Изчисляване на отоплението на водата: формули, правила, примери за изпълнение

Използването на вода като охлаждаща течност в отоплителната система е една от най-популярните опции за осигуряване на топлина в дома през студения сезон.Просто трябва правилно да проектирате и след това да инсталирате системата. В противен случай отоплението ще бъде неефективно при високи разходи за гориво, което, видите ли, е крайно безинтересно при днешните цени на енергията.

Невъзможно е самостоятелно да се изчисли отоплението на водата (наричано по-долу WHE) без използване на специализирани програми, тъй като изчисленията използват сложни изрази, чиито стойности не могат да бъдат определени с помощта на конвенционален калкулатор. В тази статия ще анализираме подробно алгоритъма за извършване на изчисления, ще представим използваните формули и ще разгледаме напредъка на изчисленията, като използваме конкретен пример.

Ще допълним представения материал с таблици със стойности и референтни индикатори, които са необходими при извършване на изчисления, тематични снимки и видео, което демонстрира ясен пример за изчисления с помощта на програмата.

Изчисляване на топлинния баланс на жилищна конструкция

За да се реализира отоплителна инсталация, при която водата е циркулираща среда, е необходимо първо да се прецизират хидравлични изчисления.

При разработването и внедряването на всяка отоплителна система е необходимо да се знае топлинният баланс (наричан по-долу ТБ).Познавайки топлинната мощност за поддържане на температурата в помещението, можете да изберете правилното оборудване и правилно да разпределите натоварването му.

През зимата стаята претърпява определени топлинни загуби (наричани по-нататък HL). По-голямата част от енергията излиза през ограждащи елементи и вентилационни отвори. Правят се незначителни разходи за проникване, отопление на обекти и др.

TP зависят от слоевете, които изграждат ограждащите конструкции (наричани по-долу ОК). Съвременните строителни материали, по-специално изолационните материали, имат ниско ниво коефициент на топлопроводимост (наричани по-нататък КТ), поради което през тях се губи по-малко топлина. За къщи с една и съща площ, но с различни ОК структури, разходите за топлина ще се различават.

В допълнение към определянето на TP е важно да се изчисли TB на дома. Индикаторът отчита не само количеството енергия, напускащо помещението, но и количеството мощност, необходимо за поддържане на определени температурни нива в къщата.

Най-точните резултати се осигуряват от специализирани програми, разработени за строители. Благодарение на тях е възможно да се вземат предвид повече фактори, влияещи върху ТП.

Най-голямото количество топлина напуска помещението през стените, пода, покрива, най-малкото - през вратите, отворите на прозорците

С висока точност можете да изчислите TP на жилище с помощта на формули.

Общите разходи за отопление на къщата се изчисляват по уравнението:

Q = Q_Добре +Q_v,

Където Q_Добре - количеството топлина, напускащо помещението през ОК; Q_v — разходи за топлинна вентилация.

Вентилационните загуби се вземат предвид, ако входящият в помещението въздух е с по-ниска температура.

Изчисленията обикновено вземат предвид ОК с една страна, обърната към улицата. Това са външните стени, под, покрив, врати и прозорци.

Общи TP Q_Добре равна на сумата от ТР на всеки ОК, т.е.

Q_Добре = ∑Q_ул +∑Q_okn +∑Q_дв +∑Q_ptl +∑Q_мн,

Където:

• Q_ул — стойност на TP на стените;
• Q_okn — TP дограма;
• Q_дв — ТП врати;
  
• Q_ptl — таван TP;
  
• Q_мн — TP под.

Ако подът или таванът имат различна структура по цялата площ, тогава TP се изчислява за всяка секция поотделно.

Изчисляване на топлинните загуби с помощта на OK

За изчисления ще ви е необходима следната информация:

• структура на стените, използвани материали, тяхната дебелина, КТ;
• външна температура по време на изключително студена петдневна зима в града;
• област ОК;
• ориентация ОК;
• препоръчителна температура в дома през зимата.

За да изчислите TC, трябва да намерите общото топлинно съпротивление R_Добре. За да направите това, трябва да разберете топлинното съпротивление R₁, Р₂, Р₃, …, Р_н всеки слой е ОК.

