Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Использование воды в качестве теплоносителя в системе отопления – один из самых популярных вариантов теплоснабжения дома в холодное время года. Вам просто нужно правильно спроектировать, а затем установить систему. В противном случае отопление будет неэффективным при больших расходах на топливо, что, как видите, крайне непривлекательно при сегодняшних ценах на энергоносители.

самостоятельно рассчитать водяное отопление (далее – СВО) без использования профильных программ невозможно, так как в расчетах используются сложные выражения, значения которых невозможно определить с помощью обычного калькулятора. В этой статье мы подробно разберем алгоритм выполнения расчетов, представим применяемые формулы, на конкретном примере разберем ход расчетов.

Представленный материал мы дополним таблицами с эталонными значениями и показателями, необходимыми для выполнения расчетов, тематическими фотографиями и видео, демонстрирующим наглядный пример расчета с помощью программы.

Расчет теплового баланса жилищной конструкции

Для внедрения системы отопления, в которой вода выступает в качестве циркулирующего вещества, в первую очередь необходимо провести точные гидравлические расчеты.

При разработке, внедрении любой системы отопления необходимо знать тепловой баланс (далее ТВ). Зная теплопроизводительность для поддержания температуры в помещении, можно правильно выбрать оборудование и правильно распределить его нагрузку.

Зимой помещения выдерживают определенные тепловые потери (далее ТП). Большая часть энергии выделяется через закрывающие элементы и вентиляционные отверстия. Низкие затраты на проникновение, нагрев объектов и т.д.

Галерея изображенийФотографии из Грамотный расчет водяного отопления, по аналогии с другими типами систем, необходим для выбора отопительного агрегата, способного полностью компенсировать тепловые потери. В расчетах суммируются все виды потерь через ограждающие конструкции, протечки через проемы дверей и окон во время вентиляции и через неплотно закрытые дверные и оконные створки. Учитывается нагрев воздушного потока, обеспечиваемый принудительной вентиляцией с функцией частичного перемешивания порции свежего воздуха. Правильно выполненные расчеты предполагают определение эффективности обогрева агрегата и Используемое топливо Большинство контуров отопления в отапливаемом помещении являются открытыми, за исключением конструктивно расположенных напольных или настенных вариантов. В замкнутых контурах необходимо учитывать энергию для отопительных конструкций.В открытых отопительных контурах, находящихся в непосредственном контакте с атмосферой через расширительный бак, учитываются потери из-за охлаждения теплоносителя; из вариантов системы отопительного контура Система с открытым расширительным баком

TP зависят от слоев, из которых состоят защитные конструкции (далее – ОК). Современные строительные материалы, особенно утеплитель, обладают низким коэффициентом теплопроводности (далее СТ), благодаря чему через них выделяется меньше тепла. Для домов в том же районе, но с другой нормальной структурой, затраты на отопление будут другими.

Помимо определения туберкулеза важно рассчитать туберкулез дома. Индикатор учитывает не только количество энергии, выходящей из комнаты, но также количество энергии, необходимое для поддержания определенных градусных измерений в доме.

Наиболее точные результаты дают специализированные программы, разработанные для производителей. Благодаря им можно учесть больше факторов, влияющих на ТП.

Наибольшее количество тепла выходит из помещения через стены, пол, крышу, наименьшее – через двери, оконные проемы

С высокой точностью можно рассчитать TP жилища по формулам.

Общие затраты на отопление дома рассчитываются по формуле:

Q = Qok + Qv,

Где Qok – количество тепла, которое покидает комнату через ОК; Qv – расход тепла на вентиляцию.

Потери на вентиляцию учитываются, если воздух, поступающий в помещение, имеет более низкую температуру.

В расчетах ОК обычно учитывают при въезде на улицу с одной стороны. Это наружные стены, пол, крыша, двери и окна.

Общие TP Qok равны сумме TP каждого OK, то есть:

Qok = Qst + ∑Qokn + ∑Qdv + ∑Qptl + ∑Qpl,

Где:

  • Qst – значение TP стен;
  • Qokn – Windows TP
  • Qdv – ТП дверей;
  • Qptl – ТП потолка;
  • Qpl – ТП этажа.

Если пол или потолок имеют неравномерную структуру по всей площади, TP рассчитывается отдельно для каждой секции.

