Cálculo térmico de um sistema de aquecimento: como calcular corretamente a carga em um sistema

A concepção e o cálculo térmico do sistema de aquecimento são uma etapa obrigatória na organização do aquecimento doméstico. A principal tarefa das atividades de computação é determinar os parâmetros ideais da caldeira e do sistema de radiadores.

Concordo, à primeira vista, pode parecer que apenas um engenheiro pode realizar um cálculo de engenharia de calor. No entanto, nem tudo é tão complicado. Conhecendo o algoritmo de ações, ele realizará independentemente os cálculos necessários.

O artigo descreve em detalhes o procedimento de cálculo e fornece todas as fórmulas necessárias. Para uma melhor compreensão, preparamos um exemplo de cálculo térmico para uma casa particular.

Cálculo térmico de aquecimento: ordem geral

O cálculo térmico clássico do sistema de aquecimento é um documento técnico consolidado, que inclui os métodos de cálculo padrão faseados obrigatórios.

Mas antes de estudar esses cálculos dos principais parâmetros, você precisa decidir sobre o conceito do próprio sistema de aquecimento.

O sistema de aquecimento é caracterizado por fornecimento forçado e remoção involuntária de calor na sala.

As principais tarefas de cálculo e projeto do sistema de aquecimento:

• determinar com mais confiabilidade a perda de calor;
• determinar a quantidade e condições de uso do líquido de refrigeração;
• selecione os elementos de geração, deslocamento e transferência de calor da maneira mais precisa possível.

Durante a construção sistemas de aquecimento É necessário coletar inicialmente uma variedade de dados na sala / prédio onde o sistema de aquecimento será usado. Após realizar o cálculo dos parâmetros térmicos do sistema, analise os resultados das operações aritméticas.

Com base nos dados obtidos, os componentes do sistema de aquecimento são selecionados com a compra, instalação e comissionamento subsequentes.

O aquecimento é um sistema multicomponente para garantir o regime de temperatura aprovado em uma sala / prédio. É uma parte separada do complexo de comunicações de uma habitação moderna

Vale ressaltar que o método especificado de cálculo térmico permite calcular com precisão um grande número de quantidades que descrevem especificamente o futuro sistema de aquecimento.

Como resultado do cálculo térmico, as seguintes informações estarão disponíveis:

• número de perdas de calor, potência da caldeira;
• o número e o tipo de radiadores de calor para cada quarto separadamente;
• características hidráulicas da tubulação;
• volume, velocidade do líquido de refrigeração, poder da bomba de calor.

O cálculo térmico não é um esboço teórico, mas resultados bastante precisos e razoáveis, recomendados para uso na prática na seleção de componentes de um sistema de aquecimento.

Padrões de temperatura ambiente

Antes de fazer qualquer cálculo dos parâmetros do sistema, é necessário, no mínimo, conhecer a ordem dos resultados esperados, bem como ter características padronizadas de algumas quantidades tabulares que precisam ser substituídas nas fórmulas ou orientadas sobre elas.

Executando cálculos de parâmetros com essas constantes, você pode ter certeza da confiabilidade do parâmetro dinâmico ou constante do sistema desejado.

Para instalações de vários propósitos, existem padrões de referência para condições de temperatura de instalações residenciais e não residenciais. Esses padrões estão consagrados no chamado GOST

Para um sistema de aquecimento, um desses parâmetros globais é a temperatura ambiente, que deve ser constante, independentemente da estação do ano ou das condições ambientais.

De acordo com os regulamentos das normas e regulamentos sanitários, existem diferenças de temperatura em relação aos períodos de verão e inverno do ano. O sistema de ar condicionado é responsável pelo regime de temperatura da sala no verão, o princípio de seu cálculo é descrito em detalhes em este artigo.

Mas a temperatura ambiente no inverno é fornecida pelo sistema de aquecimento. Portanto, estamos interessados ​​em faixas de temperatura e suas tolerâncias para desvios para o inverno.

A maioria dos documentos regulamentares especifica as seguintes faixas de temperatura, que permitem que uma pessoa se sinta confortável em uma sala.

Para escritórios não residenciais até 100 m²:

• 22-24 ° C - temperatura ideal do ar;
• 1 ° C - flutuação permitida.

Para instalações do tipo escritório com uma área superior a 100 m² a temperatura é 21-23 ° C. Para instalações não residenciais do tipo industrial, as faixas de temperatura variam muito, dependendo da finalidade da sala e dos padrões estabelecidos de proteção ao trabalho.

