Beregning av vannoppvarming: formler, regler, eksempler på implementering

Å bruke vann som kjølevæske i et varmesystem er et av de mest populære alternativene for å gi hjemmet ditt varme i den kalde årstiden. Du trenger bare å utforme riktig og deretter fullføre installasjonen av systemet. Ellers vil oppvarming være ineffektiv til høye drivstoffkostnader, som du forstår er ekstremt uinteressant i dagens energipriser.

Det er umulig å uavhengig beregne vannoppvarming (heretter kalt CBO) uten å bruke spesialiserte programmer, fordi beregningene bruker komplekse uttrykk, hvis verdier ikke kan bestemmes ved bruk av en konvensjonell kalkulator. I denne artikkelen vil vi analysere detaljert algoritmen for å utføre beregninger, gi de aktuelle formlene, med tanke på forløpet av beregningene ved å bruke et spesifikt eksempel.

Tilleggsmateriale vil bli supplert med tabeller med verdier og referanseindikatorer som er nødvendige under beregningene, tematiske bilder og en video der et tydelig eksempel på beregning ved bruk av programmet vises.

Beregning av varmebalansen i boliger

For innføring av et varmeanlegg, der vann fungerer som et sirkulerende stoff, er det nødvendig å først gjøre nøyaktig hydrauliske beregninger.

Når du utvikler, implementerer alle typer varmesystemer, er det nødvendig å kjenne til varmebalansen (heretter - TB). Når du kjenner til den termiske kraften for å opprettholde temperaturen i rommet, kan du velge riktig utstyr og fordele belastningen riktig.

Om vinteren lider rommet visse varmetap (heretter - TP). Hovedtyngden av energien går gjennom de omsluttende elementene og ventilasjonsåpningene. Ubetydelige utgifter er for infiltrasjon, oppvarming av gjenstander, etc.

TP er avhengig av lagene som de lukkende strukturer består av (heretter - OK). Moderne byggematerialer, spesielt isolasjon, har et lavt varmeledningsevne koeffisient (heretter kalt CT), på grunn av hvilken mindre varme blir utvist gjennom dem. For hus med samme område, men med en annen OK struktur, vil varmekostnadene variere.

I tillegg til å bestemme TP, er det viktig å beregne TB til et hjem. Indikatoren tar ikke bare hensyn til mengden energi som forlater rommet, men også mengden nødvendig kraft for å opprettholde visse gradstiltak i huset.

De mest nøyaktige resultatene er levert av spesialiserte programmer designet for byggherrer. Takket være dem er det mulig å ta hensyn til flere faktorer som påvirker TP.

Den største mengden varme forlater rommet gjennom vegger, gulv, tak, minst - gjennom dører, vindusåpninger

Med høy nøyaktighet kan du beregne hjemmets TP ved å bruke formler.

Husets totale varmeforbruk beregnes av ligningen:

Q = Q_ok + Sp_v,

hvor Q_ok - mengden varme som forlater rommet gjennom OK; Q_v - termisk ventilasjonskostnader.

Tap gjennom ventilasjon tas med i betraktningen hvis luften som kommer inn i rommet har lavere temperatur.

Beregningene tar vanligvis hensyn til OK når de kommer inn på den ene siden av gaten. Dette er yttervegger, gulv, tak, dører og vinduer.

Generelt TP Q_ok lik summen av TP for hver OK, det vil si:

Q_ok = ∑Q_st + ∑Q_okn + ∑Q_dv + ∑Q_PTL + ∑Q_pl,

der:

• Q_st verdien av TP-vegger;
• Q_okn - TP-vinduer;
• Q_dv - TP-dører;
  
• Q_PTL - TP tak;
  
• Q_pl - TP-gulv.

Hvis gulvet eller taket har en ulik struktur over hele området, beregnes TP for hvert sted separat.

Beregning av varmetap gjennom OK

For beregninger er følgende informasjon nødvendig:

• veggkonstruksjon, brukte materialer, deres tykkelse, CT;
• utetemperaturen på en ekstremt kald vinter på fem dager i byen;
• OK område;
• orientering OK;
• Anbefalt hjemmetemperatur om vinteren.

