Obliczanie podgrzewania wody: wzory, zasady, przykłady realizacji

Używanie wody jako chłodziwa w systemie grzewczym jest jedną z najpopularniejszych opcji zapewniania ciepła w domu w zimnych porach roku. Trzeba tylko odpowiednio zaprojektować, a następnie dokończyć instalację systemu. W przeciwnym razie ogrzewanie będzie nieskuteczne przy wysokich kosztach paliwa, co, jak widać, jest niezwykle nieciekawe przy dzisiejszych cenach energii.

Niemożliwe jest niezależne obliczenie podgrzewania wody (dalej zwane CBO) bez użycia specjalistycznych programów, ponieważ obliczenia wykorzystują złożone wyrażenia, których wartości nie można ustalić za pomocą konwencjonalnego kalkulatora. W tym artykule szczegółowo przeanalizujemy algorytm wykonywania obliczeń, podamy odpowiednie formuły, biorąc pod uwagę przebieg obliczeń na konkretnym przykładzie.

Uzupełniony materiał zostanie uzupełniony tabelami z wartościami i wskaźnikami referencyjnymi, które są potrzebne podczas obliczeń, zdjęciami tematycznymi i filmem, na którym pokazano wyraźny przykład obliczeń za pomocą programu.

Obliczanie bilansu cieplnego obudowy

Aby wprowadzić instalację grzewczą, w której woda działa jako substancja krążąca, należy najpierw dokonać dokładności obliczenia hydrauliczne.

Podczas opracowywania, wdrażania dowolnego rodzaju systemu grzewczego należy znać bilans cieplny (dalej - TB). Znając moc cieplną do utrzymania temperatury w pomieszczeniu, możesz wybrać odpowiedni sprzęt i prawidłowo rozłożyć jego obciążenie.

Zimą w pomieszczeniu występują pewne straty ciepła (dalej - TP). Większość energii przechodzi przez otaczające elementy i otwory wentylacyjne. Nieznaczne wydatki dotyczą infiltracji, ogrzewania obiektów itp.

TP zależą od warstw, z których składają się otaczające struktury (dalej - OK). Nowoczesne materiały budowlane, w szczególności izolacja, mają niski poziom współczynnik przewodzenia ciepła (zwany dalej CT), przez co wydalane jest przez nie mniej ciepła. W przypadku domów o tej samej powierzchni, ale o innej strukturze OK, koszty ciepła będą się różnić.

Oprócz określenia TP ważne jest obliczenie TB domu. Wskaźnik bierze pod uwagę nie tylko ilość energii opuszczającej pomieszczenie, ale także ilość energii niezbędnej do utrzymania pewnych miar stopnia w domu.

Najdokładniejsze wyniki zapewniają wyspecjalizowane programy przeznaczone dla konstruktorów. Dzięki nim można wziąć pod uwagę więcej czynników wpływających na TP.

Największa ilość ciepła opuszcza pomieszczenie przez ściany, podłogę, dach, a najmniej - przez drzwi, otwory okienne

Z wysoką dokładnością możesz obliczyć TP domu za pomocą formuł.

Całkowite zużycie ciepła w domu oblicza się za pomocą równania:

Q = Q_ok + Q_v,

Gdzie Q_ok - ilość ciepła opuszczającego pomieszczenie przez OK; Q_v - koszty wentylacji termicznej.

Straty wynikające z wentylacji są brane pod uwagę, jeśli powietrze wchodzące do pomieszczenia ma niższą temperaturę.

Obliczenia zwykle uwzględniają OK, wprowadzając jedną stronę ulicy. Są to ściany zewnętrzne, podłoga, dach, drzwi i okna.

Ogólne TP Q_ok równa sumie TP każdego OK, to znaczy:

Q_ok = ∑Q_św + ∑Q_ok + ∑Q_dv + ∑Q_ptl + ∑Q_pl,

Gdzie:

• Q_św - wartość ścian TP;
• Q_ok - okna TP;
• Q_dv - drzwi TP;
  
• Q_ptl - sufit TP;
  
• Q_pl - podłoga TP.

Jeśli podłoga lub sufit mają nierówną strukturę na całym obszarze, wówczas TP oblicza się dla każdego miejsca osobno.

Obliczanie strat ciepła za pomocą OK

Do obliczeń wymagane są następujące informacje:

• struktura ściany, użyte materiały, ich grubość, CT;
• temperatura zewnętrzna w wyjątkowo mroźnej pięciodniowej zimie w mieście;
• Obszar OK;
• orientacja OK;
• Zalecana temperatura w domu w zimie.

