Calculul termic al unui sistem de încălzire: cum se calculează corect sarcina asupra sistemului

Proiectarea și calculul termic al unui sistem de încălzire este o etapă obligatorie la amenajarea încălzirii locuinței.Sarcina principală a activităților de calcul este de a determina parametrii optimi ai sistemului de cazan și radiator.

De acord, la prima vedere poate părea că numai un inginer poate efectua calcule de inginerie termică. Cu toate acestea, nu totul este atât de complicat. Cunoscând algoritmul acțiunilor, veți putea efectua independent calculele necesare.

Articolul descrie în detaliu procedura de calcul și oferă toate formulele necesare. Pentru o mai bună înțelegere, am pregătit un exemplu de calcul termic pentru o locuință privată.

Calculul termic al încălzirii: procedură generală

Calculul termic clasic al unui sistem de încălzire este un document tehnic consolidat care include obligatoriu metode standard de calcul pas cu pas.

Dar înainte de a studia aceste calcule ale parametrilor principali, trebuie să decideți asupra conceptului sistemului de încălzire în sine.

Sistemul de încălzire se caracterizează prin alimentarea forțată și eliminarea involuntară a căldurii în cameră.

Principalele sarcini de calcul și proiectare a unui sistem de încălzire:

• determina cel mai fiabil pierderile de căldură;
• determinați cantitatea și condițiile de utilizare a lichidului de răcire;
• selectați cât mai precis posibil elementele de generare, mișcare și transfer de căldură.

În timpul construcției sisteme de incalzire Este necesar să colectați inițial o varietate de date despre încăperea/cladirea în care va fi utilizat sistemul de încălzire. După calcularea parametrilor termici ai sistemului, analizați rezultatele operațiilor aritmetice.

Pe baza datelor obținute se selectează componentele sistemului de încălzire, urmate de achiziție, instalare și punere în funcțiune.

Incalzirea este un sistem multicomponent pentru asigurarea unui regim de temperatura aprobat intr-o incapere/cladire.Este o parte separată a complexului de comunicații al unui spațiu rezidențial modern

Este de remarcat faptul că această metodă de calcul termic permite calcularea destul de precisă a unui număr mare de cantități care descriu în mod specific viitorul sistem de încălzire.

Ca rezultat al calculului termic, vor fi disponibile următoarele informații:

• numărul pierderilor de căldură, puterea cazanului;
• numărul și tipul de calorifere termice pentru fiecare cameră separat;
• caracteristicile hidraulice ale conductei;
• volum, viteza lichidului de răcire, puterea pompei de caldura.

Calculele termice nu sunt schițe teoretice, ci mai degrabă rezultate precise și rezonabile care se recomandă a fi utilizate în practică la selectarea componentelor sistemului de încălzire.

Standarde pentru condițiile de temperatură a camerei

Înainte de a efectua orice calcule ale parametrilor sistemului, este necesar, cel puțin, să cunoașteți ordinea rezultatelor așteptate și, de asemenea, să aveți caracteristici standardizate ale unor valori tabelare care trebuie înlocuite în formule sau să fie ghidate de acestea. .

Prin calcularea parametrilor cu astfel de constante, puteți avea încredere în fiabilitatea parametrului dinamic sau constant dorit al sistemului.

Pentru spații cu diferite scopuri, există standarde de referință pentru condițiile de temperatură în spațiile rezidențiale și nerezidenţiale. Aceste standarde sunt consacrate în așa-numitele GOST-uri

Pentru un sistem de incalzire, unul dintre acesti parametri globali este temperatura camerei, care trebuie sa fie constanta indiferent de anotimp si conditiile de mediu.

Conform reglementărilor standardelor și regulilor sanitare, există diferențe de temperatură față de perioadele de vară și iarnă ale anului.Sistemul de aer condiționat este responsabil pentru regimul de temperatură al camerei în sezonul de vară; principiul calculului său este descris în detaliu în Acest articol.

