Beregning av vannoppvarming: formler, regler, eksempler på gjennomføring

Å bruke vann som kjølevæske i et varmesystem er et av de mest populære alternativene for å gi hjemmet ditt varme i den kalde årstiden.Du trenger bare å designe riktig og deretter installere systemet. Ellers vil oppvarming være ineffektiv ved høye drivstoffkostnader, noe som du skjønner er ekstremt uinteressant med dagens energipriser.

Det er umulig å uavhengig beregne vannoppvarming (heretter referert til som WHE) uten å bruke spesialiserte programmer, siden beregningene bruker komplekse uttrykk, hvis verdier ikke kan bestemmes ved hjelp av en konvensjonell kalkulator. I denne artikkelen vil vi analysere i detalj algoritmen for å utføre beregninger, presentere formlene som brukes, og vurdere fremdriften til beregningene ved å bruke et spesifikt eksempel.

Vi vil supplere det presenterte materialet med tabeller med verdier og referanseindikatorer som er nødvendige når du utfører beregninger, tematiske bilder og en video som viser et tydelig eksempel på beregninger ved hjelp av programmet.

Beregning av varmebalansen til en boligkonstruksjon

For å implementere en varmeinstallasjon der vann er det sirkulerende mediet, er det nødvendig å først gjøre nøyaktig hydrauliske beregninger.

Når du utvikler og implementerer et varmesystem, er det nødvendig å kjenne til varmebalansen (heretter kalt TB).Når du kjenner til den termiske kraften for å opprettholde temperaturen i rommet, kan du velge riktig utstyr og fordele belastningen riktig.

Om vinteren lider rommet av visse varmetap (heretter kalt HL). Hovedtyngden av energi kommer ut gjennom omsluttende elementer og ventilasjonsåpninger. Det påløper mindre kostnader til infiltrasjon, oppvarming av gjenstander mv.

TP avhenger av lagene som utgjør de omsluttende strukturene (heretter referert til som OK). Moderne byggematerialer, spesielt isolasjonsmaterialer, har lav varmeledningskoeffisient (heretter referert til som CT), på grunn av hvilket mindre varme går tapt gjennom dem. For hus i samme område, men med forskjellige OK-strukturer, vil varmekostnadene variere.

I tillegg til å bestemme TP, er det viktig å beregne TB til boligen. Indikatoren tar ikke bare hensyn til mengden energi som forlater rommet, men også mengden kraft som kreves for å opprettholde visse temperaturnivåer i huset.

De mest nøyaktige resultatene leveres av spesialiserte programmer utviklet for byggherrer. Takket være dem er det mulig å ta hensyn til flere faktorer som påvirker TP.

Den største mengden varme forlater rommet gjennom vegger, gulv, tak, minst - gjennom dører, vindusåpninger

Med høy nøyaktighet kan du beregne TP for et hjem ved hjelp av formler.

De totale oppvarmingskostnadene til huset beregnes ved å bruke ligningen:

Q = Q_ok + Q_v,

Hvor Q_ok - mengden varme som forlater rommet gjennom OK; Q_v — varmeventilasjonskostnader.

Ventilasjonstap tas i betraktning dersom luften som kommer inn i rommet har lavere temperatur.

Beregninger tar vanligvis hensyn til OK med en side mot gaten. Dette er yttervegger, gulv, tak, dører og vinduer.

Generell TP Q_ok lik summen av TP for hver OK, det vil si:

Q_ok = ∑Q_st +∑Q_okn +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_pl,

Hvor:

• Q_st — verdien av TP av vegger;
• Q_okn — TP-vinduer;
• Q_dv — TP-dører;
  
• Q_ptl — tak TP;
  
• Q_pl — TP-gulv.

Hvis gulvet eller taket har en annen struktur over hele området, beregnes TP for hver seksjon separat.

Beregning av varmetap ved hjelp av OK

For beregninger trenger du følgende informasjon:

• struktur av vegger, materialer som brukes, deres tykkelse, CT;
• utetemperatur under en ekstremt kald femdagers vinter i byen;
• området OK;
• orientering OK;
• anbefalt temperatur i hjemmet om vinteren.

