Obliczenia termiczne systemu grzewczego: jak poprawnie obliczyć obciążenie systemu

Obliczenia projektowe i termiczne instalacji grzewczej są obowiązkowym etapem aranżacji ogrzewania domu. Głównym zadaniem czynności obliczeniowych jest określenie optymalnych parametrów kotła i układu grzejnikowego.

Zgadzam się, na pierwszy rzut oka może się wydawać, że tylko inżynier może przeprowadzić obliczenia inżynierii cieplnej. Jednak nie wszystko jest tak skomplikowane. Znając algorytm działań, okaże się, że samodzielnie wykona niezbędne obliczenia.

Artykuł szczegółowo określa procedurę obliczeniową i zawiera wszystkie niezbędne formuły. Dla lepszego zrozumienia przygotowaliśmy przykład obliczeń termicznych dla prywatnego domu.

Obliczenia termiczne ogrzewania: zamówienie ogólne

Klasyczne obliczenia termiczne systemu grzewczego są skonsolidowanym dokumentem technicznym, który obejmuje obowiązkowe standardowe metody obliczeń etapowych.

Ale przed przestudiowaniem tych obliczeń głównych parametrów musisz zdecydować o samej koncepcji systemu grzewczego.

System grzewczy charakteryzuje się wymuszonym doprowadzaniem i mimowolnym odprowadzaniem ciepła w pomieszczeniu.

Główne zadania obliczania i projektowania systemu grzewczego:

• najbardziej niezawodnie określają straty ciepła;
• określić ilość i warunki stosowania chłodziwa;
• dobierać elementy generowania, przemieszczenia i wymiany ciepła tak dokładnie, jak to możliwe.

Podczas budowy systemy grzewcze Konieczne jest początkowe zebranie różnych danych na temat pomieszczenia / budynku, w którym będzie używany system grzewczy. Po wykonaniu obliczeń parametrów termicznych układu przeanalizuj wyniki operacji arytmetycznych.

Na podstawie uzyskanych danych komponenty systemu grzewczego są wybierane przy późniejszym zakupie, instalacji i uruchomieniu.

Ogrzewanie to system wieloskładnikowy zapewniający zatwierdzony reżim temperaturowy w pomieszczeniu / budynku. Jest to osobna część kompleksu komunikacyjnego nowoczesnego mieszkania

Warto zauważyć, że określona metoda obliczeń termicznych pozwala dokładnie obliczyć dużą liczbę wielkości, które konkretnie opisują przyszły system grzewczy.

W wyniku obliczeń termicznych dostępne będą następujące informacje:

• liczba strat ciepła, moc kotła;
• liczba i rodzaj grzejników osobno dla każdego pomieszczenia;
• charakterystyka hydrauliczna rurociągu;
• objętość, prędkość płynu chłodzącego, moc pompy ciepła.

Obliczenia termiczne nie są zarysem teoretycznym, ale dość dokładnymi i rozsądnymi wynikami, które zaleca się stosować w praktyce przy wyborze elementów systemu grzewczego.

Normy temperatury pokojowej

Przed wykonaniem jakichkolwiek obliczeń parametrów systemu należy przynajmniej znać kolejność oczekiwanych wyników, a także mieć znormalizowane charakterystyki niektórych wielkości tabelarycznych, które należy podstawić do wzorów lub zorientować na nie.

Wykonując obliczenia parametrów z takimi stałymi, możesz być pewien niezawodności pożądanego dynamicznego lub stałego parametru systemowego.

W przypadku lokali o różnych celach istnieją normy odniesienia dla warunków temperaturowych lokali mieszkalnych i niemieszkalnych. Standardy te są zapisane w tak zwanym GOST

W przypadku systemu grzewczego jednym z tych globalnych parametrów jest temperatura pokojowa, która powinna być stała niezależnie od sezonu i warunków środowiskowych.

Zgodnie z przepisami norm i przepisów sanitarnych istnieją różnice temperatur w stosunku do letnich i zimowych okresów roku. System klimatyzacji odpowiada za reżim temperaturowy pomieszczenia w sezonie letnim, zasada jego obliczania jest szczegółowo opisana w ten artykuł.