For å beregne TP, må du finne den totale termiske motstanden R_ca.. For å gjøre dette, finn ut den termiske motstanden R₁, R₂, R₃, ..., R_n hvert lag er OK.

Koeffisient R_n beregnet med formelen:

Rn = B / k,

I formelen: B - lagtykkelse OK i mm, k - CT av hvert lag.

Den totale R kan bestemmes av uttrykket:

R = ∑R_n

Produsenter av dører og vinduer indikerer vanligvis koeffisienten R i passet til produktet, så det er ikke nødvendig å beregne det separat.

Den termiske motstanden til vinduene kan ikke beregnes, fordi de tekniske dataene allerede inneholder nødvendig informasjon, noe som forenkler beregningen av TP

Den generelle formelen for beregning av TP gjennom OK er som følger:

Q_ok = ∑S × (t_VNT - t_nar) × R × l,

I uttrykket:

• S - området OK, m²;
• t_VNT - ønsket romtemperatur;
• t_nar - utetemperatur;
• R - motstandskoeffisient, beregnet separat eller hentet fra produktpasset;
• l - en forfiningskoeffisient som tar hensyn til veggenes orientering i forhold til kardinalpunktene.

Beregning av TB lar deg velge utstyr med den nødvendige kapasiteten, som eliminerer sannsynligheten for et varmeunderskudd eller dets overskudd. Underskuddet av termisk energi kompenseres ved å øke luftstrømmen gjennom ventilasjonen, overskuddet - ved å installere ekstra varmeutstyr.

Termisk ventilasjon koster

Den generelle formelen for beregning av ventilasjon TP er som følger:

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

Variabler har følgende betydninger i et uttrykk:

• L_n - innkommende luftkostnader;
• p_VNT - lufttetthet ved en viss temperatur i rommet;
• c - varmekapasitet på luft;
• t_VNT - temperatur i huset;
• t_nar - utetemperatur.

Hvis ventilasjon er installert i bygningen, så parameter L_n hentet fra de tekniske egenskapene til enheten. Hvis det ikke er ventilasjon, tas en standardindikator for spesifikk luftutveksling lik 3 m³ per time.

Basert på dette, L_n beregnet med formelen:

L_n = 3 × S_pl,

I uttrykk S_pl - gulvareal.

2% av alle varmetap står for infiltrasjon, 18% - ved ventilasjon. Hvis rommet er utstyrt med et ventilasjonssystem, tas TP gjennom ventilasjon med i beregningene, og infiltrasjon blir ikke tatt med i betraktningen

Beregn deretter lufttettheten p_VNT ved en gitt temperatur t_VNT.

Du kan gjøre dette med formelen:

p_VNT = 353 / (273 + t_VNT),

Spesifikk varmekapasitet c = 1.0005.

Hvis ventilasjon eller infiltrasjon er uorganisert, det er sprekker eller hull i veggene, bør beregningen av TP gjennom hull overlates til spesielle programmer.

I vår andre artikkel ga vi en detaljert eksempel på beregning av varmeteknikk bygninger med spesifikke eksempler og formler.

Eksempel på beregning av varmebalanse

Tenk på et hus som er 2,5 m høyt, 6 m bredt og 8 m langt, som ligger i byen Okha i Sakhalin-regionen, hvor termometeret termometer faller til -29 grader i en ekstremt kald 5-dagers periode.

Som et resultat av målingen ble jordtemperaturen satt til +5. Den anbefalte temperaturen inne i strukturen er +21 grader.

Det er mest praktisk å tegne et diagram av huset på papir, som indikerer ikke bare bygningens lengde, bredde og høyde, men også orienteringen i forhold til kardinalpunktene, samt plassering, dimensjoner på vinduer og dører.

Veggene i det aktuelle huset består av:

• teglverk med en tykkelse på B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• mineralull B = 0,05 m, k = 0,05;
• Flater B = 0,09 m, k = 0,26.

Når du bestemmer k, er det bedre å bruke tabellene som presenteres på produsentens nettsted, eller å finne informasjon i det tekniske passet til produktet.

