Obliczenia termiczne systemu grzewczego: jak poprawnie obliczyć obciążenie systemu

Projektowanie i obliczenia termiczne systemu grzewczego to obowiązkowy etap przy aranżacji ogrzewania domu.Głównym zadaniem działań obliczeniowych jest określenie optymalnych parametrów układu kotłowo-grzejnikowego.

Zgadzam się, na pierwszy rzut oka może się wydawać, że tylko inżynier może przeprowadzić obliczenia termotechniczne. Jednak nie wszystko jest takie skomplikowane. Znając algorytm działań, będziesz w stanie samodzielnie wykonać niezbędne obliczenia.

W artykule szczegółowo opisano procedurę obliczeniową i podano wszystkie niezbędne wzory. Dla lepszego zrozumienia przygotowaliśmy przykład obliczeń cieplnych dla domu prywatnego.

Obliczenia termiczne ogrzewania: procedura ogólna

Klasyczne obliczenia termiczne systemu grzewczego to skonsolidowany dokument techniczny zawierający obowiązkowe standardowe metody obliczeń krok po kroku.

Ale zanim przestudiujesz te obliczenia głównych parametrów, musisz zdecydować o koncepcji samego systemu grzewczego.

System grzewczy charakteryzuje się wymuszonym dopływem i mimowolnym odprowadzaniem ciepła do pomieszczenia.

Główne zadania obliczania i projektowania systemu grzewczego:

• najbardziej wiarygodnie określają straty ciepła;
• określić ilość i warunki stosowania chłodziwa;
• jak najdokładniej dobrać elementy wytwarzania, ruchu i wymiany ciepła.

Podczas budowy systemy grzewcze Na wstępie konieczne jest zebranie różnorodnych danych o pomieszczeniu/budynku, w którym będzie zastosowany system grzewczy. Po obliczeniu parametrów cieplnych układu należy przeanalizować wyniki działań arytmetycznych.

Na podstawie uzyskanych danych dobierane są elementy systemu grzewczego, a następnie dokonywany jest ich zakup, montaż i uruchomienie.

Ogrzewanie to wieloelementowy system zapewniający zatwierdzony reżim temperaturowy w pomieszczeniu/budynku.Stanowi wydzieloną część zespołu komunikacyjnego nowoczesnego lokalu mieszkalnego

Warto zauważyć, że ta metoda obliczeń termicznych pozwala dość dokładnie obliczyć dużą liczbę wielkości, które konkretnie opisują przyszły system grzewczy.

W wyniku obliczeń termicznych dostępne będą następujące informacje:

• liczba strat ciepła, moc kotła;
• liczba i rodzaj grzejników dla każdego pomieszczenia oddzielnie;
• właściwości hydrauliczne rurociągu;
• objętość, prędkość chłodziwa, moc pompy ciepła.

Obliczenia termiczne nie są szkicami teoretycznymi, ale raczej dokładnymi i rozsądnymi wynikami, które zaleca się stosować w praktyce przy doborze elementów systemu grzewczego.

Normy dotyczące warunków temperatury pokojowej

Przed przystąpieniem do jakichkolwiek obliczeń parametrów systemu należy przynajmniej poznać kolejność oczekiwanych wyników, a także posiadać ustandaryzowane charakterystyki niektórych wartości tabelarycznych, które należy podstawić do wzorów lub się nimi kierować .

Obliczając parametry za pomocą takich stałych, można mieć pewność co do niezawodności pożądanego dynamicznego lub stałego parametru systemu.

W przypadku pomieszczeń o różnym przeznaczeniu istnieją standardy odniesienia dotyczące warunków temperaturowych w pomieszczeniach mieszkalnych i niemieszkalnych. Standardy te są zapisane w tak zwanych GOST

W przypadku systemu grzewczego jednym z tych globalnych parametrów jest temperatura w pomieszczeniu, która musi być stała niezależnie od pory roku i warunków środowiskowych.

Zgodnie z przepisami norm i zasad sanitarnych występują różnice temperatur w stosunku do pór roku letniego i zimowego.Za reżim temperaturowy pomieszczenia w sezonie letnim odpowiada system klimatyzacji, zasada jego obliczania została szczegółowo opisana w pkt. Ten artykuł.

