Топлинно изчисляване на отоплителна система: как правилно да се изчисли натоварването на системата

Проектирането и топлинното изчисляване на отоплителната система е задължителен етап при организирането на отоплението на дома.Основната задача на изчислителните дейности е да се определят оптималните параметри на котелната и радиаторната система.

Съгласете се, на пръв поглед може да изглежда, че само инженер може да извършва топлотехнически изчисления. Не всичко обаче е толкова сложно. Познавайки алгоритъма на действията, вие ще можете самостоятелно да извършите необходимите изчисления.

Статията описва подробно процедурата за изчисление и предоставя всички необходими формули. За по-добро разбиране сме подготвили пример за топлинно изчисление за частен дом.

Топлинно изчисляване на отоплението: обща процедура

Класическото топлинно изчисление на отоплителна система е консолидиран технически документ, който включва задължителни стандартни методи за изчисление стъпка по стъпка.

Но преди да изучите тези изчисления на основните параметри, трябва да вземете решение за концепцията на самата отоплителна система.

Отоплителната система се характеризира с принудително подаване и неволно отстраняване на топлина в помещението.

Основните задачи при изчисляване и проектиране на отоплителна система:

• най-надеждно определяне на топлинните загуби;
• определяне на количеството и условията за използване на охлаждащата течност;
• изберете възможно най-точно елементите на генериране, движение и пренос на топлина.

По време на строителството отоплителни системи Първоначално е необходимо да се съберат различни данни за помещението/сградата, където ще се използва отоплителната система. След изчисляване на топлинните параметри на системата, анализирайте резултатите от аритметичните операции.

Въз основа на получените данни се избират компоненти на отоплителната система, последвани от покупка, монтаж и пускане в експлоатация.

Отоплението е многокомпонентна система за осигуряване на утвърден температурен режим в помещението/сградата.Тя е обособена част от комуникационния комплекс на модерно жилищно помещение

Трябва да се отбележи, че този метод на термично изчисление позволява доста точно да се изчислят голям брой количества, които конкретно описват бъдещата отоплителна система.

В резултат на топлинното изчисление ще бъде налична следната информация:

• брой топлинни загуби, мощност на котела;
• брой и тип радиатори за всяка стая поотделно;
• хидравлични характеристики на тръбопровода;
• обем, скорост на охлаждащата течност, мощност на термопомпата.

Топлинните изчисления не са теоретични скици, а по-скоро точни и разумни резултати, които се препоръчват да се използват на практика при избора на компоненти на отоплителната система.

Стандарти за стайна температура

Преди извършване на каквито и да било изчисления на параметрите на системата е необходимо най-малкото да се знае редът на очакваните резултати, както и да има стандартизирани характеристики на някои таблични стойности, които трябва да бъдат заменени във формули или да се ръководят от тях .

Чрез изчисляване на параметри с такива константи можете да сте сигурни в надеждността на желания динамичен или постоянен параметър на системата.

За помещения с различни цели има референтни стандарти за температурни условия в жилищни и нежилищни помещения. Тези стандарти са заложени в така наречените GOST

За една отоплителна система един от тези глобални параметри е стайната температура, която трябва да бъде постоянна независимо от сезона и условията на околната среда.

Съгласно разпоредбите на санитарните стандарти и правила има температурни разлики спрямо летния и зимния период на годината.Климатичната система отговаря за температурния режим на помещението през летния сезон, принципът на нейното изчисляване е описан подробно в тази статия.

Но стайната температура през зимата се осигурява от отоплителната система. Затова се интересуваме от температурните диапазони и техните допустими отклонения за зимния сезон.

Повечето нормативни документи определят следните температурни диапазони, които позволяват на човек да остане комфортно в стаята.

За нежилищни офис помещения с площ до 100 м²:

• 22-24°С — оптимална температура на въздуха;
• 1°C — допустима флуктуация.

За офис помещения с площ над 100 м² температурата е 21-23°C. За нежилищни промишлени помещения температурните диапазони варират значително в зависимост от предназначението на помещението и установените стандарти за защита на труда.

Всеки човек има собствена комфортна стайна температура. Някои хора обичат да е много топло в стаята, други се чувстват комфортно, когато стаята е хладна - всичко е много индивидуално

Що се отнася до жилищните помещения: апартаменти, частни къщи, имоти и т.н., има определени температурни диапазони, които могат да се регулират в зависимост от желанията на жителите.

