Calculul termic al unui sistem de încălzire: modul de calculare corectă a sarcinii pe un sistem

Proiectarea și calculul termic al sistemului de încălzire este o etapă obligatorie în amenajarea încălzirii la domiciliu. Sarcina principală a activităților de calcul este determinarea parametrilor optimi ai centralei și ai sistemului de radiatoare.

De acord, la prima vedere poate părea că doar un inginer poate efectua un calcul de inginerie termică. Totuși, nu totul este atât de complicat. Cunoscând algoritmul de acțiuni, se va dovedi să efectueze în mod independent calculele necesare.

Articolul prezintă în detaliu procedura de calcul și oferă toate formulele necesare. Pentru o mai bună înțelegere, am pregătit un exemplu de calcul termic pentru o casă privată.

Calculul termic al încălzirii: ordine generală

Calculul termic clasic al sistemului de încălzire este un document tehnic consolidat, care include metodele standard de etapă obligatorii de calcul.

Dar înainte de a studia aceste calcule ale parametrilor principali, trebuie să decideți asupra conceptului sistemului de încălzire în sine.

Sistemul de încălzire se caracterizează prin alimentarea forțată și eliminarea involuntară a căldurii în cameră.

Principalele sarcini de calcul și proiectare a sistemului de încălzire:

• cel mai fiabil determină pierderea de căldură;
• determinați cantitatea și condițiile de utilizare a lichidului de răcire;
• selectați cât mai precis elementele de generare, deplasare și transfer de căldură.

În timpul construcției sisteme de încălzire Este necesar să colectați inițial o varietate de date despre camera / clădirea în care va fi utilizat sistemul de încălzire. După efectuarea calculului parametrilor termici ai sistemului, analizați rezultatele operațiunilor aritmetice.

Pe baza datelor obținute, componentele sistemului de încălzire sunt selectate odată cu achiziția, instalarea și punerea în funcțiune ulterioară.

Încălzirea este un sistem multicomponent pentru asigurarea regimului de temperatură aprobat într-o cameră / clădire. Este o parte separată a complexului de comunicații al unei locuințe moderne

Este de remarcat faptul că metoda specificată de calcul termic vă permite să calculați cu exactitate un număr mare de cantități care descriu în mod specific viitorul sistem de încălzire.

În urma calculului termic, vor fi disponibile următoarele informații:

• numărul pierderilor de căldură, puterea cazanului;
• numărul și tipul caloriferelor pentru fiecare cameră separat;
• caracteristicile hidraulice ale conductei;
• volumul, viteza lichidului de răcire, puterea pompei de căldură.

Calculul termic nu este o schemă teoretică, ci rezultate destul de exacte și rezonabile, care se recomandă a fi utilizate în practică la selectarea componentelor unui sistem de încălzire.

Standarde de temperatura camerei

Înainte de a efectua calcule ale parametrilor sistemului, este necesar, cel puțin, să cunoaștem ordinea rezultatelor așteptate, precum și să avem caracteristici standardizate ale unor cantități tabulare care trebuie înlocuite în formule sau orientate pe acestea.

Prin efectuarea calculelor parametrilor cu astfel de constante, puteți fi sigur de fiabilitatea parametrului de sistem dinamic sau constant dorit.

Pentru spații cu diverse scopuri, există standarde de referință pentru condițiile de temperatură ale spațiilor rezidențiale și nerezidențiale. Aceste standarde sunt consacrate în așa-numitul GOST

Pentru un sistem de încălzire, unul dintre acești parametri globali este temperatura camerei, care ar trebui să fie constantă indiferent de anotimp sau de condițiile de mediu.

Conform reglementărilor standardelor și reglementărilor sanitare, există diferențe de temperatură în raport cu perioadele de vară și de iarnă ale anului. Sistemul de climatizare este responsabil de regimul de temperatură al încăperii în sezonul estival, principiul calculului său este descris în detaliu în detaliu acest articol.

