Calculul încălzirii apei: formule, reguli, exemple de implementare

Folosirea apei ca lichid de răcire într-un sistem de încălzire este una dintre cele mai populare opțiuni pentru a oferi locuinței dumneavoastră căldură în timpul sezonului rece.Trebuie doar să proiectați corect și apoi să instalați sistemul. În caz contrar, încălzirea va fi ineficientă la costuri mari ale combustibilului, ceea ce, vedeți, este extrem de neinteresant la prețurile energiei de astăzi.

Este imposibil să se calculeze independent încălzirea apei (denumită în continuare WHE) fără a utiliza programe specializate, deoarece calculele folosesc expresii complexe, ale căror valori nu pot fi determinate folosind un calculator convențional. În acest articol, vom analiza în detaliu algoritmul pentru efectuarea calculelor, vom prezenta formulele utilizate și vom analiza progresul calculelor folosind un exemplu specific.

Vom completa materialul prezentat cu tabele cu valori și indicatori de referință care sunt necesari atunci când se efectuează calcule, fotografii tematice și un videoclip care demonstrează un exemplu clar de calcule folosind programul.

Calculul bilanţului termic al unei structuri de locuinţe

Pentru a implementa o instalație de încălzire în care apa este mediul de circulație, este necesar să faceți mai întâi precizie calcule hidraulice.

La dezvoltarea și implementarea oricărui sistem de tip încălzire este necesară cunoașterea bilanțului termic (denumit în continuare TB).Cunoscând puterea termică pentru a menține temperatura în cameră, puteți alege echipamentul potrivit și distribui corect sarcina acestuia.

Iarna, camera suferă anumite pierderi de căldură (denumite în continuare HL). Cea mai mare parte a energiei iese prin elementele de închidere și deschiderile de ventilație. Se suportă costuri minore pentru infiltrare, încălzire a obiectelor etc.

TP depinde de straturile care alcătuiesc structurile de închidere (denumite în continuare OK). Materialele de construcție moderne, în special materialele de izolare, au scăzut coeficient de conductivitate termică (denumite în continuare CT), datorită cărora se pierde mai puțină căldură prin ele. Pentru casele din aceeași zonă, dar cu structuri OK diferite, costurile pentru căldură vor diferi.

Pe lângă determinarea TP, este important să se calculeze TB a locuinței. Indicatorul ține cont nu numai de cantitatea de energie care iese din cameră, ci și de cantitatea de putere necesară pentru a menține anumite niveluri de temperatură în casă.

Cele mai precise rezultate sunt oferite de programe specializate dezvoltate pentru constructori. Datorită acestora, este posibil să se țină cont de mai mulți factori care influențează TP.

Cea mai mare cantitate de căldură părăsește camera prin pereți, podea, acoperiș, cel mai puțin - prin uși, deschideri ale ferestrelor

Cu mare precizie, puteți calcula TP-ul unei case folosind formule.

Costurile totale de încălzire ale casei sunt calculate folosind ecuația:

Q = Q_Bine +Q_v,

Unde Q_Bine - cantitatea de căldură care iese din încăpere prin OK; Q_v — costurile de ventilație termică.

Pierderile de ventilație sunt luate în considerare dacă aerul care intră în încăpere are o temperatură mai scăzută.

Calculele iau de obicei în considerare OK-urile cu o parte spre stradă. Acestea sunt pereții exteriori, podeaua, acoperișul, ușile și ferestrele.

General TP Q_Bine egală cu suma TP-ului fiecărui OK, adică:

Q_Bine = ∑Q_Sf +∑Q_{OK n} +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_pl,

Unde:

• Q_Sf — valoarea TP a pereților;
• Q_{OK n} — ferestre TP;
• Q_dv — uși TP;
  
• Q_ptl — plafon TP;
  
• Q_pl — podea TP.

Dacă podeaua sau tavanul au o structură diferită pe întreaga zonă, atunci TP este calculat pentru fiecare secțiune separat.

Calculul pierderilor de căldură folosind OK

Pentru calcule veți avea nevoie de următoarele informații:

• structura peretilor, materialele folosite, grosimea acestora, CT;
• temperatura exterioară în timpul unei ierni extrem de reci de cinci zile în oraș;
• zona OK;
• orientare OK;
• temperatura recomandată în casă iarna.

