الحساب الحراري لنظام التدفئة: كيفية حساب الحمل على النظام بشكل صحيح

يعد التصميم والحساب الحراري لنظام التدفئة مرحلة إلزامية عند ترتيب التدفئة المنزلية.تتمثل المهمة الرئيسية للأنشطة الحسابية في تحديد المعلمات المثلى لنظام المرجل والرادياتير.

أوافق، للوهلة الأولى قد يبدو أن المهندس فقط يمكنه إجراء حسابات الهندسة الحرارية. ومع ذلك، ليس كل شيء معقدًا جدًا. معرفة خوارزمية الإجراءات، يمكنك إجراء الحسابات اللازمة بشكل مستقل.

توضح المقالة بالتفصيل إجراء الحساب وتوفر جميع الصيغ اللازمة. للحصول على فهم أفضل، قمنا بإعداد مثال للحساب الحراري لمنزل خاص.

الحساب الحراري للتدفئة: الإجراء العام

الحساب الحراري الكلاسيكي لنظام التدفئة هو مستند فني موحد يتضمن طرق حساب قياسية إلزامية خطوة بخطوة.

ولكن قبل دراسة هذه الحسابات من المعلمات الرئيسية، عليك أن تقرر مفهوم نظام التدفئة نفسه.

يتميز نظام التدفئة بالإمداد القسري وإزالة الحرارة غير الطوعي إلى الغرفة.

المهام الرئيسية لحساب وتصميم نظام التدفئة:

• تحديد فقدان الحرارة بشكل أكثر موثوقية.
• تحديد كمية وشروط استخدام المبرد؛
• تحديد عناصر التوليد والحركة ونقل الحرارة بأكبر قدر ممكن من الدقة.

أثناء البناء أنظمة التدفئة من الضروري في البداية جمع مجموعة متنوعة من البيانات حول الغرفة/المبنى الذي سيتم استخدام نظام التدفئة فيه. بعد حساب المعلمات الحرارية للنظام، قم بتحليل نتائج العمليات الحسابية.

بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها، يتم اختيار مكونات نظام التدفئة، يليها الشراء والتركيب والتشغيل.

التدفئة عبارة عن نظام متعدد المكونات لضمان نظام درجة الحرارة المعتمد في الغرفة/المبنى.إنه جزء منفصل من مجمع الاتصالات لمباني سكنية حديثة

من الجدير بالذكر أن طريقة الحساب الحراري هذه تسمح للمرء بحساب عدد كبير من الكميات التي تصف على وجه التحديد نظام التدفئة المستقبلي بدقة تامة.

ونتيجة للحساب الحراري، ستكون المعلومات التالية متاحة:

• عدد فقدان الحرارة، قوة الغلاية.
• عدد ونوع المشعاعات الحرارية لكل غرفة على حدة؛
• الخصائص الهيدروليكية لخط الأنابيب.
• الحجم، سرعة سائل التبريد، قوة المضخة الحرارية.

الحسابات الحرارية ليست رسومات نظرية، بل هي نتائج دقيقة ومعقولة يوصى باستخدامها عمليًا عند اختيار مكونات نظام التدفئة.

معايير ظروف درجة حرارة الغرفة

قبل إجراء أي حسابات لمعلمات النظام، من الضروري، على الأقل، معرفة ترتيب النتائج المتوقعة، وكذلك الحصول على خصائص موحدة لبعض القيم الجدولية التي يجب استبدالها في الصيغ أو الاسترشاد بها .

من خلال حساب المعلمات بهذه الثوابت، يمكنك أن تكون واثقًا من موثوقية المعلمة الديناميكية أو الثابتة المطلوبة للنظام.

بالنسبة للمباني ذات الأغراض المختلفة، هناك معايير مرجعية لظروف درجة الحرارة في المباني السكنية وغير السكنية. هذه المعايير منصوص عليها في ما يسمى بـ GOSTs

بالنسبة لنظام التدفئة، إحدى هذه المعايير العالمية هي درجة حرارة الغرفة، والتي يجب أن تكون ثابتة بغض النظر عن الموسم والظروف البيئية.

وفقا للوائح والمعايير الصحية، هناك اختلافات في درجات الحرارة مقارنة بفصلي الصيف والشتاء من العام.نظام تكييف الهواء مسؤول عن نظام درجة حرارة الغرفة في فصل الصيف، ويرد وصف مبدأ حسابه بالتفصيل في هذا المقال.

لكن درجة حرارة الغرفة في الشتاء يتم توفيرها بواسطة نظام التدفئة. لذلك، نحن مهتمون بنطاقات درجات الحرارة وتفاوت انحرافاتها في فصل الشتاء.