R-фактор_н изчислено по формулата:

Rn = B/k,

Във формулата: б — дебелина на слоя OK в mm, к — CT сканиране на всеки слой.

Общият R може да се определи с израза:

R = ∑R_н

Производителите на врати и прозорци обикновено посочват коефициента R в информационния лист на продукта, така че не е необходимо да го изчислявате отделно.

Топлинното съпротивление на прозорците не може да бъде изчислено, тъй като техническият лист вече съдържа необходимата информация, което опростява изчисляването на топлинното съпротивление

Общата формула за изчисляване на TP чрез OK е следната:

Q_Добре = ∑S × (t_vnt -T_нар) × R × l,

В израза:

• С — площ ОК, м²;
• T_vnt - желана стайна температура;
• T_нар — външна температура на въздуха;
• Р — коефициент на съпротивление, изчислен отделно или взет от информационния лист на продукта;
• л — изясняващ коефициент, който отчита ориентацията на стените спрямо кардиналните точки.

Изчисляването на TB ви позволява да изберете оборудване с необходимата мощност, което ще елиминира възможността за недостиг или излишък на топлина. Дефицитът на топлинна енергия се компенсира чрез увеличаване на въздушния поток чрез вентилация, излишъкът - чрез инсталиране на допълнително отоплително оборудване.

Топлинни разходи за вентилация

Общата формула за изчисляване на TP вентилацията е следната:

Q_v = 0,28 × L_н × стр_vnt × c × (t_vnt -T_нар),

В израз променливите имат следното значение:

• Л_н — консумация на входящ въздух;
• стр_vnt — плътност на въздуха при определена температура в помещението;
• ° С — топлинен капацитет на въздуха;
• T_vnt - температура в къщата;
• T_нар — външна температура на въздуха.

Ако в сградата е инсталирана вентилация, тогава параметър L_н взети от техническите спецификации на устройството. Ако няма вентилация, тогава се приема стандартна специфична скорост на обмен на въздух от 3 m.³ в един часа.

Въз основа на това Л_н изчислено по формулата:

Л_н = 3 × S_мн,

В израза С_мн - площ на пода.

2% от всички топлинни загуби се дължат на инфилтрация, 18% на вентилация. Ако помещението е оборудвано с вентилационна система, тогава изчисленията вземат предвид TP чрез вентилация, но не вземат предвид инфилтрацията

След това трябва да изчислите плътността на въздуха p_vnt при дадена стайна температура t_vnt.

Това може да стане с помощта на формулата:

стр_vnt = 353/(273+t_vnt),

Специфичен топлинен капацитет c = 1,0005.

Ако вентилацията или инфилтрацията е неорганизирана или има пукнатини или дупки в стените, тогава изчисляването на TP през дупките трябва да бъде поверено на специални програми.

В другата ни статия предоставихме подробности пример за топлинно инженерно изчисление сгради с конкретни примери и формули.

Пример за изчисляване на топлинния баланс

Помислете за къща с височина 2,5 м, ширина 6 м и дължина 8 м, разположена в град Оха в Сахалинска област, където в изключително студен 5-дневен ден термометърът пада до -29 градуса.

В резултат на измерването температурата на почвата е определена на +5. Препоръчителната температура вътре в конструкцията е +21 градуса.

Най-удобният начин да начертаете схема на къща е на хартия, като посочвате не само дължината, ширината и височината на сградата, но и ориентацията спрямо кардиналните точки, както и местоположението и размерите на прозорците и вратите

Стените на въпросната къща се състоят от:

• дебелина на тухлена зидария B=0,51 m, CT k=0,64;
• минерална вата B=0,05 m, k=0,05;
• лице В=0,09м, к=0,26.

При определяне на k е по-добре да използвате таблиците, представени на уебсайта на производителя, или да намерите информация в информационния лист на продукта.