Pentru a calcula TC trebuie să găsiți rezistența termică totală R_Bine. Pentru a face acest lucru, trebuie să aflați rezistența termică R₁, R₂, R₃, …, R_n fiecare strat este OK.

factorul R_n calculat prin formula:

Rn = B/k,

In formula: B — grosimea stratului OK în mm, k — Scanarea CT a fiecărui strat.

R total poate fi determinat prin expresia:

R = ∑R_n

Producătorii de uși și ferestre indică de obicei coeficientul R în fișa tehnică a produsului, deci nu este nevoie să îl calculați separat.

Rezistența termică a ferestrelor nu poate fi calculată, deoarece fișa tehnică conține deja informațiile necesare, ceea ce simplifică calculul rezistenței termice

Formula generală pentru calcularea TP prin OK este următoarea:

Q_Bine = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

În expresia:

• S — zona OK, m²;
• t_vnt - temperatura dorită a camerei;
• t_nar — temperatura aerului exterior;
• R — coeficient de rezistență, calculat separat sau preluat din fișa tehnică a produsului;
• l — un coeficient de clarificare care ține cont de orientarea pereților față de direcțiile cardinale.

Calculul TB vă permite să selectați echipamente cu puterea necesară, ceea ce va elimina posibilitatea deficienței sau excesului de căldură. Deficitul de energie termică este compensat prin creșterea debitului de aer prin ventilație, excesul - prin instalarea de echipamente suplimentare de încălzire.

Costurile termice ale ventilației

Formula generală pentru calcularea ventilației TP este următoarea:

Q_v = 0,28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt -t_nar),

Într-o expresie, variabilele au următoarea semnificație:

• L_n — consumul de aer de intrare;
• p_vnt — densitatea aerului la o anumită temperatură în cameră;
• c — capacitatea termică a aerului;
• t_vnt - temperatura in casa;
• t_nar - temperatura aerului exterior.

Dacă în clădire este instalată ventilație, atunci parametrul L_n preluate din specificatiile tehnice ale aparatului. Dacă nu există ventilație, atunci se ia o rată de schimb de aer specifică standard de 3 m.³ la ora unu.

Pe baza acestui fapt, L_n calculat prin formula:

L_n = 3 × S_pl,

În exprimare S_pl - suprafata.

2% din toate pierderile de căldură se datorează infiltrațiilor, 18% ventilației. Dacă camera este echipată cu un sistem de ventilație, atunci calculele iau în considerare TP prin ventilație, dar nu iau în considerare infiltrarea

În continuare trebuie să calculați densitatea aerului p_vnt la o anumită temperatură a camerei t_vnt.

Acest lucru se poate face folosind formula:

p_vnt = 353/(273+t_vnt),

Capacitate termică specifică c = 1,0005.

Dacă ventilația sau infiltrarea este neorganizată, sau există crăpături sau găuri în pereți, atunci calculul TP prin găuri ar trebui să fie încredințat unor programe speciale.

În celălalt articol al nostru, am oferit detalii detaliate exemplu de calcul termic cladiri cu exemple si formule specifice.

Exemplu de calcul al bilanţului termic

Luați în considerare o casă de 2,5 m înălțime, 6 m lățime și 8 m lungime, situată în orașul Okha din regiunea Sakhalin, unde într-o zi extrem de friguroasă de 5 zile termometrul scade la -29 de grade.

În urma măsurării, temperatura solului a fost determinată a fi +5. Temperatura recomandată în interiorul structurii este de +21 de grade.

Cel mai convenabil mod de a desena diagrama casei este pe hârtie, indicând nu numai lungimea, lățimea și înălțimea clădirii, ci și orientarea în raport cu punctele cardinale, precum și locația și dimensiunile ferestrelor și ușilor.

Pereții casei în cauză sunt formați din:

• grosimea zidăriei B=0,51 m, CT k=0,64;
• vată minerală B=0,05 m, k=0,05;
• cu fața B=0,09 m, k=0,26.

Atunci când determinați k, este mai bine să utilizați tabelele prezentate pe site-ul web al producătorului sau să găsiți informații în fișa tehnică a produsului.