تنص معظم الوثائق التنظيمية على نطاقات درجات الحرارة التالية التي تسمح للشخص بالبقاء بشكل مريح في الغرفة.

للمباني المكتبية غير السكنية بمساحة تصل إلى 100 متر مربع²:

• 22-24 درجة مئوية — درجة حرارة الهواء المثالية؛
• 1 درجة مئوية - التقلب المسموح به.

للمباني المكتبية بمساحة تزيد عن 100 م² درجة الحرارة 21-23 درجة مئوية. بالنسبة للمباني الصناعية غير السكنية، تختلف درجات الحرارة بشكل كبير حسب الغرض من الغرفة ومعايير حماية العمال المعمول بها.

كل شخص لديه درجة حرارة الغرفة المريحة الخاصة به. يحب بعض الأشخاص أن تكون الغرفة دافئة جدًا، بينما يشعر البعض الآخر بالراحة عندما تكون الغرفة باردة - كل هذا فردي تمامًا

أما بالنسبة للمباني السكنية: الشقق والمنازل الخاصة والعقارات وغيرها، فهناك نطاقات معينة لدرجات الحرارة يمكن تعديلها حسب رغبة السكان.

ومع ذلك، بالنسبة لمباني محددة للشقة والمنزل، لدينا:

• 20-22 درجة مئوية - غرفة المعيشة، بما في ذلك غرفة الأطفال، التسامح ±2 درجة مئوية -
• 19-21 درجة مئوية - المطبخ والمرحاض، التسامح ±2 درجة مئوية؛
• 24-26 درجة مئوية — حمام، دش، حمام سباحة، التسامح ±1 درجة مئوية؛
• 16-18 درجة مئوية — الممرات، الممرات، السلالم، غرف التخزين، التسامح +3 درجة مئوية

من المهم ملاحظة أن هناك العديد من المعلمات الأساسية التي تؤثر على درجة الحرارة في الغرفة والتي تحتاج إلى التركيز عليها عند حساب نظام التدفئة: الرطوبة (40-60٪)، وتركيز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الهواء ( 250:1)، كتلة سرعة حركة الهواء (0.13-0.25 م/ث)، إلخ.

حساب فقدان الحرارة في المنزل

وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية (الفيزياء المدرسية)، لا يوجد انتقال تلقائي للطاقة من الأجسام الصغيرة أو الكبيرة الأقل تسخينًا إلى الأجسام الصغيرة أو الكبيرة الأكثر تسخينًا. إحدى الحالات الخاصة لهذا القانون هي "السعي" إلى خلق توازن في درجة الحرارة بين نظامين ديناميكيين حراريين.

على سبيل المثال، النظام الأول عبارة عن بيئة بدرجة حرارة -20 درجة مئوية، والنظام الثاني عبارة عن مبنى بدرجة حرارة داخلية +20 درجة مئوية. ووفقا للقانون المذكور أعلاه، فإن هذين النظامين سوف يسعىان إلى تحقيق التوازن من خلال تبادل الطاقة. سيحدث هذا بمساعدة فقدان الحرارة من النظام الثاني والتبريد في النظام الأول.

يمكننا بالتأكيد أن نقول أن درجة الحرارة المحيطة تعتمد على خط العرض الذي يقع فيه المنزل الخاص. ويؤثر اختلاف درجات الحرارة على كمية الحرارة المتسربة من المبنى (+)

يشير فقدان الحرارة إلى الإطلاق غير الطوعي للحرارة (الطاقة) من جسم ما (منزل، شقة). بالنسبة لشقة عادية، هذه العملية ليست "ملحوظة" مقارنة بمنزل خاص، لأن الشقة تقع داخل المبنى و"مجاورة" للشقق الأخرى.

في منزل خاص، تتسرب الحرارة بدرجة أو بأخرى من خلال الجدران الخارجية والأرضية والسقف والنوافذ والأبواب.

معرفة مقدار فقدان الحرارة في الظروف الجوية غير المواتية وخصائص هذه الظروف، من الممكن حساب قوة نظام التدفئة بدقة عالية.

لذلك يتم حساب حجم تسرب الحرارة من المبنى باستخدام الصيغة التالية:

س = س_أرضية+س_حائط+س_{نافذة او شباك}+س_سَطح+س_باب+…+س_أنا، أين

تشي — حجم فقدان الحرارة من نوع متجانس من هيكل المبنى.

