Výpočet ohrevu vody: vzorce, pravidlá, príklady implementácie

Používanie vody ako chladiva vo vykurovacom systéme je jednou z najobľúbenejších možností na zabezpečenie tepla v domácnosti v chladnom období. Musíte iba správne navrhnúť a dokončiť inštaláciu systému. Inak bude kúrenie neefektívne pri vysokých nákladoch na palivo, čo, ako vidíte, je pri dnešných cenách energie nezajímavé.

Nie je možné samostatne vypočítať ohrev vody (ďalej len CBO) bez použitia špecializovaných programov, pretože pri výpočtoch sa používajú zložité výrazy, ktorých hodnoty nemožno určiť pomocou konvenčnej kalkulačky. V tomto článku budeme podrobne analyzovať algoritmus na vykonávanie výpočtov, uvedieme príslušné vzorce, berúc do úvahy priebeh výpočtov pomocou konkrétneho príkladu.

Doplnený materiál bude doplnený tabuľkami s hodnotami a referenčnými ukazovateľmi, ktoré sú potrebné pri výpočtoch, tematickými fotografiami a videom, na ktorom je uvedený jasný príklad výpočtu pomocou programu.

Výpočet tepelnej bilancie bývania

Pri zavádzaní vykurovacieho zariadenia, kde voda pôsobí ako cirkulujúca látka, je potrebné najprv spresniť hydraulické výpočty.

Pri vývoji, implementácii akéhokoľvek typu vykurovacieho systému je potrebné poznať tepelnú bilanciu (ďalej len „TB“). Vďaka znalosti tepelnej energie na udržanie teploty v miestnosti si môžete vybrať správne zariadenie a správne rozdeliť jeho zaťaženie.

V zime dochádza k určitým tepelným stratám v miestnosti (ďalej len TP). Prevažná časť energie prechádza cez uzatváracie prvky a vetracie otvory. Nepatrné náklady sú na infiltráciu, zahrievanie predmetov atď.

TP závisí od vrstiev, z ktorých sa skladajú uzatváracie štruktúry (ďalej - OK). Moderné stavebné materiály, najmä izolácia, sú nízke koeficient tepelnej vodivosti (ďalej len „CT“), v dôsledku čoho sa cez ne odvádza menej tepla. V prípade domov v rovnakej oblasti, ale s odlišnou štruktúrou OK, sa budú náklady na teplo líšiť.

Okrem stanovenia TP je dôležité vypočítať TB domu. Ukazovateľ zohľadňuje nielen množstvo energie opúšťajúcej miestnosť, ale aj množstvo potrebnej energie na udržanie určitých mier v dome.

Najpresnejšie výsledky poskytujú špecializované programy určené pre staviteľov. Vďaka nim je možné zohľadniť viac faktorov ovplyvňujúcich TP.

Najväčšie množstvo tepla opúšťa miestnosť stenami, podlahou, strechou, najmenej - dverami, okennými otvormi

S vysokou presnosťou môžete vypočítať TP domu pomocou vzorcov.

Celková spotreba tepla v dome sa vypočíta podľa rovnice:

Q = Q_ok + Q_proti,

kde Q_ok - množstvo tepla opúšťajúceho miestnosť cez OK; Q_proti - náklady na tepelnú ventiláciu.

Straty vetraním sa berú do úvahy, ak vzduch vstupujúci do miestnosti má nižšiu teplotu.

Výpočty zvyčajne berú do úvahy OK, vstupujú na jednu stranu ulice. Sú to vonkajšie steny, podlaha, strecha, dvere a okná.

Všeobecné TP Q_ok rovná súčtu TP každého OK, to je:

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

kde:

• Q_st - hodnota stien TP;
• Q_OKN - okná TP;
• Q_dv - dvere TP;
  
• Q_PTL - strop TP;
  
• Q_pl - Podlaha TP.

Ak má podlaha alebo strop nerovnomernú štruktúru po celej ploche, potom sa TP vypočíta pre každú lokalitu osobitne.

Výpočet tepelných strát pomocou OK

Na výpočty sa vyžadujú tieto informácie:

• štruktúra steny, použité materiály, ich hrúbka, CT;
• vonkajšia teplota extrémne chladnej päťdňovej zimy v meste;
• OK oblasť;
• orientácia OK;
• Odporúčaná teplota v zime v zime.

Na výpočet TP musíte nájsť celkový tepelný odpor R_ca., Na tento účel zistite tepelný odpor R₁R₂R₃, ..., R_n každá vrstva je v poriadku.