Ale temperaturę pokojową w zimie zapewnia system ogrzewania. Dlatego interesują nas zakresy temperatur i tolerancje ich odchyleń dla sezonu zimowego.

Większość dokumentów regulacyjnych określa następujące zakresy temperatur, które pozwalają osobie wygodnie przebywać w pomieszczeniu.

Do niemieszkalnych lokali biurowych o powierzchni do 100 m²:

• 22-24°С — optymalna temperatura powietrza;
• 1°С — dopuszczalne wahania.

Do lokali biurowych o powierzchni powyżej 100 m² temperatura wynosi 21-23°C. W przypadku niemieszkalnych obiektów przemysłowych zakresy temperatur różnią się znacznie w zależności od przeznaczenia pomieszczenia i ustalonych standardów ochrony pracy.

Każda osoba ma swoją komfortową temperaturę w pomieszczeniu. Niektórzy lubią, gdy w pomieszczeniu jest bardzo ciepło, inni czują się komfortowo, gdy w pomieszczeniu jest chłodno – wszystko jest kwestią indywidualną

Jeśli chodzi o lokale mieszkalne: mieszkania, domy prywatne, osiedla itp., istnieją pewne zakresy temperatur, które można dostosować w zależności od życzeń mieszkańców.

A jednak dla konkretnych pomieszczeń mieszkania i domu mamy:

• 20-22°С - pokój dzienny łącznie z pokojem dziecięcym, tolerancja ±2°С -
• 19-21°С — kuchnia, toaleta, tolerancja ±2°С;
• 24-26°С — łazienka, prysznic, basen, tolerancja ±1°С;
• 16-18°С — korytarze, korytarze, klatki schodowe, pomieszczenia magazynowe, tolerancja +3°C

Należy pamiętać, że istnieje kilka podstawowych parametrów wpływających na temperaturę w pomieszczeniu, na których należy się skupić przy obliczaniu systemu grzewczego: wilgotność (40-60%), stężenie tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu ( 250:1), prędkość ruchu powietrza, masa (0,13-0,25 m/s) itp.

Obliczanie strat ciepła w domu

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki (fizyka szkolna) nie ma spontanicznego przeniesienia energii z mniej nagrzanych do bardziej nagrzanych mini- lub makroobiektów. Szczególnym przypadkiem tego prawa jest „dążenie” do wytworzenia równowagi temperaturowej pomiędzy dwoma układami termodynamicznymi.

Przykładowo, pierwszy system to środowisko o temperaturze -20°C, drugi system to budynek o temperaturze wewnętrznej +20°C. Zgodnie z powyższym prawem te dwa układy będą dążyć do zrównoważenia poprzez wymianę energii. Stanie się to za pomocą strat ciepła z drugiego systemu i chłodzenia w pierwszym.

Z całą pewnością możemy powiedzieć, że temperatura otoczenia zależy od szerokości geograficznej, na której znajduje się dom prywatny. A różnica temperatur wpływa na ilość uciekającego ciepła z budynku (+)

Straty ciepła to mimowolne uwolnienie ciepła (energii) z jakiegoś obiektu (domu, mieszkania). W przypadku zwykłego mieszkania proces ten nie jest tak „zauważalny” w porównaniu z prywatnym domem, ponieważ mieszkanie znajduje się wewnątrz budynku i „sąsiaduje” z innymi mieszkaniami.

W prywatnym domu ciepło ucieka w mniejszym lub większym stopniu przez ściany zewnętrzne, podłogę, dach, okna i drzwi.

Znając wielkość strat ciepła dla najbardziej niekorzystnych warunków atmosferycznych oraz charakterystykę tych warunków, można z dużą dokładnością obliczyć moc instalacji grzewczej.

Zatem objętość wycieku ciepła z budynku oblicza się za pomocą następującego wzoru:

P=P_podłoga+P_ściana+P_okno+P_dach+P_drzwi+…+P_I, Gdzie

Qi — wielkość strat ciepła z jednorodnej przegrody budynku.

