Berekening van waterverwarming: formules, regels, voorbeelden van implementatie

Water gebruiken als koelmiddel in een verwarmingssysteem is een van de meest populaire opties om uw huis in het koude seizoen van warmte te voorzien. U hoeft alleen het systeem goed te ontwerpen en vervolgens te installeren. Anders is verwarming niet effectief tegen hoge brandstofkosten, wat, zoals u ziet, uiterst oninteressant is tegen de huidige energieprijzen.

Het is onmogelijk om zelfstandig waterverwarming (hierna - CBO) te berekenen zonder het gebruik van gespecialiseerde programma's, omdat de berekeningen complexe uitdrukkingen gebruiken waarvan de waarden niet kunnen worden bepaald met een conventionele rekenmachine. In dit artikel zullen we het algoritme voor het uitvoeren van berekeningen in detail analyseren, de toepasselijke formules geven, rekening houdend met het verloop van de berekeningen met behulp van een specifiek voorbeeld.

Aanvullend materiaal wordt aangevuld met tabellen met waarden en referentie-indicatoren die nodig zijn bij de berekeningen, themafoto's en een video waarin een duidelijk rekenvoorbeeld wordt getoond met behulp van het programma.

Berekening van de warmtebalans van woningen

Voor de introductie van een verwarmingsinstallatie, waarbij water als circulerende stof fungeert, moet eerst nauwkeurig worden gemaakt hydraulische berekeningen.

Bij het ontwikkelen en implementeren van elk type verwarmingssysteem is het noodzakelijk om de warmtebalans (hierna - TB) te kennen. Als u het thermische vermogen kent om de temperatuur in de kamer te handhaven, kunt u de juiste apparatuur kiezen en de belasting correct verdelen.

In de winter lijdt de kamer aan bepaalde warmteverliezen (hierna - TP). Het grootste deel van de energie gaat door de omsluitende elementen en ventilatieopeningen. Onbeduidende kosten zijn voor infiltratie, verwarming van objecten, etc.

TP hangt af van de lagen waaruit de omhullende structuren bestaan ​​(hierna - OK). Moderne bouwmaterialen, met name isolatie, hebben een laag warmtegeleidingscoëfficiënt (hierna CT genoemd), waardoor er minder warmte doorheen wordt uitgestoten. Voor huizen in hetzelfde gebied, maar met een andere OK-structuur, zullen de verwarmingskosten verschillen.

Naast het bepalen van TP is het belangrijk om de TB van een woning te berekenen. De indicator houdt niet alleen rekening met de hoeveelheid energie die de kamer verlaat, maar ook met de hoeveelheid energie die nodig is om bepaalde maatregelen in huis te handhaven.

De meest nauwkeurige resultaten worden geleverd door gespecialiseerde programma's die zijn ontworpen voor bouwers. Dankzij hen is het mogelijk om rekening te houden met meer factoren die TP beïnvloeden.

De meeste warmte verlaat de kamer via de muren, vloer, dak, de minste - via deuren, raamopeningen

Met hoge nauwkeurigheid kunt u de TP van het huis berekenen met behulp van formules.

Het totale warmteverbruik van het huis wordt berekend door de vergelijking:

Q = Q_ok + V_v,

Waar Q_ok - de hoeveelheid warmte die de kamer verlaat via OK; Q_v - kosten van thermische ventilatie.

Verliezen door ventilatie worden in aanmerking genomen als de lucht die de kamer binnenkomt een lagere temperatuur heeft.

De berekeningen houden meestal rekening met OK, het invoeren van één kant van de straat. Dit zijn buitenmuren, vloer, dak, deuren en ramen.

Algemeen TP Q_ok gelijk aan de som van TP van elke OK, dat wil zeggen:

Q_ok = ∑Q_st + ∑V_okn + ∑V_dv + ∑V_ptl + ∑V_pl,

Waar:

• Q_st - de waarde van TP-muren;
• Q_okn - TP-vensters;
• Q_dv - TP deuren;
  
• Q_ptl - TP plafond;
  
• Q_pl - TP-vloer.

Als de vloer of het plafond over het hele gebied een ongelijke structuur heeft, wordt de TP voor elke locatie afzonderlijk berekend.

Berekening van warmteverlies via OK

Voor berekeningen is de volgende informatie vereist:

• muurstructuur, gebruikte materialen, hun dikte, CT;
• de buitentemperatuur op een extreem koude vijfdaagse winter in de stad;
• OK gebied;
• oriëntatie OK;
• Aanbevolen huistemperatuur in de winter.

