Прорачун грејања воде: формуле, правила, примери примене

Употреба воде као расхладне течности у систему грејања једна је од најпопуларнијих опција за снабдевање куће топлином у хладној сезони. Потребно је само правилно дизајнирати и затим довршити инсталацију система. У супротном, грејање ће бити неефикасно уз велике трошкове горива, што је, како видите, крајње незанимљиво у данашњим ценама енергије.

Немогуће је самостално израчунати грејање воде (у даљем тексту: ЦБО) без употребе специјализованих програма, јер се у прорачунима користе сложени изрази, чија се вредност не може одредити класичним калкулатором. У овом ћемо чланку детаљно анализирати алгоритам за извршавање израчуна, дати примјењиве формуле, разматрајући ток израчуна помоћу посебног примјера.

Допуњени материјал биће допуњен табелама са вредностима и референтним показатељима који су потребни током израчуна, тематским фотографијама и видео записом у којем је приказан јасан пример израчуна помоћу програма.

Прорачун топлотне биланце кућишта

За увођење грејне инсталације, где вода делује као циркулирајућа супстанца, потребно је прво извршити тачност хидраулички прорачуни.

Приликом развоја, примене било које врсте система грејања потребно је познавати баланс топлоте (у даљем тексту - ТБ). Знајући топлотну снагу за одржавање температуре у соби, можете одабрати праву опрему и правилно распоредити њен терет.

Зими, соба трпи одређене губитке топлоте (у даљем тексту - ТП). Највећи део енергије пролази кроз ограде и вентилационе отворе. Незнатни трошкови су за инфилтрацију, загревање објеката итд.

ТП зависе од слојева од којих се састоје ограђујуће структуре (у даљем тексту - ОК). Савремени грађевински материјали, посебно изолација, имају низак ниво коефицијент топлотне проводљивости (у даљем тексту ЦТ), због чега се кроз њих избацује мање топлоте. За куће истог подручја, али с другачијом структуром ОК, трошкови топлине ће се разликовати.

Поред одређивања ТП, важно је израчунати и ТБ куће. Индикатор узима у обзир не само количину енергије која напушта просторију, већ и количину потребне снаге за одржавање одређених мера степена у кући.

Најтачнији резултати дају специјализовани програми намењени градитељима. Захваљујући њима, могуће је узети у обзир више фактора који утичу на ТП.

Највећа количина топлоте одлази из простора кроз зидове, под, кров, најмање - кроз врата, прозорске отворе

Са великом тачношћу можете израчунати ТП куће користећи формуле.

Укупна потрошња топлоте у кући израчунава се једнаџбом:

К = К_ок + К_в,

Где К_ок - количину топлоте која напушта просторију кроз ОК; К_в - трошкови термичке вентилације

Губици прозрачивањем узимају се у обзир ако ваздух који улази у просторију има нижу температуру.

Прорачуни обично узимају у обзир ОК, улазећи на једну страну улице. То су спољни зидови, под, кров, врата и прозори.

Опште ТП К_ок једнака суми ТП сваког ОК, то јест:

К_ок = ∑К_ст + ∑К_окн + ∑К_дв + ∑К_птл + ∑К_пл,

Где:

• К_ст - вредност ТП зидова;
• К_окн - ТП прозори;
• К_дв - ТП врата;
  
• К_птл - ТП плафон;
  
• К_пл - ТП под.

Ако под или плафон имају неједнаку структуру на целој површини, тада се ТП израчунава за свако место посебно.

Прорачун губитка топлоте кроз ОК

За прорачун су потребне следеће информације:

• зидна конструкција, коришћени материјали, њихова дебљина, ЦТ;
• спољну температуру изузетно хладне петодневне зиме у граду;
• ОК област;
• оријентација у реду;
• Препоручена температура куће зими.

Да бисте израчунали ТП, морате пронаћи укупни топлотни отпор Р_ок. Да бисте то учинили, сазнајте топлотни отпор Р₁, Р₂, Р₃, ..., Р_н сваки слој је у реду.