Każdy składnik wzoru oblicza się za pomocą wzoru:

Q=S*∆T/R, Gdzie

• Q – wyciek ciepła, V;
• S – powierzchnia określonego typu obiektu, mkw. M;
• ∆T – różnica temperatur otoczenia i powietrza w pomieszczeniu, °C;
• R – opór cieplny określonego typu konstrukcji, m.in²*°C/W.

Zaleca się, aby samą wartość oporu cieplnego dla rzeczywiście istniejących materiałów przyjmować z tabel pomocniczych.

Dodatkowo opór cieplny można wyznaczyć korzystając z zależności:

R=d/k, Gdzie

• R – opór cieplny, (m.in²*K)/W;
• k – współczynnik przewodności cieplnej materiału, W/(m²*DO);
• D – grubość tego materiału, m.

W starych domach z wilgotnymi pokryciami dachowymi wycieki ciepła powstają przez górną część budynku, czyli przez dach i poddasze. Prowadzenie działalności na izolacja sufitu Lub termoizolacja dachu poddasza Rozwiąż ten problem.

Jeśli zaizolujesz poddasze i dach, ogólne straty ciepła z domu można znacznie zmniejszyć

Istnieje kilka innych rodzajów utraty ciepła w domu w wyniku pęknięć w konstrukcjach, systemów wentylacyjnych, okapów kuchennych oraz otwieranych okien i drzwi. Ale nie ma sensu brać pod uwagę ich objętości, ponieważ stanowią one nie więcej niż 5% całkowitej liczby głównych wycieków ciepła.

Wyznaczanie mocy kotła

Aby utrzymać różnicę temperatur między otoczeniem a temperaturą wewnątrz domu, wymagany jest autonomiczny system grzewczy, który utrzymuje pożądaną temperaturę w każdym pomieszczeniu prywatnego domu.

System ogrzewania opiera się na różnych rodzaje kotłów: paliwo ciekłe lub stałe, elektryczne lub gazowe.

Kocioł jest jednostką centralną systemu grzewczego, która wytwarza ciepło. Główną cechą kotła jest jego moc, czyli współczynnik konwersji ilości ciepła w jednostce czasu.

Po obliczeniu obciążenia grzewczego uzyskujemy wymaganą moc znamionową kotła.

W przypadku zwykłego mieszkania wielopokojowego moc kotła oblicza się na podstawie powierzchni i mocy właściwej:

R_bojler=(S_lokal*R_konkretny)/10, Gdzie

• S_lokal — całkowita powierzchnia ogrzewanego pomieszczenia;
• R_konkretny — moc właściwa w odniesieniu do warunków klimatycznych.

Ale ta formuła nie uwzględnia strat ciepła, które są wystarczające w prywatnym domu.

Istnieje inny współczynnik, który uwzględnia ten parametr:

R_bojler=(Pyt_straty*S)/100, Gdzie

• R_bojler — moc kotła;
• Q_straty - strata ciepła;
• S - ogrzewana powierzchnia.

Należy zwiększyć moc projektową kotła. Rezerwa jest niezbędna, jeśli planujesz wykorzystać kocioł do podgrzewania wody do łazienki i kuchni.

W większości systemów grzewczych domów prywatnych zaleca się stosowanie zbiornika wyrównawczego, w którym będzie przechowywane źródło chłodziwa. Każdy prywatny dom potrzebuje zaopatrzenia w ciepłą wodę

Aby uwzględnić rezerwę mocy kotła, do ostatniego wzoru należy dodać współczynnik bezpieczeństwa K:

R_bojler=(Pyt_straty*S*K)/100, Gdzie

DO — wyniesie 1,25, czyli moc obliczeniowa kotła zostanie zwiększona o 25%.

Dzięki temu moc kotła pozwala na utrzymanie standardowej temperatury powietrza w pomieszczeniach budynku, a także posiadanie początkowej i dodatkowej ilości ciepłej wody w domu.

Cechy doboru grzejników

Standardowymi elementami zapewniającymi ciepło w pomieszczeniu są grzejniki, panele, systemy ogrzewania podłogowego, konwektory itp.Najczęstszymi częściami systemu grzewczego są grzejniki.