И все пак, за конкретни помещения на апартамент и къща имаме:

• 20-22°С - дневна, включително детска стая, толеранс ±2°С -
• 19-21°С — кухня, тоалетна, толеранс ±2°С;
• 24-26°С — баня, душ, басейн, толеранс ±1°С;
• 16-18°С — коридори, коридори, стълбища, складови помещения, толеранс +3°C

Важно е да се отбележи, че има още няколко основни параметъра, които влияят на температурата в помещението и върху които трябва да се съсредоточите при изчисляването на отоплителната система: влажност (40-60%), концентрация на кислород и въглероден диоксид във въздуха ( 250:1), скорост на движение на въздуха маса (0,13-0,25 m/s) и др.

Изчисляване на топлинните загуби в къщата

Според втория закон на термодинамиката (училищна физика) няма спонтанен пренос на енергия от по-малко нагрети към по-нагрети мини- или макро-обекти. Частен случай на този закон е “стремежът” към създаване на температурно равновесие между две термодинамични системи.

Например, първата система е среда с температура от -20°C, втората система е сграда с вътрешна температура от +20°C. Съгласно горния закон, тези две системи ще се стремят да балансират чрез обмен на енергия. Това ще стане с помощта на топлинни загуби от втората система и охлаждане в първата.

Определено можем да кажем, че температурата на околната среда зависи от географската ширина, на която се намира частната къща. И температурната разлика влияе върху количеството изтичане на топлина от сградата (+)

Топлинните загуби се отнасят до неволно отделяне на топлина (енергия) от някакъв обект (къща, апартамент). За обикновен апартамент този процес не е толкова „забележим“ в сравнение с частна къща, тъй като апартаментът се намира вътре в сградата и „в съседство“ с други апартаменти.

В частна къща топлината излиза в една или друга степен през външните стени, пода, покрива, прозорците и вратите.

Познавайки количеството топлинни загуби за най-неблагоприятните климатични условия и характеристиките на тези условия, е възможно да се изчисли мощността на отоплителната система с висока точност.

И така, обемът на изтичане на топлина от сградата се изчислява по следната формула:

Q=Q_етаж+Q_стена+Q_{прозорец}+Q_покрив+Q_врата+...+Q_аз, Където

Qi — обемът на топлинните загуби от хомогенен тип обвивка на сградата.

Всеки компонент на формулата се изчислява по формулата:

Q=S*∆T/R, Където

• Q – изтичане на топлина, V;
• С – площ на определен тип структура, кв. m;
• ∆T – разлика в температурите на околния и вътрешния въздух, °C;
• Р – термично съпротивление на определен тип конструкция, m²*°C/W.

Препоръчително е да вземете самата стойност на термичното съпротивление за реално съществуващи материали от помощните таблици.

Освен това термичното съпротивление може да се получи, като се използва следната зависимост:

R=d/k, Където

• Р – термично съпротивление, (m²*K)/W;
• к – коефициент на топлопроводимост на материала, W/(m²*ДА СЕ);
• д – дебелина на този материал, m.

В стари къщи с влажни покривни конструкции изтичането на топлина се получава през горната част на сградата, а именно през покрива и тавана. Извършване на дейности по изолация на тавана или топлоизолация на тавански покрив разреши този проблем.

Ако изолирате таванското пространство и покрива, общата загуба на топлина от къщата може да бъде значително намалена

Има няколко други вида загуба на топлина в къщата чрез пукнатини в конструкции, вентилационни системи, кухненски аспиратори и отваряне на прозорци и врати. Но няма смисъл да се взема предвид техният обем, тъй като те представляват не повече от 5% от общия брой основни изтичания на топлина.

Определяне на мощността на котела

За да се поддържа температурната разлика между околната среда и температурата вътре в къщата, е необходима автономна отоплителна система, която поддържа желаната температура във всяка стая на частна къща.

Отоплителната система се основава на различни видове котли: течно или твърдо гориво, електрически или газ.

Котелът е централен елемент на отоплителна система, който генерира топлина. Основната характеристика на котела е неговата мощност, а именно степента на преобразуване на количеството топлина за единица време.

След изчисляване на отоплителния товар получаваме необходимата номинална мощност на котела.

За обикновен многостаен апартамент мощността на котела се изчислява чрез площта и специфичната мощност:

Р_котел=(С_{помещения}*Р_{специфичен})/10, Където

• С_{помещения} — обща площ на отопляемото помещение;
• Р_{специфичен} — специфична мощност спрямо климатичните условия.

