Thermische berekening van een verwarmingssysteem: hoe de belasting op een systeem correct te berekenen

Ontwerp en thermische berekening van het verwarmingssysteem is een verplichte fase bij het regelen van huisverwarming. De belangrijkste taak van de computeractiviteiten is het bepalen van de optimale parameters van de ketel en het radiatorsysteem.

Mee eens, op het eerste gezicht lijkt het erop dat alleen een ingenieur een berekening van de warmtetechniek kan uitvoeren. Maar niet alles is zo ingewikkeld. Als u het algoritme van acties kent, zal het blijken om zelfstandig de nodige berekeningen uit te voeren.

Het artikel beschrijft de berekeningsprocedure in detail en biedt alle benodigde formules. Voor een beter begrip hebben we een voorbeeld van thermische berekening opgesteld voor een privéwoning.

Thermische berekening van verwarming: algemene volgorde

De klassieke thermische berekening van het verwarmingssysteem is een geconsolideerd technisch document, dat de verplichte gefaseerde standaardberekeningsmethoden bevat.

Maar voordat u deze berekeningen van de belangrijkste parameters bestudeert, moet u beslissen over het concept van het verwarmingssysteem zelf.

Het verwarmingssysteem wordt gekenmerkt door geforceerde toevoer en onvrijwillige warmteafvoer in de kamer.

De belangrijkste taken van berekening en ontwerp van het verwarmingssysteem:

• het meest betrouwbaar warmteverlies bepalen;
• de hoeveelheid en gebruiksvoorwaarden van het koelmiddel bepalen;
• selecteer de elementen van opwekking, verplaatsing en warmteoverdracht zo nauwkeurig mogelijk.

Tijdens de bouw verwarmingssystemen Het is noodzakelijk om in eerste instantie een verscheidenheid aan gegevens te verzamelen over de kamer / het gebouw waar het verwarmingssysteem zal worden gebruikt. Na het uitvoeren van de berekening van de thermische parameters van het systeem, analyseert u de resultaten van rekenkundige bewerkingen.

Op basis van de verkregen gegevens worden de componenten van het verwarmingssysteem geselecteerd bij de daaropvolgende aankoop, installatie en inbedrijfstelling.

Verwarming is een systeem met meerdere componenten om het goedgekeurde temperatuurregime in een kamer / gebouw te waarborgen. Het is een apart onderdeel van het communicatiecomplex van een moderne woning

Het is opmerkelijk dat met de gespecificeerde methode van thermische berekening u een groot aantal hoeveelheden nauwkeurig kunt berekenen die specifiek het toekomstige verwarmingssysteem beschrijven.

Als resultaat van thermische berekening zal de volgende informatie beschikbaar zijn:

• aantal warmteverliezen, ketelvermogen;
• het aantal en type verwarmingsradiatoren voor elke kamer afzonderlijk;
• hydraulische kenmerken van de pijpleiding;
• volume, koelmiddelsnelheid, warmtepomp vermogen.

Thermische berekening is geen theoretische schets, maar vrij nauwkeurige en redelijke resultaten, die in de praktijk worden aanbevolen voor het selecteren van componenten van een verwarmingssysteem.

Normen voor kamertemperatuur

Voordat u de systeemparameters berekent, moet u ten minste de volgorde van de verwachte resultaten kennen, evenals gestandaardiseerde kenmerken van enkele tabelgrootheden die in de formules moeten worden vervangen of daarop moeten worden georiënteerd.

Door parameterberekeningen uit te voeren met dergelijke constanten, kunt u zeker zijn van de betrouwbaarheid van de gewenste dynamische of constante systeemparameter.

Voor gebouwen met verschillende doeleinden zijn er referentiestandaarden voor temperatuuromstandigheden in residentiële en niet-residentiële gebouwen. Deze normen zijn vastgelegd in de zogenaamde GOST

Voor een verwarmingssysteem is een van deze globale parameters de kamertemperatuur, die constant moet zijn, ongeacht het seizoen of de omgevingsomstandigheden.

Volgens de voorschriften van sanitaire normen en voorschriften zijn er temperatuurverschillen ten opzichte van de zomer- en winterperiode van het jaar. Het airconditioningsysteem is verantwoordelijk voor het temperatuurregime van de kamer in het zomerseizoen, het principe van de berekening wordt in detail beschreven dit artikel.