Коефицијент Р_н израчунато по формули:

Рн = Б / к,

У формули: Б - дебљина слоја у мм, к - ЦТ сваког слоја.

Укупни Р се може одредити изразом:

Р = ∑Р_н

Произвођачи врата и прозора обично наводе коефицијент Р у пасошу за производ, тако да нема потребе да се израчунава засебно.

Топлински отпор прозора се не може израчунати, јер технички подаци већ садрже потребне информације, које поједностављују прорачун ТП

Општа формула за израчунавање ТП кроз ОК је следећа:

К_ок = ∑С × (т_внт - т_нар) × Р × л,

У изразу:

• С - површина ОК, м²;
• т_внт - жељена собна температура;
• т_нар - спољна температура ваздуха;
• Р - коефицијент отпора, израчунава се одвојено или узима из пасоша производа;
• л - коефицијент прецизности узимајући у обзир оријентацију зидова у односу на кардиналне тачке.

Прорачун ТБ омогућава вам да одаберете опрему потребног капацитета, што елиминише вероватноћу да дође до топлотног дефицита или његовог вишка. Дефицит топлотне енергије надокнађује се повећањем протока ваздуха кроз вентилацију, а вишак - уградњом додатне грејне опреме.

Трошкови топлотне вентилације

Општа формула за прорачун ТП за вентилацију је следећа:

К_в = 0.28 × Л_н × п_внт × ц × (т_внт - т_нар),

Варијабле имају у значењу следећа значења:

• Л_н - улазни трошкови ваздуха;
• п_внт - густина ваздуха при одређеној температури у просторији;
• ц - топлотни капацитет ваздуха;
• т_внт - температура у кући;
• т_нар - спољна температура ваздуха.

Ако је вентилација инсталирана у згради, тада треба одредити параметар Л_н преузето из техничких карактеристика уређаја. Ако нема вентилације, узима се стандардни индикатор специфичне размене ваздуха једнак 3 м³ на сат

На основу тога Л_н израчунато по формули:

Л_н = 3 × С_пл,

У изражавању С_пл - Подна површина.

2% свих губитака топлоте представља се инфилтрацијом, 18% - вентилацијом. Ако је соба опремљена вентилационим системом, тада се ТП кроз вентилацију узима у обзир у прорачунима, а инфилтрација се не узима у обзир.

Затим израчунајте густину ваздуха п_внт на датој температури т_внт.

То можете учинити по формули:

п_внт = 353 / (273 + т)_внт),

Специфични топлотни капацитет ц = 1.0005.

Ако је вентилација или инфилтрација неорганизована, постоје пукотине или рупе у зидовима, израчунавање ТП кроз рупе треба поверити посебним програмима.

У нашем другом чланку дали смо детаље пример израчуна топлотног инжењерства зграде са конкретним примерима и формулама.

Пример израчуна топлотног биланса

Размотрите кућу високу 2,5 м, ширину 6 м и дужину 8 м, која се налази у граду Окха у региону Сахалин, где термометар термометра пада на -29 степени у изузетно хладном 5-дневном периоду.

Као резултат мерења, температура тла је постављена на +5. Препоручена температура унутар конструкције је +21 степен.

Најприкладније је на папиру нацртати дијаграм куће, који показује не само дужину, ширину и висину зграде, већ и оријентацију у односу на кардиналне тачке, као и локацију, димензије прозора и врата

Зидови дотичне куће састоје се од:

• зидање од опеке дебљине Б = 0,51 м, ЦТ к = 0,64;
• минерална вуна Б = 0,05 м, к = 0,05;
• Облоге Б = 0,09 м, к = 0,26.

Када одређујете к, боље је користити табеле представљене на веб локацији произвођача или пронаћи информације у техничкој путовници производа.

Знајући топлотну проводљивост, могуће је одабрати најефикасније материјале са становишта топлотне изолације. На основу горње табеле, препоручљиво је користити плоче од минералне вуне и експандираног полистирена

Подови се састоје од следећих слојева:

• ОСБ плоче Б = 0,1 м, к = 0,13;
• минерална вуна Б = 0,05 м, к = 0,047;
• цементна кошуљица Б = 0,05 м, к = 0,58;
• полистиренска пена Б = 0,06 м, к = 0,043.

