Termisk beregning av et varmesystem: hvordan beregne belastningen på systemet riktig

Design og termisk beregning av et varmesystem er et obligatorisk stadium når du arrangerer boligoppvarming.Hovedoppgaven til beregningsaktiviteter er å bestemme de optimale parametrene til kjelen og radiatorsystemet.

Enig, ved første øyekast kan det virke som bare en ingeniør kan utføre termiske beregninger. Men ikke alt er så komplisert. Når du kjenner til handlingsalgoritmen, vil du kunne utføre de nødvendige beregningene uavhengig.

Artikkelen beskriver i detalj beregningsprosedyren og gir alle nødvendige formler. For en bedre forståelse har vi utarbeidet et eksempel på en termisk beregning for en privat bolig.

Termisk beregning av oppvarming: generell prosedyre

Den klassiske termiske beregningen av et varmesystem er et konsolidert teknisk dokument som inkluderer obligatoriske trinnvise standardberegningsmetoder.

Men før du studerer disse beregningene av hovedparametrene, må du bestemme deg for konseptet med selve varmesystemet.

Varmesystemet er preget av tvangstilførsel og ufrivillig fjerning av varme inn i rommet.

Hovedoppgavene for å beregne og designe et varmesystem:

• mest pålitelig bestemme varmetap;
• bestemme mengden og betingelsene for bruk av kjølevæsken;
• velg elementene generasjon, bevegelse og varmeoverføring så nøyaktig som mulig.

Under bygging varmesystemer Det er nødvendig i første omgang å samle inn en rekke data om rommet/bygningen hvor varmesystemet skal brukes. Etter å ha beregnet de termiske parametrene til systemet, analyser resultatene av aritmetiske operasjoner.

Basert på innhentede data velges varmesystemkomponenter, etterfulgt av kjøp, installasjon og igangkjøring.

Varme er et flerkomponentsystem for å sikre et godkjent temperaturregime i et rom/bygg.Det er en egen del av kommunikasjonskomplekset til et moderne boliglokale

Det er bemerkelsesverdig at denne termiske beregningsmetoden lar en ganske nøyaktig beregne et stort antall mengder som spesifikt beskriver det fremtidige varmesystemet.

Som et resultat av den termiske beregningen vil følgende informasjon være tilgjengelig:

• antall varmetap, kjelekraft;
• antall og type termiske radiatorer for hvert rom separat;
• hydrauliske egenskaper til rørledningen;
• volum, kjølevæskehastighet, varmepumpekraft.

Termiske beregninger er ikke teoretiske skisser, men snarere nøyaktige og rimelige resultater som anbefales brukt i praksis ved valg av varmesystemkomponenter.

Standarder for romtemperaturforhold

Før du utfører noen beregninger av systemparametere, er det som et minimum nødvendig å kjenne rekkefølgen til de forventede resultatene, og også ha standardiserte egenskaper for noen tabellverdier som må erstattes med formler eller styres av dem .

Ved å beregne parametere med slike konstanter, kan du være trygg på påliteligheten til den ønskede dynamiske eller konstante parameteren til systemet.

For lokaler med ulike formål finnes det referansestandarder for temperaturforhold i bolig- og næringslokaler. Disse standardene er nedfelt i de såkalte GOST-ene

For et varmesystem er en av disse globale parameterne romtemperaturen, som må være konstant uavhengig av årstid og miljøforhold.

I henhold til forskriftene for sanitære standarder og regler er det forskjeller i temperatur i forhold til sommer- og vinterperioder av året.Klimaanlegget er ansvarlig for temperaturregimet til rommet i sommersesongen; prinsippet for beregningen er beskrevet i detalj i denne artikkelen.

Men romtemperaturen om vinteren leveres av varmesystemet. Derfor er vi interessert i temperaturområder og deres avvikstoleranser for vintersesongen.

De fleste forskriftsdokumenter fastsetter følgende temperaturområder som lar en person bo komfortabelt i rommet.

For kontorlokaler med et areal på opptil 100 m²:

• 22-24°C - optimal lufttemperatur;
• 1°C — tillatt svingning.

For kontorlokaler med et areal på mer enn 100 m² temperaturen er 21-23°C. For industrilokaler som ikke er boliger, varierer temperaturområdene mye avhengig av formålet med rommet og etablerte arbeidsbeskyttelsesstandarder.

Hver person har sin egen komfortable romtemperatur. Noen mennesker liker at det er veldig varmt i rommet, andre føler seg komfortable når rommet er kjølig - det hele er ganske individuelt

Når det gjelder boliglokaler: leiligheter, private hus, eiendommer, etc., er det visse temperaturområder som kan justeres avhengig av beboernes ønsker.