Însă temperatura camerei în timpul iernii este asigurată de sistemul de încălzire. Prin urmare, ne interesează intervalele de temperatură și toleranțele acestora pentru abaterile sezonului de iarnă.

Majoritatea documentelor de reglementare specifică următoarele intervale de temperatură, care permit unei persoane să fie confortabilă într-o cameră.

Pentru spații de birou nerezidențiale de până la 100 m²:

• 22-24 ° C - temperatura aerului optim;
• 1 ° C - fluctuație admisibilă.

Pentru spații de tip birou cu o suprafață mai mare de 100 m² temperatura este de 21-23 ° C. Pentru spațiile nerezidențiale de tip industrial, temperaturile variază foarte mult în funcție de scopul camerei și de standardele de protecție a muncii stabilite.

Temperatura confortabilă a fiecărei persoane este „proprie”.Cineva îi place să fie foarte cald în cameră, cineva confortabil când camera este rece - totul este destul de individual

În ceea ce privește spațiile rezidențiale: apartamente, case private, moșii etc., există anumite intervale de temperatură care pot fi ajustate în funcție de dorințele rezidenților.

Și totuși, pentru camerele specifice ale unui apartament și unei case avem:

• 20-22 ° C - rezidențial, inclusiv camera copiilor, toleranță ± 2 ° С -
• 19-21 ° C - bucătărie, toaletă, toleranță ± 2 ° C;
• 24-26 ° C - baie, duș, piscină, toleranță ± 1 ° C;
• 16-18 ° C - coridoare, holuri, scări, cămară, toleranță + 3 ° C

Este important să rețineți că există mai mulți parametri de bază care afectează temperatura din cameră și pe care trebuie să vă concentrați atunci când calculați sistemul de încălzire: umiditatea (40-60%), concentrația de oxigen și dioxid de carbon în aer (250: 1), viteza aerului mase (0,13-0,25 m / s) etc.

Calculul pierderilor de căldură din casă

Conform celei de-a doua legi a termodinamicii (fizica școlii), nu există un transfer spontan de energie de la mai puțin încălzit la mini sau obiecte macro mai încălzite. Un caz special al acestei legi este „dorința” de a crea echilibrul de temperatură între două sisteme termodinamice.

De exemplu, primul sistem este un mediu cu o temperatură de -20 ° C, al doilea sistem este o clădire cu o temperatură internă de + 20 ° C. În conformitate cu legea de mai sus, aceste două sisteme vor căuta să se echilibreze prin schimbul de energie. Acest lucru se va produce prin pierderea de căldură din cel de-al doilea sistem și răcire în primul.

Putem spune cu siguranță că temperatura ambientală depinde de latitudinea la care se află casa privată. Și diferența de temperatură afectează cantitatea de scurgeri de căldură din clădire (+)

Prin pierderea de căldură se înțelege eliberarea involuntară de căldură (energie) dintr-un anumit obiect (casă, apartament). Pentru un apartament obișnuit, acest proces nu este atât de „vizibil” în comparație cu o casă privată, deoarece apartamentul este situat în interiorul clădirii și este „învecinat” cu alte apartamente.

Într-o casă privată prin pereții exteriori, podea, acoperiș, ferestre și uși, într-un grad sau altul, căldura „pleacă”.

Cunoscând cantitatea de pierdere de căldură pentru cele mai nefavorabile condiții meteorologice și caracteristicile acestor condiții, este posibilă calcularea puterii sistemului de încălzire cu o precizie ridicată.

Deci, volumul de scurgeri de căldură din clădire este calculat după următoarea formulă:

Q = Q_etaj+ Q_zidul+ Q_fereastra+ Q_acoperișul+ Q_ușa+ ... + Î_euunde

Qi - cantitatea de pierdere de căldură din aspectul uniform al învelișului clădirii.

