חישוב תרמי של מערכת חימום: כיצד לחשב נכון את העומס על מערכת

תכנון וחישוב תרמי של מערכת החימום הוא שלב חובה בסידור החימום הביתי. המשימה העיקרית של פעילויות המחשוב היא לקבוע את הפרמטרים האופטימליים של הדוד ומערכת הרדיאטור.

מסכים, במבט ראשון נראה שרק מהנדס יכול לבצע חישוב הנדסי חום. עם זאת, לא הכל כל כך מסובך. בהכרת אלגוריתם הפעולות יתברר שהוא מבצע באופן עצמאי את החישובים הנדרשים.

המאמר מפרט בפירוט את נוהל החישוב ומספק את כל הנוסחאות הדרושות. להבנה טובה יותר, הכנו דוגמא לחישוב תרמי לבית פרטי.

חישוב תרמי של חימום: סדר כללי

החישוב התרמי הקלאסי של מערכת החימום הוא מסמך טכני מאוחד, הכולל את שיטות החישוב הסטנדרטיות שלב החובה.

אבל לפני שלומדים חישובים אלה של הפרמטרים העיקריים, אתה צריך להחליט על הרעיון של מערכת החימום עצמה.

מערכת החימום מאופיינת באספקה ​​כפויה ובהסרת חום לא רצונית בחדר.

המשימות העיקריות לחישוב ועיצוב מערכת החימום:

• הכי אמין לקבוע אובדן חום;
• לקבוע את כמות ותנאי השימוש של נוזל הקירור;
• בחר את האלמנטים של ייצור, עקירה והעברת חום בצורה מדויקת ככל האפשר.

במהלך הבנייה מערכות חימום תחילה יש לאסוף מגוון נתונים על החדר / הבניין בו תשתמש במערכת החימום. לאחר ביצוע חישוב הפרמטרים התרמיים של המערכת, נתח את התוצאות של פעולות חשבון.

בהתבסס על הנתונים שהתקבלו, הרכיבים של מערכת החימום נבחרים עם הרכישה, ההתקנה וההזמנה שלאחר מכן.

חימום הוא מערכת מרובת רכיבים להבטחת משטר הטמפרטורות המאושר בחדר / בניין. זהו חלק נפרד ממתחם התקשורת של דיור מודרני

ראוי לציין כי השיטה שצוינה לחישוב תרמי מאפשרת לך לחשב במדויק מספר גדול של כמויות המתארות באופן ספציפי את מערכת החימום העתידית.

כתוצאה מחישוב תרמי, המידע הבא יהיה זמין:

• מספר הפסדי חום, כוח הדוד;
• מספר וסוג רדיאטורי החום עבור כל חדר בנפרד;
• מאפיינים הידראוליים של הצינור;
• נפח, מהירות נוזל קירור, כוח משאבת חום.

חישוב תרמי אינו מתווה תיאורטי, אלא תוצאות די מדויקות וסבירות, אשר מומלץ להשתמש בהן בפועל בעת בחירת רכיבים של מערכת חימום.

תקני טמפרטורת החדר

לפני ביצוע חישובים של פרמטרי המערכת, יש צורך, לפחות, לדעת את סדר התוצאות הצפויות, כמו גם להיות בעל מאפיינים סטנדרטיים של כמה כמויות טבלאיות שצריך להחליף לנוסחאות או לכוון אותן.

על ידי ביצוע חישובי פרמטרים עם קבועים כאלה, אתה יכול להיות בטוח באמינות של פרמטר המערכת הדינמי או הקבוע הרצוי.

למתחמים למטרות שונות, ישנם תקני התייחסות לתנאי טמפרטורה של מגורים ושאינם למגורים. סטנדרטים אלה מעוגנים במה שמכונה GOST

עבור מערכת חימום, אחד מהפרמטרים הגלובליים הללו הוא טמפרטורת החדר, שצריכה להיות קבועה ללא תלות בעונה או בתנאי הסביבה.

על פי תקנות התקנים והתקנים התברואיים, ישנם הבדלים בטמפרטורה ביחס לתקופות הקיץ והחורף של השנה. מערכת המיזוג אחראית למשטר הטמפרטורה של החדר בעונת הקיץ, עקרון חישובו מתואר בפירוט ב מאמר זה.

אבל טמפרטורת החדר בחורף מסופקת על ידי מערכת החימום. לכן, אנו מעוניינים בטווחי טמפרטורות ובסבילות שלהם לסטיות לעונת החורף.