Når du kjenner til varmeledningsevnen, er det mulig å velge de mest effektive materialene med tanke på varmeisolasjon. Basert på tabellen over er det mest tilrådelig å bruke mineralullplater og ekspandert polystyren i konstruksjonen

Gulvet består av følgende lag:

• OSB-plater B = 0,1 m, k = 0,13;
• mineralull B = 0,05 m, k = 0,047;
• sementmasse B = 0,05 m, k = 0,58;
• polystyrenskum B = 0,06 m, k = 0,043.

Det er ingen kjeller i huset, og gulvet har samme struktur over hele området.

Taket består av lag:

• gipsark B = 0,025 m, k = 0,21;
• isolasjon B = 0,05 m, k = 0,14;
• takplate B = 0,05 m, k = 0,043.

Huset har bare 6 dobbeltkammervinduer med I-glass og argon. Fra det tekniske passet for produktene er det kjent at R = 0,7. Windows har dimensjoner 1,1x1,4 m.

Dører har dimensjoner 1x2,2 m, indikator R = 0,36.

Trinn 1 - beregning av tap av varmetap på veggen

Vegger over hele området består av tre lag. Først beregner vi deres totale termiske motstand.

Hvorfor bruke formelen:

R = ∑R_n,

og uttrykk:

R_n = B / k

Med den første informasjonen får vi:

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

Etter å ha lært R, kan vi begynne å beregne TP for de nordlige, sørlige, østlige og vestlige veggene.

Ytterligere faktorer tar hensyn til særegenhetene til plasseringen av veggene i forhold til kardinalpunktene. Vanligvis dannes en "vindros" i den nordlige delen ved kaldt vær, som et resultat av at TP'ene på denne siden vil være høyere enn på den andre

Vi beregner arealet av nordveggen:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Deretter erstatter du formelen Q_ok = ∑S × (t_VNT - t_nar) × R × l og med tanke på at l = 1.1, får vi:

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

South Wall Area S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Det er ingen innebygde vinduer eller dører i veggen, derfor gitt koeffisienten l = 1, oppnår vi følgende TP:

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

For vestre og østlige vegger er koeffisienten l = 1,05. Derfor kan du finne det totale arealet av disse veggene, det vil si:

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

6 vinduer og en dør er innebygd i veggene. Vi beregner det totale arealet av vinduer og S-dører:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definer S-vegger unntatt S-vinduer og dører:

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

Vi beregner den totale TP for øst- og vestre vegger:

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

Etter å ha mottatt resultatene beregner vi mengden varme som går igjen gjennom veggene:

Qst = Q_sev.st + Sp_yuch.st + Sp_{vost + zap} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Total TP for veggene er 6 kW.

Trinn 2 - beregning av TP-vinduer og -dører

Vinduene er plassert på øst- og vestre vegger, ved beregning av koeffisienten l = 1,05. Det er kjent at strukturen til alle strukturer er den samme og R = 0,7.

Ved å bruke verdiene for området over, får vi:

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

Når vi vet at for dører R = 0,36 og S = 2,2, definerer vi deres TP:

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

Som et resultat går 340 W varme gjennom vinduene, og 42 W gjennom dørene.

Trinn 3 - å bestemme TP for gulv og tak

Åpenbart vil taket og gulvet være det samme, og beregnes slik:

S_pol = S_PTL = 6 × 8 = 48

Vi beregner den totale termiske motstanden til gulvet, under hensyntagen til dens struktur.

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

Vel vitende om at jordens temperatur t_nar= + 5 og tar hensyn til koeffisienten l = 1, beregner vi gulvet Q:

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

Avrunding får vi at varmetapet på gulvet er omtrent 3 kW.

I TP-beregninger er det nødvendig å ta hensyn til lagene som påvirker varmeisolasjon, for eksempel betong, plater, teglverk, varmeovner, etc.

Bestem den termiske motstanden til taket R_PTL og dets 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

Det følger at nesten 6 kW forlater gjennom tak og gulv.

Trinn 4 - beregne ventilasjons-TP

Innendørs ventilasjon er organisert, beregnet etter formelen:

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

Basert på de tekniske egenskapene, er den spesifikke varmeoverføringen 3 kubikkmeter i timen, det vil si:

L_n = 3 × 48 = 144.