Ale temperatura pokojowa w zimie jest zapewniona przez system grzewczy. Dlatego interesują nas zakresy temperatur i ich tolerancje dla odchyleń w sezonie zimowym.

Większość dokumentów regulacyjnych określa następujące zakresy temperatur, które pozwalają osobie czuć się komfortowo w pomieszczeniu.

Do pomieszczeń biurowych niemieszkalnych do 100 m²:

• 22–24 ° C - optymalna temperatura powietrza;
• 1 ° C - dopuszczalna fluktuacja.

Do pomieszczeń biurowych o powierzchni większej niż 100 m² temperatura wynosi 21-23 ° C. W przypadku pomieszczeń niemieszkalnych typu przemysłowego zakresy temperatur różnią się znacznie w zależności od przeznaczenia pomieszczenia i ustalonych standardów ochrony pracy.

Komfortowa temperatura w pomieszczeniu dla każdej osoby jest „własna”.Ktoś lubi być bardzo ciepły w pokoju, ktoś wygodny, gdy pokój jest chłodny - wszystko jest dość indywidualne

W przypadku lokali mieszkalnych: mieszkań, domów prywatnych, osiedli itp. Istnieją pewne zakresy temperatur, które można dostosować w zależności od życzeń mieszkańców.

A jednak dla konkretnych pokoi w mieszkaniu i domu mamy:

• 20–22 ° C - mieszkalne, w tym pokój dziecięcy, tolerancja ± 2 ° С -
• 19–21 ° C - kuchnia, toaleta, tolerancja ± 2 ° C;
• 24-26 ° C - wanna, prysznic, basen, tolerancja ± 1 ° C;
• 16–18 ° C - korytarze, korytarze, klatki schodowe, spiżarnie, tolerancja + 3 ° C

Należy zauważyć, że istnieje kilka innych podstawowych parametrów, które wpływają na temperaturę w pomieszczeniu i na których należy się skupić przy obliczaniu systemu grzewczego: wilgotność (40-60%), stężenie tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu (250: 1), prędkość powietrza masy (0,13-0,25 m / s) itp.

Obliczanie strat ciepła w domu

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki (fizyka szkolna), nie ma spontanicznego transferu energii z mniej podgrzanych do bardziej ogrzanych obiektów mini lub makro. Szczególnym przypadkiem tego prawa jest „pragnienie” stworzenia równowagi temperaturowej między dwoma układami termodynamicznymi.

Na przykład pierwszy system to środowisko o temperaturze -20 ° C, drugi system to budynek o temperaturze wewnętrznej + 20 ° C. Zgodnie z powyższym prawem te dwa systemy będą dążyć do zrównoważenia poprzez wymianę energii. Nastąpi to poprzez utratę ciepła z drugiego systemu i chłodzenie w pierwszym.

Z całą pewnością możemy powiedzieć, że temperatura otoczenia zależy od szerokości geograficznej, na której znajduje się prywatny dom. Różnica temperatur wpływa na wielkość przenikania ciepła z budynku (+)

Przez utratę ciepła rozumie się mimowolne uwalnianie ciepła (energii) z określonego obiektu (domu, mieszkania). W przypadku zwykłego mieszkania proces ten nie jest tak „zauważalny” w porównaniu z prywatnym domem, ponieważ mieszkanie znajduje się w budynku i „sąsiaduje” z innymi mieszkaniami.

W prywatnym domu przez ściany zewnętrzne, podłogę, dach, okna i drzwi, w takim czy innym stopniu, ciepło „opuszcza”.

Znając wielkość strat ciepła w najbardziej niesprzyjających warunkach pogodowych i charakterystykę tych warunków, możliwe jest obliczenie mocy systemu grzewczego z dużą dokładnością.

Tak więc objętość przenikania ciepła z budynku oblicza się według następującego wzoru:

Q = Q_płeć+ Q_ściana+ Q_okno+ Q_dach+ Q_drzwi+ ... + Q_jagdzie

Qi - wielkość strat ciepła z jednolitego wyglądu skorupy budynku.

Każdy składnik formuły obliczany jest według formuły:

Q = S * ΔT / Rgdzie

• Q - wyciek ciepła, V;
• S. - powierzchnia określonego rodzaju konstrukcji, sq. m;
• ∆T - różnica temperatur otoczenia i powietrza w pomieszczeniu, ° C;
• R - odporność termiczna określonego rodzaju konstrukcji, m²* ° C / W.