Познавайки топлопроводимостта, можете да изберете най-ефективните материали от гледна точка на топлоизолацията. Въз основа на горната таблица е най-препоръчително да се използват плочи от минерална вата и експандиран полистирол в строителството

Подовата настилка се състои от следните слоеве:

• OSB плочи B=0,1 m, k=0,13;
• минерална вата B=0,05 m, k=0,047;
• циментови замазки B=0,05 m, k=0,58;
• експандиран полистирол B=0,06 m, k=0,043.

Къщата няма мазе, а етажът е с еднаква структура в цялата площ.

Таванът се състои от слоеве:

• гипсокартонени листове B=0,025 m, k= 0,21;
• изолация B=0,05 m, k=0,14;
• покрив B=0,05 m, k=0,043.

Къщата е само с 6 двукамерни дограми с I-стъкло и аргон. От техническия лист за продукта е известно, че R=0,7. Прозорците са с размери 1.1х1.4м.

Вратите са с размери 1х2,2м, R=0,36.

Стъпка №1 - изчисляване на топлинните загуби на стената

Стените в цялата площ се състоят от три слоя. Първо, нека изчислим общото им термично съпротивление.

Защо да използвате формулата:

R = ∑R_н,

и изразът:

Р_н = B/k

Като вземем предвид първоначалната информация, получаваме:

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

След като разберете R, можете да започнете да изчислявате TP на северната, южната, източната и западната стена.

Допълнителните коефициенти отчитат особеностите на местоположението на стените спрямо кардиналните посоки. Обикновено в северната част по време на студено време се образува "роза на ветровете", в резултат на което TP от тази страна ще бъде по-висока от останалите

Нека изчислим площта на северната стена:

С_{сев.стен} = 8 × 2.5 = 20

След това заместване във формулата Q_Добре = ∑S × (t_vnt -T_нар) × R × l и като вземем предвид, че l=1.1, получаваме:

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

Площта на южната стена С_юч.ст = S_сев.ст = 20.

В стената няма вградени прозорци или врати, следователно, като вземем предвид коефициента l=1, получаваме следния TP:

Q_юч.ст = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

За западната и източната стени коефициентът е l=1,05. Следователно можете да намерите общата площ на тези стени, тоест:

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

Има 6 прозореца и една врата, вградени в стените. Нека изчислим общата площ на прозорците и S вратите:

С_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

С_дв = 1 × 2.2 = 2.2

Нека дефинираме S стени, без да вземаме предвид S прозорци и врати:

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

Нека изчислим общия TP на източната и западната стена:

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

След като получихме резултатите, нека изчислим количеството топлина, изтичащо през стените:

Qst = Q_сев.ст +Q_юч.ст +Q_{вост+зап} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Общо общата TP на стените е 6 kW.

Стъпка №2 - изчисляване на TP на прозорци и врати

Прозорците са разположени на източната и западната стена, така че при изчисление коефициентът е l=1,05. Известно е, че структурата на всички структури е еднаква и R = 0,7.

Използвайки стойностите на площта, дадени по-горе, получаваме:

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

Знаейки, че за врати R=0,36 и S=2,2, определяме техния TP:

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

В резултат на това през прозорците излиза 340 W топлина, а през вратите - 42 W.

Стъпка #3 - определяне на TP на пода и тавана

Очевидно площта на тавана и пода ще бъде същата и се изчислява, както следва:

С_пол = S_ptl = 6 × 8 = 48

Нека изчислим общото термично съпротивление на пода, като вземем предвид неговата структура.

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

Знаейки, че температурата на земята t_нар=+5 и като вземем предвид коефициента l=1, изчисляваме Q на пода:

Q_пол = 48 × (21 — 5) × 1 × 3.4 = 2611

Закръглявайки нагоре, откриваме, че топлинните загуби на пода са около 3 kW.

При изчисленията на TP е необходимо да се вземат предвид слоевете, които влияят на топлоизолацията, например бетон, дъски, тухлена зидария, изолация и др.

Да определим топлинното съпротивление на тавана R_ptl и неговото Q:

• Р_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

От това следва, че почти 6 kW преминават през тавана и пода.