Cunoscând conductivitatea termică, puteți selecta cele mai eficiente materiale din punct de vedere al termoizolației. Pe baza tabelului de mai sus, este cel mai recomandabil să folosiți plăci de vată minerală și polistiren expandat în construcții

Pardoseala este formată din următoarele straturi:

• Plăci OSB B=0,1 m, k=0,13;
• vată minerală B=0,05 m, k=0,047;
• sape de ciment B=0,05 m, k=0,58;
• polistiren expandat B=0,06 m, k=0,043.

În casă nu există subsol, iar podeaua are aceeași structură în toată zona.

Tavanul este format din straturi:

• foi de gips-carton B=0,025 m, k= 0,21;
• izolație B=0,05 m, k=0,14;
• acoperiș B=0,05 m, k=0,043.

Casa are doar 6 ferestre cu camera dubla cu sticla I si argon. Din fisa tehnica a produsului se stie ca R=0,7. Ferestrele au dimensiunile de 1,1x1,4 m.

Usile au dimensiunile de 1x2,2 m, R = 0,36.

Pasul #1 - calculul pierderii de căldură pe perete

Pereții din întreaga zonă sunt formați din trei straturi. Mai întâi, să calculăm rezistența lor termică totală.

De ce să folosiți formula:

R = ∑R_n,

si expresia:

R_n = B/k

Ținând cont de informațiile inițiale, obținem:

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

După ce ați aflat R, puteți începe să calculați TP-ul pereților nordici, sudici, estici și vestici.

Coeficienții suplimentari iau în considerare particularitățile locației pereților în raport cu direcțiile cardinale. De obicei, în partea de nord, pe vreme rece, se formează o „roza vânturilor”, în urma căreia TP pe această parte va fi mai mare decât pe celelalte.

Să calculăm aria peretelui de nord:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Apoi, înlocuind în formulă Q_Bine = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l și ținând cont că l=1,1 obținem:

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

Zona peretelui sudic S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Nu există ferestre sau uși încorporate în perete, prin urmare, ținând cont de coeficientul l=1, obținem următorul TP:

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

Pentru zidurile vestice si estice, coeficientul este l=1,05. Prin urmare, puteți găsi suprafața totală a acestor pereți, adică:

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

Există 6 ferestre și o ușă încorporate în pereți. Să calculăm suprafața totală a ferestrelor și ușilor S:

S_{OK n} = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Să definim S pereți fără a lua în considerare S ferestre și uși:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Să calculăm TP total al pereților estici și vestici:

Q_vost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

După ce am primit rezultatele, să calculăm cantitatea de căldură care iese prin pereți:

Qst = Q_sev.st + Q_yuch.st + Q_vost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

În total, TP-ul total al pereților este de 6 kW.

Pasul #2 - calcularea TP-ului ferestrelor și ușilor

Ferestrele sunt amplasate pe pereții estici și vestici, deci la calcul, coeficientul este l=1,05. Se știe că structura tuturor structurilor este aceeași și R = 0,7.

Folosind valorile suprafeței date mai sus, obținem:

Q_{OK n} = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Știind că pentru ușile R=0,36 și S=2,2, determinăm TP-ul lor:

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

Ca urmare, 340 W de căldură iese prin ferestre, iar 42 W prin uși.

Pasul #3 - determinarea TP-ului podelei și tavanului

În mod evident, aria tavanului și a podelei va fi aceeași și se calculează după cum urmează:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Să calculăm rezistența termică totală a pardoselii, ținând cont de structura acesteia.

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

Știind că temperatura solului t_nar=+5 și ținând cont de coeficientul l=1, calculăm Q al etajului:

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

Rotunjind în sus, constatăm că pierderea de căldură în pardoseală este de aproximativ 3 kW.

În calculele TP, este necesar să se țină cont de straturile care afectează izolarea termică, de exemplu, beton, plăci, zidărie, izolație etc.

Să determinăm rezistența termică a tavanului R_ptl si intrebarea lui:

• 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

Rezultă că aproape 6 kW trec prin tavan și podea.

Pasul #4 - calculul ventilației TP

Ventilația în cameră este organizată și calculată folosind formula:

Q_v = 0,28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt -t_nar)

Pe baza caracteristicilor tehnice, transferul de căldură specific este de 3 metri cubi pe oră, adică:

L_n = 3 × 48 = 144.