Wartość oporu cieplnego dla rzeczywistych materiałów zaleca się wziąć z tabel pomocniczych.

Ponadto opór cieplny można uzyskać, stosując następujący stosunek:

R = d / kgdzie

• R - odporność termiczna, (m²* K) / W;
• k - przewodność cieplna materiału, W / (m²* K);
• d - grubość tego materiału, m

W starych domach z wilgotną konstrukcją dachową przenikanie ciepła występuje przez górną część budynku, a mianowicie przez dach i poddasze. Przeprowadzanie wydarzeń dla izolacja sufitu lub izolacja dachu poddasza rozwiązać ten problem.

Jeśli zaizolujesz poddasze i dach, wówczas całkowite straty ciepła z domu mogą zostać znacznie zmniejszone

W domu występuje jeszcze kilka rodzajów strat ciepła przez pęknięcia w konstrukcjach, system wentylacji, okap kuchenny, otwieranie okien i drzwi. Ale wzięcie pod uwagę ich objętości nie ma sensu, ponieważ stanowią one nie więcej niż 5% całkowitej liczby dużych wycieków ciepła.

Określenie mocy kotła

Aby utrzymać różnicę temperatur między otoczeniem a temperaturą w domu, potrzebny jest niezależny system grzewczy, który utrzymuje pożądaną temperaturę w każdym pomieszczeniu w prywatnym domu.

Podstawy systemu grzewczego są różne rodzaje kotłów: paliwo płynne lub stałe, elektryczne lub gazowe.

Kocioł jest centralną jednostką systemu grzewczego, która wytwarza ciepło. Główną cechą kotła jest jego moc, a mianowicie współczynnik konwersji to ilość ciepła na jednostkę czasu.

Po obliczeniu obciążenia cieplnego do ogrzewania uzyskujemy wymaganą moc znamionową kotła.

W przypadku zwykłego mieszkania wielopokojowego moc kotła oblicza się na podstawie powierzchni i mocy właściwej:

P._kocioł= (S_lokale* P_specyficzne)/10gdzie

• S._lokale - całkowita powierzchnia ogrzewanego pomieszczenia;
• P._{przedwcześnie} - moc właściwa w stosunku do warunków klimatycznych.

Ale ta formuła nie uwzględnia strat ciepła, które wystarczają w prywatnym domu.

Istnieje inny związek, który uwzględnia ten parametr:

P._kocioł= (Q_straty* S) / 100gdzie

• P._kocioł - moc kotła;
• Q_straty - utrata ciepła;
• S. - ogrzewany obszar.

Należy zwiększyć moc znamionową kotła. Rezerwa jest konieczna, jeśli planowane jest zastosowanie kotła do podgrzewania wody w łazience i kuchni.

W większości systemów grzewczych domów prywatnych zaleca się stosowanie zbiornika wyrównawczego, w którym będzie przechowywane zapasy chłodziwa. Każdy prywatny dom potrzebuje ciepłej wody

W celu uwzględnienia rezerwy mocy kotła w ostatnim wzorze należy dodać współczynnik bezpieczeństwa K:

P._kocioł= (Q_straty* S * K) / 100gdzie

To - będzie wynosić 1,25, czyli pojemność obliczeniowa kotła zostanie zwiększona o 25%.

Zatem pojemność kotła zapewnia możliwość utrzymania standardowej temperatury powietrza w pomieszczeniach budynku, a także posiadania początkowej i dodatkowej objętości ciepłej wody w domu.

Funkcje wyboru grzejników

Standardowymi komponentami zapewniającymi ciepło w pomieszczeniu są grzejniki, panele, systemy ogrzewania podłogowego, konwektory itp. Najczęstszymi częściami systemu ogrzewania są grzejniki.

Grzejnik jest specjalną pustą konstrukcją typu modułowego wykonaną ze stopu o wysokim rozpraszaniu ciepła. Wykonany jest ze stali, aluminium, żeliwa, ceramiki i innych stopów. Zasada działania grzejnika sprowadza się do emisji energii z chłodziwa do przestrzeni pomieszczenia przez „płatki”.