Aby obliczyć TP, musisz znaleźć całkowity opór cieplny R._ok. Aby to zrobić, sprawdź opór cieplny R₁, R₂, R₃, ..., R_n każda warstwa jest OK.

Współczynnik R_n obliczone według wzoru:

Rn = B / k,

We wzorze: B. - grubość warstwy OK w mm, k - CT każdej warstwy.

Całkowite R można określić za pomocą wyrażenia:

R = ∑R_n

Producenci drzwi i okien zwykle podają współczynnik R w paszporcie do produktu, więc nie ma potrzeby obliczania go osobno.

Nie można obliczyć oporu cieplnego okien, ponieważ dane techniczne zawierają już niezbędne informacje, co upraszcza obliczanie TP

Ogólna formuła obliczania TP za pomocą OK jest następująca:

Q_ok = ∑S × (t_vnt - t_nar) × R × l,

W wyrażeniu:

• S. - powierzchnia OK, m²;
• t_vnt - pożądana temperatura pokojowa;
• t_nar - temperatura powietrza na zewnątrz;
• R - współczynnik oporu, obliczany osobno lub pobrany z paszportu produktu;
• l - współczynnik udoskonalenia uwzględniający orientację ścian w stosunku do punktów kardynalnych.

Obliczanie TB pozwala wybrać sprzęt o wymaganej wydajności, co eliminuje prawdopodobieństwo deficytu cieplnego lub jego nadwyżki. Niedobór energii cieplnej jest kompensowany przez zwiększenie przepływu powietrza przez wentylację, nadmiar - poprzez zainstalowanie dodatkowego sprzętu grzewczego.

Koszty wentylacji termicznej

Ogólna formuła obliczania TP wentylacji jest następująca:

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

Zmienne mają następujące znaczenie w wyrażeniu:

• L._n - przychodzące koszty powietrza;
• p_vnt - gęstość powietrza w określonej temperaturze w pomieszczeniu;
• c - pojemność cieplna powietrza;
• t_vnt - temperatura w domu;
• t_nar - temperatura powietrza zewnętrznego.

Jeśli wentylacja jest zainstalowana w budynku, wówczas parametr L_n zaczerpnięte z parametrów technicznych urządzenia. Jeśli nie ma wentylacji, pobierany jest standardowy wskaźnik konkretnej wymiany powietrza równy 3 m³ na godzinę.

Na tej podstawie L._n obliczone według wzoru:

L._n = 3 × S._pl,

W wyrazie S._pl - powierzchnia podłogi.

2% wszystkich strat ciepła stanowi infiltracja, 18% - wentylacja. Jeśli pomieszczenie jest wyposażone w system wentylacji, w obliczeniach uwzględnia się TP przez wentylację, a infiltracja nie jest brana pod uwagę

Następnie obliczyć gęstość powietrza p_vnt w danej temperaturze t_vnt.

Możesz to zrobić według wzoru:

p_vnt = 353 / (273 + t_vnt),

Właściwa pojemność cieplna c = 1.0005.

Jeśli wentylacja lub infiltracja nie są zorganizowane, w ścianach występują pęknięcia lub dziury, wówczas obliczenie TP przez otwory należy powierzyć specjalnym programom.

W naszym drugim artykule podaliśmy szczegółowy przykład obliczeń inżynierii cieplnej budynki z konkretnymi przykładami i wzorami.

Przykład obliczenia bilansu ciepła

Zastanówmy się nad domem o wysokości 2,5 m, szerokości 6 mi długości 8 m, położonym w mieście Okha w regionie Sachalin, gdzie termometr termometru spada do -29 stopni w bardzo zimnym 5-dniowym okresie.

W wyniku pomiaru temperaturę gleby ustawiono na +5. Zalecana temperatura wewnątrz konstrukcji wynosi +21 stopni.

Najwygodniej jest zobrazować schemat domu na papierze, wskazując nie tylko długość, szerokość i wysokość budynku, ale także orientację w odniesieniu do punktów kardynalnych, a także lokalizację, wymiary okien i drzwi

Ściany omawianego domu składają się z:

• mur o grubości B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• wełna mineralna B = 0,05 m, k = 0,05;
• Oblicowania B = 0,09 m, k = 0,26.

Przy określaniu k lepiej jest skorzystać z tabel przedstawionych na stronie internetowej producenta lub znaleźć informacje w paszporcie technicznym produktu.