Promiennik ciepła to specjalna pusta w środku konstrukcja modułowa wykonana ze stopu o wysokim współczynniku odprowadzania ciepła. Wykonany jest ze stali, aluminium, żeliwa, ceramiki i innych stopów. Zasada działania grzejnika sprowadza się do promieniowania energii z chłodziwa do przestrzeni pomieszczenia poprzez „płatki”.

Masywne żeliwne akumulatory zastąpiono aluminiowo-bimetalicznym grzejnikiem. Prostota produkcji, wysoki współczynnik przenikania ciepła, udany projekt i wykonanie sprawiły, że produkt ten stał się popularnym i szeroko rozpowszechnionym narzędziem do emitowania ciepła w pomieszczeniach zamkniętych

Istnieje kilka metod obliczenia grzejników w pokoju. Poniższa lista metod jest posortowana według rosnącej dokładności obliczeń.

Opcje obliczeń:

1. Według obszaru. N=(S*100)/C, gdzie N to liczba sekcji, S to powierzchnia pomieszczenia (m²), C - przenikanie ciepła przez jedną sekcję grzejnika (W, pobrane z paszportu lub certyfikatu produktu), 100 W - ilość przepływu ciepła potrzebna do ogrzania 1 m² (wartość empiryczna). Powstaje pytanie: jak uwzględnić wysokość sufitu pomieszczenia?
2. Objętościowo. N=(S*H*41)/C, gdzie N, S, C są podobne. H - wysokość pomieszczenia, 41 W - ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 m³ (wartość empiryczna).
3. Według szans. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, gdzie N, S, C i 100 są takie same. k1 – biorąc pod uwagę liczbę komór w podwójnie oszklonym oknie pomieszczenia, k2 – izolacyjność cieplna ścian, k3 – stosunek powierzchni okna do powierzchni pomieszczenia, k4 – średnia temperatura poniżej zera w najzimniejszym tygodniu zimy, k5 – liczba ścian zewnętrznych pomieszczenia (które „wychodzą” na ulicę), k6 – rodzaj pomieszczenia powyżej, k7 – wysokość stropu.

Jest to najdokładniejsza opcja obliczania liczby sekcji. Naturalnie wyniki obliczeń ułamkowych są zawsze zaokrąglane do najbliższej liczby całkowitej.

Obliczenia hydrauliczne zaopatrzenia w wodę

Oczywiście „obraz” obliczania ciepła do ogrzewania nie może być kompletny bez obliczenia takich cech, jak objętość i prędkość chłodziwa. W większości przypadków chłodziwem jest zwykła woda w stanie ciekłym lub gazowym.

Zaleca się obliczenie rzeczywistej objętości chłodziwa poprzez zsumowanie wszystkich wnęk w systemie grzewczym. W przypadku kotła jednoprzewodowego jest to najlepsza opcja. W przypadku stosowania kotłów dwuprzewodowych w systemie grzewczym należy wziąć pod uwagę zużycie ciepłej wody do celów higienicznych i innych celów domowych

Obliczenia objętości wody podgrzanej przez kocioł dwuprzewodowy w celu zapewnienia mieszkańcom ciepłej wody i ogrzania chłodziwa dokonuje się poprzez zsumowanie objętości wewnętrznej obiegu grzewczego i rzeczywistych potrzeb użytkowników na podgrzaną wodę.

Objętość ciepłej wody w systemie grzewczym oblicza się według wzoru:

W=k*P, Gdzie

• W — objętość płynu chłodzącego;
• P — moc kotła grzewczego;
• k - współczynnik mocy (liczba litrów na jednostkę mocy równa 13,5, zakres - 10-15 litrów).

W rezultacie ostateczna formuła wygląda następująco:

Szer. = 13,5*P

Prędkość płynu chłodzącego jest końcową oceną dynamiczną układu grzewczego, która charakteryzuje prędkość obiegu płynu w układzie.

Wartość ta pomaga ocenić rodzaj i średnicę rurociągu:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Gdzie

• P — moc kotła;
• μ — sprawność kotła;
• ∆T - różnica temperatur pomiędzy wodą zasilającą i powrotną.