Fiecare componentă a formulei este calculată după formula:

Q = S * ΔT / Runde

• Q - scurgeri de căldură, V;
• S - suprafața unui anumit tip de structură, mp. m;
• AT - diferența de temperatură a mediului ambiant și interior, ° C;
• R - rezistența termică a unui anumit tip de structură, m²* ° C / W

Valoarea rezistenței termice pentru materialele reale este recomandată să fie luată din tabelele auxiliare.

În plus, rezistența termică poate fi obținută folosind următorul raport:

R = d / kunde

• R - rezistență termică, (m²* K) / W;
• k - conductibilitatea termică a materialului, W / (m²* K);
• d - grosimea acestui material, m

În casele vechi cu o structură umedă de acoperiș, scurgerile de căldură apar prin partea superioară a clădirii, și anume prin acoperiș și mansardă. Realizarea evenimentelor pentru izolarea tavanului sau izolarea acoperișului mansardă rezolvați această problemă.

Dacă izolați spațiul mansardei și acoperișul, atunci pierderea totală de căldură din casă poate fi redusă semnificativ

În casă există mai multe tipuri de pierderi de căldură prin fisuri în structuri, sistem de ventilație, hota aragazului, deschiderea geamurilor și a ușilor. Dar a ține cont de volumul lor nu are sens, deoarece acestea nu reprezintă mai mult de 5% din numărul total de scurgeri majore de căldură.

Determinarea puterii cazanului

Pentru a menține diferența de temperatură între mediu și temperatura din interiorul casei, este nevoie de un sistem independent de încălzire care să mențină temperatura dorită în fiecare cameră a unei case private.

Baza sistemului de încălzire este diferită tipuri de cazane: combustibil lichid sau solid, electric sau gaz.

Cazanul este unitatea centrală a sistemului de încălzire care generează căldură. Principala caracteristică a cazanului este puterea sa, și anume, rata de conversie este cantitatea de căldură pe unitatea de timp.

După calcularea sarcinii termice pentru încălzire, obținem puterea nominală a cazanului.

Pentru un apartament obișnuit cu mai multe camere, puterea cazanului este calculată în zona și puterea specifică:

P_cazan= (S_cameră* P_specific)/10unde

• S_cameră - suprafața totală a camerei încălzite;
• P_udellnaya - putere specifică în raport cu condițiile climatice.

Dar această formulă nu ține cont de pierderea de căldură, care este suficientă într-o casă privată.

Există o altă relație care ține cont de acest parametru:

P_cazan= (Q_pierdere* S) / 100unde

• P_cazan - puterea cazanului;
• Q_pierdere - pierderea de căldură;
• S - zonă încălzită.

Capacitatea nominală a cazanului trebuie crescută. O rezervă este necesară dacă este planificată utilizarea unui cazan pentru încălzirea apei pentru baie și bucătărie.

În majoritatea sistemelor de încălzire a caselor private, este recomandat să utilizați un rezervor de expansiune în care va fi depozitată cantitatea de răcire. Fiecare casă privată are nevoie de apă caldă

Pentru a asigura rezerva de energie a cazanului în ultima formulă, este necesar să adăugați factorul de siguranță K:

P_cazan= (Q_pierdere* S * K) / 100unde

K - va fi egal cu 1,25, adică capacitatea de proiectare a cazanului va fi crescută cu 25%.

Astfel, capacitatea cazanului oferă posibilitatea de a menține temperatura aerului standard în camerele clădirii, precum și de a avea un volum inițial și suplimentar de apă caldă în casă.

Caracteristici ale selecției caloriferelor

Componentele standard pentru furnizarea căldurii într-o cameră sunt radiatoarele, panourile, sistemele de încălzire în pardoseală, convectoare, etc. Cele mai comune părți ale unui sistem de încălzire sunt radiatoarele.

Un radiator de căldură este un design special în formă tubulară dintr-un tip modular format din aliaj cu disipație ridicată a căldurii. Este fabricat din oțel, aluminiu, fontă, ceramică și alte aliaje. Principiul de funcționare a caloriferului de încălzire este redus la emisia de energie din lichidul de răcire în spațiul camerei prin „petale”.