For å beregne TC må du finne den totale termiske motstanden R_OK. For å gjøre dette må du finne ut den termiske motstanden R₁, R₂, R₃, …, R_n hvert lag er OK.

R-faktor_n beregnet med formelen:

Rn = B/k,

I formelen: B — lagtykkelse OK i mm, k — CT-skanning av hvert lag.

Den totale R kan bestemmes ved uttrykket:

R = ∑R_n

Produsenter av dører og vinduer angir vanligvis R-koeffisienten i produktdatabladet, så det er ikke nødvendig å beregne den separat.

Den termiske motstanden til vinduer kan ikke beregnes, siden det tekniske databladet allerede inneholder nødvendig informasjon, noe som forenkler beregningen av termisk motstand

Den generelle formelen for å beregne TP gjennom OK er som følger:

Q_ok = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

I uttrykket:

• S — området OK, m²;
• t_vnt - ønsket romtemperatur;
• t_nar — uteluftstemperatur;
• R — motstandskoeffisient, beregnet separat eller hentet fra produktdatabladet;
• l — en klargjørende koeffisient som tar hensyn til orienteringen av veggene i forhold til kardinalpunktene.

Beregning av TB lar deg velge utstyr med nødvendig kraft, noe som vil eliminere muligheten for varmemangel eller overskudd. Underskuddet av termisk energi kompenseres ved å øke luftstrømmen gjennom ventilasjon, overskuddet - ved å installere ekstra varmeutstyr.

Termiske kostnader ved ventilasjon

Den generelle formelen for beregning av TP-ventilasjon er som følger:

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

I et uttrykk har variabler følgende betydning:

• L_n — forbruk av innkommende luft;
• s_vnt — lufttetthet ved en viss temperatur i rommet;
• c - luftens varmekapasitet;
• t_vnt - temperatur i huset;
• t_nar - utelufttemperatur.

Hvis ventilasjon er installert i bygningen, må parameter L_n hentet fra de tekniske spesifikasjonene for enheten. Hvis det ikke er ventilasjon, tas en standard spesifikk luftutvekslingshastighet på 3 m.³ Klokken ett.

Basert på dette, L_n beregnet med formelen:

L_n = 3 × S_pl,

I uttrykk S_pl - gulvareal.

2 % av alle varmetap skyldes infiltrasjon, 18 % ventilasjon. Hvis rommet er utstyrt med et ventilasjonssystem, tar beregningene hensyn til TP gjennom ventilasjon, men tar ikke hensyn til infiltrasjon

Deretter må du beregne lufttettheten p_vnt ved en gitt romtemperatur t_vnt.

Dette kan gjøres ved å bruke formelen:

s_vnt = 353/(273+t_vnt),

Spesifikk varmekapasitet c = 1,0005.

Hvis ventilasjon eller infiltrasjon er uorganisert, eller det er sprekker eller hull i veggene, bør beregningen av TP gjennom hullene overlates til spesielle programmer.

I vår andre artikkel ga vi detaljert eksempel på termisk ingeniørberegning bygninger med spesifikke eksempler og formler.

Eksempel på varmebalanseberegning

Tenk på et hus 2,5 m høyt, 6 m bredt og 8 m langt, som ligger i byen Okha i Sakhalin-regionen, hvor termometeret synker til -29 grader på en ekstremt kald 5-dagers dag.

Som et resultat av målingen ble jordtemperaturen bestemt til +5. Anbefalt temperatur inne i strukturen er +21 grader.

Den mest praktiske måten å tegne et husdiagram på er på papir, og indikerer ikke bare lengden, bredden og høyden på bygningen, men også orienteringen i forhold til kardinalpunktene, samt plasseringen og dimensjonene til vinduer og dører.

Veggene i det aktuelle huset består av:

• murtykkelse B=0,51 m, CT k=0,64;
• mineralull B=0,05 m, k=0,05;
• vendt mot B=0,09 m, k=0,26.

Når du bestemmer k, er det bedre å bruke tabellene presentert på produsentens nettsted eller finne informasjon i produktdatabladet.