Dar temperatura camerei iarna este asigurată de sistemul de încălzire. Prin urmare, ne interesează intervalele de temperatură și toleranțele de abatere ale acestora pentru sezonul de iarnă.

Majoritatea documentelor de reglementare prevăd următoarele intervale de temperatură care permit unei persoane să stea confortabil în cameră.

Pentru spații de birouri nerezidențiale cu o suprafață de până la 100 m²:

• 22-24°C — temperatura optimă a aerului;
• 1°C — fluctuație admisă.

Pentru spații de birouri cu o suprafață mai mare de 100 m² temperatura este de 21-23°C. Pentru spațiile industriale nerezidențiale, intervalele de temperatură variază foarte mult în funcție de scopul încăperii și standardele de protecție a muncii stabilite.

Fiecare persoană are propria temperatură confortabilă a camerei. Unora le place să fie foarte cald în cameră, altora se simt confortabil atunci când camera este răcoroasă - totul este destul de individual

În ceea ce privește spațiile de locuit: apartamente, case particulare, moșii etc., există anumite intervale de temperatură care pot fi reglate în funcție de dorințele rezidenților.

Și totuși, pentru spațiile specifice ale unui apartament și case avem:

• 20-22°С - camera de zi, inclusiv camera copiilor, toleranță ±2°С -
• 19-21°С — bucătărie, toaletă, toleranță ±2°С;
• 24-26°C — baie, duș, piscină, toleranță ±1°С;
• 16-18°С — coridoare, holuri, scări, încăperi de depozitare, toleranță +3°С

Este important de reținut că există mai mulți parametri de bază care afectează temperatura din cameră și pe care trebuie să vă concentrați atunci când calculați sistemul de încălzire: umiditatea (40-60%), concentrația de oxigen și dioxid de carbon din aer ( 250:1), viteza de mișcare a aerului masa (0,13-0,25 m/s), etc.

Calculul pierderilor de căldură în casă

Conform celei de-a doua legi a termodinamicii (fizica școlară), nu există un transfer spontan de energie de la mini- sau macro-obiecte mai puțin încălzite la mai încălzite. Un caz special al acestei legi este „efortul” de a crea un echilibru de temperatură între două sisteme termodinamice.

De exemplu, primul sistem este un mediu cu o temperatură de -20°C, al doilea sistem este o clădire cu o temperatură internă de +20°C. Conform legii de mai sus, aceste două sisteme se vor strădui să se echilibreze prin schimbul de energie. Acest lucru se va întâmpla cu ajutorul pierderilor de căldură din al doilea sistem și al răcirii în primul.

Putem spune cu siguranță că temperatura ambientală depinde de latitudinea la care se află casa privată. Și diferența de temperatură afectează cantitatea de scurgere de căldură din clădire (+)

Pierderea de căldură se referă la eliberarea involuntară de căldură (energie) de la un obiect (casă, apartament). Pentru un apartament obișnuit, acest proces nu este atât de „perceptibil” în comparație cu o casă privată, deoarece apartamentul este situat în interiorul clădirii și „adiacent” altor apartamente.

Într-o casă privată, căldura scapă într-un grad sau altul prin pereții exteriori, podea, acoperiș, ferestre și uși.

Cunoscând cantitatea de pierdere de căldură pentru cele mai nefavorabile condiții meteorologice și caracteristicile acestor condiții, este posibil să se calculeze puterea sistemului de încălzire cu mare precizie.

Deci, volumul scurgerii de căldură din clădire este calculat folosind următoarea formulă:

Q=Q_podea+Q_perete+Q_fereastră+Q_acoperiş+Q_uşă+…+Î_i, Unde

Qi — volumul pierderilor de căldură dintr-un tip omogen de înveliș al clădirii.

Fiecare componentă a formulei este calculată folosind formula:

Q=S*∆T/R, Unde

• Q – scurgere de căldură, V;
• S – suprafața unui anumit tip de structură, mp. m;
• ∆T – diferența de temperatură a aerului ambiant și interior, °C;
• R – rezistența termică a unui anumit tip de structură, m²*°C/V.