Om de TP te berekenen, moet u de totale thermische weerstand R vinden_ok. Zoek hiervoor de thermische weerstand R₁, R₂, R₃, ..., R_n elke laag is OK.

Coëfficiënt R_n berekend met de formule:

Rn = B / k,

In de formule: B - laagdikte OK in mm, k - CT van elke laag.

De totale R kan worden bepaald door de uitdrukking:

R = ∑R_n

Fabrikanten van deuren en ramen geven meestal de coëfficiënt R aan in het paspoort voor het product, dus het is niet nodig om deze afzonderlijk te berekenen.

De thermische weerstand van de ramen kan niet worden berekend, omdat de technische gegevens al de nodige informatie bevatten, wat de berekening van TP vereenvoudigt

De algemene formule voor het berekenen van TP tot en met OK is als volgt:

Q_ok = ∑S × (t_vnt - t_nar) × R × l,

In de uitdrukking:

• S - gebied OK, m²;
• t_vnt - gewenste kamertemperatuur;
• t_nar - buitenluchttemperatuur;
• R - weerstandscoëfficiënt, afzonderlijk berekend of overgenomen uit het productpaspoort;
• l - een verfijningscoëfficiënt rekening houdend met de oriëntatie van de muren ten opzichte van de windstreken.

Berekening van TB stelt u in staat om de apparatuur met de vereiste capaciteit te kiezen, wat de kans op een warmtetekort of het overschot elimineert. Het tekort aan thermische energie wordt gecompenseerd door de luchtstroom door de ventilatie te vergroten, het overschot - door extra verwarmingsapparatuur te installeren.

Kosten van thermische ventilatie

De algemene formule voor het berekenen van ventilatie TP is als volgt:

Q_v = 0,28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt - t_nar),

Variabelen hebben de volgende betekenis in een uitdrukking:

• L_n - inkomende luchtkosten;
• p_vnt - luchtdichtheid bij een bepaalde temperatuur in de kamer;
• c - warmtecapaciteit van lucht;
• t_vnt - temperatuur in huis;
• t_nar - buitenluchttemperatuur.

Als ventilatie in het gebouw is geïnstalleerd, dan parameter L_n ontleend aan de technische kenmerken van het apparaat. Als er geen ventilatie is, wordt een standaardindicator voor specifieke luchtuitwisseling van 3 m genomen³ per uur.

Op basis hiervan, L_n berekend met de formule:

L_n = 3 × S_pl,

In uitdrukking S_pl - vloeroppervlak.

2% van alle warmteverliezen wordt veroorzaakt door infiltratie, 18% - door ventilatie. Als de kamer is uitgerust met een ventilatiesysteem, wordt bij de berekeningen rekening gehouden met TP via ventilatie en wordt geen rekening gehouden met infiltratie

Bereken vervolgens de luchtdichtheid p_vnt bij een gegeven temperatuur t_vnt.

U kunt dit doen met de formule:

p_vnt = 353 / (273 + t_vnt),

Specifieke warmtecapaciteit c = 1.0005.

Als de ventilatie of infiltratie ongeorganiseerd is, er scheuren of gaten in de muren zijn, moet de berekening van de TP door de gaten worden toevertrouwd aan speciale programma's.

In ons andere artikel gaven we een gedetailleerde voorbeeld van berekening van warmtetechniek gebouwen met specifieke voorbeelden en formules.

Rekenvoorbeeld warmtebalans

Overweeg een huis van 2,5 m hoog, 6 m breed en 8 m lang, gelegen in de stad Okha in de regio Sakhalin, waar de thermometer in een extreem koude periode van 5 dagen daalt tot -29 graden.

Als resultaat van de meting werd de bodemtemperatuur op +5 gezet. De aanbevolen temperatuur in de structuur is +21 graden.

Het is het gemakkelijkst om een ​​diagram van het huis op papier te tekenen, dat niet alleen de lengte, breedte en hoogte van het gebouw aangeeft, maar ook de oriëntatie ten opzichte van de windstreken, evenals de locatie, afmetingen van ramen en deuren

De muren van het betreffende huis bestaan ​​uit:

• metselwerk met een dikte van B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• minerale wol B = 0,05 m, k = 0,05;
• Facings B = 0,09 m, k = 0,26.

Bij het bepalen van k is het beter om de tabellen te gebruiken die op de website van de fabrikant staan, of om informatie te vinden in het technische productinformatieblad.