Стъпка # 4 - изчисляване на вентилационния TP

Вентилацията в помещението се организира и изчислява по формулата:

Q_v = 0,28 × L_н × стр_vnt × c × (t_vnt -T_нар)

Въз основа на техническите характеристики специфичният топлопренос е 3 кубически метра на час, т.е.

Л_н = 3 × 48 = 144.

За изчисляване на плътността използваме формулата:

стр_vnt = 353/(273+t_vnt).

Очакваната стайна температура е +21 градуса.

TP за вентилация не се изчислява, ако системата е оборудвана с устройство за отопление на въздуха

Замествайки известните стойности, получаваме:

стр_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Нека заместим получените числа в горната формула:

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

Като се вземе предвид TP за вентилация, общият Q на сградата ще бъде:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Преобразувайки в kW, получаваме обща топлинна загуба от 16 kW.

Характеристики на изчисляване на SVO

След намиране на индикатора TP те преминават към хидравлично изчисление (наричано по-нататък GR).

Въз основа на него се получава информация за следните показатели:

• оптималният диаметър на тръбите, които по време на падане на налягането ще могат да преминат определено количество охлаждаща течност;
• поток на охлаждащата течност в определена зона;
• скорост на движение на водата;
• стойност на съпротивлението.

Преди да започнете изчисленията, за да опростите изчисленията, начертайте пространствена диаграма на системата, на която всички нейни елементи са разположени успоредно един на друг.

Диаграмата показва отоплителна система с надземно окабеляване, движението на охлаждащата течност е задънена улица

Нека разгледаме основните етапи на изчисленията за отопление на водата.

GR на главния циркулационен пръстен

Методът за изчисляване на GR се основава на предположението, че температурните разлики са еднакви във всички щрангове и разклонения.

Алгоритъмът за изчисление е както следва:

1. В показаната диаграма, като се вземат предвид топлинните загуби, се прилагат топлинните натоварвания, действащи върху отоплителните уреди и щрангове.
2. Въз основа на диаграмата се избира главният циркулационен пръстен (наричан по-долу MCC). Особеността на този пръстен е, че в него циркулационното налягане на единица дължина на пръстена приема най-ниската стойност.
3. FCC е разделен на секции с постоянна консумация на топлина. За всяка секция посочете броя, термичното натоварване, диаметъра и дължината.

Във вертикална система от еднотръбен тип, пръстенът, през който преминава най-натовареният щранг по време на задънена улица или свързано движение на водата по протежение на мрежата, се приема като основна циркулационна верига.Говорихме по-подробно за свързването на циркулационни пръстени в еднотръбна система и избора на основния в следващата статия. Обърнахме специално внимание на реда на изчисленията, като използвахме конкретен пример за яснота.

При вертикални двутръбни системи основната циркулационна течност преминава през долното нагревателно устройство, което има максимално натоварване по време на задънена улица или свързано с нея движение на водата

В хоризонтална еднотръбна система, главната циркулационна верига трябва да има най-ниското циркулационно налягане и единица дължина на пръстена. За системи с естествена циркулация ситуацията е подобна.

При разработването на щрангове на вертикална система от еднотръбен тип, проточните щрангове с регулиране на потока, които включват унифицирани компоненти, се разглеждат като една верига. За щрангове със затварящи секции се извършва разделяне, като се вземе предвид разпределението на водата в тръбопровода на всеки инструментален блок.

Консумацията на вода в даден район се изчислява по формулата:

Ж_конт = (3,6 × Q_конт × β₁ × β₂)/((T_r -T₀) × в)

В израза азбучните знаци имат следните значения:

• Q_конт — термично натоварване на веригата;
• β_1, β₂ — допълнителни таблични коефициенти, отчитащи преноса на топлина в помещението;
• ° С — топлинен капацитет на водата, равен на 4,187;
• T_r — температура на водата в захранващата линия;
• T₀ — температура на водата във връщащата линия.

След като се определи диаметърът и количеството на водата, е необходимо да се установи скоростта на нейното движение и стойността на специфичното съпротивление R. Всички изчисления се извършват най-удобно с помощта на специални програми.