Se recomandă să se preia însăși valoarea rezistenței termice pentru materialele reale existente din mesele auxiliare.

În plus, rezistența termică poate fi obținută folosind următoarea relație:

R=d/k, Unde

• R - rezistenta termica, (m²*K)/W;
• k – coeficientul de conductivitate termică a materialului, W/(m²*LA);
• d – grosimea acestui material, m.

În casele vechi cu structuri de acoperiș umede, scurgerile de căldură apar prin partea superioară a clădirii, și anume prin acoperiș și mansardă. Desfasurarea activitatilor pe izolarea tavanului sau izolarea termică a acoperișului mansardei rezolva aceasta problema.

Dacă izolați spațiul mansardei și acoperișul, pierderea totală de căldură din casă poate fi redusă semnificativ

Există mai multe alte tipuri de pierderi de căldură în casă prin fisuri în structuri, sisteme de ventilație, hote de bucătărie și deschiderea ferestrelor și ușilor. Dar nu are sens să ținem cont de volumul lor, deoarece nu reprezintă mai mult de 5% din numărul total de scurgeri de căldură principale.

Determinarea puterii cazanului

Pentru a menține diferența de temperatură dintre mediu și temperatura din interiorul casei este necesar un sistem de încălzire autonom, care să mențină temperatura dorită în fiecare încăpere a unei case private.

Sistemul de încălzire se bazează pe diferite tipuri de cazane: combustibil lichid sau solid, electric sau gaz.

Un cazan este unitatea centrală a unui sistem de încălzire care generează căldură. Principala caracteristică a unui cazan este puterea sa, și anume rata de conversie a cantității de căldură pe unitatea de timp.

După calcularea sarcinii de încălzire, obținem puterea nominală necesară a cazanului.

Pentru un apartament obișnuit cu mai multe camere, puterea cazanului este calculată prin suprafață și putere specifică:

R_cazan=(S_sediul*R_specific)/10, Unde

• S_sediul — suprafața totală a încăperii încălzite;
• R_specific — puterea specifică raportată la condițiile climatice.

Dar această formulă nu ține cont de pierderile de căldură, care sunt suficiente într-o casă privată.

Există un alt raport care ia în considerare acest parametru:

R_cazan=(Q_pierderi*S)/100, Unde

• R_cazan — puterea cazanului;
• Q_pierderi - pierdere de căldură;
• S - zona incalzita.

Puterea de proiectare a cazanului trebuie crescută. Rezerva este necesară dacă intenționați să folosiți boilerul pentru a încălzi apa pentru baie și bucătărie.

În majoritatea sistemelor de încălzire ale caselor private, se recomandă utilizarea unui vas de expansiune în care va fi stocată alimentarea cu lichid de răcire. Fiecare casă privată are nevoie de alimentare cu apă caldă

Pentru a asigura rezerva de putere a cazanului, la ultima formulă trebuie adăugat factorul de siguranță K:

R_cazan=(Q_pierderi*S*K)/100, Unde

LA — va fi egal cu 1,25, adică puterea de proiectare a cazanului va fi mărită cu 25%.

Astfel, puterea cazanului face posibila mentinerea temperaturii standard a aerului in incaperile cladirii, precum si a avea un volum initial si suplimentar de apa calda in casa.

Caracteristici ale selecției de radiatoare

Componentele standard pentru furnizarea căldurii într-o cameră sunt radiatoarele, panourile, sistemele de încălzire prin pardoseală, convectoarele etc.Cele mai comune părți ale unui sistem de încălzire sunt caloriferele.

Radiatorul termic este o structură specială de tip modular tubular realizat dintr-un aliaj cu disipare ridicată a căldurii. Este fabricat din oțel, aluminiu, fontă, ceramică și alte aliaje. Principiul de funcționare al unui radiator de încălzire este redus la radiația de energie din lichidul de răcire în spațiul camerei prin „petale”.