For å beregne tettheten bruker vi formelen:

p_VNT = 353 / (273 + t_VNT).

Den beregnede romtemperaturen er +21 grader.

TP-ventilasjon beregnes ikke hvis systemet er utstyrt med en luftvarmeanordning

Ved å erstatte de kjente verdiene, oppnår vi:

p_VNT = 353/(273+21) = 1.2

Vi erstatter tallene oppnådd i formelen ovenfor:

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

Gitt TP for ventilasjon, vil den totale Q for bygningen være:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Konvertering til kW, oppnår vi et samlet varmetap på 16 kW.

Funksjoner ved beregning av CBO

Etter å ha funnet TP-indikatoren, fortsetter de til hydraulisk beregning (heretter - GR).

Basert på den innhentes informasjon om følgende indikatorer:

• den optimale diameteren på rørene, som når trykket synker vil kunne passere en gitt mengde kjølevæske;
• kjølevæskestrøm i et bestemt område;
• vann hastighet;
• resistivitetsverdi.

Før de starter beregningene, for å forenkle beregningene, skildrer de et romlig diagram over systemet som alle elementene er anordnet parallelt med hverandre.

Diagrammet viser et varmesystem med øvre ledninger, kjølevæskebevegelsen er en blindvei

Vurder hovedstadiene i beregningen av vannoppvarming.

GR av hovedsirkulasjonsringen

GR-beregningsmetodikken er basert på antagelsen at temperaturforskjellene er de samme i alle stigerør og grener.

Beregningsalgoritmen er som følger:

1. I diagrammet som er vist, med hensyn til varmetap, påføres varmebelastninger på varmeapparater, stigerør.
2. Velg hovedsirkulasjonsring (heretter - HCC) basert på ordningen. Det særegne ved denne ringen er at sirkulasjonstrykket per lengdeenhet på ringen i den har minst verdi.
3. HCC er delt inn i seksjoner med konstant varmeforbruk. Angi antall, termisk belastning, diameter og lengde for hver seksjon.

I det vertikale enkeltrørssystemet blir ringen som den mest belastede stigerøret passerer gjennom når vannet strømmer i en blindvei eller langs strømledningen gjennom, tatt som fcc. Vi snakket mer detaljert om å koble sirkulasjonsringer i et enkelt-rørsystem og velge den viktigste i neste artikkel. Vi tok hver for seg oppmerksomhet på rekkefølgen på beregninger, ved å bruke et spesifikt eksempel for klarhet.

I vertikale systemer av to-rørs type passerer fcc gjennom den nedre varmeinnretningen, som har en maksimal belastning under blindvei eller tilhørende vannbevegelse

I et horisontalt system av enrørstype må fcc ha det laveste sirkulasjonstrykket og en enhet av ringlengde. For systemer med naturlig sirkulasjon Situasjonen er lik.

Med GR-stigerør av et vertikalt system av en-rørstype, regnes gjennomstrømning, strømningsjusterbare stigerør, med enhetlige noder i sammensetningen, som en enkelt krets. For stigerør med lukkende seksjoner foretas separasjon under hensyntagen til fordelingen av vann i rørledningen til hver instrumentnode.

Vannforbruk på et gitt sted beregnes med formelen:

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

I uttrykket har alfabetiske tegn følgende betydninger:

• Q_kont - termisk belastning på kretsen;
• β_1, β₂ - ekstra tabellkoeffisienter som tar hensyn til varmeoverføringen i rommet;
• c - varmekapasiteten til vann er 4.187;
• t_r - vanntemperatur i tilførselsledningen;
• t₀ - vanntemperatur i returlinjen.

Etter å ha bestemt diameteren og mengden vann, er det nødvendig å kjenne hastigheten på dens bevegelse og verdien av resistiviteten R. Alle beregninger blir mest praktisk utført ved bruk av spesielle programmer.

GH for den sekundære sirkulasjonsringen

Etter GR av hovedringen bestemmes trykket i den lille sirkulasjonsringen dannet gjennom dens nærmeste stigerør, idet man tar i betraktning at trykktapet ikke kan variere med mer enn 15% med en dødgang og ikke mer enn 5% med en passerende.