Radiatorul de încălzire din aluminiu și bimetal a înlocuit bateriile masive din fontă. Ușurătatea producției, disiparea căldurii ridicate, construcția și designul de succes au făcut din acest produs un instrument popular și răspândit pentru radiația de căldură într-o încăpere.

Există mai multe tehnici calculul radiatoarelor de încălzire în cameră. Următoarea listă de metode este sortată în ordinea creșterii preciziei.

Opțiuni de calcul:

1. Pe zone. N = (S * 100) / C, unde N este numărul de secțiuni, S este aria camerei (m²), C - transfer de căldură dintr-o secțiune a caloriferului (W, preluat din pașaport sau certificat de produs), 100 W - cantitatea de flux de căldură necesară pentru încălzirea 1 m² (valoare empirică). Se pune întrebarea: cum să iei în considerare înălțimea tavanului camerei?
2. După volum. N = (S * H ​​* 41) / C, unde N, S, C sunt similare. N - înălțimea camerei, 41 W - cantitatea de flux de căldură, care este necesară pentru încălzirea 1 m³ (valoare empirică).
3. Conform coeficienților. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, unde N, S, C și 100 sunt similare. k1 - ținând cont de numărul de camere dintr-o fereastră cu geam termopan al ferestrei unei camere, k2 - izolarea termică a pereților, k3 - raportul dintre suprafața ferestrelor și suprafața camerei, k4 - temperatura medie în minus în cea mai rece săptămână de iarnă, k5 - numărul pereților exteriori ai camerei (care „ies” pe stradă), k6 - tip de cameră în partea de sus, k7 - înălțimea tavanului.

Aceasta este cea mai precisă opțiune pentru calcularea numărului de secțiuni. Desigur, rezultatele fracționare ale calculelor sunt întotdeauna rotunjite la următorul număr întreg.

Calcul hidraulic al alimentării cu apă

Desigur, „imaginea” de calcul a căldurii pentru încălzire nu poate fi completă fără a calcula caracteristici precum volumul și viteza lichidului de răcire.În cele mai multe cazuri, lichidul de răcire este apa obișnuită în stare de agregare lichidă sau gazoasă.

Se recomandă calcularea volumului real al lichidului de răcire prin însumarea tuturor cavităților din sistemul de încălzire. Atunci când utilizați un cazan cu un singur circuit, aceasta este cea mai bună opțiune. Când folosiți cazane cu dublu circuit în sistemul de încălzire, este necesar să se țină seama de costurile apei calde pentru scopuri igienice și în alte scopuri menajere

Calculul volumului de apă încălzit de un cazan cu dublu circuit pentru a asigura rezidenților apă caldă și încălzirea lichidului de răcire se face prin însumarea volumului intern al circuitului de încălzire și a nevoilor reale ale utilizatorilor în apă încălzită.

Volumul de apă caldă din sistemul de încălzire este calculat după formula:

W = k * Punde

• W - volumul purtătorului de căldură;
• P - puterea cazanului de încălzire;
• k - factorul de putere (numărul de litri pe unitate de putere este de 13,5, domeniul este de 10-15 litri).

Drept urmare, formula finală arată astfel:

W = 13,5 * P

Viteza lichidului de răcire este evaluarea dinamică finală a sistemului de încălzire, care caracterizează rata de circulație a fluidului în sistem.

Această valoare ajută la evaluarea tipului și diametrului conductei:

V = (0,86 * P * μ) / ΔTunde

• P - puterea cazanului;
• μ - eficiența cazanului;
• AT - diferența de temperatură între apa furnizată și apa de retur.

Folosind metodele de mai sus calcul hidraulic, va fi posibilă obținerea unor parametri reali, care sunt „fundamentul” viitorului sistem de încălzire.

