Vandens šildymo apskaičiavimas: formulės, taisyklės, įgyvendinimo pavyzdžiai

Vandens kaip aušinimo skysčio naudojimas šildymo sistemoje yra vienas populiariausių variantų aprūpinti namus šiluma šaltuoju metų laiku.Jums tereikia tinkamai suprojektuoti ir įdiegti sistemą. Priešingu atveju šildymas bus neefektyvus esant didelėms kuro sąnaudoms, o tai, matai, prie šių dienų energijos kainų yra itin neįdomu.

Neįmanoma savarankiškai apskaičiuoti vandens šildymo (toliau – WHE), nenaudojant specializuotų programų, nes skaičiavimuose naudojamos sudėtingos išraiškos, kurių reikšmių negalima nustatyti naudojant įprastą skaičiuotuvą. Šiame straipsnyje mes išsamiai išanalizuosime skaičiavimų atlikimo algoritmą, pateiksime naudojamas formules ir pagal konkretų pavyzdį apsvarstysime skaičiavimų eigą.

Pateiktą medžiagą papildysime lentelėmis su reikšmėmis ir atskaitos rodikliais, kurių reikia atliekant skaičiavimus, teminėmis nuotraukomis ir vaizdo įrašu, kuriame parodytas aiškus skaičiavimų naudojant programą pavyzdys.

Būsto konstrukcijos šilumos balanso skaičiavimas

Norint įdiegti šildymo įrenginį, kuriame vanduo yra cirkuliuojanti terpė, pirmiausia reikia tiksliai nustatyti hidrauliniai skaičiavimai.

Kuriant ir diegiant bet kokią šildymo tipo sistemą, būtina žinoti šilumos balansą (toliau – TB).Žinodami šiluminę galią palaikyti temperatūrą patalpoje, galite pasirinkti tinkamą įrangą ir teisingai paskirstyti jos apkrovą.

Žiemą patalpa patiria tam tikrų šilumos nuostolių (toliau – HL). Didžioji dalis energijos išeina per uždarymo elementus ir ventiliacijos angas. Nedidelės išlaidos patiriamos už infiltraciją, objektų šildymą ir kt.

TP priklauso nuo sluoksnių, sudarančių atitveriančias konstrukcijas (toliau – OK). Šiuolaikinės statybinės medžiagos, ypač izoliacinės medžiagos, turi mažai šilumos laidumo koeficientas (toliau – KT), dėl kurių per juos prarandama mažiau šilumos. To paties ploto, bet skirtingų OK konstrukcijų namams šilumos sąnaudos skirsis.

Be TP nustatymo, svarbu apskaičiuoti ir namo TB. Indikatorius atsižvelgia ne tik į iš kambario išeinančios energijos kiekį, bet ir į galios kiekį, reikalingą tam tikram temperatūros lygiui namuose palaikyti.

Tiksliausius rezultatus suteikia statybininkams sukurtos specializuotos programos. Jų dėka galima atsižvelgti į daugiau faktorių, turinčių įtakos TP.

Daugiausia šilumos iš patalpos išeina per sienas, grindis, stogą, mažiausiai – per duris, langų angas

Su dideliu tikslumu galite apskaičiuoti namo TP naudodami formules.

Bendros namo šildymo išlaidos apskaičiuojamos pagal lygtį:

Q = Q_Gerai +Q_v,

Kur K_Gerai - šilumos kiekis, išeinantis iš patalpos per OK; K_v — šilumos vėdinimo išlaidos.

Atsižvelgiama į vėdinimo nuostolius, jei į patalpą patenkančio oro temperatūra žemesnė.

Skaičiuojant dažniausiai atsižvelgiama į OK, kai viena pusė atsukta į gatvę. Tai išorinės sienos, grindys, stogas, durys ir langai.

Bendras TP Q_Gerai lygi kiekvieno OK TP sumai, tai yra:

K_Gerai = ∑Q_Šv +∑Q_gerai +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_pl,

Kur:

• K_Šv — sienų TP vertė;
• K_gerai - TP langai;
• K_dv - TP durys;
  
• K_ptl - lubos TP;
  
• K_pl - TP grindys.

Jei grindys arba lubos turi skirtingą struktūrą visame plote, tada TP skaičiuojamas kiekvienai sekcijai atskirai.

Šilumos nuostolių apskaičiavimas naudojant OK

Skaičiavimui jums reikės šios informacijos:

• sienų konstrukcija, naudojamos medžiagos, jų storis, KT;
• lauko temperatūra per itin šaltą penkių dienų žiemą mieste;
• sritis gerai;
• orientacija gerai;
• rekomenduojama temperatūra namuose žiemą.

Norėdami apskaičiuoti TC, turite rasti bendrą šiluminę varžą R_Gerai. Norėdami tai padaryti, turite sužinoti šiluminę varžą R₁, R₂, R₃, …, R_n kiekvienas sluoksnis yra gerai.

R faktorius_n apskaičiuojamas pagal formulę:

Rn = B/k,

Formulėje: B — sluoksnio storis geras, mm, k - kiekvieno sluoksnio kompiuterinė tomografija.

Bendras R gali būti nustatytas pagal išraišką:

R = ∑R_n

Durų ir langų gamintojai gaminio duomenų lape dažniausiai nurodo R koeficientą, todėl atskirai jo skaičiuoti nereikia.

Langų šiluminės varžos apskaičiuoti negalima, nes techninių duomenų lape jau yra reikalinga informacija, kuri supaprastina šiluminės varžos skaičiavimą

Bendra TP skaičiavimo per OK formulė yra tokia:

K_Gerai = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

Išraiškoje:

• S — plotas gerai, m²;
• t_vnt - pageidaujama kambario temperatūra;
• t_nar — lauko oro temperatūra;
• R — atsparumo koeficientas, apskaičiuotas atskirai arba paimtas iš gaminio duomenų lapo;
• l — aiškinamasis koeficientas, kuriame atsižvelgiama į sienų orientaciją pagrindinių taškų atžvilgiu.

TB apskaičiavimas leidžia pasirinkti reikiamos galios įrangą, kuri pašalins šilumos trūkumo ar pertekliaus galimybę. Šilumos energijos trūkumas kompensuojamas didinant oro srautą per vėdinimą, perteklius – įrengiant papildomą šildymo įrangą.

Vėdinimo šiluminės išlaidos

Bendra TP ventiliacijos apskaičiavimo formulė yra tokia:

K_v = 0,28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt -t_nar),

Išraiškoje kintamieji turi tokią reikšmę:

• L_n — įeinančio oro suvartojimas;
• p_vnt — oro tankis esant tam tikrai temperatūrai patalpoje;
• c - oro šiluminė talpa;
• t_vnt - temperatūra namuose;
• t_nar - lauko oro temperatūra.

Jei pastate įrengta ventiliacija, tada parametras L_n paimta iš įrenginio techninių specifikacijų. Jei nėra ventiliacijos, imamas standartinis specifinis oro mainų kursas 3 m.³ pirmą valandą.

Tuo remdamasis L_n apskaičiuojamas pagal formulę:

L_n = 3 × S_pl,

Išraiškoje S_pl - grindų plotas.

2% visų šilumos nuostolių atsiranda dėl infiltracijos, 18% dėl ventiliacijos. Jei patalpoje yra vėdinimo sistema, tada skaičiavimuose atsižvelgiama į TP per vėdinimą, bet neatsižvelgiama į infiltraciją

Toliau reikia apskaičiuoti oro tankį p_vnt tam tikroje kambario temperatūroje t_vnt.

Tai galima padaryti naudojant formulę:

p_vnt = 353/(273+t_vnt),

Savitoji šiluminė talpa c = 1,0005.

Jei ventiliacija ar infiltracija netvarkinga, arba sienose yra įtrūkimų ar skylių, tuomet TP per skylutes skaičiavimas turėtų būti patikėtas specialioms programoms.

Kitame straipsnyje mes pateikėme išsamią informaciją šiluminės inžinerijos skaičiavimo pavyzdys pastatai su konkrečiais pavyzdžiais ir formulėmis.

Šilumos balanso skaičiavimo pavyzdys

Apsvarstykite 2,5 m aukščio, 6 m pločio ir 8 m ilgio namą, esantį Okhos mieste Sachalino regione, kur itin šaltą 5 dienų dieną termometro stulpelis nukrenta iki –29 laipsnių.

Atlikus matavimus nustatyta, kad dirvožemio temperatūra +5. Rekomenduojama temperatūra konstrukcijos viduje +21 laipsnis.

Patogiausias būdas nubraižyti namo schemą yra ant popieriaus, nurodant ne tik pastato ilgį, plotį ir aukštį, bet ir orientaciją pagrindinių taškų atžvilgiu, taip pat langų ir durų vietą bei matmenis.

Namo sienos susideda iš:

• plytų mūro storis B=0,51 m, CT k=0,64;
• mineralinė vata B=0,05 m, k=0,05;
• susiduria B=0,09 m, k=0,26.

Nustatant k, geriau naudoti lenteles, pateiktas gamintojo svetainėje arba rasti informaciją gaminio duomenų lape.

Žinodami šilumos laidumą, galite pasirinkti efektyviausias medžiagas šilumos izoliacijos požiūriu. Remiantis aukščiau pateikta lentele, statyboje patartina naudoti mineralinės vatos plokštes ir putų polistireną

Grindų danga susideda iš šių sluoksnių:

• OSB plokštės B=0,1 m, k=0,13;
• mineralinė vata B=0,05 m, k=0,047;
• cementiniai lygintuvai B=0,05 m, k=0,58;
• putų polistirenas B=0,06 m, k=0,043.

Name nėra rūsio, o per visą plotą grindys vienodos.

Lubos susideda iš sluoksnių:

• gipso kartono lakštai B=0,025 m, k= 0,21;
• izoliacija B=0,05 m, k=0,14;
• stogo danga B=0,05 m, k=0,043.

Name yra tik 6 dviejų kamerų langai su I-stiklu ir argonu. Iš gaminio techninių duomenų lapo žinoma, kad R=0,7. Langų matmenys 1,1x1,4 m.

Durų matmenys 1x2,2 m, R = 0,36.

1 veiksmas – sienos šilumos nuostolių apskaičiavimas

Sienos visoje teritorijoje susideda iš trijų sluoksnių. Pirmiausia apskaičiuokime jų bendrą šiluminę varžą.

Kodėl naudoti formulę:

R = ∑R_n,

ir posakis:

R_n = B/k

Atsižvelgdami į pradinę informaciją, gauname:

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

Išsiaiškinę R, galite pradėti skaičiuoti šiaurinės, pietinės, rytinės ir vakarinės sienų TP.

Papildomi koeficientai atsižvelgia į sienų vietos ypatumus, palyginti su pagrindinėmis kryptimis. Paprastai šiaurinėje dalyje šaltu oru susidaro „vėjo rožė“, dėl kurios TP šioje pusėje bus aukštesnė nei kitose

Apskaičiuokime šiaurinės sienos plotą:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Tada pakeiskite į formulę K_Gerai = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l ir atsižvelgiant į tai, kad l=1,1, gauname:

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

Pietinės sienos plotas S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Sienoje nėra įmontuotų langų ar durų, todėl, atsižvelgiant į koeficientą l=1, gauname tokį TP:

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

Vakarinėms ir rytinėms sienoms koeficientas l=1,05. Todėl galite rasti bendrą šių sienų plotą, tai yra:

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

Yra 6 langai ir vienos durys įmontuotos į sienas. Apskaičiuokime bendrą langų ir S durų plotą:

S_gerai = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Apibrėžkime S sienas neatsižvelgdami į S langus ir duris:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Apskaičiuokime bendrą rytinės ir vakarinės sienų TP:

K_vost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Gavę rezultatus apskaičiuokime per sienas išeinančios šilumos kiekį:

Qst = Q_sev.st +Q_yuch.st +Q_vost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Iš viso sienų bendra TP yra 6 kW.

2 veiksmas – langų ir durų TP apskaičiavimas

Langai yra ant rytinės ir vakarinės sienos, todėl skaičiuojant koeficientas l=1,05. Yra žinoma, kad visų konstrukcijų struktūra yra vienoda ir R = 0,7.

Naudodami aukščiau pateiktas ploto reikšmes, gauname:

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

Žinodami, kad durims R=0,36 ir S=2,2, nustatome jų TP:

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

Dėl to pro langus išeina 340 W šilumos, pro duris – 42 W.

3 žingsnis - grindų ir lubų TP nustatymas

Akivaizdu, kad lubų ir grindų plotas bus toks pat ir apskaičiuojamas taip:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Apskaičiuokime bendrą grindų šiluminę varžą, atsižvelgdami į jų struktūrą.

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

Žinant, kad žemės temperatūra t_nar=+5 ir atsižvelgdami į koeficientą l=1 apskaičiuojame grindų Q:

K_pol = 48 × (21 — 5) × 1 × 3.4 = 2611

Apvalinant gauname, kad grindų šilumos nuostoliai yra apie 3 kW.

Skaičiuojant TP, būtina atsižvelgti į sluoksnius, turinčius įtakos šilumos izoliacijai, pavyzdžiui, betoną, lentas, plytas, izoliaciją ir kt.

Nustatykime lubų šiluminę varžą R_ptl ir jo klausimas:

• R_ptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• K_ptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Iš to seka, kad per lubas ir grindis eina beveik 6 kW.

4 žingsnis - ventiliacijos TP apskaičiavimas

Vėdinimas patalpoje organizuojamas ir apskaičiuojamas pagal formulę:

K_v = 0,28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt -t_nar)

Remiantis techninėmis charakteristikomis, savitasis šilumos perdavimas yra 3 kubiniai metrai per valandą, tai yra:

L_n = 3 × 48 = 144.

Norėdami apskaičiuoti tankį, naudojame formulę:

p_vnt = 353/(273+t_vnt).

Numatoma kambario temperatūra +21 laipsnis.

Vėdinimo TP neskaičiuojamas, jei sistemoje įrengtas oro šildymo įrenginys

Pakeitę žinomas reikšmes, gauname:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Pakeiskime gautus skaičius į aukščiau pateiktą formulę:

K_v = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21  — 29) = 2431

Atsižvelgiant į vėdinimo TP, bendras pastato Q bus:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Perskaičiavus į kW, gauname 16 kW bendrų šilumos nuostolių.

SVO skaičiavimo ypatybės

Suradę TP indikatorių, jie pereina prie hidraulinio skaičiavimo (toliau – GR).

Remiantis juo, gaunama informacija apie šiuos rodiklius:

• optimalus vamzdžių skersmuo, kuris slėgio kritimo metu galės praleisti tam tikrą aušinimo skysčio kiekį;
• aušinimo skysčio srautas tam tikroje srityje;
• vandens judėjimo greitis;
• varžos vertė.

Prieš pradedant skaičiavimus, siekiant supaprastinti skaičiavimus, nubraižykite sistemos erdvinę schemą, kurioje visi jos elementai yra išdėstyti lygiagrečiai vienas kitam.

Diagramoje parodyta šildymo sistema su viršutiniais laidais, aušinimo skysčio judėjimas yra aklavietė

Panagrinėkime pagrindinius vandens šildymo skaičiavimo etapus.

Pagrindinio cirkuliacinio žiedo GR

GR apskaičiavimo metodas pagrįstas prielaida, kad temperatūrų skirtumai visuose stovuose ir atšakose yra vienodi.

Skaičiavimo algoritmas yra toks:

1. Pateiktoje diagramoje, atsižvelgiant į šilumos nuostolius, taikomos šiluminės apkrovos, veikiančios šildymo įrenginius ir stovus.
2. Pagal diagramą parenkamas pagrindinis cirkuliacinis žiedas (toliau – MCC). Šio žiedo ypatumas yra tas, kad jame cirkuliacijos slėgis žiedo ilgio vienetui įgauna mažiausią reikšmę.
3. FCC yra padalintas į dalis, kuriose yra pastovus šilumos suvartojimas. Kiekvienai sekcijai nurodykite skaičių, šiluminę apkrovą, skersmenį ir ilgį.

Vertikalioje vieno vamzdžio sistemoje žiedas, per kurį eina labiausiai apkrautas stovas aklavietės ar su juo susijusio vandens judėjimo išilgai tinklo metu, laikomas pagrindine cirkuliacijos grandine.Išsamiau kalbėjome apie cirkuliacinių žiedų sujungimą vieno vamzdžio sistemoje ir pagrindinio pasirinkimą kitame straipsnyje. Ypatingą dėmesį skyrėme skaičiavimų tvarkai, aiškumo dėlei panaudojome konkretų pavyzdį.

Vertikaliose dviejų vamzdžių sistemose pagrindinis cirkuliacinis skystis praeina per apatinį šildymo įrenginį, kuris turi didžiausią apkrovą aklavietėje arba susijusio vandens judėjimo metu.

Horizontalioje vieno vamzdžio sistemoje pagrindinė cirkuliacijos grandinė turi turėti mažiausią cirkuliacijos slėgį ir žiedo ilgio vienetą. Sistemoms su natūrali cirkuliacija situacija panaši.

Kuriant vieno vamzdžio vertikalios sistemos stovus, pratekėjimo, srauto reguliuojami stovai, kuriuose yra vieningų komponentų, laikomi viena grandine. Stovyklos su uždaromomis sekcijomis atskyrimas atliekamas atsižvelgiant į vandens pasiskirstymą kiekvieno prietaiso bloko vamzdyne.

Vandens suvartojimas tam tikroje vietovėje apskaičiuojamas pagal formulę:

G_kont = (3,6 × Q_kont × β₁ × β₂)/((t_r -t₀) × c)

Išraiškoje abėcėlės simboliai turi šias reikšmes:

• K_kont — grandinės šiluminė apkrova;
• β_1, β₂ — papildomi lentelės koeficientai, atsižvelgiant į šilumos perdavimą patalpoje;
• c — vandens šiluminė talpa, lygi 4,187;
• t_r — vandens temperatūra tiekimo linijoje;
• t₀ — vandens temperatūra grįžtamojoje linijoje.

Nustačius vandens skersmenį ir kiekį, reikia išsiaiškinti jo judėjimo greitį ir savitosios varžos R reikšmę. Visus skaičiavimus patogiausia atlikti specialiomis programomis.

GR antrinės cirkuliacijos žiedas

Po pagrindinio žiedo GR nustatomas slėgis mažame cirkuliaciniame žiede, suformuotame per artimiausius jo stovus, atsižvelgiant į tai, kad slėgio nuostoliai gali skirtis ne daugiau kaip 15% aklavietėje ir ne daugiau kaip 5%. praeinanti grandinė.

Jei slėgio nuostolių koreliuoti neįmanoma, sumontuokite droselio poveržlę, kurios skersmuo apskaičiuojamas programinės įrangos metodais.

Radiatorių baterijų skaičiavimas

Grįžkime prie aukščiau pateikto namo plano. Atlikus skaičiavimus paaiškėjo, kad šilumos balansui palaikyti prireiks 16 kW energijos. Aptariamame name yra 6 skirtingos paskirties kambariai – svetainė, vonia, virtuvė, miegamasis, koridorius, prieškambaris.