Als u de thermische geleidbaarheid kent, is het mogelijk om de meest effectieve materialen te kiezen vanuit het oogpunt van thermische isolatie. Op basis van de bovenstaande tabel is het het meest aan te raden om minerale wolplaten en geëxpandeerd polystyreen in de constructie te gebruiken

De vloer bestaat uit de volgende lagen:

• OSB-platen B = 0,1 m, k = 0,13;
• minerale wol B = 0,05 m, k = 0,047;
• cementdekvloer B = 0,05 m, k = 0,58;
• polystyreenschuim B = 0,06 m, k = 0,043.

Er is geen kelder in het huis en de vloer heeft over het hele oppervlak dezelfde structuur.

Het plafond bestaat uit lagen:

• gipsplaten B = 0,025 m, k = 0,21;
• isolatie B = 0,05 m, k = 0,14;
• dakplaat B = 0,05 m, k = 0,043.

Het huis heeft slechts 6 dubbele kamerramen met I-glas en argon. Uit het technische paspoort voor de producten is bekend dat R = 0,7. Windows heeft afmetingen 1,1x1,4 m.

Deuren hebben afmetingen van 1x2,2 m, indicator R = 0,36.

Stap # 1 - berekening van warmteverlies aan de muur

Muren over het hele gebied bestaan ​​uit drie lagen. Eerst berekenen we hun totale thermische weerstand.

Waarom de formule gebruiken:

R = ∑R_n,

en expressie:

R_n = B / k

Gezien de eerste informatie krijgen we:

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

Nu we R hebben geleerd, kunnen we beginnen met het berekenen van de TP van de noordelijke, zuidelijke, oostelijke en westelijke muren.

Bijkomende factoren houden rekening met de bijzonderheden van de locatie van de muren ten opzichte van de windstreken. Meestal wordt bij koud weer een “windroos” gevormd in het noordelijke deel, waardoor de TP's aan deze kant hoger zullen zijn dan aan de andere

We berekenen het gebied van de noordmuur:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Vervolgens vervangen door de formule Q_ok = ∑S × (t_vnt - t_nar) × R × l en aangezien l = 1,1, krijgen we:

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

Zuidmuurgebied S_yuch.st = S_zevende = 20.

Er zijn geen ingebouwde ramen of deuren in de muur, daarom krijgen we, gezien de coëfficiënt l = 1, de volgende TP:

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

Voor de westelijke en oostelijke muren is de coëfficiënt l = 1,05. Daarom kunt u de totale oppervlakte van deze muren vinden, dat wil zeggen:

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

6 ramen en een deur zijn ingebouwd in de muren. We berekenen het totale oppervlak van ramen en S-deuren:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definieer S muren exclusief S ramen en deuren:

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

We berekenen de totale TP van de oostelijke en westelijke muren:

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

Nadat we de resultaten hebben ontvangen, berekenen we de hoeveelheid warmte die door de muren gaat:

Qst = Q_zevende + V_yuch.st + V_{vost + zap} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Totaal totaal TP van de wanden is 6 kW.

Stap # 2 - TP-ramen en deuren berekenen

De ramen bevinden zich dus op de oostelijke en westelijke muren, dus bij het berekenen van de coëfficiënt l = 1,05. Het is bekend dat de structuur van alle structuren hetzelfde is en R = 0,7.

Met behulp van de waarden van het bovenstaande gebied krijgen we:

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

Wetende dat voor deuren R = 0,36 en S = 2,2, we hun TP definiëren:

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

Als gevolg hiervan gaat 340 W warmte naar buiten door de ramen en 42 W door de deuren.

Stap # 3 - het bepalen van de TP van de vloer en het plafond

Het is duidelijk dat het gebied van het plafond en de vloer hetzelfde is en als volgt wordt berekend:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

We berekenen de totale thermische weerstand van de vloer, rekening houdend met de structuur.

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

Wetende dat de bodemtemperatuur t_nar= + 5 en rekening houdend met de coëfficiënt l = 1 berekenen we de vloer Q:

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

Afronding, we krijgen dat het warmteverlies van de vloer ongeveer 3 kW is.

Bij TP-berekeningen moet rekening worden gehouden met lagen die de thermische isolatie beïnvloeden, bijvoorbeeld beton, platen, metselwerk, kachels, enz.

Bepaal de thermische weerstand van het plafond R_ptl en zijn 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

Hieruit volgt dat bijna 6 kW door het plafond en de vloer gaat.

Stap # 4 - bereken ventilatie TP

Binnenventilatie wordt georganiseerd, berekend met de formule:

Q_v = 0,28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt - t_nar)

Op basis van de technische kenmerken is de specifieke warmteoverdracht 3 kubieke meter per uur, dat wil zeggen:

L_n = 3 × 48 = 144.