Og likevel, for spesifikke lokaler til en leilighet og et hus har vi:

• 20-22°C - stue, inkludert barnerom, toleranse ±2°С -
• 19-21°C — kjøkken, toalett, toleranse ±2°С;
• 24-26°C — bad, dusj, svømmebasseng, toleranse ±1°С;
• 16-18°C — korridorer, ganger, trapper, lagerrom, toleranse +3°С

Det er viktig å merke seg at det er flere grunnleggende parametere som påvirker temperaturen i rommet og som du må fokusere på når du beregner varmesystemet: fuktighet (40-60%), konsentrasjon av oksygen og karbondioksid i luften ( 250:1), luftbevegelseshastighetsmasse (0,13-0,25 m/s), etc.

Beregning av varmetap i huset

I følge termodynamikkens andre lov (skolefysikk) er det ingen spontan overføring av energi fra mindre oppvarmede til mer oppvarmede mini- eller makroobjekter. Et spesielt tilfelle av denne loven er "streben" for å skape temperaturlikevekt mellom to termodynamiske systemer.

For eksempel er det første systemet et miljø med en temperatur på -20°C, det andre systemet er en bygning med en innvendig temperatur på +20°C. I henhold til loven ovenfor vil disse to systemene strebe etter å balansere gjennom utveksling av energi. Dette vil skje ved hjelp av varmetap fra det andre systemet og kjøling i det første.

Vi kan definitivt si at omgivelsestemperaturen avhenger av breddegraden der det private huset ligger. Og temperaturforskjellen påvirker mengden varmelekkasje fra bygningen (+)

Varmetap refererer til ufrivillig frigjøring av varme (energi) fra en gjenstand (hus, leilighet). For en vanlig leilighet er denne prosessen ikke så "merkbar" sammenlignet med et privat hus, siden leiligheten ligger inne i bygningen og "ved siden av" andre leiligheter.

I et privat hus slipper varmen i en eller annen grad ut gjennom yttervegger, gulv, tak, vinduer og dører.

Å vite mengden varmetap for de mest ugunstige værforholdene og egenskapene til disse forholdene, er det mulig å beregne kraften til varmesystemet med høy nøyaktighet.

Så volumet av varmelekkasje fra bygningen beregnes ved å bruke følgende formel:

Q=Q_gulv+Q_vegg+Q_vindu+Q_tak+Q_dør+…+Q_Jeg, Hvor

Qi – volumet av varmetapet fra en homogen type bygningskonvolutt.

Hver komponent i formelen beregnes ved å bruke formelen:

Q=S*∆T/R, Hvor

• Q – varmelekkasje, V;
• S – areal av en bestemt type struktur, kvm. m;
• ∆T – forskjell i omgivelses- og innelufttemperatur, °C;
• R – termisk motstand av en bestemt type struktur, m²*°C/W.

Det anbefales å ta selve verdien av termisk motstand for ekte eksisterende materialer fra hjelpetabeller.

I tillegg kan den termiske motstanden oppnås ved å bruke følgende forhold:

R=d/k, Hvor

• R - termisk motstand, (m²*K)/W;
• k – koeffisient for varmeledningsevne til materialet, W/(m²*TIL);
• d – tykkelsen på dette materialet, m.

I gamle hus med fuktige takkonstruksjoner oppstår varmelekkasjer gjennom øvre del av bygget, nemlig gjennom tak og loft. Gjennomføre aktiviteter på takisolasjon eller varmeisolering av loftstak løs dette problemet.

Hvis du isolerer loft og tak, kan det totale varmetapet fra huset reduseres betydelig

Det er flere andre typer varmetap i huset gjennom sprekker i konstruksjoner, ventilasjonsanlegg, kjøkkenhetter og åpne vinduer og dører. Men det gir ingen mening å ta hensyn til volumet deres, siden de ikke utgjør mer enn 5% av det totale antallet hovedvarmelekkasjer.

Bestemmelse av kjeleeffekt

For å opprettholde temperaturforskjellen mellom miljøet og temperaturen inne i huset, er det nødvendig med et autonomt varmesystem, som opprettholder ønsket temperatur i hvert rom i et privat hus.

Varmesystemet er basert på forskjellige typer kjeler: flytende eller fast brensel, elektrisk eller gass.

En kjele er den sentrale enheten i et varmesystem som genererer varme. Hovedkarakteristikken til en kjele er dens kraft, nemlig konverteringshastigheten for mengden varme per tidsenhet.