Koeficient R_n vypočítané podľa vzorca:

Rn = B / k,

Vo vzorci: B - hrúbka vrstvy je v mm, k - CT každej vrstvy.

Celkový R môže byť určený výrazom:

R = ∑R_n

Výrobcovia dverí a okien zvyčajne uvádzajú v cestovnom pase k výrobku koeficient R, takže ho nemusíte vypočítať osobitne.

Tepelný odpor okien sa nedá vypočítať, pretože technické údaje už obsahujú potrebné informácie, čo zjednodušuje výpočet TP

Všeobecný vzorec na výpočet TP pomocou OK je nasledujúci:

Q_ok = ∑S × (t_VNT - t_nar) × R × l,

Vo výraze:

• S - oblasť OK, m²;
• T_VNT - požadovaná teplota miestnosti;
• T_nar - vonkajšia teplota vzduchu;
• R - koeficient odporu vypočítaný osobitne alebo prevzatý z pasu výrobku;
• l - koeficient zušľachťovania zohľadňujúci orientáciu stien vzhľadom na svetové strany.

Výpočet TB vám umožňuje zvoliť si zariadenie s požadovanou kapacitou, čo eliminuje pravdepodobnosť tepelného deficitu alebo jeho prebytku. Deficit tepelnej energie je kompenzovaný zvýšením prietoku vzduchu cez vetranie, prebytok - inštaláciou prídavného vykurovacieho zariadenia.

Náklady na tepelnú ventiláciu

Všeobecný vzorec na výpočet ventilácie TP je nasledujúci:

Q_proti = 0,28 x 1_n × s_VNT × c × (t_VNT - t_nar),

Premenné majú nasledujúci význam vo výraze:

• L_n - náklady na leteckú dopravu;
• p_VNT - hustota vzduchu pri určitej teplote v miestnosti;
• C - tepelná kapacita vzduchu;
• T_VNT - teplota v dome;
• T_nar - vonkajšia teplota vzduchu.

Ak je v budove nainštalované vetranie, potom parameter L_n prevzaté z technických charakteristík pomôcky. Ak nie je zabezpečené vetranie, použije sa štandardný ukazovateľ špecifickej výmeny vzduchu rovný 3 m³ za hodinu.

Na základe toho L_n vypočítané podľa vzorca:

L_n = 3 x S_pl,

Vo výraze S_pl - podlahová plocha.

2% všetkých tepelných strát sú spôsobené infiltráciou, 18% - vetraním. Ak je miestnosť vybavená ventilačným systémom, potom sa pri výpočtoch zohľadňuje TP prostredníctvom ventilácie a infiltrácia sa nezohľadňuje.

Potom vypočítajte hustotu vzduchu p_VNT pri danej teplote t_VNT.

Môžete to urobiť podľa vzorca:

p_VNT = 353 / (273 + t_VNT),

Merná tepelná kapacita c = 1 0005.

Ak nie je vetranie alebo infiltrácia neorganizovaná, v stenách sú praskliny alebo diery, potom by sa mal výpočet TP cez otvory zveriť špeciálnym programom.

V našom ďalšom článku sme uviedli podrobný popis príklad výpočtu tepelného inžinierstva budovy so špecifickými príkladmi a vzorcami.

Príklad výpočtu tepelnej bilancie

Zoberme si dom s výškou 2,5 m, šírkou 6 ma dĺžkou 8 m, ktorý sa nachádza v meste Okha v oblasti Sachalin, kde teplomer teplomera klesá v extrémne chladnom 5-dňovom období na -29 stupňov.

Výsledkom merania bola teplota pôdy nastavená na +5. Odporúčaná teplota vnútri konštrukcie je +21 stupňov.

Najpohodlnejšie je znázorniť domový diagram na papieri, pričom sa uvedie nielen dĺžka, šírka a výška budovy, ale aj orientácia vzhľadom na svetové strany, ako aj umiestnenie, rozmery okien a dverí.

Steny príslušného domu pozostávajú z:

• murivo s hrúbkou B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• minerálna vlna B = 0,05 m, k = 0,05;
• Obklady B = 0,09 m, k = 0,26.

Pri určovaní hodnoty k je lepšie použiť tabuľky uvedené na webových stránkach výrobcu alebo nájsť informácie v technickom pase produktu.