Maar de kamertemperatuur in de winter wordt geleverd door het verwarmingssysteem. Daarom zijn we geïnteresseerd in temperatuurbereiken en hun toleranties voor afwijkingen voor het winterseizoen.

De meeste regelgevingsdocumenten specificeren de volgende temperatuurbereiken, waardoor een persoon zich comfortabel in een kamer kan voelen.

Voor niet-residentiële kantoorpanden tot 100 m²:

• 22-24 ° C - optimale luchttemperatuur;
• 1 ° C - toegestane fluctuatie.

Voor kantoorpanden met een oppervlakte van meer dan 100 m² de temperatuur is 21-23 ° C. Voor niet-residentiële gebouwen van industrieel type variëren de temperatuurbereiken sterk, afhankelijk van het doel van de kamer en de vastgestelde arbeidsbeschermingsnormen.

Comfortabele kamertemperatuur voor elke persoon is "eigen".Iemand houdt ervan om erg warm te zijn in de kamer, iemand die comfortabel is als de kamer koel is - het is allemaal heel individueel

Wat betreft woonpanden: appartementen, privéwoningen, landgoederen, etc., er zijn bepaalde temperatuurbereiken die kunnen worden aangepast afhankelijk van de wensen van de bewoners.

En toch hebben we voor specifieke kamers van een appartement en een huis:

• 20-22 ° C - residentieel, inclusief kinderkamer, tolerantie ± 2 ° С -
• 19-21 ° C - keuken, toilet, tolerantie ± 2 ° C;
• 24-26 ° C - bad, douche, zwembad, tolerantie ± 1 ° C;
• 16-18 ° C - gangen, gangen, trappenhuizen, pantry's, tolerantie + 3 ° C

Het is belangrijk op te merken dat er verschillende meer fundamentele parameters zijn die van invloed zijn op de temperatuur in de kamer en waarop u moet letten bij het berekenen van het verwarmingssysteem: vochtigheid (40-60%), de concentratie van zuurstof en kooldioxide in de lucht (250: 1), luchtsnelheid massa's (0,13-0,25 m / s), enz.

Berekening van warmteverlies in huis

Volgens de tweede wet van de thermodynamica (schoolfysica) is er geen spontane overdracht van energie van minder verwarmde naar meer verwarmde mini- of macro-objecten. Een speciaal geval van deze wet is de "wens" om een ​​temperatuurevenwicht te creëren tussen twee thermodynamische systemen.

Zo is het eerste systeem een ​​omgeving met een temperatuur van -20 ° C, het tweede systeem is een gebouw met een binnentemperatuur van + 20 ° C. Volgens de bovengenoemde wet zullen deze twee systemen proberen uit te balanceren door uitwisseling van energie. Dit gebeurt door warmteverlies van het tweede systeem en koeling in het eerste.

We kunnen zeker zeggen dat de omgevingstemperatuur afhankelijk is van de breedtegraad waarop de privéwoning zich bevindt. En het temperatuurverschil beïnvloedt de hoeveelheid warmtelekkage uit het gebouw (+)

Met warmteverlies wordt het onvrijwillig vrijkomen van warmte (energie) van een bepaald object (huis, appartement) bedoeld. Voor een gewoon appartement is dit proces niet zo 'merkbaar' in vergelijking met een privéwoning, aangezien het appartement zich in het gebouw bevindt en 'grenst' aan andere appartementen.

In een woonhuis door de buitenmuren, vloer, dak, ramen en deuren, tot op zekere hoogte "warmt" de warmte.

Als u de hoeveelheid warmteverlies voor de meest ongunstige weersomstandigheden en de kenmerken van deze omstandigheden kent, is het mogelijk om het vermogen van het verwarmingssysteem met hoge nauwkeurigheid te berekenen.

Het volume van de warmtelekkage uit het gebouw wordt dus berekend met de volgende formule:

Q = Q_geslacht+ V_{de muur}+ V_{het raam}+ V_{het dak}+ V_{de deur}+ ... + V_ikwaar

Qi - de hoeveelheid warmteverlies door het uniforme uiterlijk van de gebouwschil.