GR вторичен циркулационен пръстен

След GR на главния пръстен се определя налягането в малкия циркулационен пръстен, образуван през най-близките му щрангове, като се има предвид, че загубите на налягане могат да се различават с не повече от 15% в задънена верига и с не повече от 5% в преминаваща верига.

Ако е невъзможно да се съпостави загубата на налягане, монтирайте дроселна шайба, чийто диаметър се изчислява с помощта на софтуерни методи.

Изчисляване на радиаторни батерии

Да се ​​върнем към плана на къщата по-горе. Чрез изчисления беше установено, че за поддържане на топлинния баланс ще са необходими 16 kW енергия. Въпросната къща разполага с 6 стаи с различно предназначение - хол, баня, кухня, спалня, коридор и антре.

Въз основа на размерите на конструкцията можете да изчислите обема V:

V=6×8×2,5=120м³

След това трябва да намерите количеството топлинна мощност на m³. За да направите това, Q трябва да бъде разделено на намерения обем, тоест:

P=16000/120=133 W на m³

След това трябва да определите колко отоплителна мощност е необходима за една стая. В диаграмата площта на всяка стая вече е изчислена.

Да определим обема:

• баня – 4.19×2.5=10.47;
• хол – 13.83×2.5=34.58;
• кухня – 9.43×2.5=23.58;
• спалня – 10.33×2.5=25.83;
• коридор – 4.10×2.5=10.25;
• коридор – 5.8×2.5=14.5.

Изчисленията също трябва да вземат предвид помещения, в които няма отоплителни радиатори, например коридор.

Коридорът се отоплява пасивно, топлината ще тече в него поради циркулацията на топлинен въздух, когато хората се движат, през вратите и т.н.

Нека да определим необходимото количество топлина за всяка стая, като умножим обема на помещението по индекса R.

Нека получим необходимата мощност:

• за банята — 10,47×133=1392 W;
• за всекидневна — 34,58×133=4599 W;
• за кухня — 23,58×133=3136 W;
• за спалнята — 25,83×133=3435 W;
• за коридора — 10,25×133=1363 W;
• за коридора — 14,5×133=1889 W.

Нека започнем да изчисляваме радиаторните батерии. Ще използваме алуминиеви радиатори, чиято височина е 60 см, мощността при температура 70 е 150 W.

Нека изчислим необходимия брой радиаторни батерии:

• баня — 1392/150=10;
• хол — 4599/150=31;
• кухня — 3136/150=21;
• спалня — 3435/150=23;
• коридор — 1889/150=13.

Общо необходими: 10+31+21+23+13=98 радиаторни батерии.

На нашия уебсайт имаме и други статии, в които разгледахме подробно процедурата за извършване на топлинни изчисления на отоплителна система, изчисления стъпка по стъпка на мощността на радиаторите и отоплителните тръби. И ако вашата система изисква топъл под, тогава ще трябва да извършите допълнителни изчисления.

Всички тези въпроси са разгледани по-подробно в следващите ни статии:

• Топлинно изчисляване на отоплителна система: как правилно да се изчисли натоварването на системата
• Изчисляване на отоплителни радиатори: как да изчислим необходимия брой и мощност на батериите
• Изчисляване на обема на тръбата: принципи на изчисления и правила за извършване на изчисления в литри и кубични метри
• Как да изчислим топъл под, използвайки водна система като пример
• Изчисляване на тръби за топъл под: видове тръби, методи и стъпка на полагане + изчисляване на дебита

Изводи и полезно видео по темата

Във видеото можете да видите пример за изчисляване на отоплението на водата, което се извършва с помощта на програмата Valtec:

Хидравличните изчисления се извършват най-добре с помощта на специални програми, които гарантират висока точност на изчисленията и отчитат всички нюанси на дизайна.

Специализирате ли се в изчисляването на отоплителни системи, използващи вода като охлаждаща течност и искате да допълните нашата статия с полезни формули и да споделите професионални тайни?

Или може би искате да се съсредоточите върху допълнителни изчисления или да посочите неточности в нашите изчисления? Моля, напишете вашите коментари и препоръки в блока под статията.