يتم حساب كل مكون من مكونات الصيغة باستخدام الصيغة:

س=S*∆T/R، أين

• س - تسرب الحرارة، V؛
• س - مساحة نوع معين من الهيكل، مربع. م؛
• ∆T - الفرق في درجات حرارة الهواء المحيط والهواء الداخلي، درجة مئوية؛
• ر - المقاومة الحرارية لنوع معين من الهياكل، م²* درجة مئوية/ث.

يوصى بأخذ قيمة المقاومة الحرارية للمواد الموجودة بالفعل من الجداول المساعدة.

بالإضافة إلى ذلك يمكن الحصول على المقاومة الحرارية باستخدام العلاقة التالية:

ص = د / ك، أين

• ر - المقاومة الحرارية (م²*ك)/ث؛
• ك - معامل التوصيل الحراري للمادة، W/(م²*ل)؛
• د – سمك هذه المادة م .

في المنازل القديمة ذات هياكل الأسقف الرطبة، يحدث تسرب للحرارة من خلال الجزء العلوي من المبنى، أي من خلال السقف والعلية. تنفيذ الأنشطة على عزل السقف أو العزل الحراري لسقف العلية حل هذه المشكلة.

إذا قمت بعزل مساحة العلية والسقف، فيمكن تقليل فقدان الحرارة الإجمالي من المنزل بشكل كبير

هناك عدة أنواع أخرى من فقدان الحرارة في المنزل من خلال الشقوق في الهياكل، وأنظمة التهوية، وأغطية المطبخ، وفتح النوافذ والأبواب. ولكن من غير المنطقي أن نأخذ في الاعتبار حجمها، لأنها لا تشكل أكثر من 5٪ من إجمالي عدد التسريبات الحرارية الرئيسية.

تحديد قوة المرجل

للحفاظ على الفرق في درجة الحرارة بين البيئة ودرجة الحرارة داخل المنزل، يلزم وجود نظام تدفئة مستقل، يحافظ على درجة الحرارة المطلوبة في كل غرفة في المنزل الخاص.

ويستند نظام التدفئة على مختلفة أنواع الغلايات: الوقود السائل أو الصلب، الكهرباء أو الغاز.

الغلاية هي الوحدة المركزية لنظام التدفئة الذي يولد الحرارة. السمة الرئيسية للغلاية هي قوتها، أي معدل تحويل كمية الحرارة لكل وحدة زمنية.

بعد حساب حمل التسخين، نحصل على القدرة المقدرة المطلوبة للغلاية.

بالنسبة لشقة عادية متعددة الغرف، يتم حساب قوة المرجل من خلال المنطقة والطاقة المحددة:

ر_{سخان مياه}=(س_مقدمات* ر_محدد)/10، أين

• س_مقدمات - المساحة الإجمالية للغرفة الساخنة؛
• ر_محدد — قوة محددة بالنسبة للظروف المناخية.

لكن هذه الصيغة لا تأخذ في الاعتبار خسائر الحرارة الكافية في منزل خاص.

هناك نسبة أخرى تأخذ هذه المعلمة في الاعتبار:

ر_{سخان مياه}=(س_خسائر*س)/100، أين

• ر_{سخان مياه} — قوة الغلاية
• س_خسائر - فقدان الحرارة؛
• س - منطقة ساخنة.

يجب زيادة القوة التصميمية للغلاية. الاحتياطي ضروري إذا كنت تخطط لاستخدام المرجل لتسخين المياه للحمام والمطبخ.

في معظم أنظمة التدفئة في المنازل الخاصة، يوصى باستخدام خزان التوسع، حيث سيتم تخزين إمدادات التبريد. يحتاج كل منزل خاص إلى إمدادات المياه الساخنة

من أجل توفير احتياطي طاقة الغلاية، يجب إضافة عامل الأمان K إلى الصيغة الأخيرة:

ر_{سخان مياه}=(س_خسائر*س*ك)/100، أين

ل - سيكون مساوياً لـ 1.25، أي أن القوة التصميمية للغلاية ستزيد بنسبة 25%.

وبالتالي، فإن قوة الغلاية تجعل من الممكن الحفاظ على درجة حرارة الهواء القياسية في غرف المبنى، وكذلك الحصول على حجم أولي وإضافي من الماء الساخن في المنزل.

ميزات اختيار مشعات

المكونات القياسية لتوفير الحرارة في الغرفة هي المشعاعات والألواح وأنظمة التدفئة الأرضية والمسخنات الحرارية وما إلى ذلك.الأجزاء الأكثر شيوعًا في نظام التدفئة هي المشعات.

المبرد الحراري عبارة عن هيكل خاص مجوف من النوع المعياري مصنوع من سبيكة ذات تبديد حرارة عالي. وهي مصنوعة من الفولاذ والألمنيوم والحديد الزهر والسيراميك وسبائك أخرى. يتم تقليل مبدأ تشغيل مشعاع التدفئة إلى إشعاع الطاقة من سائل التبريد إلى مساحة الغرفة من خلال "البتلات".