У кући нема подрума, а под има исту структуру по целом простору.

Плафон се састоји од слојева:

• листови за сухозид Б = 0,025 м, к = 0,21;
• изолација Б = 0,05 м, к = 0,14;
• кровна плоча Б = 0,05 м, к = 0,043.

Кућа има само 6 двокоморних прозора са И-стаклом и аргоном. Из техничког пасоша за производе видљиво је да је Р = 0,7. Прозори имају димензије 1,1к1,4 м.

Врата имају димензије 1к2,2 м, индикатор Р = 0,36.

Корак бр. 1 - израчунавање губитка топлоте на зиду

Зидови на целом подручју састоје се од три слоја. Прво израчунавамо њихов укупни топлотни отпор.

Зашто користити формулу:

Р = ∑Р_н,

и израз:

Р_н = Б / к

С обзиром на иницијалне информације, добијамо:

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

Научивши Р, можемо почети да рачунамо ТП северног, јужног, источног и западног зида.

Додатни фактори узимају у обзир особитости положаја зидова у односу на кардиналне тачке. Обично се „ружа ветра“ формира у северном делу током хладног времена, као резултат тога што ће ТП на овој страни бити већи него на другој

Израчунавамо површину северног зида:

С_{сев.стен} = 8 × 2.5 = 20

Затим, замењујући формулу К_ок = ∑С × (т_внт - т_нар) × Р × л а имајући у виду да је л = 1.1, добијамо:

К_{сев.стен} = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Јужни зид С_{иуцх.ст} = С_сев.ст = 20.

Не постоје уграђени прозори или врата у зиду, стога, с обзиром на коефицијент л = 1, добијамо следећи ТП:

К_{иуцх.ст} = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

За западни и источни зид коефицијент л = 1,05. Стога можете наћи укупну површину ових зидова, односно:

С_зап.ст + С_{вост.ст} = 2 × 2.5 × 6 = 30

У прозору су уграђена 6 прозора и једна врата. Израчунавамо укупну површину прозора и С врата:

С_окн = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

С_дв = 1 × 2.2 = 2.2

Дефинишите С зидове искључујући С прозоре и врата:

С_{вост + зап} = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56

Израчунавамо укупну ТП источног и западног зида:

К_{вост + зап} =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Након добијања резултата, израчунавамо количину топлоте која пролази кроз зидове:

Кст = К_сев.ст + К_{иуцх.ст} + К_{вост + зап} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Укупна укупна ТП зидова је 6 кВ.

Корак # 2 - израчунавање ТП прозора и врата

Прозори се налазе на источном и западном зиду, па се при рачунању коефицијента л = 1,05. Познато је да је структура свих структура иста и Р = 0,7.

Користећи вредности горње површине, добијамо:

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

Знајући да је за врата Р = 0,36 и С = 2,2, дефинисали смо њихов ТП:

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

Као резултат, 340 В топлине излази кроз прозоре, а 42 В кроз врата.

Корак # 3 - одређивање ТП пода и плафона

Очигледно је да ће површина плафона и пода бити иста и израчунава се на следећи начин:

С_пол = С_птл = 6 × 8 = 48

Израчунавамо укупни топлотни отпор пода, узимајући у обзир његову структуру.

Р_пол = 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

Знајући да је температура тла т_нар= + 5 и узимајући у обзир коефицијент л = 1, израчунавамо пода К:

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

Заокруживањем, добијамо да је топлотни губитак пода око 3 кВ.

При прорачуну ТП-а потребно је узети у обзир слојеве који утичу на топлотну изолацију, на пример, бетон, плоче, зидарске опеке, грејаче итд.

Одредити топлотни отпор плафона Р_птл и његов К:

• Р_птл = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• К_птл = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Из тога слиједи да готово 6 кВ пролази кроз плафон и под.