Pri znalosti tepelnej vodivosti je možné zvoliť najúčinnejšie materiály z hľadiska tepelnej izolácie. Na základe vyššie uvedenej tabuľky je najvhodnejšie použiť v stavebníctve dosky z minerálnej vlny a expandovaný polystyrén

Podlahu tvoria tieto vrstvy:

• Dosky OSB B = 0,1 m, k = 0,13;
• minerálna vlna B = 0,05 m, k = 0,047;
• cementový poter B = 0,05 m, k = 0,58;
• polystyrénová pena B = 0,06 m, k = 0,043.

V dome nie je suterén a podlaha má po celej ploche rovnakú štruktúru.

Strop pozostáva z vrstiev:

• sadrokartónové dosky B = 0,025 m, k = 0,21;
• izolácia B = 0,05 m, k = 0,14;
• strešná doska B = 0,05 m, k = 0,043.

Dom má iba 6 dvojkomorových okien s I-sklom a argónom. Z technického pasu na výrobky je známe, že R = 0,7. Okná majú rozmery 1,1x1,4 m.

Dvere majú rozmery 1x2,2 m, indikátor R = 0,36.

Krok č. 1 - výpočet tepelných stien steny

Steny v celej oblasti pozostávajú z troch vrstiev. Najprv vypočítame ich celkový tepelný odpor.

Prečo používať vzorec:

R = ∑R_n,

a výraz:

R_n = B / k

Na základe počiatočných informácií dostaneme:

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

Keď sa naučíme R, môžeme začať vypočítať TP severných, južných, východných a západných stien.

Ďalšie faktory berú do úvahy zvláštnosti umiestnenia stien vo vzťahu k svetovým stranám. V chladnom počasí sa v severnej časti zvyčajne vytvára „veterná ružica“, v dôsledku čoho budú TP na tejto strane vyššie ako na druhej strane.

Vypočítame plochu severnej steny:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Potom, nahradenie do vzorca Q_ok = ∑S × (t_VNT - t_nar) × R × l a vzhľadom na to, že l = 1,1, dostaneme:

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

Oblasť južnej steny S_yuch.st = S_sev.st = 20.

V stene nie sú zabudované okná ani dvere, preto pri koeficiente l = 1 dostaneme nasledujúci TP:

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

Pre západné a východnej steny je koeficient l = 1,05. Preto nájdete celkovú plochu týchto stien:

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

Do stien je zabudovaných 6 okien a jedno dvere. Vypočítame celkovú plochu okien a dverí S:

S_OKN = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definujte steny S okrem okien a dverí S:

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

Vypočítame celkový TP východných a západných múrov:

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

Po získaní výsledkov vypočítame množstvo tepla odchádzajúceho cez steny:

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

Celkový celkový TP stien je 6 kW.

Krok # 2 - výpočet okien a dverí TP

Okná sa preto nachádzajú pri východnej a západnej stene pri výpočte koeficientu l = 1,05. Je známe, že štruktúra všetkých štruktúr je rovnaká a R = 0,7.

Pomocou hodnôt z oblasti vyššie dostaneme:

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

S vedomím, že pre dvere R = 0,36 a S = 2,2, definujeme ich TP:

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

Výsledkom je, že z okien vyteká 340 W tepla a cez dvere 42 W tepla.

Krok # 3 - určenie TP podlahy a stropu

Plocha stropu a podlahy bude samozrejme rovnaká a vypočíta sa takto:

S_pol = S_PTL = 6 × 8 = 48

Vypočítame celkový tepelný odpor podlahy s prihliadnutím na jeho štruktúru.

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

Vedieť, že teplota pôdy t_nar= + 5 a berúc do úvahy koeficient l = 1, vypočítame spodnú hranicu Q:

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

Zaokrúhľovaním sa zistí, že tepelné straty podlahy sú asi 3 kW.

Pri výpočtoch TP je potrebné vziať do úvahy vrstvy, ktoré ovplyvňujú tepelnú izoláciu, napríklad betón, dosky, tehly, ohrievače atď.

Stanovte tepelný odpor stropu R_PTL a jeho 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

Z toho vyplýva, že stropom a podlahou prechádza takmer 6 kW.

Krok č. 4 - výpočet vetrania TP

Vnútorné vetranie je usporiadané podľa vzorca:

Q_proti = 0,28 x 1_n × s_VNT × c × (t_VNT - t_nar)

Na základe technických charakteristík je špecifický prenos tepla 3 kubické metre za hodinu, to znamená:

L_n = 3 × 48 = 144.