Når du kjenner til den termiske ledningsevnen, kan du velge de mest effektive materialene fra synspunktet til termisk isolasjon. Basert på tabellen ovenfor er det mest tilrådelig å bruke mineralullplater og ekspandert polystyren i konstruksjonen

Gulvet består av følgende lag:

• OSB-plater B=0,1 m, k=0,13;
• mineralull B=0,05 m, k=0,047;
• sementbelegg B=0,05 m, k=0,58;
• ekspandert polystyren B=0,06 m, k=0,043.

Det er ikke kjeller i huset, og gulvet har samme struktur i hele området.

Taket består av lag:

• gipsplater B=0,025 m, k= 0,21;
• isolasjon B=0,05 m, k=0,14;
• taktekking B=0,05 m, k=0,043.

Huset har kun 6 dobbeltkammervinduer med I-glass og argon. Fra teknisk datablad for produktet er det kjent at R=0,7. Vinduene har mål på 1,1x1,4m.

Dørene har mål på 1x2,2 m, R = 0,36.

Trinn #1 - beregning av veggvarmetap

Veggene i hele området består av tre lag. La oss først beregne deres totale termiske motstand.

Hvorfor bruke formelen:

R = ∑R_n,

og uttrykket:

R_n = B/k

Med tanke på den første informasjonen får vi:

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

Etter å ha funnet ut R, kan du begynne å beregne TP for de nordlige, sørlige, østlige og vestlige veggene.

Ytterligere koeffisienter tar hensyn til særegenhetene ved plasseringen av veggene i forhold til kardinalretningene. Vanligvis i den nordlige delen under kaldt vær dannes en "vindrose", som et resultat av at TP på denne siden vil være høyere enn på de andre

La oss beregne arealet til den nordlige veggen:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Deretter bytter du inn i formelen Q_ok = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l og tatt i betraktning at l=1.1, får vi:

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

Området til den sørlige veggen S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Det er ingen innebygde vinduer eller dører i veggen, og tar derfor hensyn til koeffisienten l=1, får vi følgende TP:

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

For vest- og østveggen er koeffisienten l=1,05. Derfor kan du finne det totale arealet av disse veggene, det vil si:

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

Det er 6 vinduer og en dør innebygd i veggene. La oss beregne det totale arealet av vinduer og S-dører:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

La oss definere S-vegger uten å ta hensyn til S-vinduer og -dører:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

La oss beregne den totale TP for de østlige og vestlige veggene:

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

Etter å ha mottatt resultatene, la oss beregne mengden varme som slipper ut gjennom veggene:

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

Totalt er veggenes totale TP 6 kW.

Trinn #2 - beregning av TP for vinduer og dører

Vinduene er plassert på øst- og vestveggen, så ved beregning er koeffisienten l=1,05. Det er kjent at strukturen til alle strukturer er den samme og R = 0,7.

Ved å bruke arealverdiene gitt ovenfor får vi:

Q_okn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Når vi vet at for dører R=0,36 og S=2,2, bestemmer vi deres TP:

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

Som et resultat kommer 340 W varme ut gjennom vinduene, og 42 W gjennom dørene.

Trinn #3 - bestemme TP av gulvet og taket

Tydeligvis vil arealet av taket og gulvet være det samme, og beregnes som følger:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

La oss beregne den totale termiske motstanden til gulvet, under hensyntagen til strukturen.

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

Å vite at bakketemperaturen t_nar=+5 og tar hensyn til koeffisienten l=1, beregner vi Q for gulvet:

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

Rundt opp finner vi at gulvvarmetapet er ca 3 kW.

I TP-beregninger er det nødvendig å ta hensyn til lag som påvirker termisk isolasjon, for eksempel betong, plater, murverk, isolasjon, etc.

La oss bestemme den termiske motstanden til taket R_ptl og hans Q:

• 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

Det følger at nesten 6 kW går gjennom tak og gulv.

Trinn #4 - beregning av ventilasjon TP

Ventilasjon i rommet er organisert og beregnet ved hjelp av formelen:

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

Basert på de tekniske egenskapene er den spesifikke varmeoverføringen 3 kubikkmeter per time, det vil si:

L_n = 3 × 48 = 144.

