05 m, k = 0,047;
- cemento lygintuvu B = 0,05 m, k = 0,58;
- polistireninis putplastis B = 0,06 m, k = 0,043.
Namuose nėra rūsio, o grindys yra vienodos struktūros visame plote.
Lubas sudaro sluoksniai:
- gipso kartono lakštai B = 0,025 m, k = 0,21;
- izoliacija B = 0,05 m, k = 0,14;
- stogo dangos plokštė B = 0,05 m, k = 0,043.
Išėjimų į palėpę nėra.
Namas turi tik 6 dvigubų kamerų langus su stikliniu stiklu ir argonu. Iš gaminių techninio paso žinoma, kad R = 0,7. „Windows“ matmenys yra 1,1x1,4 m.
Durų matmenys yra 1x2,2 m, indikatorius R = 0,36.
1 žingsnis - sienos šilumos nuostolių apskaičiavimas
Sienos visame plote susideda iš trijų sluoksnių. Pirmiausia apskaičiuojame jų bendrą šiluminę varžą.
Kodėl verta naudoti formulę:
R = ∑Rn,
ir išraiška:
Rn = B / k
Turėdami pradinę informaciją, gauname:
RŠv = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14
Sužinoję R, galime pradėti skaičiuoti šiaurinės, pietinės, rytinės ir vakarinės sienos TP.
Mes apskaičiuojame šiaurinės sienos plotą:
Ssev.sten = 8 × 2.5 = 20
Tada pakeisdami į formulę Qgerai = ∑S × (tvnt - tnar) × R × l ir įvertinę, kad l = 1,1, gauname:
Qsev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354
Pietinė sienos zona Sjach.st = Ssev.st = 20.
Sienoje nėra įmontuotų langų ar durų, todėl, atsižvelgiant į koeficientą l = 1, gauname šią TP:
Qjach.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140
Vakarinėms ir rytinėms sienoms koeficientas l = 1,05. Todėl galite rasti bendrą šių sienų plotą, tai yra:
Szap.st + Svost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30
Sienose įmontuoti 6 langai ir vienos durys. Mes apskaičiuojame bendrą langų ir S durų plotą:
Sgerai = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24
Sdv = 1 × 2.2 = 2.2
Apibrėžkite S sienas, išskyrus S langus ir duris:
Svost + zap = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56
Apskaičiuojame bendrą rytų ir vakarų sienų TP:
Qvost + zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085
Gavę rezultatus apskaičiuojame, kiek šilumos išeina per sienas:
Qst = Qsev.st + Qjach.st + Qvost + zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579
Bendras sienų TP yra 6 kW.
2 žingsnis - TP langų ir durų apskaičiavimas
Langai yra ant rytinių ir vakarinių sienų, todėl, skaičiuojant koeficientą l = 1,05. Yra žinoma, kad visų konstrukcijų struktūra yra vienoda ir R = 0,7.
Naudodami aukščiau pateiktos srities vertes, gauname:
Qgerai = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340
Žinodami, kad durims R = 0,36 ir S = 2,2, mes apibrėžiame jų TP:
Qdv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42
Dėl to pro langus išeina 340 W šilumos, o per duris - 42 W.
3 žingsnis - grindų ir lubų TP nustatymas
Akivaizdu, kad lubų ir grindų plotas bus vienodas ir apskaičiuojamas taip:
Spol = Sptl = 6 × 8 = 48
Mes apskaičiuojame bendrą grindų šiluminę varžą, atsižvelgdami į jų struktūrą.
Rpol = 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
Žinant, kad dirvožemio temperatūra tnar= + 5 ir atsižvelgdami į koeficientą l = 1, apskaičiuojame grindis Q:
Qpol = 48 × (21 – 5) × 1 × 3.4 = 2611
Suapvalinus gauname, kad grindų šilumos nuostoliai yra apie 3 kW.
Nustatykite lubų šiluminę varžą Rptl ir jo Q:
- Rptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
- Qptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832
Iš to išplaukia, kad per lubas ir grindis išeina beveik 6 kW.
4 žingsnis - apskaičiuokite ventiliacijos TP
Vėdinimas patalpose yra organizuotas, apskaičiuojamas pagal formulę:
Qv = 0,28 × Ln × pvnt × c × (tvnt - tnar)
Remiantis techninėmis charakteristikomis, savitasis šilumos perdavimas yra 3 kubiniai metrai per valandą, tai yra:
Ln = 3 × 48 = 144.
Norėdami apskaičiuoti tankį, naudojame formulę:
pvnt = 353 / (273 + tvnt).
Apskaičiuota kambario temperatūra yra +21 laipsnis.
Pakaitinę žinomas vertes, gauname:
pvnt = 353/(273+21) = 1.2
Mes pakeičiame skaičius, gautus pagal aukščiau pateiktą formulę:
Qv = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21 – 29) = 2431
Atsižvelgiant į TP, skirtą ventiliacijai, bendras pastato Q dydis bus:
Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.