Pentru a calcula densitatea folosim formula:

p_vnt = 353/(273+t_vnt).

Temperatura estimată a camerei este de +21 de grade.

TP de ventilație nu se calculează dacă sistemul este echipat cu un dispozitiv de încălzire a aerului

Înlocuind valorile cunoscute, obținem:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Să înlocuim numerele rezultate în formula de mai sus:

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

Luând în considerare TP pentru ventilație, Q total al clădirii va fi:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Convertind în kW, obținem o pierdere totală de căldură de 16 kW.

Caracteristici de calcul SVO

După găsirea indicatorului TP, aceștia trec la calculul hidraulic (denumit în continuare GR).

Pe baza acestuia, se obțin informații despre următorii indicatori:

• diametrul optim al conductelor, care, în timpul căderilor de presiune, va putea trece o anumită cantitate de lichid de răcire;
• fluxul de lichid de răcire într-o anumită zonă;
• viteza de mișcare a apei;
• valoarea rezistivității.

Înainte de a începe calculele, pentru a simplifica calculele, desenați o diagramă spațială a sistemului, pe care toate elementele sale sunt dispuse paralel între ele.

Diagrama prezintă un sistem de încălzire cu cablare aeriană, mișcarea lichidului de răcire este o fundătură

Să luăm în considerare principalele etape ale calculelor de încălzire a apei.

GR al inelului principal de circulație

Metoda de calcul a GR se bazează pe presupunerea că diferențele de temperatură sunt aceleași în toate coloanele și ramurile.

Algoritmul de calcul este următorul:

1. În diagrama prezentată, ținând cont de pierderile de căldură, sunt aplicate sarcinile termice care acționează asupra dispozitivelor de încălzire și a ascensoarelor.
2. Pe baza diagramei, este selectat inelul principal de circulație (denumit în continuare MCC). Particularitatea acestui inel este că în el presiunea de circulație pe unitatea de lungime a inelului capătă cea mai mică valoare.
3. FCC este împărțit în secțiuni cu consum constant de căldură. Pentru fiecare secțiune, indicați numărul, sarcina termică, diametrul și lungimea.

Într-un sistem vertical de tip cu o singură țeavă, inelul prin care trece cel mai încărcat ascensoare în timpul fundului sau mișcării asociate a apei de-a lungul rețelei este luat ca circuit principal de circulație.Am vorbit mai detaliat despre legarea inelelor de circulație într-un sistem cu o singură conductă și alegerea celui principal în articolul următor. Am acordat o atenție deosebită ordinii calculelor, folosind un exemplu specific pentru claritate.

În sistemele verticale cu două conducte, fluidul principal de circulație trece prin dispozitivul de încălzire inferior, care are o sarcină maximă în timpul fundului sau mișcării apei asociate.

Într-un sistem orizontal cu o singură conductă, circuitul principal de circulație ar trebui să aibă cea mai mică presiune de circulație și o lungime unitară a inelului. Pentru sistemele cu circulatie naturala situatia este asemanatoare.

Atunci când se dezvoltă coloane verticale ale unui sistem vertical de tip cu o singură țeavă, montantele cu flux continuu, reglate cu debit, care încorporează componente unificate, sunt considerate ca un singur circuit. Pentru montantele cu secțiuni de închidere, se efectuează separarea, ținând cont de distribuția apei în conducta fiecărei unități de instrumente.

Consumul de apă într-o anumită zonă se calculează folosind formula:

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

În expresie, caracterele alfabetice au următoarele semnificații:

• Q_kont — sarcina termică a circuitului;
• β_1, β₂ — coeficienți tabulari suplimentari luând în considerare transferul de căldură în încăpere;
• c — capacitatea termică a apei, egală cu 4.187;
• t_r — temperatura apei în conducta de alimentare;
• t₀ — temperatura apei în conducta de retur.

După ce a determinat diametrul și cantitatea de apă, este necesar să se afle viteza de mișcare a acesteia și valoarea rezistenței specifice R. Toate calculele sunt efectuate cel mai convenabil folosind programe speciale.

GR inel de circulatie secundara

După GR al inelului principal, se determină presiunea în inelul mic de circulație format prin cele mai apropiate ascensoare ale acestuia, ținând cont de faptul că pierderile de presiune pot diferi cu cel mult 15% într-un circuit fără fund și cu cel mult 5% în un circuit de trecere.