Znając przewodność cieplną, można wybrać najbardziej efektywne materiały z punktu widzenia izolacji termicznej. Na podstawie powyższej tabeli najbardziej wskazane jest stosowanie płyt z wełny mineralnej i styropianu w budownictwie

Podłoga składa się z następujących warstw:

• Płyty OSB B = 0,1 m, k = 0,13;
• wełna mineralna B = 0,05 m, k = 0,047;
• jastrych cementowy B = 0,05 m, k = 0,58;
• styropian B = 0,06 m, k = 0,043.

W domu nie ma piwnicy, a podłoga ma taką samą strukturę na całym obszarze.

Sufit składa się z warstw:

• arkusze suchej zabudowy B = 0,025 m, k = 0,21;
• izolacja B = 0,05 m, k = 0,14;
• płyta dachowa B = 0,05 m, k = 0,043.

Dom ma tylko 6 dwukomorowych okien ze szkłem I i argonem. Z paszportu technicznego dla produktów wiadomo, że R = 0,7. Okna mają wymiary 1,1x1,4 m.

Drzwi mają wymiary 1x2,2 m, wskaźnik R = 0,36.

Krok # 1 - obliczenie strat ciepła na ścianie

Ściany na całym obszarze składają się z trzech warstw. Najpierw obliczamy ich całkowity opór cieplny.

Dlaczego warto skorzystać ze wzoru:

R = ∑R_n,

i wyrażenie:

R_n = B / k

Biorąc pod uwagę wstępne informacje, otrzymujemy:

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

Po nauce R możemy zacząć obliczać TP ścian północnych, południowych, wschodnich i zachodnich.

Dodatkowe czynniki uwzględniają osobliwości położenia ścian w stosunku do punktów kardynalnych. Zazwyczaj podczas zimnej pogody powstaje „róża wiatrów” w części północnej, w wyniku czego TP po tej stronie będą wyższe niż po drugiej

Obliczamy powierzchnię północnej ściany:

S._sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Następnie podstawiając do formuły Q_ok = ∑S × (t_vnt - t_nar) × R × l i biorąc pod uwagę, że l = 1,1, otrzymujemy:

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

Obszar południowej ściany S_yuch.st = S_sev.st = 20.

W ścianie nie ma wbudowanych okien ani drzwi, dlatego przy współczynniku l = 1 otrzymujemy następujący TP:

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

Dla ścian zachodniej i wschodniej współczynnik l = 1,05. Dlatego możesz znaleźć łączną powierzchnię tych ścian, to znaczy:

S._zap.st + S_vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

W ścianach wbudowanych jest 6 okien i jedne drzwi. Obliczamy całkowitą powierzchnię okien i drzwi S:

S._ok = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S._dv = 1 × 2.2 = 2.2

Zdefiniuj ściany S z wyłączeniem okien i drzwi S:

S._{vost + zap} = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56

Obliczamy całkowity TP ścian wschodnich i zachodnich:

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

Po otrzymaniu wyników obliczamy ilość ciepła opuszczającego ściany:

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

Całkowita całkowita TP ścian wynosi 6 kW.

Krok # 2 - obliczenie okien i drzwi TP

Okna znajdują się na wschodniej i zachodniej ścianie, dlatego przy obliczaniu współczynnika l = 1,05. Wiadomo, że struktura wszystkich struktur jest taka sama, a R = 0,7.

Korzystając z wartości powyższego obszaru, otrzymujemy:

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

Wiedząc, że dla drzwi R = 0,36 i S = 2,2 definiujemy ich TP:

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

W rezultacie 340 W ciepła wychodzi przez okna, a 42 W przez drzwi.

Krok # 3 - określenie TP podłogi i sufitu

Oczywiście powierzchnia sufitu i podłogi będzie taka sama i zostanie obliczona w następujący sposób:

S._pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Obliczamy całkowity opór cieplny podłogi, biorąc pod uwagę jego strukturę.

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

Znając tę ​​temperaturę gleby t_nar= + 5 i biorąc pod uwagę współczynnik l = 1, obliczamy podłogę Q:

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

Zaokrąglając, uzyskujemy, że strata ciepła w podłodze wynosi około 3 kW.

W obliczeniach TP należy wziąć pod uwagę warstwy, które wpływają na izolację termiczną, na przykład beton, płyty, cegły, grzejniki itp.

Określ opór cieplny sufitu R._ptl i jego 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

Wynika z tego, że prawie 6 kW przechodzi przez sufit i podłogę.

Krok # 4 - obliczyć TP wentylacji

Wentylacja wewnętrzna jest zorganizowana, obliczona według wzoru:

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

W oparciu o charakterystykę techniczną jednostkowy transfer ciepła wynosi 3 metry sześcienne na godzinę, to znaczy:

L._n = 3 × 48 = 144.