A temperatura ambiente confortável para cada pessoa é "própria".Alguém gosta de ser muito quente na sala, alguém confortável quando a sala é legal - é tudo bem individual

Quanto às instalações residenciais: apartamentos, casas particulares, propriedades, etc., existem certas faixas de temperatura que podem ser ajustadas de acordo com os desejos dos moradores.

E, no entanto, para quartos específicos de um apartamento e uma casa, temos:

• 20-22 ° C - residencial, incluindo quarto de criança, tolerância ± 2 ° С -
• 19-21 ° C - cozinha, banheiro, tolerância ± 2 ° C;
• 24-26 ° C - banheira, chuveiro, piscina, tolerância ± 1 ° C;
• 16-18 ° C - corredores, corredores, escadas, despensas, tolerância + 3 ° C

É importante observar que existem vários parâmetros mais básicos que afetam a temperatura da sala e nos quais você precisa se concentrar ao calcular o sistema de aquecimento: umidade (40-60%), concentração de oxigênio e dióxido de carbono no ar (250: 1), velocidade do ar massas (0,13-0,25 m / s), etc.

Cálculo de perda de calor na casa

De acordo com a segunda lei da termodinâmica (física escolar), não há transferência espontânea de energia de objetos mini ou macro menos aquecidos para menos aquecidos. Um caso especial dessa lei é o "desejo" de criar equilíbrio de temperatura entre dois sistemas termodinâmicos.

Por exemplo, o primeiro sistema é um ambiente com uma temperatura de -20 ° C, o segundo sistema é um prédio com uma temperatura interna de + 20 ° C. De acordo com a lei acima, esses dois sistemas buscarão equilibrar-se através da troca de energia. Isso ocorrerá com a perda de calor do segundo sistema e o resfriamento no primeiro.

Definitivamente, podemos dizer que a temperatura ambiente depende da latitude em que a casa particular está localizada. E a diferença de temperatura afeta a quantidade de vazamento de calor do prédio (+)

Por perda de calor entende-se a liberação involuntária de calor (energia) de um determinado objeto (casa, apartamento). Para um apartamento comum, esse processo não é tão "perceptível" em comparação com uma casa particular, pois o apartamento está localizado dentro do edifício e é "adjacente" a outros apartamentos.

Em uma casa particular, através das paredes externas, piso, teto, janelas e portas, em um grau ou outro, o calor "sai".

Conhecendo a quantidade de perda de calor para as condições climáticas mais adversas e as características dessas condições, é possível calcular a potência do sistema de aquecimento com alta precisão.

Portanto, o volume de vazamento de calor do edifício é calculado pela seguinte fórmula:

Q = Q_sexo+ Q_{a parede}+ Q_{a janela}+ Q_{o telhado}+ Q_{a porta}+ ... + Q_euonde

Qi - a quantidade de perda de calor resultante da aparência uniforme da concha do edifício.

Cada componente da fórmula é calculado pela fórmula:

Q = S * ΔT / Ronde

• Q - vazamento de calor, V;
• S - área de um tipo particular de estrutura, sq. m;
• ∆T - a diferença nas temperaturas do ar ambiente e interior, ° C;
• R - resistência térmica de um certo tipo de estrutura, m²* ° C / W.

Recomenda-se que o valor da resistência térmica para materiais reais seja obtido em tabelas auxiliares.

Além disso, a resistência térmica pode ser obtida usando a seguinte proporção:

R = d / konde

• R - resistência térmica (m²* K) / W;
• k - condutividade térmica do material, W / (m²* K);
• d - a espessura deste material, m

Em casas antigas com uma estrutura de cobertura úmida, o vazamento de calor ocorre através da parte superior do edifício, nomeadamente através do telhado e do sótão. Realização de eventos para isolamento de teto ou isolamento do telhado do sótão resolver este problema.

Se você isolar o espaço do sótão e o telhado, a perda total de calor da casa poderá ser significativamente reduzida

Na casa, existem vários outros tipos de perda de calor por rachaduras nas estruturas, sistema de ventilação, exaustor, janelas e portas de abertura. Mas levar em conta o volume não faz sentido, pois eles representam não mais que 5% do número total de grandes vazamentos de calor.

Determinação da potência da caldeira

Para manter a diferença de temperatura entre o ambiente e a temperatura dentro da casa, é necessário um sistema de aquecimento independente que mantenha a temperatura desejada em cada cômodo de uma casa particular.

A base do sistema de aquecimento é diferente tipos de caldeiras: combustível líquido ou sólido, elétrico ou gás.

A caldeira é a unidade central do sistema de aquecimento que gera calor. A principal característica da caldeira é sua potência, ou seja, a taxa de conversão é a quantidade de calor por unidade de tempo.