Elke component van de formule wordt berekend met de formule:

Q = S * ΔT / Rwaar

• Q - warmtelekkage, V;
• S - oppervlakte van een bepaald type structuur, sq. m;
• ∆T - het verschil in omgevings- en binnenluchttemperaturen, ° C;
• R - thermische weerstand van een bepaald type constructie, m²* ° C / W.

De waarde van thermische weerstand voor echte materialen wordt aanbevolen uit hulptabellen.

Bovendien kan de thermische weerstand worden verkregen met de volgende verhouding:

R = d / kwaar

• R - thermische weerstand, (m²* K) / W;
• k - thermische geleidbaarheid van het materiaal, W / (m²* K);
• d - de dikte van dit materiaal, m

In oude huizen met een vochtige dakconstructie treedt warmtelekkage op via het bovenste deel van het gebouw, namelijk via het dak en de zolder. Evenementen uitvoeren voor plafond isolatie of zolder dakisolatie los dit probleem op.

Isoleer je de zolderruimte en het dak, dan kan het totale warmteverlies van de woning aanzienlijk worden verminderd

In de woning zijn er meerdere soorten warmteverlies door scheuren in de constructies, ventilatiesysteem, afzuigkap, openslaande ramen en deuren. Maar rekening houden met hun volume is niet logisch, aangezien ze niet meer dan 5% uitmaken van het totale aantal belangrijkste warmtelekken.

Bepaling van het ketelvermogen

Om het temperatuurverschil tussen de omgeving en de temperatuur in huis te behouden, is een onafhankelijk verwarmingssysteem nodig dat de gewenste temperatuur in elke kamer van een woonhuis handhaaft.

De basis van het verwarmingssysteem is anders soorten ketels: vloeibare of vaste brandstof, elektrisch of gas.

De ketel is de centrale eenheid van het verwarmingssysteem dat warmte opwekt. Het belangrijkste kenmerk van de ketel is het vermogen, namelijk de conversieratio is de hoeveelheid warmte per tijdseenheid.

Na berekening van de warmtebelasting voor verwarming verkrijgen we het benodigde nominale ketelvermogen.

Voor een gewoon meerkamerappartement wordt het ketelvermogen berekend door de oppervlakte en het specifieke vermogen:

P_boiler= (S_gebouwen* P_specifiek)/10waar

• S_gebouwen - totale oppervlakte van de verwarmde ruimte;
• P_vroegrijp - specifiek vermogen in relatie tot klimatologische omstandigheden.

Maar deze formule houdt geen rekening met het warmteverlies, wat voldoende is in een privéwoning.

Er is nog een relatie die rekening houdt met deze parameter:

P_boiler= (Q_verliezen* S) / 100waar

• P_boiler - ketelvermogen;
• Q_verliezen - warmteverlies;
• S - verwarmde ruimte.

Het nominale vermogen van de ketel moet worden verhoogd. Een reserve is nodig als het de bedoeling is om een ​​boiler te gebruiken voor het verwarmen van water voor de badkamer en keuken.

In de meeste verwarmingssystemen van particuliere huizen wordt aanbevolen om een ​​expansievat te gebruiken waarin de koelvloeistof wordt opgeslagen. Elk privéhuis heeft warm water nodig

Om in de laatste formule te voorzien in de gangreserve van de ketel, moet de veiligheidsfactor K worden toegevoegd:

P_boiler= (Q_verliezen* S * K) / 100waar

Aan - het zal gelijk zijn aan 1,25, dat wil zeggen dat het ontwerpvermogen van de ketel met 25% wordt verhoogd.

De ketelcapaciteit biedt dus de mogelijkheid om de standaard luchttemperatuur in de kamers van het gebouw te handhaven, evenals om een ​​aanvankelijke en extra hoeveelheid warm water in huis te hebben.

Kenmerken van de selectie van radiatoren

De standaard componenten voor het leveren van warmte in de ruimte zijn radiatoren, panelen, vloerverwarmingssystemen, convectoren, etc. De meest voorkomende onderdelen van een verwarmingssysteem zijn radiatoren.