Perskaičiavus į kW, bendras šilumos nuostolis yra 16 kW.
CBO skaičiavimo ypatybės
Suradę TP indikatorių, jie pereina prie hidraulinio skaičiavimo (toliau - GR).
Remiantis ja gaunama informacija apie šiuos rodiklius:
- optimalus vamzdžių skersmuo, kuris, sumažėjus slėgiui, galės praleisti tam tikrą kiekį aušinimo skysčio;
- aušinimo skysčio srautas tam tikroje srityje;
- vandens greitis;
- varžos vertė.
Prieš pradėdami skaičiavimus, kad būtų paprasčiau, jie pavaizduoja sistemos erdvinę schemą, ant kurios visi jos elementai yra išdėstyti lygiagrečiai vienas kitam.
Apsvarstykite pagrindinius vandens šildymo skaičiavimo etapus.
Pagrindinio cirkuliacijos žiedo GR
GR skaičiavimo metodika grindžiama prielaida, kad visuose stovuose ir šakose temperatūrų skirtumai yra vienodi.
Skaičiavimo algoritmas yra toks:
- Parodytoje diagramoje, atsižvelgiant į šilumos nuostolius, šilumos apkrovos taikomos šildymo prietaisams, stovams.
- Remdamiesi schema, pasirinkite pagrindinį cirkuliacijos žiedą (toliau - HCC). Šio žiedo ypatumas yra tas, kad jame cirkuliacijos slėgis, tenkantis žiedo ilgiui, yra mažiausias.
- HCC yra padalintas į skyrius su pastoviu šilumos suvartojimu. Kiekviename skyriuje nurodykite skaičių, šiluminę apkrovą, skersmenį ir ilgį.
Vieno vamzdžio tipo vertikalioje sistemoje žiedu, pro kurį labiausiai apkraunamas kranelis praeina aklavietės arba tuo pat metu vykstančio vandens judėjimo išilgai magistralinio vamzdžio metu, laikomas fcc. Mes išsamiau kalbėjome apie cirkuliacinių žiedų susiejimą vieno vamzdžio sistemoje ir pagrindinio pasirinkimą kitame straipsnyje. Atskirai atkreipėme dėmesį į skaičiavimų tvarką, aiškumo dėlei panaudojome konkretų pavyzdį.
Vieno vamzdžio tipo horizontalioje sistemoje fcc turi būti mažiausias cirkuliacijos slėgis ir žiedo ilgio vienetas. Sistemoms su natūrali cirkuliacija Situacija panaši.
Su vieno vamzdžio tipo vertikalios sistemos GR taškeliais srautiniai, reguliuojami srautai, turintys vienodus mazgus savo sudėtyje, laikomi viena grandine. Krosnys su uždaromosiomis sekcijomis yra atskirtos, atsižvelgiant į vandens pasiskirstymą kiekvieno instrumento mazgo vamzdyne.
Vandens suvartojimas tam tikroje vietoje apskaičiuojamas pagal formulę:
Gkont = (3,6 × Qkont × β1 × β2) / ((tr - t0) × c)
Išraiškos abėcėlės ženklai įgauna šias reikšmes:
- Qkont - šiluminė grandinės apkrova;
- β1, β2 - papildomi lentelės koeficientai, atsižvelgiant į šilumos perdavimą kambaryje;
- c - vandens šilumos talpa yra 4,187;
- tr - vandens temperatūra tiekimo linijoje;
- t0 - vandens temperatūra grįžtamojoje linijoje.
Nustačius vandens skersmenį ir kiekį, būtina žinoti jo judėjimo greitį ir varžos vertę R. Visi skaičiavimai patogiausiai atliekami naudojant specialias programas.
Antrinio cirkuliacijos žiedo GH
Po pagrindinio žiedo GR nustatomas slėgis mažame cirkuliacijos žiede, suformuotame per artimiausius stovus, atsižvelgiant į tai, kad slėgio nuostoliai gali skirtis ne daugiau kaip 15%, jei aklavietė yra, ir ne daugiau kaip 5%, kai praeina.
Jei neįmanoma susieti slėgio nuostolių, įdiekite droselio diską, kurios skersmuo apskaičiuojamas programinės įrangos metodais.
Radiatorių baterijų skaičiavimas
Grįžkime prie aukščiau esančio namo plano. Atliekant skaičiavimus nustatyta, kad šilumos balansui palaikyti reikės 16 kW energijos. Šiame name yra 6 įvairios paskirties patalpos - svetainė, vonios kambarys, virtuvė, miegamasis, koridorius, prieškambaris.