Etter å ha beregnet varmebelastningen får vi den nødvendige nominelle effekten til kjelen.

For en vanlig flerromsleilighet beregnes kjeleeffekten gjennom arealet og spesifikk effekt:

R_kjele=(S_lokaler*R_spesifikk)/10, Hvor

• S_lokaler - det totale arealet av det oppvarmede rommet;
• R_spesifikk — spesifikk kraft i forhold til klimatiske forhold.

Men denne formelen tar ikke hensyn til varmetap, som er tilstrekkelig i et privat hus.

Det er et annet forhold som tar hensyn til denne parameteren:

R_kjele=(Q_tap*S)/100, Hvor

• R_kjele — kjelekraft;
• Q_tap - varmetap;
• S - oppvarmet område.

Designkraften til kjelen må økes. Reserven er nødvendig hvis du planlegger å bruke kjelen til å varme opp vann til bad og kjøkken.

I de fleste varmesystemer i private hus anbefales det å bruke en ekspansjonstank der kjølevæsketilførselen vil bli lagret. Hvert privat hjem trenger varmtvannsforsyning

For å sørge for kjelens kraftreserve, må sikkerhetsfaktoren K legges til den siste formelen:

R_kjele=(Q_tap*S*K)/100, Hvor

TIL — vil være lik 1,25, det vil si at konstruksjonseffekten til kjelen økes med 25%.

Dermed gjør kjelekraften det mulig å opprettholde standard lufttemperatur i bygningens rom, samt å ha et innledende og ekstra volum varmtvann i huset.

Funksjoner ved utvalget av radiatorer

Standardkomponenter for å gi varme i et rom er radiatorer, paneler, gulvvarmesystemer, konvektorer, etc.De vanligste delene av et varmesystem er radiatorer.

Den termiske radiatoren er en spesiell hul modulær struktur laget av en legering med høy varmespredning. Den er laget av stål, aluminium, støpejern, keramikk og andre legeringer. Prinsippet for drift av en varmeradiator reduseres til strålingen av energi fra kjølevæsken inn i rommet gjennom "kronbladene".

En varmeradiator i aluminium og bimetall erstattet massive støpejernsbatterier. Enkel produksjon, høy varmeoverføring, vellykket design og design har gjort dette produktet til et populært og utbredt instrument for å utstråle varme innendørs

Det finnes flere metoder varmeradiatorberegninger i rommet. Listen over metoder nedenfor er sortert i rekkefølge etter økende beregningsnøyaktighet.

Beregningsalternativer:

1. Etter område. N=(S*100)/C, hvor N er antall seksjoner, S er arealet av rommet (m²), C - varmeoverføring av en del av radiatoren (W, hentet fra passet eller sertifikatet for produktet), 100 W - mengden varmestrøm som er nødvendig for å varme 1 m² (empirisk verdi). Spørsmålet oppstår: hvordan ta hensyn til høyden på taket i rommet?
2. Etter volum. N=(S*H*41)/C, hvor N, S, C er like. H - romhøyde, 41 W - mengde varmestrøm som kreves for å varme 1 m³ (empirisk verdi).
3. Etter odds. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, hvor N, S, C og 100 er like. k1 - tar hensyn til antall kamre i et dobbeltvindu i et rom, k2 - termisk isolasjon av vegger, k3 - forholdet mellom vindusareal og romareal, k4 - gjennomsnittlig temperatur under null i den kaldeste uken om vinteren, k5 - antall yttervegger i et rom (som "strekker seg" til gaten), k6 - type rom over, k7 - takhøyde.

Dette er det mest nøyaktige alternativet for å beregne antall seksjoner. Naturligvis blir brøkberegningsresultater alltid avrundet til neste heltall.

Hydraulisk beregning av vannforsyning

Selvfølgelig kan "bildet" av å beregne varme for oppvarming ikke være komplett uten å beregne slike egenskaper som kjølevæskens volum og hastighet. I de fleste tilfeller er kjølevæsken vanlig vann i flytende eller gassformig aggregattilstand.

Det anbefales å beregne det faktiske volumet av kjølevæske ved å summere alle hulrom i varmesystemet. Når du bruker en enkeltkretskjele, er dette det beste alternativet. Når du bruker dobbelkretskjeler i et varmesystem, er det nødvendig å ta hensyn til forbruket av varmt vann til hygieniske og andre husholdningsformål

Beregning av vannvolumet oppvarmet av en dobbelkretskjele for å gi beboerne varmt vann og varme opp kjølevæsken gjøres ved å summere det indre volumet til varmekretsen og brukernes faktiske behov for oppvarmet vann.