Un radiator de încălzire din aluminiu și bimetalic a înlocuit bateriile masive din fontă. Simplitatea producției, transferul ridicat de căldură, designul și designul de succes au făcut din acest produs un instrument popular și răspândit pentru radiarea căldurii în interior.

Există mai multe metode calcule radiatoare de incalzire în camera. Lista metodelor de mai jos este sortată în ordinea creșterii preciziei de calcul.

Opțiuni de calcul:

1. După zonă. N=(S*100)/C, unde N este numărul de secțiuni, S este aria încăperii (m²), C - transferul de căldură al unei secțiuni a radiatorului (W, luat din pașaport sau certificat pentru produs), 100 W - cantitatea de flux de căldură necesară pentru a încălzi 1 m² (valoare empirică). Apare întrebarea: cum să țineți cont de înălțimea tavanului camerei?
2. După volum. N=(S*H*41)/C, unde N, S, C sunt similare. H - înălțimea camerei, 41 W - cantitatea de flux de căldură necesară pentru a încălzi 1 m³ (valoare empirică).
3. Prin cote. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, unde N, S, C și 100 sunt la fel. k1 - luând în considerare numărul de camere dintr-o fereastră cu geam dublu a unei camere, k2 - izolarea termică a pereților, k3 - raportul dintre suprafața ferestrei și suprafața camerei, k4 - temperatura medie sub zero în cea mai rece săptămână a iernii, k5 - numărul de pereți exteriori ai unei încăperi (care „se extind” spre stradă), k6 - tipul camerei de deasupra, k7 - înălțimea tavanului.

Aceasta este cea mai precisă opțiune pentru calcularea numărului de secțiuni. Desigur, rezultatele calculelor fracționale sunt întotdeauna rotunjite la următorul întreg.

Calculul hidraulic al alimentării cu apă

Desigur, „imaginea” calculării căldurii pentru încălzire nu poate fi completă fără calcularea unor caracteristici precum volumul și viteza lichidului de răcire. În cele mai multe cazuri, lichidul de răcire este apă obișnuită în stare agregată lichidă sau gazoasă.

Se recomandă calcularea volumului real de lichid de răcire prin însumarea tuturor cavităților din sistemul de încălzire. Când utilizați un cazan cu un singur circuit, aceasta este cea mai bună opțiune. Atunci când se utilizează cazane cu dublu circuit într-un sistem de încălzire, este necesar să se țină cont de consumul de apă caldă în scopuri igienice și în alte scopuri menajere.

Calculul volumului de apă încălzită de un cazan cu dublu circuit pentru a asigura locuitorilor apă caldă și încălzirea lichidului de răcire se face prin însumarea volumului intern al circuitului de încălzire și a nevoilor reale ale utilizatorilor de apă încălzită.

Volumul de apă caldă din sistemul de încălzire se calculează prin formula:

W=k*P, Unde

• W — volumul lichidului de răcire;
• P — puterea cazanului de încălzire;
• k - factor de putere (număr de litri pe unitatea de putere, egal cu 13,5, interval - 10-15 litri).

Ca rezultat, formula finală arată astfel:

W = 13,5*P

Viteza lichidului de răcire este evaluarea dinamică finală a unui sistem de încălzire, care caracterizează viteza de circulație a fluidului în sistem.

Această valoare ajută la evaluarea tipului și diametrului conductei:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Unde

• P — puterea cazanului;
• μ — randamentul cazanului;
• ∆T - diferenta de temperatura intre apa de alimentare si apa de retur.

Folosind metodele de mai sus calcul hidraulic, se vor putea obține parametri reali care sunt „fundamentul” viitorului sistem de încălzire.

Exemplu de calcul termic

Ca exemplu de calcul termic, avem o casă obișnuită cu 1 etaj, cu patru camere de zi, o bucătărie, o baie, o „grădină de iarnă” și camere utilitare.