Расчет теплопотерь через ОК

Для расчетов требуется следующая информация:

  • структура стен, используемые материалы, их толщина, КТ;
  • температура наружного воздуха в экстремально холодную пятидневную городскую зиму;
  • оК зона;
  • оК ориентация;
  • рекомендуемая температура в доме зимой.

Для расчета TP необходимо найти полное тепловое сопротивление Rok. Для этого необходимо знать термическое сопротивление R1, R2, R3,…, Rn каждого слоя ОК.

Коэффициент Rn рассчитывается по формуле:

Rn = B / k,

В формуле: B – толщина ОК-слоя в мм, k – КТ каждого слоя.

Общий R может быть определен выражением:

R = Rn

Производители окон и дверей обычно указывают коэффициент R в паспорте изделия, поэтому рассчитывать его отдельно нет необходимости.

Термическое сопротивление окон можно не указывать, так как в техпаспорте уже есть необходимая информация, что упрощает расчет TP

Общая формула расчета TP через OK выглядит следующим образом:

Qok = ∑S × (tvnt – tnar) × R × l,

В выражении:

  • S – ОК площадь, м2;
  • tvnt – желаемая комнатная температура;
  • тнар – температура наружного воздуха;
  • R – коэффициент лобового сопротивления, рассчитываемый отдельно или взятый из паспорта изделия;
  • l – коэффициент уточнения, учитывающий ориентацию стен по сторонам света.

Расчет тепловой безопасности позволяет подобрать оборудование необходимой мощности, исключив вероятность теплового дефицита или избытка тепла. Дефицит тепловой энергии компенсируется увеличением расхода воздуха через вентиляцию, избыток компенсируется установкой дополнительного отопительного оборудования.

Расход тепла вентиляции

Общая формула для расчета вентиляции TP следующая:

Qv = 0,28 × Ln × pvnt × c × (tvnt – tnar),

В выражении переменные имеют следующие значения:

  • Ln – расход приточного воздуха;
  • pvnt – плотность воздуха при определенной температуре окружающей среды;
  • c – теплоемкость воздуха;
  • tvnt – температура в доме;
  • tnar – температура наружного воздуха.

Если вентиляция установлена ​​в здании, параметр Ln берется из технических данных устройства. При отсутствии вентиляции берется конкретный стандартный показатель воздухообмена, равный 3 м3 в час.

Исходя из этого, Ln рассчитывается по формуле:

Ln = 3 × Spl,

В выражении Spl – площадь пола.

на инфильтрацию приходится 2% всех тепловых потерь, на вентиляцию – 18%. Если помещение оборудовано системой вентиляции, то при расчетах учитывается сквозная вентиляция, а инфильтрация не учитывается

Следующим шагом является вычисление плотности воздуха pvnt при заданной температуре окружающей среды tvnt.

Это можно сделать по формуле:

pvnt = 353 / (273 + tvnt),

Удельная теплоемкость c = 1.0005.

Если вентиляция или инфильтрация дезорганизована, в стенах есть трещины или отверстия, то расчет ТП через отверстия следует доверить специальным программам.

В другой нашей статье мы привели подробный пример теплотехнического расчета здания с конкретными примерами и формулами.

Пример расчета теплового баланса

Рассмотрим дом высотой 2,5 м, шириной 6 м и длиной 8 м, расположенный в городе Оха в Сахалинской области, где столбик термометра опускается до -29 градусов в течение пяти чрезвычайно холодных дней.

В результате измерения температура почвы была установлена ​​на +5. Рекомендуемая температура внутри помещения +21 градус.

удобнее изобразить схему дома на бумаге, указав не только длину, ширину и высоту постройки, но и ориентацию относительно сторон света, а также расположение, размеры окон и дверей

Стены рассматриваемого дома состоят из:

  • кладка толщиной B = 0,51 м, CP k = 0,64;
  • минеральная вата B = 0,05м, k = 0,05;
  • передняя В = 0,09 м, k = 0,26.

При определении k лучше воспользоваться таблицами, представленными на сайте производителя, или найти информацию в техпаспорте продукта.

Зная теплопроводность, можно выбрать наиболее эффективные с точки зрения теплоизоляции материалы. Исходя из приведенной выше таблицы, желательно использовать в строительстве панели из минеральной ваты и пенополистирол

Напольное покрытие состоит из следующих слоев:

  • Плиты OSB B = 0,1м, k = 0,13;
  • минеральная вата В = 0,05 м, k = 0,047;
  • цементная стяжка B = 0,05 м, k = 0,58;
  • пенополистирол B = 0,06 м, k = 0,043.