Een warmtestraler is een speciaal hol ontwerp van een modulair type gemaakt van legering met een hoge warmteafvoer. Het is gemaakt van staal, aluminium, gietijzer, keramiek en andere legeringen. Het werkingsprincipe van de verwarmingsradiator wordt gereduceerd tot de emissie van energie van het koelmiddel naar de ruimte in de kamer via de "bloembladen".

Aluminium en bimetaal verwarmingsradiator vervangen massieve gietijzeren batterijen. Productiegemak, hoge warmteafvoer, succesvolle constructie en ontwerp maakten van dit product een populair en wijdverbreid hulpmiddel voor het uitstralen van warmte in een kamer.

Er zijn verschillende technieken berekening van verwarmingsradiatoren in de kamer. De volgende lijst met methoden is gesorteerd op toenemende nauwkeurigheid.

Berekeningsmogelijkheden:

1. Per gebied. N = (S * 100) / C, waarbij N het aantal secties is, S de oppervlakte van de kamer (m²), C - warmteoverdracht van een deel van de radiator (W, afkomstig uit het paspoort of productcertificaat), 100 W - de hoeveelheid warmtestroom die nodig is voor verwarming 1 m² (empirische waarde). De vraag rijst: hoe rekening te houden met de hoogte van het plafond van de kamer?
2. Op volume. N = (S * H ​​* 41) / C, waarbij N, S, C vergelijkbaar is. N - kamerhoogte, 41 W - de hoeveelheid warmtestroom die nodig is voor verwarming van 1 m³ (empirische waarde).
3. Volgens de coëfficiënten. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, waarbij N, S, C en 100 vergelijkbaar zijn. k1 - rekening houdend met het aantal camera's in een raam met dubbele beglazing van het raam van een kamer, k2 - thermische isolatie van muren, k3 - verhouding van het raamoppervlak tot het oppervlak van de kamer, k4 - gemiddelde min temperatuur in de koudste week van de winter, k5 - aantal buitenmuren van de kamer (die 'uitgaan' op straat), k6 - type kamer bovenop, k7 - plafondhoogte.

Dit is de meest nauwkeurige optie om het aantal secties te berekenen. Uiteraard worden de fractionele resultaten van berekeningen altijd afgerond op het volgende gehele getal.

Hydraulische berekening van watervoorziening

Het 'beeld' van het berekenen van warmte voor verwarming kan natuurlijk niet compleet zijn zonder het berekenen van kenmerken als het volume en de snelheid van het koelmiddel.In de meeste gevallen is het koelmiddel gewoon water in vloeibare of gasvormige aggregatietoestand.

Het wordt aanbevolen om het werkelijke warmtedragervolume te berekenen door alle holtes in het verwarmingssysteem op te tellen. Bij gebruik van een ketel met één circuit is dit de beste optie. Bij gebruik van dubbelcircuitketels in het verwarmingssysteem moet rekening worden gehouden met de kosten van warm water voor hygiënische en andere huishoudelijke doeleinden

Berekening van het watervolume dat wordt verwarmd door een dubbelcircuitketel om bewoners van warm water te voorzien en de koelvloeistof te verwarmen, wordt gemaakt door het interne volume van het verwarmingscircuit en de werkelijke behoeften van gebruikers in verwarmd water op te tellen.

Het volume warm water in het verwarmingssysteem wordt berekend met de formule:

W = k * Pwaar

• W - volume warmtedrager;
• P - vermogen van de verwarmingsketel;
• k - arbeidsfactor (het aantal liters per eenheid van vermogen is 13,5, het bereik is 10-15 liter).

Als resultaat ziet de uiteindelijke formule er als volgt uit:

W = 13,5 * P

De koelmiddelsnelheid is de laatste dynamische beoordeling van het verwarmingssysteem, die de snelheid van de vloeistofcirculatie in het systeem kenmerkt.

Deze waarde helpt bij het evalueren van het type en de diameter van de pijpleiding:

V = (0,86 * P * μ) / ΔTwaar

• P - ketelvermogen;
• μ - ketelrendement;
• ∆T - temperatuurverschil tussen het toegevoerde water en het retourwater.

Met behulp van de bovenstaande methoden hydraulische berekening, zal het mogelijk zijn om echte parameters te verkrijgen, die de "basis" vormen van het toekomstige verwarmingssysteem.