Fundatia este realizata dintr-o placa de beton armat monolit (20 cm), peretii exteriori sunt din beton (25 cm) cu tencuiala, acoperisul este din grinzi de lemn, acoperisul este tigla metalica si vata minerala (10 cm)

Să desemnăm parametrii inițiali ai casei necesari pentru calcule.

Dimensiuni cladire:

• înălțimea podelei - 3 m;
• fereastra mica pe fata si spatele cladirii 1470*1420 mm;
• fereastra fatada mare 2080*1420 mm;
• usi de intrare 2000*900 mm;
• usi spate (iesire pe terasa) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Lățimea totală a clădirii este de 9,5 m², lungime 16 m². Doar camerele de zi (4 unități), o baie și o bucătărie vor fi încălzite.

Pentru a calcula cu exactitate pierderile de căldură pe pereți, trebuie să scădeți zona tuturor ferestrelor și ușilor din zona pereților exteriori - acesta este un tip complet diferit de material cu propria rezistență termică.

Începem prin a calcula suprafețele materialelor omogene:

• suprafață - 152 m²;
• suprafata acoperisului - 180 m² , ținând cont de înălțimea mansardei este de 1,3 m și lățimea panei este de 4 m;
• zona ferestrei - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• zona usii - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

Suprafața pereților exteriori va fi de 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Să trecem la calcularea pierderilor de căldură pentru fiecare material:

• Q_podea=S*∆T*k/d=152*20*0,2/1,7=357,65 W;
• Q_acoperiş=180*40*0,1/0,05=14400 W;
• Q_fereastră=9,22*40*0,36/0,5=265,54 W;
• Q_ușile=7,4*40*0,15/0,75=59,2 W;

Și de asemenea Q_perete echivalent cu 136,38*40*0,25/0,3=4546. Suma tuturor pierderilor de căldură va fi 19628,4 W.

Ca rezultat, calculăm puterea cazanului: P_cazan=Q_pierderi*S_{incalzire_camere}*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.

Vom calcula numărul de secțiuni de calorifer pentru una dintre camere. Pentru toate celelalte, calculele sunt similare. De exemplu, o cameră de colț (în colțul din stânga, inferior al diagramei) are o suprafață de 10,4 m2.

Aceasta înseamnă 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.

Această cameră necesită 9 secțiuni de radiator de încălzire cu o putere termică de 180 W.

Să trecem la calcularea cantității de lichid de răcire din sistem - W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Aceasta înseamnă că viteza lichidului de răcire va fi: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Ca urmare, o cifră de afaceri completă a întregului volum de lichid de răcire din sistem va fi echivalentă cu 2,87 ori pe oră.

O selecție de articole despre calculele termice vă va ajuta să determinați parametrii exacti ai elementelor sistemului de încălzire:

1. Calculul sistemului de încălzire al unei case private: reguli și exemple de calcul
2. Calcul termic al unei clădiri: specificații și formule pentru efectuarea calculelor + exemple practice

Concluzii și video util pe această temă

Un calcul simplu al unui sistem de încălzire pentru o casă privată este prezentat în următoarea recenzie:

Toate subtilitățile și metodele general acceptate pentru calcularea pierderilor de căldură ale unei clădiri sunt prezentate mai jos:

O altă opțiune pentru calcularea scurgerilor de căldură într-o casă privată tipică:

Acest videoclip descrie caracteristicile circulației purtătorilor de energie pentru încălzirea unei locuințe:

Calculul termic al unui sistem de încălzire este de natură individuală și trebuie efectuat cu competență și cu atenție. Cu cât calculele sunt făcute mai precis, cu atât mai puțin proprietarii unei case de țară vor trebui să plătească în plus în timpul funcționării.

Aveți experiență în efectuarea calculelor termice ale unui sistem de încălzire? Sau mai ai intrebari pe acest subiect? Vă rugăm să vă împărtășiți părerea și să lăsați comentarii. Blocul de feedback este situat mai jos.