מרבית מסמכי הרגולציה מציינים את טווחי הטמפרטורה הבאים, המאפשרים לאדם להיות בנוח בחדר.

לחצרים משרדים שאינם למגורים עד 100 מ '²:

• 22-24 מעלות צלזיוס - טמפרטורת אוויר אופטימלית;
• 1 מעלות צלזיוס - תנודות מותרות.

לחצרים בסגנון משרדי בשטח של יותר מ 100 מ '² הטמפרטורה היא 21-23 מעלות צלזיוס. בחצרים שאינם למגורים מסוג תעשייתי, טווחי הטמפרטורה משתנים מאוד בהתאם למטרת החדר ובתקני ההגנה על העבודה הקבועים.

טמפרטורת החדר הנוחה עבור כל אדם היא "משלו."מישהו אוהב להיות מאוד חם בחדר, מישהו נוח כשהחדר קריר - הכל די אינדיבידואלי

באשר לחצרים למגורים: דירות, בתים פרטיים, אחוזות וכו ', ישנם טווחי טמפרטורה מסוימים הניתנים להתאמה בהתאם לרצון התושבים.

ובכל זאת לחדרים ספציפיים של דירה ובית שיש לנו:

• 20-22 מעלות צלזיוס - מגורים, כולל חדר ילדים, סובלנות ± 2 ° С -
• 19-21 מעלות צלזיוס - מטבח, שירותים, סובלנות ± 2 ° C;
• 24-26 מעלות צלזיוס - אמבטיה, מקלחת, בריכה, סובלנות ± 1 ° C;
• 16-18 מעלות צלזיוס - מסדרונות, מסדרונות, חדרי מדרגות, גרגרים, סובלנות + 3 מעלות צלזיוס

חשוב לציין שיש עוד כמה פרמטרים בסיסיים המשפיעים על הטמפרטורה בחדר ואותם עליכם להתמקד בעת חישוב מערכת החימום: לחות (40-60%), ריכוז החמצן והפחמן הדו-חמצני באוויר (250: 1), מהירות האוויר המונים (0.13-0.25 מ '/ ש') וכו '.

חישוב אובדן החום בבית

על פי החוק השני של התרמודינמיקה (פיזיקת בית ספר), אין העברת אנרגיה ספונטנית מאובייקטים פחות מחוממים למיני או מאקרו מחוממים יותר. מקרה מיוחד של חוק זה הוא "הרצון" ליצור שיווי משקל בין טמפרטורות בין שתי מערכות תרמודינמיות.

לדוגמא, המערכת הראשונה היא סביבה עם טמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס, המערכת השנייה היא מבנה עם טמפרטורה פנימית של + 20 מעלות צלזיוס. על פי החוק לעיל, שתי מערכות אלה יבקשו לאזן באמצעות חילופי אנרגיה. זה יתרחש באמצעות אובדן חום מהמערכת השנייה וקירור במערכת הראשונה.

אנו בהחלט יכולים לומר כי טמפרטורת הסביבה תלויה בקו הרוחב בו ממוקם הבית הפרטי. וההבדל בטמפרטורה משפיע על כמות דליפת החום מהבניין (+)

באובדן חום פירושו שחרור בלתי רצוני של חום (אנרגיה) מאובייקט מסוים (בית, דירה). לגבי דירה רגילה, תהליך זה אינו כה מורגש בהשוואה לבית פרטי, מכיוון שהדירה ממוקמת בתוך הבניין והיא "צמודה" לדירות אחרות.

בבית פרטי דרך הקירות החיצוניים, הרצפה, הגג, החלונות והדלתות, במידה זו או אחרת, החום "עוזב".

בידיעת כמות אובדן החום בתנאי מזג האוויר הקשים ביותר ותכונות תנאים אלה, ניתן לחשב את עוצמת מערכת החימום ברמת דיוק גבוהה.

אז נפח דליפת החום מהבניין מחושב על ידי הנוסחה הבאה:

ש = ש_מין+ ש_הקיר+ ש_החלון+ ש_הגג+ ש_הדלת+ ... + ש_iאיפה

צ'י - כמות אובדן החום מהמראה האחיד של מעטפת המבנה.