Om de dichtheid te berekenen, gebruiken we de formule:

p_vnt = 353 / (273 + t_vnt).

De berekende kamertemperatuur is +21 graden.

TP-ventilatie wordt niet berekend als het systeem is uitgerust met een luchtverwarmingsapparaat

Als we de bekende waarden vervangen, verkrijgen we:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

We vervangen de cijfers verkregen in de bovenstaande formule:

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

Gezien TP voor ventilatie, zal de totale Q van het gebouw zijn:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Omgerekend naar kW krijgen we een totaal warmteverlies van 16 kW.

Kenmerken van de berekening van CBO

Nadat ze de TP-indicator hebben gevonden, gaan ze over op hydraulische berekening (hierna - GR).

Op basis hiervan wordt informatie verkregen over de volgende indicatoren:

• de optimale diameter van de buizen, die, wanneer de druk daalt, een bepaalde hoeveelheid koelvloeistof kunnen passeren;
• koelvloeistofstroom in een bepaald gebied;
• watersnelheid;
• weerstandswaarde.

Om de berekeningen te vereenvoudigen, geven ze, voordat ze met de berekeningen beginnen, een ruimtelijk diagram van het systeem weer waarop alle elementen evenwijdig aan elkaar zijn gerangschikt.

Het diagram toont een verwarmingssysteem met een bovenste bedrading, de beweging van het koelmiddel is een doodlopende weg

Overweeg de belangrijkste fasen van berekeningen voor waterverwarming.

GR van de belangrijkste circulatiering

De GR-berekeningsmethodologie is gebaseerd op de aanname dat in alle stijgbuizen en takken de temperatuurverschillen hetzelfde zijn.

Het berekeningsalgoritme is als volgt:

1. In het weergegeven diagram worden, rekening houdend met warmteverlies, warmtebelastingen toegepast op verwarmingsapparaten, stijgbuizen.
2. Kies op basis van het schema de hoofdcirculatiering (hierna - HCC). Het bijzondere van deze ring is dat daarin de circulatiedruk per lengte-eenheid van de ring de minste waarde inneemt.
3. HCC is onderverdeeld in secties met constant warmteverbruik. Geef voor elke sectie het aantal, de thermische belasting, de diameter en de lengte aan.

In het verticale systeem met één buis wordt de ring waar de meest beladen stijgbuis doorheen gaat als het water doodloopt of langs het hoofd stroomt, genomen als de fcc. We hebben meer in detail gesproken over het koppelen van circulatieringen in een systeem met één buis en het kiezen van de belangrijkste in het volgende artikel. We hebben afzonderlijk aandacht besteed aan de volgorde van berekeningen, met een specifiek voorbeeld voor de duidelijkheid.

In verticale systemen van een tweepijps type gaat de fcc door het onderste verwarmingsapparaat, dat een maximale belasting heeft tijdens doodlopende of bijbehorende waterbeweging

In een horizontaal systeem van het type met één buis moet de fcc de laagste circulatiedruk hebben en een eenheid van ringlengte. Voor systemen met natuurlijke circulatie De situatie is vergelijkbaar.

Met GR-stijgbuizen van een verticaal systeem van het type met een enkele buis, worden doorstroombare, door stroom instelbare stijgbuizen, met verenigde knooppunten in hun samenstelling, beschouwd als een enkel circuit. Voor stijgleidingen met afsluitende secties wordt scheiding gemaakt, rekening houdend met de verdeling van water in de pijpleiding van elk instrumentknooppunt.

Het waterverbruik op een bepaalde locatie wordt berekend met de formule:

G_kont = (3,6 × Q_kont × β₁ × β₂) / ((t_r - t₀) × c)

In de uitdrukking hebben alfabetische tekens de volgende betekenis:

• Q_kont - thermische belasting van het circuit;
• β_1, β₂ - aanvullende tabelcoëfficiënten rekening houdend met de warmteoverdracht in de kamer;
• c - de warmtecapaciteit van water is 4.187;
• t_r - watertemperatuur in de toevoerleiding;
• t₀ - watertemperatuur in de retourleiding.

Na het bepalen van de diameter en de hoeveelheid water, is het noodzakelijk om de bewegingssnelheid en de waarde van de weerstand R te kennen. Alle berekeningen worden het gemakkelijkst uitgevoerd met speciale programma's.

GH van de secundaire circulatiering

Na GR van de hoofdring wordt de druk in de kleine circulatiering die wordt gevormd door de dichtstbijzijnde stijgleidingen bepaald, rekening houdend met het feit dat drukverliezen met niet meer dan 15% kunnen verschillen bij een impasse en niet meer dan 5% bij een passerende.