Но тази формула не взема предвид топлинните загуби, които са достатъчни в частна къща.

Има друго съотношение, което отчита този параметър:

Р_котел=(В_загуби*S)/100, Където

• Р_котел — мощност на котела;
• Q_загуби - загуба на топлина;
• С - отопляема площ.

Необходимо е да се увеличи проектната мощност на котела. Резервът е необходим, ако планирате да използвате бойлера за загряване на вода за баня и кухня.

В повечето отоплителни системи на частни къщи се препоръчва използването на разширителен резервоар, в който ще се съхранява охлаждащата течност. Всеки частен дом се нуждае от захранване с топла вода

За да се осигури запасът от мощност на котела, към последната формула трябва да се добави коефициентът на безопасност K:

Р_котел=(В_загуби*S*K)/100, Където

ДА СЕ — ще бъде равна на 1,25, т.е. проектната мощност на котела ще се увеличи с 25%.

По този начин мощността на котела позволява да се поддържа стандартната температура на въздуха в помещенията на сградата, както и да има първоначален и допълнителен обем топла вода в къщата.

Характеристики на избора на радиатори

Стандартни компоненти за осигуряване на топлина в помещението са радиатори, панели, системи за подово отопление, конвектори и др.Най-често срещаните части на отоплителната система са радиаторите.

Терморадиаторът е специална куха конструкция от модулен тип, изработена от сплав с високо разсейване на топлината. Изработен е от стомана, алуминий, чугун, керамика и други сплави. Принципът на работа на отоплителния радиатор се свежда до излъчване на енергия от охлаждащата течност в пространството на помещението през „венчелистчетата“.

Алуминиев и биметален радиатор за отопление замени масивните чугунени батерии. Простотата на производство, високият топлообмен, успешният дизайн и дизайн направиха този продукт популярен и широко разпространен инструмент за излъчване на топлина на закрито

Има няколко метода изчисления на отоплителни радиатори в стаята. Списъкът с методи по-долу е сортиран в зависимост от нарастващата точност на изчислението.

Опции за изчисление:

1. По площ. N=(S*100)/C, където N е броят на секциите, S е площта на помещението (m²), C - топлообмен на една секция на радиатора (W, взет от паспорта или сертификата за продукта), 100 W - количеството топлинен поток, който е необходим за отопление на 1 m² (емпирична стойност). Възниква въпросът: как да се вземе предвид височината на тавана на стаята?
2. По обем. N=(S*H*41)/C, където N, S, C са подобни. H - височина на помещението, 41 W - количество топлинен поток, необходим за отопление на 1 m³ (емпирична стойност).
3. По коефициенти. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, където N, S, C и 100 са еднакви. k1 - като се вземе предвид броят на камерите в прозорец с двоен стъклопакет на стая, k2 - топлоизолация на стени, k3 - съотношение на площта на прозореца към площта на помещението, k4 - средна температура под нулата през най-студената седмица на зимата, k5 - брой външни стени на стая (които "се простират" до улицата), k6 - тип стая отгоре, k7 - височина на тавана.

Това е най-точният вариант за изчисляване на броя на секциите. Естествено резултатите от дробните изчисления винаги се закръглят до следващото цяло число.

Хидравлично изчисляване на водоснабдяването

Разбира се, „картината“ на изчисляване на топлината за отопление не може да бъде пълна без изчисляване на такива характеристики като обема и скоростта на охлаждащата течност. В повечето случаи охлаждащата течност е обикновена вода в течно или газообразно агрегатно състояние.

Препоръчително е да се изчисли действителният обем на охлаждащата течност чрез сумиране на всички кухини в отоплителната система. Когато използвате едноконтурен котел, това е най-добрият вариант. При използване на двуконтурни котли в отоплителна система е необходимо да се вземе предвид потреблението на топла вода за хигиенни и други битови цели

Изчисляването на обема на водата, загрята от двуконтурен котел за осигуряване на обитателите с топла вода и отопление на охлаждащата течност, се извършва чрез сумиране на вътрешния обем на отоплителния кръг и действителните нужди на потребителите от топла вода.

Обемът на топла вода в отоплителната система се изчислява по формулата:

W=k*P, Където

• У — обем на охлаждащата течност;
• П — мощност на отоплителен котел;
• к - фактор на мощността (брой литри на единица мощност, равен на 13,5, обхват - 10-15 литра).