حل مشعاع التسخين المصنوع من الألومنيوم والثنائي المعدن محل بطاريات الحديد الزهر الضخمة. إن بساطة الإنتاج ونقل الحرارة العالي والتصميم الناجح والتصميم جعل هذا المنتج أداة شائعة وواسعة الانتشار لإشعاع الحرارة في الداخل

هناك عدة طرق حسابات المبرد التدفئة في الغرفة. يتم فرز قائمة الطرق أدناه من أجل زيادة دقة الحساب.

خيارات الحساب:

1. حسب المنطقة. N=(S*100)/C، حيث N هو عدد الأقسام، S هي مساحة الغرفة (م)²) ، ج - نقل الحرارة لقسم واحد من المبرد (W، مأخوذ من جواز السفر أو الشهادة للمنتج)، 100 واط - كمية تدفق الحرارة اللازمة لتسخين 1 م² (القيمة التجريبية). السؤال الذي يطرح نفسه: كيف نأخذ في الاعتبار ارتفاع سقف الغرفة؟
2. بالصوت. N=(S*H*41)/C، حيث تتشابه N وS وC. ح - ارتفاع الغرفة 41 وات - كمية تدفق الحرارة المطلوبة لتسخين 1 م³ (القيمة التجريبية).
3. بالاحتمالات. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C، حيث N وS وC و100 هي نفسها. k1 - مع الأخذ في الاعتبار عدد الغرف في نافذة الغرفة ذات الزجاج المزدوج، k2 - العزل الحراري للجدران، k3 - نسبة مساحة النافذة إلى مساحة الغرفة، k4 - متوسط ​​درجة الحرارة تحت الصفر في أبرد أسبوع في فصل الشتاء، k5 - عدد الجدران الخارجية للغرفة (التي "تمتد" إلى الشارع)، k6 - نوع الغرفة أعلاه، k7 - ارتفاع السقف.

هذا هو الخيار الأكثر دقة لحساب عدد الأقسام. وبطبيعة الحال، يتم دائمًا تقريب نتائج العمليات الحسابية الكسرية إلى العدد الصحيح التالي.

الحساب الهيدروليكي لإمدادات المياه

بالطبع، لا يمكن أن تكتمل "صورة" حساب الحرارة للتدفئة دون حساب خصائص مثل حجم وسرعة سائل التبريد. في معظم الحالات، يكون المبرد عبارة عن ماء عادي في حالة سائلة أو غازية.

يوصى بحساب الحجم الفعلي لسائل التبريد عن طريق جمع جميع التجاويف الموجودة في نظام التدفئة. عند استخدام غلاية ذات دائرة واحدة، فهذا هو الخيار الأفضل. عند استخدام غلايات الدائرة المزدوجة في نظام التدفئة، فمن الضروري أن تأخذ في الاعتبار استهلاك الماء الساخن للأغراض الصحية وغيرها من الأغراض المنزلية

يتم حساب حجم الماء الذي يتم تسخينه بواسطة غلاية مزدوجة الدائرة لتزويد السكان بالماء الساخن وتسخين سائل التبريد من خلال جمع الحجم الداخلي لدائرة التسخين والاحتياجات الفعلية للمستخدمين من الماء الساخن.

يتم حساب حجم الماء الساخن في نظام التدفئة بالصيغة:

ث=ك*ص، أين

• دبليو - حجم سائل التبريد؛
• ص — قوة غلاية التدفئة.
• ك - عامل الطاقة (عدد اللترات لكل وحدة طاقة يساوي 13.5، النطاق - 10-15 لتر).

ونتيجة لذلك، تبدو الصيغة النهائية كما يلي:

ث = 13.5*ف

سرعة سائل التبريد هي التقييم الديناميكي النهائي لنظام التدفئة، والذي يميز سرعة دوران السوائل في النظام.

تساعد هذه القيمة في تقييم نوع وقطر خط الأنابيب:

V=(0.86*P*μ)/∆T، أين

• ص — قوة الغلاية
• μ — كفاءة الغلاية.
• ∆T - اختلاف درجة الحرارة بين مياه الإمداد والمياه العائدة.

باستخدام الطرق المذكورة أعلاه الحساب الهيدروليكيسيكون من الممكن الحصول على معلمات حقيقية تمثل "الأساس" لنظام التدفئة المستقبلي.

مثال على الحساب الحراري

كمثال على الحساب الحراري، لدينا منزل عادي مكون من طابق واحد مع أربع غرف معيشة ومطبخ وحمام و"حديقة شتوية" وغرف مرافق.