For å beregne tettheten bruker vi formelen:

s_vnt = 353/(273+t_vnt).

Antatt romtemperatur er +21 grader.

Ventilasjon TP beregnes ikke hvis systemet er utstyrt med luftvarmeapparat

Ved å erstatte kjente verdier får vi:

s_vnt = 353/(273+21) = 1.2

La oss erstatte de resulterende tallene i formelen ovenfor:

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

Tatt i betraktning TP for ventilasjon, vil total Q for bygningen være:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Konverterer vi til kW får vi et totalt varmetap på 16 kW.

Funksjoner ved beregning av SVO

Etter å ha funnet TP-indikatoren, fortsetter de til hydraulisk beregning (heretter referert til som GR).

Basert på det oppnås informasjon om følgende indikatorer:

• den optimale diameteren til rørene, som under trykkfall vil kunne passere en gitt mengde kjølevæske;
• kjølevæskestrøm i et bestemt område;
• vannbevegelseshastighet;
• resistivitetsverdi.

Før du starter beregningene, for å forenkle beregningene, tegn et romlig diagram av systemet, hvor alle elementene er arrangert parallelt med hverandre.

Diagrammet viser et varmesystem med overliggende ledninger, kjølevæskebevegelsen er en blindvei

La oss vurdere hovedstadiene i vannoppvarmingsberegninger.

GR av hovedsirkulasjonsringen

Metoden for beregning av GR er basert på en antakelse om at temperaturforskjellene er like i alle stigerør og forgreninger.

Beregningsalgoritmen er som følger:

1. I det viste diagrammet, under hensyntagen til varmetap, påføres de termiske belastningene som virker på varmeinnretninger og stigerør.
2. Basert på diagrammet velges hovedsirkulasjonsringen (heretter kalt MCC). Det særegne ved denne ringen er at sirkulasjonstrykket per lengdeenhet av ringen får den laveste verdien.
3. FCC er delt inn i seksjoner med konstant varmeforbruk. For hver seksjon, angi antall, termisk belastning, diameter og lengde.

I et vertikalt system av enkeltrørstype tas ringen som det mest belastede stigerøret passerer gjennom under blindvei eller tilhørende bevegelse av vann langs strømnettet som hovedsirkulasjonskrets.Vi snakket mer detaljert om å koble sirkulasjonsringer i et enkeltrørssystem og velge den viktigste i neste artikkel. Vi la spesielt vekt på rekkefølgen av beregninger, ved å bruke et spesifikt eksempel for klarhet.

I vertikale to-rørssystemer passerer hovedsirkulasjonsvæsken gjennom den nedre varmeanordningen, som har en maksimal belastning under blindvei eller tilhørende vannbevegelse

I et horisontalt enkeltrørssystem bør hovedsirkulasjonskretsen ha det laveste sirkulasjonstrykket og en lengdeenhet av ringen. For systemer med naturlig sirkulasjon situasjonen er lik.

Ved utvikling av stigerør av et vertikalt system av enkeltrørstype, regnes gjennomstrømningsregulerte stigerør, som inneholder enhetlige komponenter, som en enkelt krets. For stigerør med lukkeseksjoner utføres separasjon, under hensyntagen til fordelingen av vann i rørledningen til hver instrumentenhet.

Vannforbruket i et gitt område beregnes ved hjelp av formelen:

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

I uttrykket har de alfabetiske tegnene følgende betydninger:

• Q_kont - termisk belastning av kretsen;
• β_1, β₂ — ekstra tabellformede koeffisienter som tar hensyn til varmeoverføring i rommet;
• c - varmekapasitet til vann, lik 4.187;
• t_r — vanntemperatur i tilførselsledningen;
• t₀ — vanntemperatur i returledningen.

Etter å ha bestemt diameteren og mengden vann, er det nødvendig å finne ut hastigheten på dens bevegelse og verdien av den spesifikke motstanden R. Alle beregninger utføres mest praktisk ved hjelp av spesielle programmer.

GR sekundær sirkulasjonsring

Etter GR av hovedringen bestemmes trykket i den lille sirkulasjonsringen dannet gjennom dens nærmeste stigerør, idet det tas hensyn til at trykktapene kan avvike med ikke mer enn 15 % i en blindveiskrets og med ikke mer enn 5 % i en passerende krets.