כל רכיב בפורמולה מחושב על ידי הנוסחה:

ש = S * ΔT / Rאיפה

• ש - זליגת חום, V;
• ס - שטח של סוג מסוים של מבנה, מ"ר מ ';
• ∆T - ההבדל בטמפרטורות האוויר הסביבתי והפנימי, ° C;
• ר - התנגדות תרמית של סוג מסוים של מבנה, m²* ° צלזיוס / וו.

מומלץ לקחת את ערך ההתנגדות התרמית לחומרים אמיתיים משולחנות עזר.

בנוסף, ניתן להשיג התנגדות תרמית באמצעות היחס הבא:

R = d / kאיפה

• ר - התנגדות תרמית, (מ²* K) / W;
• k - מוליכות תרמית של החומר, W / (m²* ק);
• ד - עובי חומר זה, ז

בבתים ישנים עם מבנה קירוי לח, דליפת חום מתרחשת דרך החלק העליון של המבנה, כלומר דרך הגג ועליית הגג. ביצוע אירועים עבור בידוד לתקרה או בידוד גג עליית גג לפתור את הבעיה.

אם מבודדים את חלל עליית הגג ואת הגג, אזי ניתן להפחית משמעותית את אובדן החום מהבית

בבית ישנם עוד כמה סוגים של אובדן חום דרך סדקים במבנים, מערכת אוורור, מכסה המנוע, פתיחת חלונות ודלתות. אבל לקחת בחשבון את הנפח שלהם לא הגיוני, מכיוון שהם מהווים לא יותר מ 5% מכלל דליפות החום העיקריות.

קביעת כוח הדוד

כדי לשמור על הפרש הטמפרטורה בין הסביבה לטמפרטורה בתוך הבית, יש צורך במערכת חימום עצמאית השומרת על הטמפרטורה הרצויה בכל חדר בבית פרטי.

הבסיס של מערכת החימום הם שונים סוגי דוודים: דלק נוזלי או מוצק, חשמל או גז.

הדוד הוא היחידה המרכזית של מערכת החימום המייצרת חום. המאפיין העיקרי של הדוד הוא כוחו, כלומר, שיעור ההמרה הוא כמות החום לזמן יחידה.

לאחר חישוב עומס החום לחימום, אנו משיגים את כוח הדוד הנדרש.

עבור דירת רגילה מרובת חדרים, כוח הדוד מחושב דרך השטח והספק הספציפי:

ע_דוד= (ס_הנחות* ע_ספציפי)/10איפה

• ס_הנחות - השטח הכולל של החדר המחומם;
• ע_מוקדם - כוח ספציפי ביחס לתנאי האקלים.

אבל הנוסחה הזו לא מתחשבת באובדן החום, המספיק בבית פרטי.

יש קשר נוסף שלוקח פרמטר זה בחשבון:

ע_דוד= (ש_הפסדים* S) / 100איפה

• ע_דוד - כוח הדוד;
• ש_הפסדים - איבוד חום;
• ס - אזור מחומם.

יש להגדיל את הקיבולת המדורגת של הדוד. שמורה נחוצה אם מתוכנן להשתמש בדוד לחימום מים לשירותים ולמטבח.

ברוב מערכות החימום של בתים פרטיים, מומלץ להשתמש במיכל הרחבה בו יאוחסן אספקת נוזל הקירור. כל בית פרטי זקוק למים חמים

על מנת לספק את עתודת כוח הדוד בנוסחה האחרונה, יש להוסיף את גורם הבטיחות K:

ע_דוד= (ש_הפסדים* S * K) / 100איפה

ל - זה יהיה שווה ל 1.25, כלומר, קיבולת העיצוב של הדוד תוגדל ב- 25%.

לפיכך, קיבולת הדוד מספקת את האפשרות לשמור על טמפרטורת האוויר הסטנדרטית בחדרי הבניין, כמו גם לקבל נפח ראשוני ותוספת מים חמים בבית.

תכונות של מבחר הרדיאטורים

רכיבים סטנדרטיים לספק חום בחדר הם רדיאטורים, לוחות, מערכות חימום תת רצפתי, קונווקטורים וכו '. החלקים הנפוצים ביותר במערכת חימום הם רדיאטורים.

רדיאטור חום הוא עיצוב חלול מיוחד מסוג מודולרי העשוי מסגסוגת עם פיזור חום גבוה. הוא עשוי פלדה, אלומיניום, ברזל יצוק, קרמיקה וסגסוגות אחרות. עקרון הפעולה של רדיאטור החימום מצטמצם לפליטת האנרגיה מהנוזל הקירור לחלל החדר דרך "עלי הכותרת".