В доме нет подвала, и пол имеет одинаковую структуру по всей площади.

Потолок состоит из слоев:

  • листы гипсокартона B = 0,025 м, k = 0,21;
  • изоляция B = 0,05 м, k = 0,14;
  • покрытие B = 0,05 м, k = 0,043.

Выхода на чердак нет.

В доме всего 6 стеклопакетов с двутавровым стеклом и аргоном. Из техпаспорта продукта известно, что R = 0,7. Окна имеют размеры 1,1х1,4 м.

Двери имеют размеры 1х2,2 м, R = 0,36.

Шаг n. 1 – расчет теплового рассеивания стены

Стены по всей площади состоят из трех слоев. Сначала посчитаем их полное термическое сопротивление.

Для чего мы используем формулу:

R = ∑Rn,

и выражение:

Rn = B / k

Учитывая первую информацию, получаем:

Rst = 0,51 / 0,64 + 0,05 / 0,05 + 0,09 / 0,26 = 0,79 +1 + 0,35 = 2,14

Изучив R, вы можете начать вычислять TP северной, южной, восточной и западной стен.

Дополнительные коэффициенты учитывают особенности расположения стен относительно сторон света. Обычно в северной части в холодное время года образуется «роза ветров», поэтому TP на этой стороне будет выше, чем на других

Рассчитаем площадь северной стены:

Ssev.sten = 8 × 2,5 = 20

Итак, подставляя в формулу Qok = ∑S × (tvnt – tnar) × R × l и учитывая, что l = 1.1, получаем:

Qsev.sten = 20 × (21 + 29) × 1,1 × 2,14 = 2354

Площадь южной стены – Сюч.ст = Ссев.ст = 20.

В стене нет встроенных окон или дверей, поэтому с учетом коэффициента l = 1 получаем следующий ТП:

Qyuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2,14 = 2140

Для западной и восточной стен коэффициент l = 1,05. Следовательно, можно узнать общую площадь этих стен, а именно:

Зап.ст + Свост.ст = 2 × 2,5 × 6 = 30

В стены встроено 6 окон и дверь. Рассчитываем общую площадь окон и дверей S:

Сокн = 1,1 × 1,4 × 6 = 9,24

Sdv = 1 × 2,2 = 2,2

Определим стены S без учета окон и дверей S:

Свость + зап = 30 – 9,24 – 2,2 = 18,56

Рассчитаем суммарную TP восточной и западной стен:

Qvost + zap = 18,56 × (21 +29) × 2,14 × 1,05 = 2085

После получения результатов рассчитываем количество тепла, выходящего из стен:

Qst = Qsev.st + Qyuch.st + Qvost + zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Итого суммарная ТП стен составляет 6 кВт.

Шаг n. 2 – расчет ТП окон и дверей

Окна расположены на восточной и западной стенах, поэтому в расчете коэффициент l = 1,05. Известно, что структура всех конструкций одинакова и R = 0,7.

Используя указанные выше значения площади, мы получаем:

Qokn = 9,24 × (21 +29) × 1,05 × 0,7 = 340

Зная, что для ворот R = 0,36 и S = ​​2,2, мы определяем их TP:

Qdv = 2,2 × (21 +29) × 1,05 × 0,36 = 42

В результате 340 Вт тепла выходит из окон и 42 Вт из дверей.

Шаг n. 3 – определение ТП пола и потолка

Очевидно, что площадь потолка и пола будет одинаковой и рассчитывается следующим образом:

Spol = Sptl = 6 × 8 = 48

Рассчитываем общее тепловое сопротивление пола с учетом его конструкции.

Rpol = 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

Зная, что температура грунта tnar = + 5 и учитывая коэффициент l = 1, вычисляем Q пола:

Qпол = 48 × (21-5) × 1 × 3,4 = 2611

В итоге получаем, что теплопотери пола составляют около 3 кВт.

При расчетах ТП необходимо учитывать слои, влияющие на теплоизоляцию, например бетон, панели, кладку, утеплитель и т.д.

Определите термическое сопротивление потолка Rptl и его Q:

  • Rptl = 0,025 / 0,21 + 0,05 / 0,14 + 0,05 / 0,043 = 0,12 + 0,71 + 0,35 = 1,18
  • Qptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1,18 = 2832

Из этого следует, что через потолок и пол проходит почти 6 кВт.