Aluminiowy i bimetalowy grzejnik zastąpił masywne akumulatory żeliwne. Łatwość produkcji, wysokie rozpraszanie ciepła, udana konstrukcja i konstrukcja sprawiły, że produkt ten jest popularnym i rozpowszechnionym narzędziem do emitowania ciepła w pomieszczeniu.

Istnieje kilka technik obliczanie grzejników w pokoju. Poniższa lista metod jest posortowana w kolejności rosnącej dokładności.

Opcje obliczeń:

1. Według obszaru. N = (S * 100) / C, gdzie N jest liczbą sekcji, S jest powierzchnią pomieszczenia (m²), C - przenikanie ciepła jednej sekcji grzejnika (W, pobrane z paszportu lub certyfikatu dla produktu), 100 W - ilość przepływu ciepła wymagana do podgrzania 1 m² (wartość empiryczna). Powstaje pytanie: jak wziąć pod uwagę wysokość sufitu pomieszczenia?
2. Według objętości. N = (S * H ​​* 41) / C, gdzie N, S, C jest podobne. N - wysokość pomieszczenia, 41 W - ilość przepływu ciepła niezbędna do ogrzania 1 m³ (wartość empiryczna).
3. Według współczynników. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, gdzie N, S, C i 100 są podobne. k1 - biorąc pod uwagę liczbę kamer w podwójnie oszklonym oknie okna pokoju, k2 - izolacja termiczna ścian, k3 - stosunek powierzchni okien do powierzchni pomieszczenia, k4 - średnia minus temperatura w najzimniejszym tygodniu zimy, k5 - liczba ścian zewnętrznych pomieszczenia (które „wychodzą” na ulicę), k6 - rodzaj pomieszczenia na górze, k7 - wysokość sufitu.

Jest to najdokładniejsza opcja do obliczania liczby sekcji. Oczywiście ułamkowe wyniki obliczeń są zawsze zaokrąglane do następnej liczby całkowitej.

Obliczenia hydrauliczne zaopatrzenia w wodę

Oczywiście „obraz” obliczania ciepła do ogrzewania nie może być kompletny bez obliczenia takich cech, jak objętość i prędkość płynu chłodzącego.W większości przypadków czynnikiem chłodzącym jest zwykła woda w stanie skupienia płynnym lub gazowym.

Rzeczywistą objętość chłodziwa zaleca się obliczyć, sumując wszystkie wnęki w systemie grzewczym. W przypadku kotła jednoprzewodowego jest to najlepsza opcja. Przy stosowaniu kotłów dwuprzewodowych w systemie grzewczym należy wziąć pod uwagę koszty ciepłej wody do celów higienicznych i innych celów domowych

Obliczanie objętości wody podgrzewanej przez dwuprzewodowy kocioł w celu zapewnienia mieszkańcom ciepłej wody i podgrzewanie chłodziwa odbywa się poprzez zsumowanie wewnętrznej objętości obwodu grzewczego i rzeczywistych potrzeb użytkowników w podgrzewanej wodzie.

Objętość ciepłej wody w systemie grzewczym oblicza się według wzoru:

W = k * Pgdzie

• W. - objętość nośnika ciepła;
• P. - moc kotła grzewczego;
• k - współczynnik mocy (liczba litrów na jednostkę mocy wynosi 13,5, zakres wynosi 10-15 litrów).

W rezultacie ostateczna formuła wygląda następująco:

W = 13,5 * P

Prędkość płynu chłodzącego jest końcową dynamiczną oceną układu grzewczego, która charakteryzuje szybkość krążenia płynu w układzie.

Ta wartość pomaga ocenić rodzaj i średnicę rurociągu:

V = (0,86 * P * μ) / ΔTgdzie

• P. - moc kotła;
• μ - sprawność kotła;
• ∆T - różnica temperatur między wodą dostarczaną i powrotną.

Stosując powyższe metody obliczenia hydrauliczne, możliwe będzie uzyskanie rzeczywistych parametrów, które są „fundamentem” przyszłego systemu grzewczego.

Przykład obliczeń termicznych

Jako przykład obliczenia ciepła znajduje się zwykły 1-piętrowy dom z czterema salonami, kuchnią, łazienką, „ogrodem zimowym” i pomieszczeniami gospodarczymi.