Als het niet mogelijk is om het drukverlies te relateren, installeer dan een gasklep, waarvan de diameter wordt berekend met behulp van softwaremethoden.

Berekening van radiatorbatterijen

Laten we teruggaan naar het plan van het huis hierboven. Uit berekeningen bleek dat 16 kW energie nodig zou zijn om de warmtebalans in stand te houden. In dit huis zijn er 6 panden voor verschillende doeleinden - een woonkamer, een badkamer, een keuken, een slaapkamer, een gang, een inkomhal.

Op basis van de afmetingen van de constructie kunt u het volume V berekenen:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m³

Vervolgens moet u de hoeveelheid thermisch vermogen per m bepalen³. Om dit te doen, moet Q gedeeld worden door het gevonden volume, dat wil zeggen:

P = 16000/120 = 133 W per m³

Vervolgens moet u bepalen hoeveel warmtekracht er voor een kamer nodig is. In het diagram is de oppervlakte van elke kamer al berekend.

Bepaal het volume:

• een badkamer – 4.19×2.5=10.47;
• woonkamer – 13.83×2.5=34.58;
• de keuken – 9.43×2.5=23.58;
• de slaapkamer – 10.33×2.5=25.83;
• gang – 4.10×2.5=10.25;
• gang – 5.8×2.5=14.5.

Bij de berekeningen moet u ook rekening houden met kamers waarin geen verwarmingsbatterijen zijn, bijvoorbeeld een gang.

De gang wordt passief verwarmd, er komt warmte binnen door de circulatie van thermische lucht wanneer mensen bewegen, door deuropeningen, etc.

Bepaal de benodigde hoeveelheid warmte voor elke kamer, vermenigvuldig het volume van de kamer met de indicator R.

We krijgen het benodigde vermogen:

• voor de badkamer - 10,47 x 133 = 1392 W;
• voor de woonkamer - 34,58 × 133 = 4599 W;
• voor de keuken - 23,58 × 133 = 3136 W;
• voor de slaapkamer - 25,83 × 133 = 3435 W;
• voor de gang - 10,25 x 133 = 1363 W;
• voor de gang - 14,5 × 133 = 1889 W.

We gaan verder met het berekenen van radiatorbatterijen. We zullen aluminium radiatoren gebruiken, waarvan de hoogte 60 cm is, het vermogen bij een temperatuur van 70 is 150 watt.

We berekenen het benodigde aantal radiatorbatterijen:

• een badkamer – 1392/150=10;
• woonkamer – 4599/150=31;
• de keuken – 3136/150=21;
• de slaapkamer – 3435/150=23;
• gang – 1889/150=13.

Totaal benodigd: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 radiatorbatterijen.

Onze site heeft ook andere artikelen waarin we in detail de procedure voor het uitvoeren van thermische berekening van het verwarmingssysteem, stapsgewijze berekening van het vermogen van radiatoren en verwarmingsbuizen hebben onderzocht. En als uw systeem uitgaat van de aanwezigheid van warme vloeren, moet u aanvullende berekeningen uitvoeren.

Al deze problemen worden in meer detail besproken in onze volgende artikelen:

• Thermische berekening van een verwarmingssysteem: hoe de belasting op een systeem correct te berekenen
• Berekening van verwarmingsradiatoren: hoe het vereiste aantal en het vermogen van batterijen te berekenen
• Berekening leidingvolume: berekeningsprincipes en rekenregels in liters en kubieke meters
• Hoe een warme vloer te berekenen aan de hand van het voorbeeld van een watersysteem
• Berekening van buizen voor vloerverwarming: soorten buizen, methoden en legstap + berekening van de stroom

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In de video ziet u een voorbeeld van het berekenen van waterverwarming, dat wordt uitgevoerd met behulp van het Valtec-programma:

Hydraulische berekeningen kunnen het beste worden uitgevoerd met speciale programma's die een hoge nauwkeurigheid van berekeningen garanderen, rekening houdend met alle nuances van het ontwerp.

Bent u gespecialiseerd in het berekenen van verwarmingssystemen waarbij water als koelmiddel wordt gebruikt en wilt u ons artikel aanvullen met nuttige formules, professionele geheimen delen?

Of misschien wilt u zich concentreren op aanvullende berekeningen of op onnauwkeurigheden in onze berekeningen wijzen? Schrijf uw opmerkingen en aanbevelingen in het blok onder het artikel.