Шаг n. 4 – расчет вентиляции ТП

Вентиляция в помещении организована, рассчитывается по формуле:

Qv = 0,28 × Ln × pvnt × c × (tvnt – tnar)

Исходя из технических характеристик, удельный теплообмен составляет 3 кубометра в час, то есть:

Ln = 3 × 48 = 144.

Для расчета плотности используем формулу:

pvnt = 353 / (273 + tvnt).

Расчетная температура в помещении +21 градус.

ТП вентиляции не рассчитывается, если система оборудована устройством воздушного отопления

Подстановка известных значений дает:

pvnt = 353 / (273 + 21) = 1,2

Подставьте числа, полученные в приведенной выше формуле:

Qv = 0,28 × 144 × 1,2 × 1,005 × (21 – 29) = 2431

С учетом ТП на вентиляцию общая добротность здания составит:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

В пересчете на кВт получаем полную потерю тепла 16 кВт.

Галерея изображенийФотографии из При расчетах отопительного агрегата для нагрева воды необходимо учитывать теплотворную способность топлива – количество тепла, выделяемого при его сгорании. При сжигании 1 кг угля 5600-7000 ккал / кг Тепл энергия выделяется, при сгорании коричневого аналога всего 2200-3200 ккал / кг немного эффективнее, чем лигнитовые дрова, обеспечивая только 2700-3200 ккал / кг. Однако это один из самых дешевых и доступных видов топлива, наиболее выгодным для использования в частных домах является газ, который выделяет 8400 ккал / Нм³ при сжигании одного кубического метра. Правда при использовании газа из баллонов или газового баллона цены будут выше. Учет теплотворной способности топлива. Определение количества тепла при сжигании угля. Навыки при сжигании дров. Оптимальный вариант. Использование голубого топлива

Характеристики расчета CBO

После нахождения индикатора TP переходят к гидравлическому расчету (далее ГР).

На его основе получается информация по следующим показателям:

  • оптимальный диаметр труб, которые при перепадах давления смогут пропускать определенное количество теплоносителя;
  • расход теплоносителя на заданном участке;
  • скорость движения воды;
  • значение удельного сопротивления.

Перед началом расчетов для упрощения расчетов изображается пространственная схема системы, на которой все ее элементы размещены параллельно друг другу.

На схеме изображена система отопления с верхней разводкой, движение теплоносителя тупиковое

Рассмотрим основные этапы расчета водяного отопления.

ГР главного циркуляционного кольца

Метод расчета GR основан на предположении, что перепады температуры одинаковы во всех стояках и ответвлениях.

Алгоритм расчета следующий:

  1. На представленной схеме с учетом теплопотерь прикладываются тепловые нагрузки, воздействуя на отопительные приборы, стояки.
  2. По схеме выберите главный циркуляционный контур (далее – ГЦК). Особенность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает наименьшее значение.
  3. FCC разделен на секции с постоянным потреблением тепла. Для каждой секции укажите номер, тепловую нагрузку, диаметр и длину.

В вертикальной системе однотрубного типа петля, через которую проходит наиболее нагруженный стояк во время тупика или связанного с ним движения воды по магистральным линиям, считается FCC. Более подробно о привязке циркуляционных колец в однотрубной системе и выборе основного мы рассказали в следующей статье. Особое внимание мы уделили порядку выполнения расчетов, на конкретном примере для наглядности.

В вертикальных двухтрубных системах FCC проходит через нижнее нагревательное устройство, которое имеет максимальную нагрузку с соответствующим тупиком или движением воды

В горизонтальной однотрубной системе FCC должен иметь самое низкое давление циркуляции и единицу длины кольца. Для систем естественной циркуляции ситуация аналогичная.

При ГР стояков однотрубной вертикальной системы стояки с регулируемым расходом, в состав которых входят унифицированные агрегаты, рассматриваются как единый контур. Для стояков с замыкающими секциями разделение проводят с учетом распределения воды в трубопроводе каждой группы приборов.

Расход воды на данном участке рассчитывается по формуле:

Gkont = (3.6 × Qkont × β1 × β2) / ((tr – t0) × c)

В выражении буквенные символы принимают следующие значения:

  • Qконт – тепловая нагрузка контура;
  • β1, β2 – дополнительные табличные коэффициенты, учитывающие теплоотдачу в помещении;
  • в – теплоемкость воды, равная 4,187;
  • tr – температура воды в подающей магистрали;
  • t0 – температура воды в обратной магистрали.