Remdamiesi konstrukcijos matmenimis, galite apskaičiuoti tūrį V:
V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m3
Kitas, jums reikia rasti šiluminės galios kiekį per m3. Norėdami tai padaryti, Q reikia padalyti iš rastos apimties, tai yra:
P = 16000/120 = 133 W per m3
Kitas, jūs turite nustatyti, kiek šilumos energijos reikia vienam kambariui. Diagramoje kiekvieno kambario plotas jau apskaičiuotas.
Apibrėžkite garsumą:
- vonios kambarys – 4.19×2.5=10.47;
- svetainė – 13.83×2.5=34.58;
- virtuvė – 9.43×2.5=23.58;
- miegamasis – 10.33×2.5=25.83;
- koridorius – 4.10×2.5=10.25;
- prieškambaris – 5.8×2.5=14.5.
Atliekant skaičiavimus taip pat reikia atsižvelgti į kambarius, kuriuose nėra šildymo akumuliatorių, pavyzdžiui, koridorių.
Nustatykite reikiamą šilumos kiekį kiekviename kambaryje, padaugindami kambario tūrį iš rodiklio R.
Mes gauname reikiamą galią:
- vonios kambariui - 10,47 × 133 = 1392 W;
- už kambarį - 34,58 × 133 = 4599 W;
- virtuvei - 23,58 × 133 = 3136 W;
- už miegamąjį - 25,83 × 133 = 3435 W;
- koridoriui - 10,25 × 133 = 1363 W;
- už prieškambario - 14,5 × 133 = 1889 W.
Mes tęsiame radiatorių akumuliatorių skaičiavimą. Mes naudosime aliuminio radiatorius, kurių aukštis yra 60 cm, o galia esant 70 temperatūrai yra 150 vatų.
Mes apskaičiuojame reikiamą radiatorių akumuliatorių skaičių:
- vonios kambarys – 1392/150=10;
- svetainė – 4599/150=31;
- virtuvė – 3136/150=21;
- miegamasis – 3435/150=23;
- prieškambaris – 1889/150=13.
Viso reikia: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 radiatorių baterijos.
Mūsų svetainėje taip pat yra kitų straipsnių, kuriuose mes išsamiai išnagrinėjome šildymo sistemos šiluminio skaičiavimo atlikimo procedūrą, laipsnišką radiatorių ir šildymo vamzdžių galios apskaičiavimą. Ir jei jūsų sistema mano, kad yra šiltos grindys, tada turėsite atlikti papildomus skaičiavimus.
Visi šie klausimai yra išsamiau aprašyti mūsų tolesniuose straipsniuose:
- Šiluminės sistemos šiluminis skaičiavimas: kaip teisingai apskaičiuoti sistemos apkrovą
- Šildymo radiatorių skaičiavimas: kaip apskaičiuoti reikiamą baterijų skaičių ir galią
- Vamzdžių tūrio apskaičiavimas: skaičiavimo principai ir skaičiavimo taisyklės litrais ir kubiniais metrais
- Kaip apskaičiuoti šiltas grindis naudojant vandens sistemos pavyzdį
- Grindų šildymo vamzdžių skaičiavimas: vamzdžių tipai, klojimo būdai ir žingsnis + srauto apskaičiavimas
Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema
Vaizdo įraše galite pamatyti vandens šildymo skaičiavimo pavyzdį, kuris atliekamas naudojant „Valtec“ programą:
Hidraulinius skaičiavimus geriausia atlikti naudojant specialias programas, kurios garantuoja aukštą skaičiavimų tikslumą, atsižvelgia į visus projektavimo niuansus.
Ar jūs specializuojatės šildymo sistemų skaičiavime, naudojant vandenį kaip aušinimo skystį, ir norite papildyti mūsų straipsnį naudingomis formulėmis, pasidalinti profesinėmis paslaptimis?
O gal norite sutelkti dėmesį į papildomus skaičiavimus ar atkreipti dėmesį į mūsų skaičiavimų netikslumus? Prašau parašyti komentarus ir rekomendacijas bloke po straipsniu.
Sąžiningai kalbant, aš pats nesivarginu su skaičiavimais, kai pats šildiausi. Man visos šios formulės yra egiptiečių egzekucijos. Tai skirta inžinieriams, vertintojams ir visa tai. Žinoma, šis požiūris tiksliai apskaičiuos ir atsižvelgs į visus šildymo niuansus.
Bet aš galvojau apie sistemą dar keletą metų, taip rašydamas. Salėje jis pridėjo pelekus radiatoriams, bet virtuvėje, atvirkščiai, sumažino jį, buvo karšta. Aš numatiau tokią galimybę, į kurią atsižvelgiau jungdamasi.
Faktas yra tas, kad ne visada įmanoma tai atlikti, kad sistema tinkamai veiktų. Nėra noro skaičiavimus atlikti pačiam - galite pasitikėti specialistais.