الأساس مصنوع من بلاطة خرسانية مسلحة متجانسة (20 سم)، والجدران الخارجية خرسانية (25 سم) مع جص، والسقف مصنوع من عوارض خشبية، والسقف من البلاط المعدني والصوف المعدني (10 سم)

دعونا نحدد المعلمات الأولية للمنزل اللازمة للحسابات.

أبعاد البناء:

• ارتفاع الأرضية - 3 م؛
• نافذة صغيرة في الجزء الأمامي والخلفي من المبنى 1470*1420 مم؛
• نافذة واجهة كبيرة 2080*1420 مم؛
• أبواب المدخل 2000*900 مم؛
• أبواب خلفية (مخرج للتراس) 2000*1400 (700+700) مم.

العرض الإجمالي للمبنى 9.5 م², الطول 16 م². سيتم تدفئة غرف المعيشة (4 وحدات) والحمام والمطبخ فقط.

لحساب فقدان الحرارة على الجدران بدقة، تحتاج إلى طرح مساحة جميع النوافذ والأبواب من مساحة الجدران الخارجية - وهذا نوع مختلف تمامًا من المواد وله مقاومته الحرارية الخاصة

نبدأ بحساب مساحات المواد المتجانسة:

• مساحة الارضية - 152 م²;
• مساحة السطح - 180 م² مع مراعاة أن يكون ارتفاع العلية 1.3 م وعرض المدادة 4 م ؛
• مساحة النافذة - 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 م²;
• مساحة الباب - 2*0.9+2*2*1.4=7.4 م².

مساحة الجدران الخارجية ستكون 51*3-9.22-7.4=136.38م².

دعنا ننتقل إلى حساب فقدان الحرارة لكل مادة:

• س_أرضية=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 واط;
• س_سَطح=180*40*0.1/0.05=14400 واط؛
• س_{نافذة او شباك}=9.22*40*0.36/0.5=265.54 واط;
• س_أبواب=7.4*40*0.15/0.75=59.2 واط؛

وأيضا س_حائط يعادل 136.38*40*0.25/0.3=4546. مجموع فقدان الحرارة سيكون 19628.4 واط.

ونتيجة لذلك، نحسب قوة المرجل: P_{سخان مياه}=س_خسائر*س_{التدفئة_غرف}*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 كيلووات.

سنقوم بحساب عدد أقسام الرادياتير لإحدى الغرف. وبالنسبة لجميع الحسابات الأخرى، فهي متشابهة. على سبيل المثال، تبلغ مساحة غرفة الزاوية (في الزاوية اليسرى السفلية من المخطط) 10.4 مترًا مربعًا.

وهذا يعني 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.

تتطلب هذه الغرفة 9 أقسام من مشعاع التدفئة بقوة 180 واط.

دعنا ننتقل إلى حساب كمية سائل التبريد في النظام - W=13.5*P=13.5*21=283.5 لتر. هذا يعني أن سرعة سائل التبريد ستكون: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 لتر.

ونتيجة لذلك، فإن الدوران الكامل لكامل حجم سائل التبريد في النظام سيكون يعادل 2.87 مرة في الساعة.

ستساعدك مجموعة مختارة من المقالات حول الحسابات الحرارية على تحديد المعلمات الدقيقة لعناصر نظام التدفئة:

1. حساب نظام التدفئة لمنزل خاص: القواعد وأمثلة الحساب
2. حساب الهندسة الحرارية للمبنى: تفاصيل وصيغ لإجراء العمليات الحسابية + أمثلة عملية

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

يتم عرض حساب بسيط لنظام التدفئة لمنزل خاص في المراجعة التالية:

جميع التفاصيل الدقيقة والطرق المقبولة عمومًا لحساب فقدان الحرارة للمبنى موضحة أدناه:

خيار آخر لحساب تسرب الحرارة في منزل خاص نموذجي:

يصف هذا الفيديو ميزات تداول ناقلات الطاقة لتدفئة المنزل:

يعد الحساب الحراري لنظام التدفئة فرديًا بطبيعته ويجب إجراؤه بكفاءة وحذر. كلما تم إجراء الحسابات بشكل أكثر دقة، قل عدد أصحاب المنزل الريفي الذين يتعين عليهم دفع مبالغ زائدة أثناء التشغيل.

هل لديك خبرة في إجراء الحسابات الحرارية لنظام التدفئة؟ أو لا تزال لديك أسئلة حول هذا الموضوع؟ يرجى مشاركة رأيك وترك التعليقات. توجد كتلة التعليقات أدناه.