Hvis det er umulig å korrelere trykktapet, installer en gasspjeldvasker, hvis diameter beregnes ved hjelp av programvaremetoder.

Beregning av radiatorbatterier

La oss gå tilbake til husplanen ovenfor. Gjennom beregninger ble det avdekket at det vil kreves 16 kW energi for å opprettholde den termiske balansen. Det aktuelle huset har 6 rom for ulike formål - en stue, et bad, et kjøkken, et soverom, en korridor og en entré.

Basert på dimensjonene til strukturen, kan du beregne volumet V:

V=6×8×2,5=120 m³

Deretter må du finne mengden termisk kraft per m³. For å gjøre dette må Q deles på det funnet volumet, det vil si:

P=16000/120=133 W per m³

Deretter må du bestemme hvor mye varmekraft som kreves for ett rom. I diagrammet er arealet til hvert rom allerede beregnet.

La oss bestemme volumet:

• baderom – 4.19×2.5=10.47;
• stue – 13.83×2.5=34.58;
• kjøkken – 9.43×2.5=23.58;
• soverom – 10.33×2.5=25.83;
• korridor – 4.10×2.5=10.25;
• gangen – 5.8×2.5=14.5.

Beregningene må også ta hensyn til rom der det ikke er varmeradiatorer, for eksempel en korridor.

Korridoren varmes opp passivt; varme vil strømme inn i den på grunn av sirkulasjonen av termisk luft når folk beveger seg, gjennom døråpninger osv.

La oss bestemme den nødvendige mengden varme for hvert rom ved å multiplisere volumet av rommet med R-indeksen.

La oss få den nødvendige kraften:

• for badet — 10,47×133=1392 W;
• for stue — 34,58×133=4599 W;
• for kjøkken — 23,58×133=3136 W;
• for soverommet — 25,83×133=3435 W;
• for korridoren — 10,25×133=1363 W;
• for gangen — 14,5×133=1889 W.

La oss begynne å beregne radiatorbatterier. Vi vil bruke aluminiumsradiatorer, hvis høyde er 60 cm, effekten ved en temperatur på 70 er 150 W.

La oss beregne det nødvendige antallet radiatorbatterier:

• baderom — 1392/150=10;
• stue — 4599/150=31;
• kjøkken — 3136/150=21;
• soverom — 3435/150=23;
• gangen — 1889/150=13.

Totalt nødvendig: 10+31+21+23+13=98 radiatorbatterier.

Vi har også andre artikler på nettstedet vårt der vi undersøkte i detalj prosedyren for å utføre termiske beregninger av et varmesystem, trinnvise beregninger av kraften til radiatorer og varmerør. Og hvis systemet ditt krever oppvarmede gulv, må du utføre ytterligere beregninger.

Alle disse problemene dekkes mer detaljert i våre følgende artikler:

• Termisk beregning av et varmesystem: hvordan beregne belastningen på systemet riktig
• Beregning av varmeradiatorer: hvordan beregne nødvendig antall og kraft til batterier
• Beregning av rørvolum: prinsipper for beregninger og regler for å gjøre beregninger i liter og kubikkmeter
• Hvordan beregne et oppvarmet gulv ved å bruke et vannsystem som eksempel
• Beregning av rør for varme gulv: rørtyper, metoder og leggetrinn + beregning av strømningshastighet

Konklusjoner og nyttig video om temaet

I videoen kan du se et eksempel på beregning av vannoppvarming, som utføres ved hjelp av Valtec-programmet:

Hydrauliske beregninger utføres best ved hjelp av spesielle programmer som garanterer høy nøyaktighet av beregninger og tar hensyn til alle nyansene i designet.

Spesialiserer du deg på beregning av varmesystemer ved bruk av vann som kjølevæske og ønsker å supplere artikkelen vår med nyttige formler og dele faglige hemmeligheter?

Eller kanskje du ønsker å fokusere på tilleggskalkyler eller påpeke unøyaktigheter i våre beregninger? Skriv dine kommentarer og anbefalinger i blokken under artikkelen.