В резултат на това крайната формула изглежда така:

Ш = 13,5*П

Скоростта на охлаждащата течност е крайната динамична оценка на отоплителната система, която характеризира скоростта на циркулация на течността в системата.

Тази стойност помага да се оцени вида и диаметъра на тръбопровода:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Където

• П — мощност на котела;
• μ — ефективност на котела;
• ∆T - температурна разлика между захранващата и връщащата вода.

Използвайки горните методи хидравлично изчисление, ще бъде възможно да се получат реални параметри, които са „основата“ на бъдещата отоплителна система.

Пример за топлинно изчисление

Като пример за топлинно изчисление имаме обикновена едноетажна къща с четири всекидневни, кухня, баня, „зимна градина“ и сервизни помещения.

Фундаментът е от монолитна стоманобетонна плоча (20 см), външните стени са бетон (25 см) с мазилка, покривът е от гредоред, покривът е от керемиди и минерална вата (10 см).

Нека посочим първоначалните параметри на къщата, необходими за изчисленията.

Размери на сградата:

• височина на пода - 3 м;
• малък прозорец отпред и отзад на сградата 1470*1420 мм;
• голям фасаден прозорец 2080*1420 мм;
• входни врати 2000*900 мм;
• задни врати (изход към тераса) 2000*1400 (700 + 700) мм.

Общата ширина на сградата е 9,5м², дължина 16м². Отопляват се само дневни (4 броя), баня и кухня.

За да изчислите точно топлинните загуби по стените, трябва да извадите площта на всички прозорци и врати от площта на външните стени - това е напълно различен вид материал със собствена термична устойчивост

Започваме с изчисляване на площите на хомогенни материали:

• РЗП - 152м²;
• покривна площ - 180м² , като се вземе предвид височината на тавана е 1,3 m, а ширината на гредата е 4 m;
• площ на прозореца - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 м²;
• площ на вратата - 2*0,9+2*2*1,4=7,4м².

Площта на външните стени ще бъде 51*3-9.22-7.4=136.38 m².

Нека да преминем към изчисляване на топлинните загуби за всеки материал:

• Q_етаж=S*∆T*k/d=152*20*0,2/1,7=357,65 W;
• Q_покрив=180*40*0.1/0.05=14400 W;
• Q_{прозорец}=9,22*40*0,36/0,5=265,54 W;
• Q_врати=7,4*40*0,15/0,75=59,2 W;

А също и Q_стена еквивалентно на 136,38*40*0,25/0,3=4546. Сумата от всички топлинни загуби ще бъде 19628,4 W.

В резултат на това изчисляваме мощността на котела: P_котел= Q_загуби*С_{отоплителни_стаи}*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.

Ще изчислим броя на радиаторните секции за една от стаите. За всички останали изчисленията са подобни. Например, ъглова стая (в левия, долен ъгъл на диаграмата) има площ от 10,4 m2.

Това означава 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.

За това помещение са необходими 9 секции отоплителен радиатор с топлинна мощност 180 W.

Нека да преминем към изчисляване на количеството охлаждаща течност в системата - W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Това означава, че скоростта на охлаждащата течност ще бъде: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

В резултат на това пълен оборот на целия обем охлаждаща течност в системата ще бъде еквивалентен на 2,87 пъти на час.

Селекция от статии за топлинни изчисления ще ви помогне да определите точните параметри на елементите на отоплителната система:

1. Изчисляване на отоплителната система на частна къща: правила и примери за изчисление
2. Топлотехнически изчисления на сграда: специфика и формули за извършване на изчисления + практически примери

Изводи и полезно видео по темата

Просто изчисление на отоплителна система за частен дом е представено в следния преглед:

Всички тънкости и общоприети методи за изчисляване на топлинните загуби на сграда са показани по-долу:

Друг вариант за изчисляване на топлинните течове в типична частна къща:

Това видео описва характеристиките на циркулацията на енергийните носители за отопление на дома:

Топлинното изчисляване на отоплителната система е индивидуално и трябва да се извършва компетентно и внимателно. Колкото по-точни са изчисленията, толкова по-малко ще трябва да плащат собствениците на селска къща по време на работа.

Имате ли опит в извършването на топлинни изчисления на отоплителна система? Или все още имате въпроси по темата? Моля, споделете вашето мнение и оставете коментари. Блокът за обратна връзка се намира по-долу.