Aby obliczyć gęstość, używamy wzoru:

p_vnt = 353 / (273 + t_vnt).

Obliczona temperatura pokojowa wynosi +21 stopni.

Wentylacja TP nie jest obliczana, jeśli system jest wyposażony w urządzenie grzewcze

Podstawiając znane wartości, otrzymujemy:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Zastępujemy liczby uzyskane w powyższym wzorze:

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

Biorąc pod uwagę TP dla wentylacji, całkowita Q budynku będzie wynosić:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Po przeliczeniu na kW uzyskujemy całkowitą stratę ciepła 16 kW.

Funkcje obliczania CBO

Po znalezieniu wskaźnika TP przystępują do obliczeń hydraulicznych (dalej - GR).

Na tej podstawie uzyskuje się informacje o następujących wskaźnikach:

• optymalna średnica rur, które przy spadku ciśnienia będą w stanie przepuścić określoną ilość chłodziwa;
• przepływ chłodziwa w pewnym obszarze;
• prędkość wody;
• wartość rezystywności.

Przed rozpoczęciem obliczeń, aby uprościć obliczenia, przedstawiają schemat przestrzenny układu, w którym wszystkie jego elementy są ustawione równolegle względem siebie.

Schemat pokazuje system grzewczy z górnym okablowaniem, ruch płynu chłodzącego jest ślepym zaułkiem

Rozważ główne etapy obliczeń podgrzewania wody.

GR głównego pierścienia cyrkulacyjnego

Metodologia obliczania GR opiera się na założeniu, że we wszystkich pionach i rozgałęzieniach różnice temperatur są takie same.

Algorytm obliczeniowy wygląda następująco:

1. Na pokazanym schemacie, biorąc pod uwagę straty ciepła, obciążenia cieplne są przykładane do urządzeń grzewczych, pionów.
2. Na podstawie schematu wybierz główny pierścień cyrkulacyjny (dalej - HCC). Osobliwością tego pierścienia jest to, że ciśnienie cyrkulacji na jednostkę długości pierścienia przyjmuje najmniejszą wartość.
3. HCC jest podzielony na sekcje o stałym zużyciu ciepła. Dla każdej sekcji należy podać liczbę, obciążenie termiczne, średnicę i długość.

W układzie pionowym z pojedynczą rurką jako fcc przyjmuje się pierścień, przez który przechodzi najbardziej obciążony pion, gdy woda przepływa w ślepym zaułku lub wzdłuż sieci. Bardziej szczegółowo rozmawialiśmy o łączeniu pierścieni cyrkulacyjnych w systemie jednoprzewodowym i wyborze głównego w następnym artykule. Osobno zwróciliśmy uwagę na kolejność obliczeń, używając konkretnego przykładu dla przejrzystości.

W systemach pionowych typu dwururowego fcc przechodzi przez dolne urządzenie grzewcze, które ma maksymalne obciążenie podczas ślepej uliczki lub związanego z nią ruchu wody

W układzie poziomym typu z pojedynczą rurką fcc musi mieć najniższe ciśnienie cyrkulacji i jednostkę długości pierścienia. Do systemów z naturalny obieg Sytuacja jest podobna.

W przypadku pionowych układów GR typu pojedynczego rurki przepływowe, regulowane przepływowe pionowe, mające ujednolicone węzły w swoim składzie, są uważane za pojedynczy obwód. W pionach z sekcjami zamykającymi dokonuje się separacji, biorąc pod uwagę rozkład wody w rurociągu każdego węzła instrumentu.

Zużycie wody w danym miejscu oblicza się według wzoru:

G._kont = (3,6 × Q_kont × β₁ × β₂) / ((t_r - t₀) × c)

W wyrażeniu znaki alfabetyczne mają następujące znaczenie:

• Q_kont - obciążenie termiczne obwodu;
• β_1, β₂ - dodatkowe współczynniki tabelaryczne uwzględniające wymianę ciepła w pomieszczeniu;
• c - pojemność cieplna wody wynosi 4,187;
• t_r - temperatura wody w linii zasilającej;
• t₀ - temperatura wody w linii powrotnej.

Po określeniu średnicy i ilości wody konieczne jest poznanie prędkości jej ruchu i wartości rezystywności R. Wszystkie obliczenia są najwygodniej przeprowadzane za pomocą specjalnych programów.

GH wtórnego pierścienia obiegowego

Po GR głównego pierścienia określa się ciśnienie w małym pierścieniu cyrkulacyjnym utworzonym przez jego najbliższe taśmy pionowe, biorąc pod uwagę, że straty ciśnienia mogą różnić się nie więcej niż o 15% w przypadku impasu i nie więcej niż o 5% w przypadku impasu.