Volumet av varmt vann i varmesystemet beregnes med formelen:

W=k*P, Hvor

• W - volum av kjølevæske;
• P — varmekjelekraft;
• k - effektfaktor (antall liter per kraftenhet, lik 13,5, rekkevidde - 10-15 liter).

Som et resultat ser den endelige formelen slik ut:

B = 13,5*P

Kjølevæskehastighet er den endelige dynamiske vurderingen av varmesystemet, som karakteriserer hastigheten på væskesirkulasjonen i systemet.

Denne verdien hjelper til med å evaluere typen og diameteren til rørledningen:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Hvor

• P — kjelekraft;
• μ — kjeleeffektivitet;
• ∆T - temperaturforskjell mellom tilførselsvann og returvann.

Ved å bruke metodene ovenfor hydraulisk beregning, vil det være mulig å oppnå reelle parametere som er "grunnlaget" for det fremtidige varmesystemet.

Eksempel på termisk beregning

Som eksempel på termisk beregning har vi et ordinært 1-etasjes hus med fire stuer, kjøkken, bad, «vinterhage» og vaskerom.

Fundamentet er laget av en monolitisk armert betongplate (20 cm), ytterveggene er betong (25 cm) med gips, taket er laget av trebjelker, taket er metallfliser og mineralull (10 cm)

La oss angi de første parametrene til huset som er nødvendige for beregningene.

Byggemål:

• gulvhøyde - 3 m;
• lite vindu på forsiden og baksiden av bygningen 1470*1420 mm;
• stort fasadevindu 2080*1420 mm;
• inngangsdører 2000*900 mm;
• bakdører (utgang til terrasse) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Byggets totale bredde er 9,5 m², lengde 16 m². Kun stuer (4 enheter), bad og kjøkken vil bli oppvarmet.

For nøyaktig å beregne varmetap på veggene, må du trekke fra arealet til alle vinduer og dører fra området til ytterveggene - dette er en helt annen type materiale med sin egen termiske motstand

Vi starter med å beregne arealene til homogene materialer:

• gulvareal - 152 m²;
• takareal - 180 m² , tatt i betraktning høyden på loftet er 1,3 m og bredden på purlinen er 4 m;
• vindusareal - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• dørareal - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

Arealet av ytterveggene vil være 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

La oss gå videre til å beregne varmetap for hvert materiale:

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

Og også Q_vegg tilsvarende 136,38*40*0,25/0,3=4546. Summen av alle varmetap vil være 19628,4 W.

Som et resultat beregner vi kjeleeffekten: P_kjele=Q_tap*S_{oppvarming_rom}*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.

Vi vil beregne antall radiatorseksjoner for ett av rommene. For alle andre er beregningene like. For eksempel har et hjørnerom (til venstre, nedre hjørne av diagrammet) et areal på 10,4 m2.

Dette betyr 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.

Dette rommet krever 9 seksjoner varmeradiator med en varmeeffekt på 180 W.

La oss gå videre til å beregne mengden kjølevæske i systemet - W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Dette betyr at kjølevæskehastigheten blir: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Som et resultat vil en fullstendig omsetning av hele volumet av kjølevæske i systemet tilsvare 2,87 ganger i timen.

Et utvalg av artikler om termiske beregninger vil hjelpe deg med å bestemme de nøyaktige parametrene til varmesystemelementene:

1. Beregning av varmesystemet til et privat hus: regler og beregningseksempler
2. Termisk ingeniørberegning av en bygning: spesifikasjoner og formler for å utføre beregninger + praktiske eksempler

Konklusjoner og nyttig video om temaet

En enkel beregning av et varmesystem for et privat hjem presenteres i følgende gjennomgang:

Alle finesser og generelt aksepterte metoder for å beregne varmetapet til en bygning er vist nedenfor:

Et annet alternativ for å beregne varmelekkasjer i et typisk privat hus:

Denne videoen beskriver funksjonene til sirkulasjonen av energibærere for oppvarming av et hjem:

Termisk beregning av et varmesystem er individuelt og må utføres kompetent og nøye. Jo mer nøyaktig beregningene er gjort, jo mindre vil eierne av et landsted måtte betale for mye under drift.

Har du erfaring med å utføre termiske beregninger av et varmesystem? Eller har du fortsatt spørsmål om emnet? Del gjerne din mening og legg igjen kommentarer. Tilbakemeldingsblokken finner du nedenfor.