Na výpočet hustoty používame vzorec:

p_VNT = 353 / (273 + t_VNT).

Vypočítaná teplota miestnosti je +21 stupňov.

Vetranie TP sa nevypočítava, ak je systém vybavený ohrievačom vzduchu

Nahradením známych hodnôt získame:

p_VNT = 353/(273+21) = 1.2

Nahrádzajú sa čísla získané v uvedenom vzorci:

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

Vzhľadom na TP pre vetranie bude celková Q budovy:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Pri prepočte na kW získame celkovú tepelnú stratu 16 kW.

Vlastnosti výpočtu CBO

Po nájdení indikátora TP prejdú k hydraulickému výpočtu (ďalej len GR).

Na základe toho sa získavajú informácie o týchto ukazovateľoch:

• optimálny priemer rúrok, ktoré pri poklese tlaku budú schopné prejsť daným množstvom chladiva;
• prietok chladiva v určitej oblasti;
• rýchlosť vody;
• hodnota odporu.

Pred začatím výpočtov zobrazujú priestorové schémy systému, v ktorom sú všetky jeho prvky usporiadané paralelne k sebe, aby sa zjednodušili výpočty.

Schéma zobrazuje vykurovací systém s horným zapojením, pohyb chladiacej kvapaliny je slepá ulička

Zvážte hlavné fázy výpočtov ohrevu vody.

GR hlavného cirkulačného krúžku

Metodika výpočtu GR je založená na predpoklade, že vo všetkých stúpačkách a vetvách sú teplotné rozdiely rovnaké.

Algoritmus výpočtu je nasledujúci:

1. V znázornenom diagrame, pri zohľadnení tepelných strát, sa tepelné zaťaženie aplikuje na vykurovacie zariadenia, stúpačky.
2. Na základe tejto schémy vyberte hlavný cirkulačný okruh (ďalej len „HCC“). Zvláštnosťou tohto prstenca je to, že v ňom má cirkulačný tlak na jednotku dĺžky prstenca najmenšiu hodnotu.
3. HCC je rozdelená do sekcií s konštantnou spotrebou tepla. Pre každú časť uveďte číslo, tepelné zaťaženie, priemer a dĺžka.

Vo vertikálnom systéme s jednou rúrkou sa za fcc považuje prsteň, cez ktorý prechádza najviac zaťažená stúpačka, keď voda tečie na slepom konci alebo pozdĺž potrubia. Podrobnejšie sme hovorili o prepojení cirkulačných krúžkov v jedno trubicovom systéme a výbere hlavného v nasledujúcom článku, Osobitne sme venovali pozornosť poradiu výpočtov, na objasnenie sme použili konkrétny príklad.

Vo vertikálnych systémoch dvojtrubkového typu prechádza fcc spodným vyhrievacím zariadením, ktoré má maximálne zaťaženie počas slepej uličky alebo pridruženého pohybu vody.

V horizontálnom systéme jednorúrkového typu musí mať fcc najmenší cirkulačný tlak a jednotku dĺžky krúžku. Pre systémy s prirodzený obeh Situácia je podobná.

Pri stúpačkách GR vertikálneho systému jednovrstvového typu sa prietokové stúpacie stúpačky, ktoré majú v zložení zjednotené uzly, považujú za jeden okruh. V prípade stúpačiek so uzatváracími úsekmi sa vykonáva oddelenie, pričom sa berie do úvahy distribúcia vody v potrubí každého prístrojového uzla.

Spotreba vody v danom mieste sa vypočíta podľa vzorca:

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

Vo výraze majú abecedné znaky nasledujúci význam:

• Q_kont - tepelné zaťaženie okruhu;
• β_1, β₂ - ďalšie tabuľkové koeficienty zohľadňujúce prenos tepla v miestnosti;
• C - tepelná kapacita vody je 4,187;
• T_r - teplota vody v prívodnom potrubí;
• T₀ - teplota vody vo vratnom potrubí.

Po určení priemeru a množstva vody je potrebné poznať rýchlosť jej pohybu a hodnotu odporu R. Všetky výpočty sa najvýhodnejšie uskutočňujú pomocou špeciálnych programov.

GH sekundárneho obehového kruhu

Po GR hlavného prstenca sa stanoví tlak v malom cirkulačnom krúžku tvorenom jeho najbližšími stúpačkami, pričom sa berie do úvahy skutočnosť, že tlakové straty sa môžu líšiť najviac o 15% pri zablokovaní a najviac o 5% pri prechode.