Korzystanie z powyższych metod obliczenia hydraulicznemożliwe będzie uzyskanie rzeczywistych parametrów, które będą stanowić „fundament” przyszłego systemu grzewczego.

Przykład obliczeń cieplnych

Jako przykład obliczeń cieplnych mamy zwykły parterowy dom z czterema salonami, kuchnią, łazienką, „ogrodem zimowym” i pomieszczeniami gospodarczymi.

Fundament wykonany z płyty żelbetowej monolitycznej (20 cm), ściany zewnętrzne betonowe (25 cm) z tynkiem, dach z belek drewnianych, dach z blachodachówki i wełny mineralnej (10 cm)

Wyznaczmy początkowe parametry domu niezbędne do obliczeń.

Wymiary budynku:

• wysokość podłogi - 3 m;
• małe okno z przodu i z tyłu budynku 1470*1420 mm;
• duże okno elewacyjne 2080*1420 mm;
• drzwi wejściowe 2000*900 mm;
• drzwi tylne (wyjście na taras) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Całkowita szerokość budynku wynosi 9,5 m², długość 16 m². Ogrzewane będą jedynie pokoje dzienne (4 mieszkania), łazienka i kuchnia.

Aby dokładnie obliczyć straty ciepła na ścianach, należy od powierzchni ścian zewnętrznych odjąć powierzchnię wszystkich okien i drzwi - jest to zupełnie inny rodzaj materiału, posiadający własny opór cieplny

Zaczynamy od obliczenia pól materiałów jednorodnych:

• powierzchnia piętra - 152 m²;
• powierzchnia dachu - 180 m² , biorąc pod uwagę wysokość poddasza 1,3 m i szerokość płatwi 4 m;
• powierzchnia okna - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• powierzchnia drzwi - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

Powierzchnia ścian zewnętrznych wyniesie 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Przejdźmy do obliczania strat ciepła dla każdego materiału:

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

A także Q_ściana odpowiednik 136,38*40*0,25/0,3=4546. Suma wszystkich strat ciepła wyniesie 19628,4 W.

W rezultacie obliczamy moc kotła: P_bojler=P_straty*S_{ogrzewanie_pomieszczeń}*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.

Obliczymy liczbę sekcji grzejników dla jednego z pomieszczeń. Dla wszystkich pozostałych obliczenia są podobne. Przykładowo pokój narożny (w lewym dolnym rogu schematu) ma powierzchnię 10,4 m2.

Oznacza to 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.

Pomieszczenie to wymaga 9 sekcji grzejnika o mocy grzewczej 180 W.

Przejdźmy do obliczenia ilości płynu chłodzącego w układzie - W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Oznacza to, że prędkość chłodziwa będzie wynosić: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

W rezultacie całkowity obrót całej objętości chłodziwa w układzie będzie równy 2,87 razy na godzinę.

Wybór artykułów na temat obliczeń cieplnych pomoże Ci określić dokładne parametry elementów systemu grzewczego:

1. Obliczanie systemu grzewczego prywatnego domu: zasady i przykłady obliczeń
2. Obliczenia termotechniczne budynku: specyfika i wzory do wykonywania obliczeń + przykłady praktyczne

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Proste obliczenia systemu grzewczego dla prywatnego domu przedstawiono w następującym przeglądzie:

Wszystkie subtelności i ogólnie przyjęte metody obliczania strat ciepła w budynku pokazano poniżej:

Inna opcja obliczania wycieków ciepła w typowym domu prywatnym:

W tym filmie opisano cechy obiegu nośników energii do ogrzewania domu:

Obliczenia cieplne instalacji grzewczej mają charakter indywidualny i należy je wykonać kompetentnie i starannie. Im dokładniejsze obliczenia zostaną wykonane, tym mniej właściciele wiejskiego domu będą musieli przepłacać podczas pracy.

Czy masz doświadczenie w wykonywaniu obliczeń cieplnych instalacji grzewczej? A może nadal masz pytania na ten temat? Podziel się swoją opinią i zostaw komentarz. Blok informacji zwrotnej znajduje się poniżej.