רדיאטור אלומיניום וחימום bimetal החליף סוללות ברזל יצוק מסיביות. קלות ייצור, פיזור חום גבוה, בנייה ועיצוב מוצלחים הפכו מוצר זה לכלי פופולרי ונפוץ להקרינת חום בחדר.

ישנן מספר טכניקות חישוב רדיאטורי חימום בחדר. רשימת השיטות הבאה ממוינת לפי סדר הגברת הדיוק.

אפשרויות חישוב:

1. לפי אזור. N = (S * 100) / C, כאשר N הוא מספר החלקים, S הוא שטח החדר (m²), C - העברת חום מקטע אחד ברדיאטור (W, נלקח מהדרכון או תעודת המוצר), 100 W - כמות זרימת החום הנדרשת לחימום 1 מ '² (ערך אמפירי). נשאלת השאלה: כיצד לקחת בחשבון את גובה תקרת החדר?
2. לפי נפח. N = (S * H ​​* 41) / C, כאשר N, S, C דומה. N - גובה החדר, 41 וואט - כמות זרימת החום, הנחוצה לחימום 1 מ '³ (ערך אמפירי).
3. על פי המקדמים. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, כאשר N, S, C ו- 100 דומים. k1 - אם לוקחים בחשבון את מספר המצלמות בחלון מזוגג כפול בחלון החדר, k2 - בידוד תרמי של קירות, k3 - יחס שטח החלונות לאזור החדר, k4 - ממוצע מינוס הטמפרטורה בשבוע הקרה ביותר בחורף, k5 - מספר הקירות החיצוניים של החדר (ש"יצאים "לרחוב), k6 - סוג החדר למעלה, k7 - גובה התקרה.

זוהי האפשרות המדויקת ביותר לחישוב מספר הסעיפים. באופן טבעי, תוצאות השבר של החישובים מעוגלות תמיד למספר השלם הבא.

חישוב הידראולי של אספקת מים

כמובן ש"תמונה "של חישוב חום לחימום לא יכולה להיות שלמה מבלי לחשב מאפיינים כמו נפח ומהירות נוזל הקירור.ברוב המקרים נוזל הקירור הוא מים רגילים במצב צבירה נוזלי או גזי.

מומלץ לחשב את נפח נוזל הקירור על ידי סיכום כל החללים במערכת החימום. בעת שימוש בדוד במעגל יחיד, זו האפשרות הטובה ביותר. כאשר משתמשים בדודים במעגל כפול במערכת החימום, יש לקחת בחשבון את עלויות המים החמים למטרות היגיינה ומוצרי בית אחרים.

חישוב נפח המים המחומם על ידי דוד במעגל כפול בכדי לספק לתושבים מים חמים וחימום נוזל הקירור נעשה על ידי סיכום הנפח הפנימי של מעגל החימום והצרכים בפועל של המשתמשים במים מחוממים.

נפח המים החמים במערכת החימום מחושב על ידי הנוסחה:

W = k * Pאיפה

• W - נפח של מנשא החום;
• ע - כוחו של דוד החימום;
• k - גורם כוח (מספר ליטר ליחידת כוח הוא 13.5, הטווח הוא 10-15 ליטר).

כתוצאה מכך הנוסחה הסופית נראית כך:

W = 13.5 * P

מהירות נוזל הקירור היא ההערכה הדינאמית הסופית של מערכת החימום, המאפיינת את קצב זרימת הנוזל במערכת.

ערך זה עוזר להעריך את סוג וצינור הצינור:

V = (0.86 * P * μ) / ΔTאיפה

• ע - כוח הדוד;
• μ - יעילות הדוד;
• ∆T - הפרש טמפרטורה בין המים המסופקים למים החוזרים.

בשיטות הנ"ל חישוב הידראוליניתן יהיה להשיג פרמטרים אמיתיים שהם "הבסיס" של מערכת החימום העתידית.

דוגמה לחישוב תרמי

כדוגמה לחישוב חום, יש בית רגיל בן 1 קומות עם ארבעה חדרי מגורים, מטבח, חדר אמבטיה, "גן חורף" וחדרי שירות.

היסוד עשוי לוח בטון מזוין מונוליטי (20 ס"מ), הקירות החיצוניים הם בטון (25 ס"מ) עם טיח, הגג מכוסה קורות עץ, הגג אריחי מתכת וצמר סלעים (10 ס"מ)

ציין את הפרמטרים הראשוניים של הבית, הנחוצים לחישובים.