Dacă este imposibil să corelați pierderea de presiune, instalați o șaibă de accelerație, al cărei diametru este calculat folosind metode software.

Calculul bateriilor de radiatoare

Să revenim la planul casei de mai sus. Prin calcule s-a dezvăluit că vor fi necesari 16 kW de energie pentru menținerea echilibrului termic. Casa în cauză are 6 camere cu destinații diferite - un living, o baie, o bucătărie, un dormitor, un coridor și un hol de intrare.

Pe baza dimensiunilor structurii, puteți calcula volumul V:

V=6×8×2,5=120 m³

În continuare trebuie să găsiți cantitatea de putere termică pe m³. Pentru a face acest lucru, Q trebuie împărțit la volumul găsit, adică:

P=16000/120=133 W pe m³

Apoi, trebuie să determinați câtă putere de încălzire este necesară pentru o cameră. În diagramă, aria fiecărei camere a fost deja calculată.

Să determinăm volumul:

• baie – 4.19×2.5=10.47;
• sufragerie – 13.83×2.5=34.58;
• bucătărie – 9.43×2.5=23.58;
• dormitor – 10.33×2.5=25.83;
• coridor – 4.10×2.5=10.25;
• hol – 5.8×2.5=14.5.

De asemenea, calculele trebuie să ia în considerare încăperile în care nu există radiatoare de încălzire, de exemplu, un coridor.

Coridorul este încălzit pasiv; căldura va curge în el datorită circulației aerului termic atunci când oamenii se deplasează, prin uși etc.

Să determinăm cantitatea necesară de căldură pentru fiecare cameră înmulțind volumul camerei cu indicele R.

Să obținem puterea necesară:

• pentru baie — 10,47×133=1392 W;
• pentru sufragerie — 34,58×133=4599 W;
• pentru bucatarie — 23,58×133=3136 W;
• pentru dormitor — 25,83×133=3435 W;
• pentru coridor — 10,25×133=1363 W;
• pentru hol — 14,5×133=1889 W.

Să începem să calculăm bateriile radiatoarelor. Vom folosi calorifere din aluminiu, a căror înălțime este de 60 cm, puterea la o temperatură de 70 este de 150 W.

Să calculăm numărul necesar de baterii de radiator:

• baie — 1392/150=10;
• sufragerie — 4599/150=31;
• bucătărie — 3136/150=21;
• dormitor — 3435/150=23;
• hol — 1889/150=13.

Total necesar: 10+31+21+23+13=98 baterii radiatoare.

Avem și alte articole pe site-ul nostru în care am examinat în detaliu procedura de efectuare a calculelor termice ale unui sistem de încălzire, calcule pas cu pas ale puterii radiatoarelor și conductelor de încălzire. Și dacă sistemul dvs. necesită pardoseli încălzite, atunci va trebui să efectuați calcule suplimentare.

Toate aceste probleme sunt tratate mai detaliat în următoarele articole:

• Calculul termic al unui sistem de încălzire: cum se calculează corect sarcina asupra sistemului
• Calculul radiatoarelor de încălzire: cum se calculează numărul necesar și puterea bateriilor
• Calculul volumului conductei: principii de calcul și reguli pentru efectuarea calculelor în litri și metri cubi
• Cum se calculează o pardoseală încălzită folosind un sistem de apă ca exemplu
• Calculul țevilor pentru pardoseli încălzite: tipuri de țevi, metode și etape de așezare + calculul debitului

Concluzii și video util pe această temă

În videoclip puteți vedea un exemplu de calcul al încălzirii apei, care se realizează folosind programul Valtec:

Calculele hidraulice sunt cel mai bine efectuate folosind programe speciale care garantează o precizie ridicată a calculelor și iau în considerare toate nuanțele designului.

Sunteți specializat în calcularea sistemelor de încălzire folosind apa ca lichid de răcire și doriți să completați articolul nostru cu formule utile și să împărtășiți secrete profesionale?

Sau poate doriți să vă concentrați pe calcule suplimentare sau să subliniați inexactități în calculele noastre? Vă rugăm să scrieți comentariile și recomandările dumneavoastră în blocul de sub articol.