Определив диаметр и количество воды, необходимо узнать скорость ее движения и значение удельного сопротивления R. Все расчеты удобнее всего производить с помощью специальных программ.

ГР вторичного контура циркуляции

После основного кольца определяется давление в малом циркуляционном кольце, которое формируется через его ближайшие стояки, с учетом того, что потери давления могут отличаться не более чем на 15% при тупиковой схеме и не более чем на 5% с одним проходом.

Если коррелировать потери давления невозможно, устанавливают дроссельную шайбу, диаметр которой рассчитывается программными методами.

Расчет радиаторных батарей

Вернемся к размещенному выше плану дома. При расчетах выяснилось, что для поддержания теплового баланса потребуется 16 кВт энергии. В рассматриваемом доме 6 комнат разного назначения – гостиная, санузел, кухня, спальня, коридор, прихожая.

Исходя из размеров конструкции объем V можно рассчитать:

V = 6 × 8 × 2,5 = 120 м3

Далее нужно найти количество тепловой энергии на 1 м3. Для этого Q нужно разделить на найденный объем, то есть:

P = 16000/120 = 133 Вт на м3

Далее необходимо определить количество тепловой энергии, необходимой для помещения. На схеме уже рассчитана площадь каждой комнаты.

Определим объем:

  • ванная – 4,19 × 2,5 = 10,47;
  • гостиная – 13,83 × 2,5 = 34,58;
  • кухня – 9,43 × 2,5 = 23,58;
  • спальня – 10,33 × 2,5 = 25,83;
  • коридор – 4,10 × 2,5 = 10,25;
  • коридор – 5,8 × 2,5 = 14,5.

При расчетах также необходимо учитывать помещения, в которых нет батарей отопления, например коридор.

Коридор отапливается пассивно, тепло будет поступать в него за счет тепловой циркуляции воздуха при движении людей, через двери и т.д.

Определите количество тепла, необходимое для каждой комнаты, умножив объем комнаты на P.

Получаем необходимую мощность:

  • для ванной – 10,47 × 133 = 1392 Вт;
  • для гостиной – 34,58 × 133 = 4599 Вт;
  • для кухни – 23,58 × 133 = 3136 Вт;
  • для спальни – 25,83 × 133 = 3435 Вт;
  • для коридора – 10,25 × 133 = 1363 Вт;
  • для коридора – 14,5 × 133 = 1889 л.

Приступим к расчету радиаторных батарей. Мы будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых 60 см, мощность при температуре 70 – 150 Вт.

Рассчитываем необходимое количество радиаторных батарей:

  • санузел – 1392/150 = 10;
  • гостиная – 4599/150 = 31;
  • кухня – 3136/150 = 21;
  • спальня – 3435/150 = 23;
  • коридор – 1889/150 = 13.

Итого потребовалось: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 радиаторных батарей.

У нас также есть другие статьи на нашем сайте, где мы подробно разобрали порядок выполнения теплового расчета системы отопления, пошаговый расчет мощности радиаторов и труб отопления. А если ваша система предполагает наличие теплых полов, потребуется провести дополнительные расчеты.

Обо всех этих проблемах более подробно рассказано в следующих статьях:

  • Тепловой расчет системы отопления: как правильно рассчитать нагрузку на систему
  • Расчет радиаторов отопления: как рассчитать необходимое количество и мощность батарей
  • Расчет объема трубы: принципы расчета и правила выполнения расчетов в литрах и кубометрах
  • Как рассчитать теплый пол на примере водяной системы
  • Расчет труб для теплого пола: виды труб, способы и этап монтажа + расчет расхода

Выводы и полезные видео по теме

На видео вы можете увидеть пример расчета нагрева горячей воды, который выполняется с помощью программы Valtec:

Гидравлические расчеты лучше всего выполнять с помощью специальных программ, обеспечивающих высокую точность расчетов с учетом всех нюансов конструкции.

Вы специализируетесь на расчете систем отопления, использующих воду в качестве теплоносителя и хотите дополнить нашу статью полезными формулами, поделиться профессиональными секретами?

А может вы хотите сосредоточиться на дополнительных расчетах или указать на неточность в наших расчетах? Свои комментарии и советы пишите в блоке под статьей.

Источник – https://sovet-ingenera.com/otoplenie/project/raschet-vodyanogo-otopleniya.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: