Beräkning av vattenuppvärmning: formler, regler, exempel på implementering

Att använda vatten som kylvätska i ett värmesystem är ett av de mest populära alternativen för att förse ditt hem med värme under den kalla säsongen. Du behöver bara korrekt utforma och sedan slutföra installationen av systemet. Annars kommer värme att vara ineffektivt med höga bränslekostnader, vilket du ser är extremt ointressant för dagens energipriser.

Det är omöjligt att självständigt beräkna vattenuppvärmning (nedan CBO) utan användning av specialiserade program, eftersom beräkningarna använder komplexa uttryck, vars värden inte kan bestämmas med en konventionell räknare. I den här artikeln kommer vi att analysera i detalj algoritmen för att utföra beräkningar, ge de tillämpliga formlerna med hänsyn till beräkningsförloppet med hjälp av ett specifikt exempel.

Tilläggsmaterial kommer att kompletteras med tabeller med värden och referensindikatorer som behövs under beräkningarna, tematiska foton och en video där ett tydligt exempel på beräkning med programmet visas.

Beräkning av värmebalansen i bostäder

För att införa en värmeanläggning, där vatten fungerar som ett cirkulerande ämne, är det nödvändigt att först göra noggrannhet hydrauliska beräkningar.

Vid utveckling, implementering av alla typer av värmesystem är det nödvändigt att känna till värmebalansen (nedan TB). Genom att känna till värmekraften för att upprätthålla temperaturen i rummet, kan du välja rätt utrustning och fördela dess last korrekt.

På vintern har rummet vissa värmeförluster (nedan kallat TP). Huvuddelen av energin går genom de inneslutna elementen och ventilationsöppningarna. Obetydliga kostnader är för infiltration, uppvärmning av föremål etc.

TP beror på de lager som de inneslutande strukturerna består av (nedan - OK). Moderna byggnadsmaterial, särskilt isolering, har låg värmeledningskoefficient (nedan kallad CT), på grund av vilken mindre värme utvisas genom dem. För hus i samma område, men med en annan OK struktur, kommer värmekostnaderna att skilja sig.

Förutom att bestämma TP är det viktigt att beräkna tuberkulos i ett hem. Indikatorn tar inte bara hänsyn till mängden energi som lämnar rummet, utan också mängden nödvändig kraft för att upprätthålla vissa mått i huset.

De mest exakta resultaten tillhandahålls av specialiserade program designade för byggare. Tack vare dem är det möjligt att ta hänsyn till fler faktorer som påverkar TP.

Den största mängden värme lämnar rummet genom väggar, golv, tak, minst - genom dörrar, fönsteröppningar

Med hög noggrannhet kan du beräkna husets TP med hjälp av formler.

Husets totala värmeförbrukning beräknas med ekvationen:

Q = Q_OK + Q_v,

var Q_OK - mängden värme som lämnar rummet genom OK; Q_v - Kostnader för termisk ventilation.

Förluster genom ventilation beaktas om luften som kommer in i rummet har en lägre temperatur.

Beräkningarna tar vanligtvis hänsyn till OK och kommer in på en sida av gatan. Dessa är ytterväggar, golv, tak, dörrar och fönster.

Allmänna TP Q_OK lika med summan av TP för varje OK, det vill säga:

Q_OK = ∑Q_st + ∑Q_okn + ∑Q_dv + ∑Q_PTL + ∑Q_pl,

där:

• Q_st - värdet på TP-väggar;
• Q_okn - TP-fönster;
• Q_dv - TP-dörrar;
  
• Q_PTL - TP-tak;
  
• Q_pl - TP-golv.

Om golvet eller taket har en ojämlik struktur över hela ytan, beräknas TP för varje plats separat.

Beräkning av värmeförlust genom OK

För beräkningar krävs följande information:

• väggstruktur, använda material, deras tjocklek, CT;
• utetemperaturen på en extremt kall fem dagar vinter i staden;
• OK område;
• orientering OK;
• Rekommenderad hustemperatur på vintern.

För att beräkna TP måste du hitta den totala värmemotståndet R_ca.. För att göra detta, ta reda på värmemotståndet R₁, R₂, R₃, ..., R_n varje lager är OK.

Koefficient R_n beräknat med formeln:

Rn = B / k,

I formeln: B - skikttjocklek OK i mm, k - CT för varje lager.

Den totala R kan bestämmas av uttrycket:

R = ∑R_n

Tillverkare av dörrar och fönster anger vanligtvis koefficienten R i passet till produkten, så det finns inget behov av att beräkna det separat.

Fönsterens termiska motstånd kan inte beräknas, eftersom tekniska data redan innehåller nödvändig information, vilket förenklar beräkningen av TP

Den allmänna formeln för beräkning av TP genom OK är följande:

Q_OK = ∑S × (t_VNT - t_nar) × R × l,

I uttrycket:

• S - område OK, m²;
• t_VNT - önskad rumstemperatur;
• t_nar - utomhuslufttemperatur;
• R - motståndskoefficient, beräknad separat eller hämtad från produktpasset.
• l - en förfiningskoefficient med hänsyn till väggarnas orientering relativt kardinalpunkterna.

Beräkning av TB kan du välja utrustning med den erforderliga kapaciteten, vilket eliminerar sannolikheten för ett värmeförlust eller dess överskott. Underskottet av termisk energi kompenseras genom att öka luftflödet genom ventilationen, överskottet - genom att installera ytterligare värmeutrustning.

Kostnader för termisk ventilation

Den allmänna formeln för beräkning av ventilations-TP är som följer:

Q_v = 0,28 × L_n × p_VNT × c × (t_VNT - t_nar),

Variabler har följande betydelser i ett uttryck:

• L_n - inkommande luftkostnader.
• p_VNT - lufttäthet vid en viss temperatur i rummet;
• c - luftens värmekapacitet;
• t_VNT - temperaturen i huset;
• t_nar - utomhuslufttemperatur.

Om ventilationen är installerad i byggnaden, sedan parameter L_n hämtad från enhetens tekniska egenskaper. Om det inte finns någon ventilation, tas en standardindikator för specifik luftutbyte lika med 3 m³ per timme.

Baserat på detta, L_n beräknat med formeln:

L_n = 3 × S_pl,

I uttryck S_pl - golvyta.

2% av alla värmeförluster står för infiltration, 18% - genom ventilation. Om rummet är utrustat med ett ventilationssystem tas hänsyn till TP genom ventilation i beräkningar, och infiltration beaktas inte

Beräkna därefter lufttätheten p_VNT vid en given temperatur t_VNT.

Du kan göra detta med formeln:

p_VNT = 353 / (273 + t_VNT),

Specifik värmekapacitet c = 1.0005.

Om ventilering eller infiltration är ororganiserad, det finns sprickor eller hål i väggarna, bör beräkningen av TP genom hålen anförtros särskilda program.

I vår andra artikel gav vi en detaljerad exempel på beräkning av värmeteknik byggnader med specifika exempel och formler.

Exempel på beräkning av värmebalans

Tänk på ett hus 2,5 m högt, 6 m brett och 8 m långt, beläget i staden Okha i Sakhalin-regionen, där termometerns termometer sjunker till -29 grader under en extremt kall 5-dagarsperiod.

Som ett resultat av mätningen sattes jordtemperaturen till +5. Den rekommenderade temperaturen inuti strukturen är +21 grader.

Det är mest bekvämt att rita ett diagram över huset på papper, som inte bara anger byggnadens längd, bredd och höjd, utan också orienteringen i förhållande till kardinalpunkterna, liksom fönstren och dörrens placering, dimensioner

Husets väggar består av:

• tegelverk med en tjocklek av B = 0,51 m, CT k = 0,64;
• mineralull B = 0,05 m, k = 0,05;
• Ytor B = 0,09 m, k = 0,26.

När du bestämmer k är det bättre att använda tabellerna som presenteras på tillverkarens webbplats eller att hitta information i produktens tekniska datablad.

Genom att känna till värmeledningsförmågan är det möjligt att välja de mest effektiva materialen med tanke på värmeisolering. Baserat på ovanstående tabell är det bäst att använda mineralullsplattor och expanderad polystyren i konstruktionen

Golvet består av följande lager:

• OSB-plattor B = 0,1 m, k = 0,13;
• mineralull B = 0,05 m, k = 0,047;
• cementmassa B = 0,05 m, k = 0,58;
• polystyrenskum B = 0,06 m, k = 0,043.

Det finns ingen källare i huset, och golvet har samma struktur över hela området.

Taket består av lager:

• gipsväggar B = 0,025 m, k = 0,21;
• isolering B = 0,05 m, k = 0,14;
• takplatta B = 0,05 m, k = 0,043.

Huset har bara 6 dubbelkammarfönster med I-glas och argon. Från det tekniska passet för produkterna är det känt att R = 0,7. Windows har måtten 1,1x1,4 m.

Dörrar har dimensioner på 1x2,2 m, indikator R = 0,36.

Steg # 1 - beräkning av väggförlust

Väggar över hela området består av tre lager. Först beräknar vi deras totala termiska motstånd.

Varför använda formeln:

R = ∑R_n,

och uttryck:

R_n = B / k

Med den första informationen får vi:

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

Efter att ha lärt oss R kan vi börja beräkna TP för de norra, södra, östra och västra väggarna.

Ytterligare faktorer tar hänsyn till de speciella egenskaperna hos väggarnas placering relativt kardinalpunkterna. Vanligtvis bildas en "vindros" i den norra delen under kallt väder, vilket resulterar i att TP: erna på denna sida kommer att vara högre än på den andra

Vi beräknar arean på norra väggen:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Sedan ersätter du formeln Q_OK = ∑S × (t_VNT - t_nar) × R × l och med tanke på att l = 1.1 får vi:

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

South Wall Area S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Det finns inga inbyggda fönster eller dörrar i väggen, därför med tanke på koefficienten l = 1 får vi följande TP:

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

För västra och östra väggarna är koefficienten l = 1,05. Därför kan du hitta det totala området för dessa väggar, det vill säga:

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

6 fönster och en dörr är inbyggda i väggarna. Vi beräknar det totala området för fönster och S-dörrar:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definiera S-väggar utom S-fönster och dörrar:

S_{vost + zap} = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56

Vi beräknar den totala TP för de östra och västra väggarna:

Q_{vost + zap} =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Efter att vi fått resultaten, beräknar vi mängden värme som lämnar väggarna:

Qst = Q_sev.st + Q_yuch.st + Q_{vost + zap} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Den totala totala TP för väggarna är 6 kW.

Steg 2 - beräkna TP-fönster och dörrar

Fönstren är belägna på östra och västra väggarna, därför vid beräkning av koefficienten l = 1,05. Det är känt att strukturen för alla strukturer är densamma och R = 0,7.

Med hjälp av värdena för området ovan får vi:

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

Genom att veta att för dörrar R = 0,36 och S = 2.2 definierar vi deras TP:

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

Som ett resultat går 340 W värme ut genom fönstren och 42 W genom dörrarna.

Steg 3 - bestämma TP för golv och tak

Uppenbarligen kommer taket och golvet att vara detsamma och beräknas enligt följande:

S_pol = S_PTL = 6 × 8 = 48

Vi beräknar golvets totala termiska motstånd med hänsyn till dess struktur.

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

Att veta att jordens temperatur t_nar= + 5 och med beaktande av koefficienten l = 1 beräknar vi golvet Q:

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

Avrundning får vi att värmeförlusten på golvet är cirka 3 kW.

Vid TP-beräkningar är det nödvändigt att ta hänsyn till lager som påverkar värmeisolering, till exempel betong, skivor, tegelverk, värmare etc.

Bestäm värmemotståndet för taket R_PTL och dess 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

Av detta följer att nästan 6 kW lämnar genom tak och golv.

Steg 4 - beräkna ventilations-TP

Inomhusventilation är organiserad, beräknat med formeln:

Q_v = 0,28 × L_n × p_VNT × c × (t_VNT - t_nar)

Baserat på de tekniska egenskaperna är den specifika värmeöverföringen 3 kubikmeter per timme, det vill säga:

L_n = 3 × 48 = 144.

För att beräkna densiteten använder vi formeln:

p_VNT = 353 / (273 + t_VNT).

Den beräknade rumstemperaturen är +21 grader.

TP-ventilation beräknas inte om systemet är utrustat med en luftvärmeanordning

Genom att ersätta de kända värdena får vi:

p_VNT = 353/(273+21) = 1.2

Vi ersätter siffrorna erhållna i ovanstående formel:

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

Med TP för ventilering kommer byggnadens totala Q att vara:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Omvandling till kW får vi en total värmeförlust på 16 kW.

Funktioner i beräkningen av CBO

Efter att ha hittat TP-indikatorn fortsätter de till hydraulisk beräkning (nedan kallad GR).

Baserat på den erhålls information om följande indikatorer:

• rörens optimala diameter, som med tryckfall kan passera en viss mängd kylvätska
• kylvätskeflöde i ett visst område;
• vattenhastighet;
• resistivitetsvärde.

Innan beräkningarna startas, för att förenkla beräkningarna, visar de ett rumsligt diagram över systemet där alla dess element är anordnade parallellt med varandra.

Diagrammet visar ett värmesystem med en övre ledning, kylmedelsrörelsen är en återvändsgränd

Tänk på de viktigaste stadierna i beräkningarna av vattenuppvärmning.

GR för huvudcirkulationsringen

GR-beräkningsmetoden bygger på antagandet att temperaturskillnaderna är desamma i alla stigerör och grenar.

Beräkningsalgoritmen är som följer:

1. I diagrammet som visas, med hänsyn till värmeförlust, appliceras värmelaster på värmeapparater, stigerör.
2. Välj huvudcirkulationsring (nedan HCC) baserat på schemat. Det speciella med denna ring är att i den tar cirkulationstrycket per enhetslängd av ringen det lägsta värdet.
3. HCC är indelat i sektioner med konstant värmeförbrukning. Ange antal, värmebelastning, diameter och längd för varje sektion.

I det vertikala enkelrörssystemet tas ringen genom vilken den mest belastade stigaren passerar när vattnet strömmar i en återvändsgränd eller längs elnätet passerar som fcc. Vi pratade mer i detalj om att koppla cirkulationsringar i ett enda rörsystem och välja den huvudsakliga i nästa artikel. Vi uppmärksammade separat på beräkningsordningen, med hjälp av ett specifikt exempel för tydlighet.

I vertikala system av en två-rörstyp passerar fcc genom den nedre uppvärmningsanordningen, som har en maximal belastning under återvändsgränd eller tillhörande rörelse

I ett horisontellt system av en-rörstyp måste fcc ha det lägsta cirkulationstrycket och en enhet av ringlängd. För system med naturlig cirkulation Situationen är liknande.

Med GR-stigerör av ett vertikalt system av en-rörstyp betraktas genomströmning, flödesjusterbara stigerör, som har enhetliga noder i sin sammansättning, som en enda krets. För stigerör med stängningssektioner görs separering med hänsyn till fördelningen av vatten i rörledningen för varje instrumentnod.

Vattenförbrukningen på en given plats beräknas med formeln:

G_Kont = (3,6 × Q_Kont × β₁ × β₂) / ((t_r - t₀) × c)

I uttrycket har alfabetiska tecken följande betydelser:

• Q_Kont - kretsens värmebelastning;
• β_1, β₂ - ytterligare tabellkoefficienter med hänsyn till värmeöverföringen i rummet;
• c - Vattnets värmekapacitet är 4.187;
• t_r - vattentemperatur i tillförseln;
• t₀ - vattentemperatur i returledningen.

Efter att ha bestämt diametern och mängden vatten är det nödvändigt att veta hastigheten på dess rörelse och värdet på resistiviteten R. Alla beräkningar utförs mest bekvämt med specialprogram.

GH för den sekundära cirkulationsringen

Efter GR av huvudringen bestäms trycket i den lilla cirkulationsringen som bildas genom dess närmaste stigerör, med hänsyn tagen till att tryckförlusterna inte kan variera med mer än 15% med en dödlås och inte mer än 5% med en förbipasserande.

Om det inte är möjligt att relatera tryckförlusten, installera en gasbricka, vars diameter beräknas med mjukvarumetoder.

Beräkning av radiatorbatterier

Låt oss gå tillbaka till planen för huset som ligger ovan. Genom beräkningar konstaterades att 16 kW energi skulle krävas för att bibehålla värmebalansen. I det här huset finns 6 lokaler för olika ändamål - ett vardagsrum, ett badrum, ett kök, ett sovrum, en korridor, en entré.

Baserat på dimensionerna på strukturen kan du beräkna volymen V:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 m³

Därefter måste du hitta mängden termisk effekt per m³. För att göra detta måste Q delas med den hittade volymen, det vill säga:

P = 16000/120 = 133 W per m³

Därefter måste du bestämma hur mycket värmekraft som krävs för ett rum. I diagrammet har området för varje rum redan beräknats.

Definiera volymen:

• ett badrum – 4.19×2.5=10.47;
• vardagsrum – 13.83×2.5=34.58;
• köket – 9.43×2.5=23.58;
• sovrummet – 10.33×2.5=25.83;
• korridor – 4.10×2.5=10.25;
• korridoren – 5.8×2.5=14.5.

I beräkningarna måste du också ta hänsyn till rum där det inte finns värmebatterier, till exempel en korridor.

Korridoren värms upp på ett passivt sätt, värme kommer in i den på grund av cirkulation av termisk luft under rörelse av människor, genom dörröppningar, etc.

Bestäm den nödvändiga mängden värme för varje rum genom att multiplicera rumets volym med indikatorn R.

Vi får den erforderliga kraften:

• för badrummet - 10,47 × 133 = 1392 W;
• för vardagsrummet - 34,58 × 133 = 4599 W;
• för köket - 23,58 × 133 = 3136 W;
• för sovrummet - 25,83 × 133 = 3435 W;
• för korridoren - 10,25 × 133 = 1363 W;
• för korridoren - 14,5 × 133 = 1889 W.

Vi fortsätter med att beräkna radiatorbatterier. Vi kommer att använda aluminiumradiatorer, vars höjd är 60 cm, effekten vid 70 är 150 watt.

Vi beräknar önskat antal radiatorbatterier:

• ett badrum – 1392/150=10;
• vardagsrum – 4599/150=31;
• köket – 3136/150=21;
• sovrummet – 3435/150=23;
• korridoren – 1889/150=13.

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

Vår webbplats har också andra artiklar där vi i detalj granskade förfarandet för att utföra termisk beräkning av värmesystemet, steg-för-steg beräkning av kraften hos radiatorer och värmerör. Och om ditt system antar förekomsten av varma golv, måste du göra ytterligare beräkningar.

Alla dessa frågor behandlas mer detaljerat i våra följande artiklar:

• Termisk beräkning av ett värmesystem: hur man beräknar belastningen på ett system korrekt
• Beräkning av värmeelement: hur man beräknar önskat antal och batterier
• Beräkning av rörvolym: beräkningsprinciper och beräkningsregler i liter och kubikmeter
• Hur man gör en beräkning av ett varmt golv med hjälp av exemplet med ett vattensystem
• Beräkning av rör för golvvärme: typer av rör, metoder och läggningssteg + beräkning av flöde

Slutsatser och användbar video om ämnet

I videon kan du se ett exempel på beräkning av vattenuppvärmning, som utförs med Valtec-programmet:

Hydrauliska beräkningar utförs bäst med hjälp av speciella program som garanterar hög noggrannhet i beräkningarna, med hänsyn till alla nyanser i designen.

Är du specialiserad på att beräkna värmesystem med vatten som kylvätska och vill komplettera vår artikel med användbara formler, dela professionella hemligheter?

Eller kanske du vill fokusera på ytterligare beräkningar eller påpeka felaktigheter i våra beräkningar? Skriv dina kommentarer och rekommendationer i blocket under artikeln.