מידות הבניין:

• גובה הרצפה - 3 מ ';
• חלון קטן מקדימה ומאחור של הבניין 1470 * 1420 מ"מ;
• חלון גדול של החזית 2080 * 1420 מ"מ;
• דלתות כניסה 2000 * 900 מ"מ;
• דלתות אחוריות (יציאה למרפסת) 2000 * 1400 (700 + 700) מ"מ.

רוחב כולל של הבניין 9.5 מ '²אורך 16 מ '². מחוממים רק חדרי מגורים (4 יח '), חדר אמבטיה ומטבח.

כדי לחשב במדויק את אובדן החום על הקירות מאזור הקירות החיצוניים, עליכם לחסר את שטח כל החלונות והדלתות - זהו סוג שונה לחלוטין של חומר בעל עמידותו התרמית.

אנו מתחילים בחישוב שטחי החומרים ההומוגניים:

• שטח רצפה - 152 מ '²;
• שטח גג - 180 מ '² בהתחשב בגובה עליית הגג 1.3 מ 'ורוחב הריצה - 4 מ';
• שטח חלון - 3 * 1.47 * 1.42 + 2.08 * 1.42 = 9.22 מ '²;
• שטח הדלת - 2 * 0.9 + 2 * 2 * 1.4 = 7.4 מ '².

שטח הקירות החיצוניים יהיה 51 * 3-9.22-7.4 = 136.38 מ '².

אנו ממשיכים לחישוב אובדן החום על כל חומר:

• ש_מין= S * ΔT * k / d = 152 * 20 * 0.2 / 1.7 = 357.65 W;
• ש_הגג= 180 * 40 * 0.1 / 0.05 = 14400 W;
• ש_החלון= 9.22 * 40 * 0.36 / 0.5 = 265.54 W;
• ש_הדלת= 7.4 * 40 * 0.15 / 0.75 = 59.2 W;

וכן Q_הקיר שווה ערך ל 136.38 * 40 * 0.25 / 0.3 = 4546. סכום כל הפסדי החום יהיה 19628.4 וואט.

כתוצאה מכך אנו מחשבים את כוח הדוד: P_דוד= ש_הפסדים* ס_{חדר חימום}* 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 קילוואט.

נחשב את מספר קטעי הרדיאטורים לאחד החדרים. עבור כל האחרים, החישובים דומים. לדוגמה, החדר הפינתי (השמאלי, הפינה התחתונה של התרשים) הוא 10.4 מ"ר.

לפיכך 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.

לחדר זה נדרשים 9 קטעים של רדיאטור חימום עם העברת חום של 180 וואט.

אנו פונים לחישוב כמות נוזל הקירור במערכת - W = 13.5 * P = 13.5 * 21 = 283.5 ליטר. אז מהירות נוזל הקירור תהיה: V = (0.86 * P * μ) / ∆T = (0.86 * 21000 * 0.9) /20=812.7 ליטר.

כתוצאה מכך, מהפכה מלאה של נפח הקירור הכולל במערכת תהיה שווה ל- 2.87 פעמים בשעה.

מבחר מאמרים על חישוב תרמי יעזור לקבוע את הפרמטרים המדויקים של אלמנטים של מערכת החימום:

1. חישוב מערכת החימום של בית פרטי: כללים ודוגמאות לחישוב
2. חישוב תרמוטכני של מבנה: פירוט ונוסחאות לביצוע חישובים + דוגמאות מעשיות

מסקנות ווידאו שימושי בנושא

חישוב פשוט של מערכת החימום לבית פרטי מוצג בסקירה הבאה:

להלן כל הדקויות והשיטות המקובלות לחישוב אובדן החום של בניין:

אפשרות נוספת לחישוב דליפות חום בבית פרטי טיפוסי:

סרטון זה מדבר על תכונות זרימת הדם של מנשא אנרגיה לחימום בית:

החישוב התרמי של מערכת החימום הוא אינדיבידואלי באופיו, עליו להיעשות נכון ומדויק. ככל שיעשו החישובים מדויקים יותר, כך יהיה עליהם לשלם יותר מדי לבעלי בית כפרי במהלך הפעולה.

האם יש לך ניסיון בביצוע חישוב תרמי של מערכת החימום? או שיש לך שאלות בנושא? אנא שתפו את דעתכם והשאירו הערות. חסימת המשוב נמצאת למטה.