Корак # 4 - израчунајте ТП вентилације

Организована је унутрашња вентилација, израчуната према формули:

К_в = 0.28 × Л_н × п_внт × ц × (т_внт - т_нар)

На основу техничких карактеристика, специфичан пренос топлоте је 3 кубна метра на сат, односно:

Л_н = 3 × 48 = 144.

Да бисмо израчунали густину, користимо формулу:

п_внт = 353 / (273 + т)_внт).

Израчуната собна температура је +21 степен.

ТП вентилација се не израчунава ако је систем опремљен уређајем за грејање ваздуха

Замјеном познатих вриједности добивамо:

п_внт = 353/(273+21) = 1.2

Подржавамо цифре добијене горњом формулом:

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

С обзиром на ТП за вентилацију, укупни К зграде биће:

К = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Претварајући се у кВ, добијамо укупни топлотни губитак од 16 кВ.

Карактеристике израчуна ЦБО

Након проналажења показатеља ТП прелазе на хидраулички прорачун (у даљем тексту - ГР).

На основу њега се добијају информације о следећим показатељима:

• оптимални пречник цеви, који ће, када притисак падне, моћи да прође одређену количину расхладне течности;
• проток расхладне течности на одређеном подручју;
• брзина воде;
• вредност отпорности.

Пре покретања израчуна, да би поједноставили прорачуне, они приказују просторни дијаграм система на коме су сви његови елементи распоређени паралелно један са другим.

Дијаграм приказује систем грејања са горњим ожичењем, кретање расхладне течности је ћорсокак

Размотримо главне фазе израчунавања грејања воде.

ГР главног циркулацијског прстена

Методологија израчунавања ГР темељи се на претпоставци да су температурне разлике у свим успонима и гранама једнаке.

Алгоритам израчуна је следећи:

1. На приказаном дијаграму, узимајући у обзир губитак топлине, топлотна оптерећења се примењују на грејне уређаје, дизаче.
2. На основу шеме изаберите главни циркулациони прстен (у даљем тексту - ХЦЦ). Посебност овог прстена је што у њему циркулациони притисак по јединици дужине прстена узима најмање вредности.
3. ХЦЦ је подељен на секције са сталном потрошњом топлоте. За сваки одељак наведите број, термичко оптерећење, пречник и дужину.

У вертикалном систему са једном цевима, прстен кроз који пролази напуњени најранији свод кад вода тече у застој или дуж мреже иде као фцц. Детаљније смо разговарали о повезивању циркулационих прстенова у систему са једном цевком и избору главног у следећем чланку. Посебно смо обратили пажњу на редослед израчунавања, користећи јасан пример.

У вертикалним системима двоцевне врсте, фцц пролази кроз доњи грејни уређај, који има максимално оптерећење током застоја или повезаног кретања воде

У хоризонталном систему једноцевне врсте ФЦЦ мора да има најнижи циркулациони притисак и јединицу дужине прстена. За системе са природна циркулација Ситуација је слична.

Код ГР дизала вертикалног система типа једноцевне цеви, проточни, подесиви протоци, који имају уједињене чворове у свом саставу, сматрају се једним кругом. За дизала са затвореним деловима врши се одвајање узимајући у обзир расподелу воде у цевоводу сваког инструменталног чвора.

Потрошња воде на датој локацији израчунава се формулом:

Г_конт = (3.6 × К)_конт × β₁ × β₂) / ((т_р - т₀× ц)

У изразу абецедни знакови имају следећа значења:

• К_конт - термичко оптерећење круга;
• β_1, β₂ - додатни табеларни коефицијенти узимајући у обзир пренос топлоте у соби;
• ц - топлотни капацитет воде је 4.187;
• т_р - температура воде у доводу;
• т₀ - температура воде у повратној линији.

Одређујући пречник и количину воде, потребно је знати брзину њеног кретања и вредност отпора Р. Сва израчунавања се најприкладније врше помоћу посебних програма.