Remdamiesi konstrukcijos matmenimis, galite apskaičiuoti tūrį V:

V=6×8×2,5=120 m³

Toliau reikia rasti šiluminės galios dydį vienam m³. Norėdami tai padaryti, Q reikia padalyti iš rasto tūrio, tai yra:

P=16000/120=133 W už m³

Toliau reikia nustatyti, kiek šildymo galios reikia vienam kambariui. Diagramoje kiekvieno kambario plotas jau buvo apskaičiuotas.

Nustatykime garsumą:

• vonia – 4.19×2.5=10.47;
• Svetainė – 13.83×2.5=34.58;
• virtuvė – 9.43×2.5=23.58;
• miegamasis – 10.33×2.5=25.83;
• koridorius – 4.10×2.5=10.25;
• prieškambaris – 5.8×2.5=14.5.

Skaičiuojant taip pat reikia atsižvelgti į patalpas, kuriose nėra šildymo radiatorių, pavyzdžiui, koridorių.

Koridorius šildomas pasyviai, į jį pateks šiluma dėl terminio oro cirkuliacijos žmonėms judant, pro duris ir pan.

Kiekvienai patalpai reikalingą šilumos kiekį nustatykime padauginę patalpos tūrį iš R indekso.

Gaukime reikiamą galią:

• vonios kambariui — 10,47×133=1392 W;
• svetainei — 34,58×133=4599 W;
• virtuvei — 23,58×133=3136 W;
• miegamajam — 25,83×133=3435 W;
• koridoriui — 10,25×133=1363 W;
• prieškambariui — 14,5×133=1889 W.

Pradėkime skaičiuoti radiatorių baterijas. Naudosime aliuminio radiatorius, kurių aukštis 60 cm, galia esant 70 temperatūrai 150 W.

Apskaičiuokime reikiamą radiatorių baterijų skaičių:

• vonia — 1392/150=10;
• Svetainė — 4599/150=31;
• virtuvė — 3136/150=21;
• miegamasis — 3435/150=23;
• prieškambaris — 1889/150=13.

Iš viso reikia: 10+31+21+23+13=98 radiatoriaus baterijos.

Savo svetainėje taip pat turime kitų straipsnių, kuriuose išsamiai išnagrinėjome šildymo sistemos šiluminių skaičiavimų atlikimo tvarką, nuoseklius radiatorių ir šildymo vamzdžių galios skaičiavimus. O jei jūsų sistemai reikalingos šildomos grindys, tuomet turėsite atlikti papildomus skaičiavimus.

Visos šios problemos išsamiau aptariamos mūsų straipsniuose:

• Šildymo sistemos terminis skaičiavimas: kaip teisingai apskaičiuoti sistemos apkrovą
• Šildymo radiatorių skaičiavimas: kaip apskaičiuoti reikiamą baterijų skaičių ir galią
• Vamzdžio tūrio apskaičiavimas: skaičiavimo principai ir skaičiavimo litrais ir kubiniais metrais taisyklės
• Kaip apskaičiuoti šildomas grindis naudojant vandens sistemą kaip pavyzdį
• Šildomų grindų vamzdžių apskaičiavimas: vamzdžių tipai, metodai ir klojimo žingsnis + srauto skaičiavimas

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įraše galite pamatyti vandens šildymo skaičiavimo pavyzdį, kuris atliekamas naudojant Valtec programą:

Hidraulinius skaičiavimus geriausia atlikti naudojant specialias programas, kurios garantuoja aukštą skaičiavimų tikslumą ir atsižvelgia į visus konstrukcijos niuansus.

Ar specializuojatės apskaičiuojant šildymo sistemas, kuriose naudojamas vanduo kaip aušinimo skystis, ir norite papildyti mūsų straipsnį naudingomis formulėmis bei pasidalinti profesinėmis paslaptimis?

O gal norite sutelkti dėmesį į papildomus skaičiavimus arba atkreipti dėmesį į mūsų skaičiavimų netikslumus? Savo pastabas ir rekomendacijas rašykite bloke po straipsniu.