Voorbeeld van thermische berekening

Als voorbeeld van warmteberekening is er een gewoon huis met 1 verdieping met vier woonkamers, een keuken, een badkamer, een “wintertuin” en bijkeuken.

De fundering is gemaakt van een monolithische plaat van gewapend beton (20 cm), de buitenmuren zijn van beton (25 cm) met gips, het dak is bedekt met houten balken, het dak is van metalen tegels en minerale wol (10 cm)

Geef de initiële parameters van het huis aan die nodig zijn voor de berekeningen.

Afmetingen van het gebouw:

• vloerhoogte - 3 m;
• een klein raam aan de voor- en achterkant van het gebouw 1470 * 1420 mm;
• groot raam van de gevel 2080 * 1420 mm;
• toegangsdeuren 2000 * 900 mm;
• achterdeuren (uitgang naar het terras) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Totale breedte van het gebouw 9,5 m², lengte 16 m². Alleen woonkamers (4 stuks), een badkamer en een keuken worden verwarmd.

Om het warmteverlies op de muren nauwkeurig te berekenen vanuit het gebied van de buitenmuren, moet u het gebied van alle ramen en deuren aftrekken - dit is een heel ander type materiaal met zijn thermische weerstand

We beginnen met het berekenen van de gebieden van homogene materialen:

• vloeroppervlak - 152 m²;
• dakoppervlak - 180 m² , gezien de hoogte van de zolder 1,3 m en de breedte van de run - 4 m;
• raamoppervlak - 3 * 1.47 * 1.42 + 2.08 * 1.42 = 9.22 m²;
• deurgebied - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m².

De oppervlakte van de buitenmuren zal 51 * 3-9,22-7,4 = 136,38 m bedragen².

We gaan door met de berekening van warmteverlies op elk materiaal:

• Q_geslacht= S * ΔT * k / d = 152 * 20 * 0,2 / 1,7 = 357,65 W;
• Q_{het dak}= 180 * 40 * 0,1 / 0,05 = 14400 W;
• Q_{het raam}= 9,22 * 40 * 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
• Q_{de deur}= 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 W;

Evenals Q_{de muur} gelijk aan 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. De som van alle warmteverliezen is 19628,4 watt.

Als resultaat berekenen we het vermogen van de ketel: P_boiler= Q_verliezen* S_{verwarming_kamer}* 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.

We berekenen het aantal secties van radiatoren voor een van de kamers. Voor alle andere zijn de berekeningen vergelijkbaar. Zo is de hoekkamer (links, benedenhoek van het diagram) 10,4 m2.

Daarom 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.

Voor deze ruimte zijn 9 secties van een verwarmingsradiator met een warmteoverdracht van 180 watt nodig.

We gaan naar de berekening van de hoeveelheid koelvloeistof in het systeem - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 liter. De koelmiddelsnelheid is dus: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) / 20=812,7 l.

Als resultaat zal een volledige omwenteling van het totale volume koelmiddel in het systeem gelijk zijn aan 2,87 keer per uur.

Een selectie van artikelen over thermische berekening helpt bij het bepalen van de exacte parameters van de elementen van het verwarmingssysteem:

1. Berekening van het verwarmingssysteem van een privéwoning: regels en voorbeelden van berekening
2. Thermotechnische berekening van een gebouw: details en formules voor het uitvoeren van berekeningen + praktische voorbeelden

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Een eenvoudige berekening van het verwarmingssysteem voor een privéwoning wordt gepresenteerd in de volgende beoordeling:

Alle subtiliteiten en algemeen aanvaarde methoden voor het berekenen van het warmteverlies van een gebouw worden hieronder weergegeven:

Een andere optie voor het berekenen van warmtelekken in een typisch privéhuis:

Deze video vertelt over de kenmerken van de circulatie van een energiedrager voor het verwarmen van een huis:

De thermische berekening van het verwarmingssysteem is individueel van aard, het moet correct en nauwkeurig worden gedaan. Hoe nauwkeuriger de berekeningen worden gemaakt, hoe minder de eigenaren van een landhuis tijdens de operatie te veel moeten betalen.

Heeft u ervaring met het uitvoeren van thermische berekeningen van het verwarmingssysteem? Of heb je vragen over het onderwerp? Deel uw mening en laat opmerkingen achter. Het feedbackblok bevindt zich hieronder.