Ak nie je možné odvodiť tlakovú stratu, nainštalujte škrtiacu podložku, ktorej priemer sa vypočíta pomocou softvérových metód.

Výpočet radiátorových batérií

Vráťme sa k plánu domu, ktorý sa nachádza vyššie. Na základe výpočtov sa zistilo, že na udržanie tepelnej rovnováhy bude potrebných 16 kW energie. V tomto dome sa nachádza 6 priestorov na rôzne účely - obývačka, kúpeľňa, kuchyňa, spálňa, chodba, vstupná hala.

Na základe rozmerov štruktúry môžete vypočítať objem V:

V = 6 x 8 x 2,5 = 120 m³

Ďalej musíte zistiť množstvo tepelnej energie na m³, Aby to bolo možné urobiť, musí sa Q vydeliť nájdeným zväzkom, ktorým je:

P = 16000/120 = 133 W / m³

Ďalej musíte určiť, koľko tepla je potrebné na jednu izbu. V diagrame bola už vypočítaná plocha každej miestnosti.

Definujte hlasitosť:

• kúpeľňa – 4.19×2.5=10.47;
• obývacia izba – 13.83×2.5=34.58;
• do kuchyne – 9.43×2.5=23.58;
• v spálni – 10.33×2.5=25.83;
• chodba – 4.10×2.5=10.25;
• chodba – 5.8×2.5=14.5.

Pri výpočtoch musíte brať do úvahy aj miestnosti, v ktorých nie sú k dispozícii žiadne vykurovacie batérie, napríklad chodba.

Chodba je pasívne vyhrievaná, do nej vstupuje teplo v dôsledku cirkulácie tepelného vzduchu pri pohybe osôb, cez dvere atď.

Stanovte požadované množstvo tepla pre každú miestnosť vynásobením objemu miestnosti indikátorom R.

Dostávame potrebnú silu:

• do kúpeľne - 10,47 × 133 = 1392 W;
• do obývacej izby - 34,58 × 133 = 4599 W;
• do kuchyne - 23,58 × 133 = 3136 W;
• do spálne - 25,83 × 133 = 3435 W;
• pre chodbu - 10,25 × 133 = 1363 W;
• na chodbu - 14,5 × 133 = 1889 W.

Pokračujeme vo výpočte radiátorových batérií. Použijeme hliníkové radiátory, ktorých výška je 60 cm, výkon pri teplote 70 je 150 wattov.

Vypočítame požadovaný počet radiátorových batérií:

• kúpeľňa – 1392/150=10;
• obývacia izba – 4599/150=31;
• do kuchyne – 3136/150=21;
• v spálni – 3435/150=23;
• chodba – 1889/150=13.

Potrebné celkom: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 radiátorových batérií.

Naša stránka obsahuje aj ďalšie články, v ktorých sme podrobne preskúmali postup na vykonanie tepelného výpočtu vykurovacieho systému, postupný výpočet výkonu radiátorov a vykurovacích potrubí. Ak váš systém predpokladá prítomnosť teplých podláh, budete musieť vykonať ďalšie výpočty.

Všetky tieto čísla sú podrobnejšie uvedené v našich nasledujúcich článkoch:

• Tepelný výpočet vykurovacieho systému: ako správne vypočítať zaťaženie systému
• Výpočet vykurovacích telies: ako vypočítať požadovaný počet a výkon batérií
• Výpočet objemu potrubia: zásady výpočtu a pravidlá výpočtu v litroch a metroch kubických
• Ako urobiť výpočet teplej podlahy pomocou príkladu vodného systému
• Výpočet potrubí pre podlahové vykurovanie: typy potrubí, metódy a krok položenia + výpočet prietoku

Závery a užitočné video na túto tému

Vo videu vidíte príklad výpočtu ohrevu vody, ktorý sa vykonáva pomocou programu Valtec:

Hydraulické výpočty sa najlepšie vykonávajú pomocou špeciálnych programov, ktoré zaručujú vysokú presnosť výpočtov, berúc do úvahy všetky nuansy konštrukcie.

Špecializujete sa na výpočet vykurovacích systémov využívajúcich vodu ako chladiacu kvapalinu a chcete doplniť náš článok užitočným vzorcom, zdieľať profesionálne tajomstvá?

Alebo sa možno chcete zamerať na ďalšie výpočty alebo poukázať na nepresnosti v našich výpočtoch? Svoje pripomienky a odporúčania napíšte do bloku pod článkom.