Após o cálculo da carga de calor para aquecimento, obtemos a potência nominal necessária da caldeira.

Para um apartamento comum com vários cômodos, a energia da caldeira é calculada através da área e energia específica:

P_caldeira= (S_{instalações}* P_específico)/10onde

• S_{instalações} - área total da sala aquecida;
• P_precoce - potência específica relativa às condições climáticas.

Mas essa fórmula não leva em consideração a perda de calor, o que é suficiente em uma casa particular.

Há outro relacionamento que leva esse parâmetro em consideração:

P_caldeira= (Q_perdas* S) / 100onde

• P_caldeira - potência da caldeira;
• Q_perdas - perda de calor;
• S - área aquecida.

A capacidade nominal da caldeira deve ser aumentada. É necessária uma reserva se for planejado o uso de uma caldeira para aquecer a água do banheiro e da cozinha.

Na maioria dos sistemas de aquecimento de residências particulares, é recomendável usar um tanque de expansão no qual o suprimento de refrigerante será armazenado. Toda casa particular precisa de água quente

Para garantir a reserva de energia da caldeira na última fórmula, é necessário adicionar o fator de segurança K:

P_caldeira= (Q_perdas* S * K) / 100onde

Para - será igual a 1,25, ou seja, a capacidade de projeto da caldeira será aumentada em 25%.

Assim, a capacidade da caldeira oferece a oportunidade de manter a temperatura do ar padrão nas salas do edifício, além de ter um volume inicial e adicional de água quente na casa.

Características da seleção de radiadores

Os componentes padrão para fornecer calor na sala são radiadores, painéis, sistemas de piso radiante, convectores, etc. As partes mais comuns de um sistema de aquecimento são radiadores.

Um radiador de calor é um projeto oco especial de um tipo modular feito de liga com alta dissipação de calor. É feito de aço, alumínio, ferro fundido, cerâmica e outras ligas. O princípio de operação do radiador de aquecimento é reduzido à emissão de energia do refrigerante para o espaço da sala através das “pétalas”.

O radiador de aquecimento bimetálico e de alumínio substituiu as enormes baterias de ferro fundido. A facilidade de produção, a alta dissipação de calor, a construção e o design bem-sucedidos fizeram deste produto uma ferramenta popular e difundida para irradiar calor em uma sala.

Existem várias técnicas cálculo de radiadores de aquecimento no quarto. A lista de métodos a seguir é classificada em ordem crescente de precisão.

Opções de cálculo:

1. Por área. N = (S * 100) / C, onde N é o número de seções, S é a área da sala (m²), C - transferência de calor de uma seção do radiador (W, retirada do passaporte ou certificado do produto), 100 W - a quantidade de fluxo de calor necessária para o aquecimento de 1 m² (valor empírico). Surge a pergunta: como levar em conta a altura do teto da sala?
2. Por volume. N = (S * H ​​* 41) / C, onde N, S, C é semelhante. N - altura da sala, 41 W - quantidade de fluxo de calor necessário para aquecer 1 m³ (valor empírico).
3. De acordo com os coeficientes. N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, onde N, S, C e 100 são semelhantes. k1 - levando em consideração o número de câmeras em uma janela com vidro duplo da janela de uma sala, k2 - isolamento térmico de paredes, k3 - proporção da área das janelas em relação à área da sala, k4 - temperatura média menos na semana mais fria do inverno, k5 - número de paredes externas da sala (que “saem para fora”), k6 - tipo de quarto na parte superior, k7 - altura do teto.

Essa é a opção mais precisa para calcular o número de seções. Naturalmente, os resultados fracionários dos cálculos são sempre arredondados para o próximo número inteiro.

Cálculo hidráulico do abastecimento de água

Obviamente, a “imagem” do cálculo do calor para aquecimento não pode ser completa sem o cálculo de características como o volume e a velocidade do líquido de refrigeração.Na maioria dos casos, o líquido de arrefecimento é a água comum em um estado líquido ou gasoso de agregação.

Recomenda-se que o volume real do líquido de refrigeração seja calculado somando todas as cavidades no sistema de aquecimento. Ao usar uma caldeira de circuito único, esta é a melhor opção. Ao usar caldeiras de circuito duplo no sistema de aquecimento, é necessário levar em consideração os custos de água quente para fins higiênicos e outros fins domésticos

O cálculo do volume de água aquecida por uma caldeira de duplo circuito para fornecer água quente aos moradores e aquecer o líquido de arrefecimento é feito pela soma do volume interno do circuito de aquecimento e das necessidades reais dos usuários em água aquecida.