Podstawa wykonana jest z monolitycznej płyty żelbetowej (20 cm), ściany zewnętrzne są betonowe (25 cm) z gipsem, dach to podłogi wykonane z drewnianych belek, dach to dachówka metalowa i wełna mineralna (10 cm)

Wskaż początkowe parametry domu, niezbędne do obliczeń.

Wymiary budynku:

• wysokość podłogi - 3 m;
• małe okno z przodu iz tyłu budynku 1470 * 1420 mm;
• duże okno fasady 2080 * 1420 mm;
• drzwi wejściowe 2000 * 900 mm;
• tylne drzwi (wyjście na taras) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Całkowita szerokość budynku 9,5 m², długość 16 m². Ogrzewane będą tylko salony (4 szt.), Łazienka i kuchnia.

Aby dokładnie obliczyć straty ciepła na ścianach z obszaru ścian zewnętrznych, musisz odjąć powierzchnię wszystkich okien i drzwi - jest to zupełnie inny rodzaj materiału z jego odpornością termiczną

Zaczynamy od obliczenia obszarów jednorodnych materiałów:

• powierzchnia podłogi - 152 m²;
• powierzchnia dachu - 180 m² , biorąc pod uwagę wysokość poddasza 1,3 m i szerokość wybiegu - 4 m;
• powierzchnia okna - 3 * 1,47 * 1,42 + 2,08 * 1,42 = 9,22 m²;
• powierzchnia drzwi - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m².

Powierzchnia ścian zewnętrznych wyniesie 51 * 3-9,22-7,4 = 136,38 m².

Przechodzimy do obliczenia strat ciepła na każdym materiale:

• Q_płeć= S * ΔT * k / d = 152 * 20 * 0,2 / 1,7 = 357,65 W;
• Q_dach= 180 * 40 * 0,1 / 0,05 = 14400 W;
• Q_okno= 9,22 * 40 * 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
• Q_drzwi= 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 W;

Jak również Q_ściana odpowiada 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. Suma wszystkich strat ciepła wyniesie 19628,4 watów.

W rezultacie obliczamy moc kotła: P_kocioł= Q_straty* S_{pokój grzewczy}* 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.

Obliczymy liczbę sekcji grzejników dla jednego z pomieszczeń. Dla wszystkich innych obliczenia są podobne. Na przykład pokój narożny (lewy, dolny róg schematu) ma 10,4 m2.

Dlatego 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.

W tym pomieszczeniu potrzebnych jest 9 sekcji grzejnika o przenikaniu ciepła 180 watów.

Przechodzimy do obliczenia ilości chłodziwa w systemie - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 litra. Tak więc prędkość płynu chłodzącego będzie wynosić: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) / 20 = 812,7 l.

W rezultacie pełny obrót całkowitej objętości płynu chłodzącego w układzie będzie równy 2,87 razy w ciągu jednej godziny.

Wybór artykułów na temat obliczeń termicznych pomoże określić dokładne parametry elementów systemu grzewczego:

1. Obliczanie systemu ogrzewania prywatnego domu: zasady i przykłady obliczeń
2. Obliczenia termotechniczne budynku: specyfika i wzory do wykonywania obliczeń + przykłady praktyczne

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Proste obliczenie systemu ogrzewania dla prywatnego domu przedstawiono w poniższej recenzji:

Wszystkie subtelności i ogólnie przyjęte metody obliczania strat ciepła w budynku pokazano poniżej:

Inna opcja obliczania wycieków ciepła w typowym domu prywatnym:

Ten film mówi o funkcjach obiegu nośnika energii do ogrzewania domu:

Obliczenia termiczne systemu grzewczego mają charakter indywidualny, muszą być wykonane poprawnie i dokładnie. Im dokładniejsze będą obliczenia, tym mniej będzie musiał przepłacać właścicielom wiejskiego domu podczas pracy.

Czy masz doświadczenie w przeprowadzaniu obliczeń termicznych instalacji grzewczej? Lub masz pytania na ten temat? Podziel się swoją opinią i zostawiaj komentarze. Blok informacji zwrotnej znajduje się poniżej.