ГХ прстена секундарне циркулације

Након ГР главног прстена, одређује се притисак у малом циркулацијском прстену формираном преко најближих успона, узимајући у обзир да се губици притиска могу разликовати за не више од 15% са застојом и не више од 5% са пролазним.

Ако није могуће повезати губитак притиска, инсталирајте машину за прање лептира за гас, чији се пречник израчунава софтверским методама.

Прорачун батерије радијатора

Вратимо се плану куће која се налази изнад. Прорачуном је установљено да ће за одржавање топлотне равнотеже бити потребно 16 кВ енергије. У овој кући се налази 6 просторија за различите намене - дневни боравак, купатило, кухиња, спаваћа соба, ходник, предсобље.

На основу димензија конструкције можете израчунати запремину В:

В = 6 × 8 × 2,5 = 120 м³

Затим треба пронаћи количину топлотне снаге по м³. Да бисте то учинили, К се мора поделити на пронађени волумен, то јест:

П = 16000/120 = 133 В по м³

Затим треба утврдити колико је топлотне снаге потребно за једну собу. На дијаграму је површина сваке собе већ израчуната.

Дефинишите јачину:

• купатило – 4.19×2.5=10.47;
• дневна соба – 13.83×2.5=34.58;
• кухиња – 9.43×2.5=23.58;
• спаваћа соба – 10.33×2.5=25.83;
• коридор – 4.10×2.5=10.25;
• ходник – 5.8×2.5=14.5.

У прорачунима морате узети у обзир и просторије у којима нема грејних батерија, на пример ходник.

Ходник се загрева на пасиван начин, топлина ће у њега ући због циркулације топлотног ваздуха током кретања људи, кроз врата, итд.

Одредите потребну количину топлоте за сваку просторију, множећи запремину просторије са индикатором Р.

Добијамо потребну снагу:

• за купатило - 10,47 × 133 = 1392 В;
• за дневну собу - 34,58 × 133 = 4599 В;
• за кухињу - 23,58 × 133 = 3136 В;
• за спаваћу собу - 25,83 × 133 = 3435 В;
• за ходник - 10,25 × 133 = 1363 В;
• за ходник - 14,5 × 133 = 1889 В.

Прелазимо на прорачун радијаторских батерија. Користићемо алуминијумске радијаторе, чија је висина 60 цм, снага на температури од 70 је 150 вати.

Израчунавамо потребни број радијаторских батерија:

• купатило – 1392/150=10;
• дневна соба – 4599/150=31;
• кухиња – 3136/150=21;
• спаваћа соба – 3435/150=23;
• ходник – 1889/150=13.

Укупно потребно: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 радијаторских батерија.

На нашој веб страници налазе се и други чланци у којима смо детаљно испитали поступак вршења топлотног израчуна система гријања, корак по корак израчунавање снаге радијатора и гријаћих цијеви. А ако ваш систем претпоставља присуство топлих подова, тада ћете морати да извршите додатне прорачуне.

Сва ова питања детаљније су обрађена у нашим следећим чланцима:

• Термички прорачун грејног система: како правилно израчунати оптерећење на систему
• Прорачун радијатора за грејање: како израчунати потребан број и снагу батерија
• Прорачун запремине цеви: принципи прорачуна и правила израчуна у литрама и кубичним метрима
• Како да направите прорачун топлог пода на примеру водног система
• Прорачун цеви за подно грејање: врсте цеви, методе и корак полагања + прорачун протока

Закључци и корисни видео о овој теми

У видеу можете видети пример израчунавања грејања воде, које се врши помоћу Валтец програма:

Хидраулички прорачуни најбоље се изводе помоћу посебних програма који гарантују високу тачност израчуна, узимајући у обзир све нијансе дизајна.

Да ли сте специјализовани за израчунавање система грејања који користе воду као расхладно средство и желите да свој чланак употпуните корисним формулама, делите професионалне тајне?

Или се можда желите фокусирати на додатне калкулације или указати на неточности у нашим калкулацијама? Напишите своје коментаре и препоруке у блок испод чланка.