Hvis det ikke er mulig å relatere trykktapet, må du installere en gasspyler, hvis diameter beregnes ved å bruke programvaremetoder.

Beregning av radiatorbatterier

La oss gå tilbake til planen for huset som ligger ovenfor. Gjennom beregninger ble det funnet at 16 kW energi ville være nødvendig for å opprettholde varmebalansen. I dette huset er det 6 lokaler for forskjellige formål - en stue, et bad, et kjøkken, et soverom, en korridor, en entré.

Basert på dimensjonene til strukturen, kan du beregne volumet V:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 moh³

Deretter må du finne mengden termisk kraft per m³. For å gjøre dette, må Q deles med det funnet volumet, det vil si:

P = 16000/120 = 133 W per m³

Deretter må du bestemme hvor mye varmekraft som kreves for ett rom. I diagrammet er arealet til hvert rom allerede beregnet.

Definer volumet:

• et bad – 4.19×2.5=10.47;
• stue – 13.83×2.5=34.58;
• kjøkkenet – 9.43×2.5=23.58;
• soverommet – 10.33×2.5=25.83;
• korridor – 4.10×2.5=10.25;
• gangen – 5.8×2.5=14.5.

I beregningene må du også vurdere rom der det ikke er varmebatterier, for eksempel en korridor.

Korridoren varmes opp på en passiv måte, varme kommer inn i den på grunn av sirkulasjon av termisk luft under bevegelse av mennesker, gjennom døråpninger, etc.

Bestem den nødvendige mengden varme for hvert rom, multipliser volumet av rommet med indikatoren R.

Vi får den nødvendige kraften:

• til badet - 10,47 × 133 = 1392 W;
• til stuen - 34,58 × 133 = 4599 W;
• til kjøkkenet - 23,58 × 133 = 3136 W;
• til soverommet - 25,83 × 133 = 3435 W;
• for korridoren - 10,25 × 133 = 1363 W;
• for gangen - 14,5 × 133 = 1889 W.

Vi fortsetter med beregningen av radiatorbatterier. Vi vil bruke radiatorer i aluminium, hvis høyde er 60 cm, med en temperatur på 70 er 150 watt.

Vi beregner nødvendig antall radiatorbatterier:

• et bad – 1392/150=10;
• stue – 4599/150=31;
• kjøkkenet – 3136/150=21;
• soverommet – 3435/150=23;
• gangen – 1889/150=13.

Totalt nødvendig: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 radiatorbatterier.

Nettstedet vårt har også andre artikler der vi i detalj undersøkte prosedyren for å utføre termisk beregning av varmesystemet, trinnvis beregning av kraften til radiatorer og varmerør. Og hvis systemet antar tilstedeværelsen av varme gulv, må du utføre ytterligere beregninger.

Alle disse problemene blir dekket mer detaljert i følgende artikler:

• Termisk beregning av et varmesystem: hvordan du beregner belastningen på et system korrekt
• Beregning av oppvarmingsradiatorer: hvordan beregne det nødvendige antall og effekt på batterier
• Beregning av rørvolum: beregningsprinsipper og beregningsregler i liter og kubikk
• Hvordan lage en beregning av et varmt gulv ved å bruke eksemplet på et vannsystem
• Beregning av rør for gulvvarme: typer rør, metoder og leggingstrinn + beregning av strømning

Konklusjoner og nyttig video om emnet

I videoen kan du se et eksempel på beregning av vannoppvarming, som utføres ved hjelp av Valtec-programmet:

Hydrauliske beregninger utføres best ved hjelp av spesielle programmer som garanterer høy nøyaktighet i beregningene, ta hensyn til alle nyansene i designen.

Spesialiserer du deg i å beregne varmesystemer som bruker vann som kjølevæske og ønsker å supplere artikkelen vår med nyttige formler, dele profesjonelle hemmeligheter?

Eller kanskje du vil fokusere på tilleggsberegninger eller påpeke unøyaktigheter i beregningene våre? Skriv kommentarer og anbefalinger i blokken under artikkelen.