Jeśli nie można powiązać straty ciśnienia, zainstaluj podkładkę przepustnicy, której średnicę oblicza się metodami programowymi.

Obliczanie baterii grzejnikowych

Wróćmy do planu domu znajdującego się powyżej. Na podstawie obliczeń stwierdzono, że do utrzymania bilansu cieplnego potrzeba 16 kW energii. W tym domu znajduje się 6 pomieszczeń do różnych celów - salon, łazienka, kuchnia, sypialnia, korytarz, hol wejściowy.

Na podstawie wymiarów konstrukcji można obliczyć objętość V:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m³

Następnie musisz znaleźć ilość energii cieplnej na metr³. Aby to zrobić, Q należy podzielić przez znaleziony wolumin, to znaczy:

P = 16000/120 = 133 W na m³

Następnie musisz ustalić, ile mocy cieplnej jest potrzebne do jednego pomieszczenia. Na schemacie powierzchnia każdego pokoju została już obliczona.

Zdefiniuj głośność:

• łazienka – 4.19×2.5=10.47;
• pokój dzienny – 13.83×2.5=34.58;
• kuchnia – 9.43×2.5=23.58;
• sypialnia – 10.33×2.5=25.83;
• korytarz – 4.10×2.5=10.25;
• korytarz – 5.8×2.5=14.5.

W obliczeniach należy również wziąć pod uwagę pomieszczenia, w których nie ma baterii grzewczych, na przykład korytarz.

Korytarz jest ogrzewany w sposób pasywny, ciepło wejdzie do niego z powodu cyrkulacji powietrza termicznego podczas ruchu ludzi, przez drzwi itp.

Określ wymaganą ilość ciepła dla każdego pomieszczenia, mnożąc objętość pomieszczenia przez wskaźnik R.

Otrzymujemy wymaganą moc:

• do łazienki - 10,47 × 133 = 1392 W;
• do salonu - 34,58 × 133 = 4599 W;
• do kuchni - 23,58 × 133 = 3136 W;
• do sypialni - 25,83 × 133 = 3435 W;
• na korytarz - 10,25 × 133 = 1363 W;
• na korytarz - 14,5 × 133 = 1889 W.

Przechodzimy do obliczenia baterii grzejnika. Użyjemy grzejników aluminiowych, których wysokość wynosi 60 cm, moc w temperaturze 70 wynosi 150 watów.

Obliczamy wymaganą liczbę akumulatorów chłodnicy:

• łazienka – 1392/150=10;
• pokój dzienny – 4599/150=31;
• kuchnia – 3136/150=21;
• sypialnia – 3435/150=23;
• korytarz – 1889/150=13.

Wymagana suma: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 baterii grzejnikowych.

Na naszej stronie znajdują się również inne artykuły, w których szczegółowo przeanalizowaliśmy procedurę wykonywania obliczeń termicznych systemu grzewczego, obliczania mocy grzejników i rur grzewczych krok po kroku. A jeśli twój system przyjmie obecność ciepłych podłóg, musisz wykonać dodatkowe obliczenia.

Wszystkie te problemy zostały omówione bardziej szczegółowo w naszych następujących artykułach:

• Obliczenia termiczne systemu grzewczego: jak poprawnie obliczyć obciążenie systemu
• Obliczanie grzejników: jak obliczyć wymaganą liczbę i moc baterii
• Obliczanie objętości rury: zasady obliczania i zasady obliczania w litrach i metrach sześciennych
• Jak wykonać obliczenie ciepłej podłogi na przykładzie systemu wodnego
• Obliczanie rur do ogrzewania podłogowego: rodzaje rur, metody i etap układania + obliczanie przepływu

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Na filmie można zobaczyć przykład obliczania podgrzewania wody, który odbywa się za pomocą programu Valtec:

Obliczenia hydrauliczne najlepiej przeprowadzać za pomocą specjalnych programów, które gwarantują wysoką dokładność obliczeń, biorąc pod uwagę wszystkie niuanse projektu.

Czy specjalizujesz się w obliczaniu systemów grzewczych wykorzystujących wodę jako czynnik chłodzący i chcesz uzupełnić nasz artykuł przydatnymi formułami, podzielić się tajemnicą zawodową?

A może chcesz skupić się na dodatkowych obliczeniach lub wskazać nieścisłości w naszych obliczeniach? Napisz swoje uwagi i rekomendacje w bloku pod tym artykułem.