Exemplu de calcul termic

Ca exemplu de calcul al căldurii, există o casă obișnuită de 1 etaj cu patru camere de zi, o bucătărie, o baie, o „grădină de iarnă” și încăperi de utilități.

Fundația este realizată din placă de beton armat monolit (20 cm), pereții exteriori sunt din beton (25 cm) cu tencuială, acoperișul este acoperit cu grinzi de lemn, acoperișul este gresie metalică și vată minerală (10 cm)

Notăm parametrii inițiali ai casei, necesari pentru calcule.

Dimensiunile clădirii:

• înălțimea podelei - 3 m;
• o fereastră mică din față și din spate a clădirii 1470 * 1420 mm;
• fereastră mare a fațadei 2080 * 1420 mm;
• usi de intrare 2000 * 900 mm;
• uși din spate (ieșire la terasă) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Lățimea totală a clădirii 9,5 m², lungime 16 m². Se vor încălzi doar camerele de zi (4 buc), o baie și o bucătărie.

Pentru a calcula cu exactitate pierderea de căldură pe pereți din zona pereților exteriori, trebuie să scădiți suprafața tuturor ferestrelor și ușilor - acesta este un tip de material complet diferit cu rezistența sa termică

Începem prin a calcula zonele de materiale omogene:

• suprafață - 152 m²;
• zona acoperișului - 180 m² , având în vedere înălțimea mansardei 1,3 m și lățimea rulării - 4 m;
• zona ferestrei - 3 * 1,47 * 1,42 + 2,08 * 1,42 = 9,22 m²;
• zona ușii - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m².

Suprafața pereților exteriori va fi de 51 * 3-9.22-7.4 = 136,38 m².

Procedăm la calcularea pierderilor de căldură pe fiecare material:

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

La fel de Q_zidul echivalent cu 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. Suma tuturor pierderilor de căldură va fi de 19628,4 wați.

Drept urmare, calculăm puterea cazanului: P_cazan= Q_pierdere* S_{otapliv_komnat}* 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.

Vom calcula numărul de secțiuni de radiatoare pentru una dintre camere. Pentru toate celelalte, calculele sunt similare. De exemplu, camera din colț (stânga, colțul inferior al diagramei) este de 10,4 m2.

Prin urmare, 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.

Pentru această încăpere sunt necesare 9 secțiuni ale unui calorifer cu încălzire cu un transfer de căldură de 180 de wați.

Ne orientăm la calculul cantității de lichid de răcire din sistem - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 litri. Deci, viteza lichidului de răcire va fi: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) /20=812,7 l.

Drept urmare, o revoluție completă a volumului total de lichid de răcire din sistem va fi echivalentă cu 2,87 ori într-o oră.

O selecție de articole despre calculul termic va ajuta la determinarea parametrilor exacti ai elementelor sistemului de încălzire:

1. Calculul sistemului de încălzire al unei case private: reguli și exemple de calcul
2. Calcul termotehnic al unei clădiri: specificații și formule pentru efectuarea calculelor + exemple practice

Concluzii și video util pe această temă

Un simplu calcul al sistemului de încălzire pentru o casă privată este prezentat în următoarea revizuire:

Toate subtilitățile și metodele general acceptate pentru calcularea pierderilor de căldură ale unei clădiri sunt prezentate mai jos:

O altă opțiune pentru calcularea scurgerilor de căldură într-o casă privată tipică:

Acest videoclip vorbește despre caracteristicile circulației unui purtător de energie pentru încălzirea unei locuințe:

Calculul termic al sistemului de încălzire este de natură individuală, trebuie făcut corect și precis. Cu cât vor fi făcute calcule mai precise, cu atât mai puțin va trebui să plătească excesiv proprietarii unei case de țară în timpul funcționării.

Aveți experiență în efectuarea calculului termic al sistemului de încălzire? Sau aveți întrebări despre subiect? Vă rugăm să vă împărtășiți părerea și să lăsați comentarii. Blocul de feedback este situat mai jos.