O volume de água quente no sistema de aquecimento é calculado pela fórmula:

W = k * Ponde

• W - volume do transportador de calor;
• P - potência da caldeira de aquecimento;
• k - fator de potência (o número de litros por unidade de potência é 13,5, a faixa é de 10 a 15 litros).

Como resultado, a fórmula final fica assim:

W = 13,5 * P

A velocidade do líquido de refrigeração é a avaliação dinâmica final do sistema de aquecimento, que caracteriza a taxa de circulação de fluidos no sistema.

Esse valor ajuda a avaliar o tipo e o diâmetro do pipeline:

V = (0,86 * P * μ) / ΔTonde

• P - potência da caldeira;
• μ - eficiência da caldeira;
• ∆T - diferença de temperatura entre a água fornecida e a água de retorno.

Usando os métodos anteriores cálculo hidráulico, será possível obter parâmetros reais, que são a “base” do futuro sistema de aquecimento.

Exemplo de cálculo térmico

Como exemplo de cálculo de calor, há uma casa comum de um andar com quatro salas de estar, cozinha, banheiro, um “jardim de inverno” e salas de serviço.

A fundação é feita de laje monolítica de concreto armado (20 cm), as paredes externas são de concreto (25 cm) com gesso, o telhado é coberto com vigas de madeira, o telhado é de telha metálica e lã mineral (10 cm)

Indique os parâmetros iniciais da casa, necessários para os cálculos.

Dimensões do edifício:

• altura do piso - 3 m;
• uma pequena janela da frente e de trás do edifício 1470 * 1420 mm;
• janela grande da fachada 2080 * 1420 mm;
• portas de entrada 2000 * 900 mm;
• portas traseiras (saída para o terraço) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

Largura total do edifício 9.5 m²16 m de comprimento². Apenas salas de estar (4 unid.), Banheiro e cozinha serão aquecidos.

Para calcular com precisão a perda de calor nas paredes da área das paredes externas, é necessário subtrair a área de todas as janelas e portas - este é um tipo de material completamente diferente com sua resistência térmica

Começamos calculando as áreas de materiais homogêneos:

• área útil - 152 m²;
• área do telhado - 180 m² , considerando a altura do sótão 1,3 me largura da pista - 4 m;
• área da janela - 3 * 1,47 * 1,42 + 2,08 * 1,42 = 9,22 m²;
• área da porta - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m².

A área das paredes externas será de 51 * 3-9,22-7,4 = 136,38 m².

Prosseguimos com o cálculo da perda de calor em cada material:

• Q_sexo= S * AT * k / d = 152 * 20 * 0,2 / 1,7 = 357,65 W;
• Q_{o telhado}= 180 * 40 * 0,1 / 0,05 = 14400 W;
• Q_{a janela}= 9,22 * 40 * 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
• Q_{a porta}= 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 W;

Bem como Q_{a parede} equivalente a 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. A soma de todas as perdas de calor será de 19628,4 watts.

Como resultado, calculamos a potência da caldeira: P_caldeira= Q_perdas* S_{sala de aquecimento}* 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.

Vamos calcular o número de seções de radiadores para uma das salas. Para todos os outros, os cálculos são semelhantes. Por exemplo, a sala de canto (esquerda, canto inferior do diagrama) é 10,4 m2.

Portanto, 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.

Para esta sala, são necessárias 9 seções de um radiador de aquecimento com uma transferência de calor de 180 watts.

Passamos ao cálculo da quantidade de líquido de refrigeração no sistema - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 litros. Portanto, a velocidade do líquido de refrigeração será: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) /20=812,7 l.

Como resultado, uma rotação completa do volume total de líquido refrigerante no sistema será equivalente a 2,87 vezes em uma hora.

Uma seleção de artigos sobre cálculo térmico ajudará a determinar os parâmetros exatos dos elementos do sistema de aquecimento:

1. Cálculo do sistema de aquecimento de uma casa particular: regras e exemplos de cálculo
2. Cálculo termotécnico de um edifício: especificações e fórmulas para a realização de cálculos + exemplos práticos

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Um cálculo simples do sistema de aquecimento para uma casa particular é apresentado na seguinte revisão:

Todas as sutilezas e métodos geralmente aceitos para calcular a perda de calor de um edifício são mostrados abaixo:

Outra opção para calcular vazamentos de calor em uma casa particular típica:

Este vídeo fala sobre os recursos da circulação de uma transportadora de energia para aquecer uma casa:

O cálculo térmico do sistema de aquecimento é de natureza individual, deve ser feito de forma correta e precisa. Quanto mais precisos forem os cálculos, menos será necessário pagar em excesso aos proprietários de uma casa de campo durante a operação.

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