Beräkning av vattenuppvärmning: formler, regler, exempel på genomförande

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 årstiden.Du behöver bara designa och sedan installera systemet. Annars blir uppvärmningen ineffektiv vid höga bränslekostnader, vilket du förstår är extremt ointressant med dagens energipriser.

Det är omöjligt att självständigt beräkna vattenuppvärmning (nedan kallad WHE) utan att använda 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, presentera de formler som används och överväga framstegen för beräkningarna med ett specifikt exempel.

Vi kommer att komplettera det presenterade materialet med tabeller med värden och referensindikatorer som behövs för att utföra beräkningar, tematiska bilder och en video som visar ett tydligt exempel på beräkningar med programmet.

Beräkning av värmebalansen i en bostadskonstruktion

För att implementera en värmeinstallation där vatten är det cirkulerande mediet är det nödvändigt att först göra exakta hydrauliska beräkningar.

När man utvecklar och implementerar ett värmesystem är det nödvändigt att känna till värmebalansen (nedan kallad TB).Genom att känna till den termiska kraften för att upprätthålla temperaturen i rummet kan du välja rätt utrustning och korrekt fördela dess belastning.

På vintern drabbas rummet av vissa värmeförluster (nedan kallat HL). Huvuddelen av energin kommer ut genom omslutande element och ventilationsöppningar. Det uppstår mindre kostnader för infiltration, uppvärmning av föremål m.m.

TP beror på de lager som utgör de omslutande strukturerna (hädanefter kallade OK). Moderna byggmaterial, i synnerhet isoleringsmaterial, har låga värmeledningskoefficient (nedan kallad CT), på grund av vilken mindre värme går förlorad genom dem. För hus i samma område, men med olika OK-strukturer, kommer värmekostnaderna att skilja sig åt.

Förutom att bestämma TP är det viktigt att beräkna hemmets TB. Indikatorn tar inte bara hänsyn till mängden energi som lämnar rummet, utan också mängden kraft som krävs för att upprätthålla vissa temperaturnivåer i huset.

De mest exakta resultaten tillhandahålls av specialiserade program utvecklade 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 TP för ett hem med hjälp av formler.

De totala uppvärmningskostnaderna för huset beräknas med hjälp av ekvationen:

Q = Q_ok +Q_v,

Var F_ok - mängden värme som lämnar rummet genom OK; F_v — kostnader för värmeventilation.

Ventilationsförluster beaktas om luften som kommer in i rummet har en lägre temperatur.

Beräkningar tar vanligtvis hänsyn till OK med en sida mot gatan. Dessa är ytterväggar, golv, tak, dörrar och fönster.

Allmänt TP Q_ok lika med summan av TP för varje OK, det vill säga:

F_ok = ∑Q_st +∑Q_okn +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_pl,

Var:

• F_st — TP-värdet för väggarna;
• F_okn — TP-fönster;
• F_dv — TP-dörrar;
  
• F_ptl — tak TP;
  
• F_pl — TP golv.

Om golvet eller taket har en annan struktur över hela området, beräknas TP för varje sektion separat.

Beräkning av värmeförlust med OK

För beräkningar behöver du följande information:

• struktur av väggar, material som används, deras tjocklek, CT;
• utomhustemperatur under en extremt kall femdagarsvinter i staden;
• område OK;
• orientering OK;
• rekommenderad temperatur i hemmet på vintern.

För att beräkna TC måste du hitta den totala termiska resistansen R_OK. För att göra detta måste du ta reda på det termiska motståndet R₁, R₂, R₃, …, R_n varje lager är OK.

R-faktor_n beräknas med formeln:

Rn = B/k,

I formeln: B — lagertjocklek OK i mm, k — CT-skanning av varje lager.

Den totala R kan bestämmas genom uttrycket:

R = ∑R_n

Tillverkare av dörrar och fönster anger vanligtvis R-koefficienten i produktdatabladet, så det finns ingen anledning att beräkna den separat.

Fönstrens termiska motstånd kan inte beräknas, eftersom det tekniska databladet redan innehåller nödvändig information, vilket förenklar beräkningen av termiskt motstånd

Den allmänna formeln för att beräkna TP till OK är följande:

F_ok = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

I uttrycket:

• S — område OK, m²;
• t_vnt - önskad rumstemperatur;
• t_nar — utomhustemperaturen.
• R — Motståndskoefficient, beräknad separat eller hämtad från produktdatabladet.
• l — En klargörande koefficient som tar hänsyn till väggarnas orientering i förhållande till kardinalpunkterna.

Beräkning av TB låter dig välja utrustning med den effekt som krävs, vilket kommer att eliminera möjligheten till värmebrist eller överskott. Underskottet av termisk energi kompenseras genom att öka luftflödet genom ventilation, överskottet - genom att installera ytterligare värmeutrustning.

Termiska kostnader för ventilation

Den allmänna formeln för beräkning av TP-ventilation är följande:

F_v = 0,28 × L_n × sid_vnt × c × (t_vnt -t_nar),

I ett uttryck har variabler följande betydelse:

• L_n — Förbrukning av inkommande luft.
• sid_vnt — luftdensitet vid en viss temperatur i rummet;
• c — Luftens värmekapacitet.
• t_vnt - temperatur i huset;
• t_nar — utomhustemperatur.

Om ventilation är installerad i byggnaden, då parameter L_n hämtade från de tekniska specifikationerna för enheten. Om det inte finns någon ventilation, tas en standardspecifik luftväxlingshastighet på 3 m.³ klockan ett.

Baserat på detta har L_n beräknas med formeln:

L_n = 3 × S_pl,

I uttryck S_pl - golvyta.

2 % av alla värmeförluster beror på infiltration, 18 % på ventilation. Om rummet är utrustat med ett ventilationssystem, tar beräkningarna hänsyn till TP genom ventilation, men tar inte hänsyn till infiltration

Därefter måste du beräkna luftdensiteten p_vnt vid en given rumstemperatur t_vnt.

Detta kan göras med hjälp av formeln:

sid_vnt = 353/(273+t_vnt),

Specifik värmekapacitet c = 1,0005.

Om ventilation eller infiltration är oorganiserad, eller det finns sprickor eller hål i väggarna, bör beräkningen av TP genom hålen anförtros speciella program.

I vår andra artikel gav vi detaljerad information exempel på termisk beräkning byggnader med specifika exempel och formler.

Exempel på värmebalansberäkning

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

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

Det mest bekväma sättet att rita ett husdiagram är på papper, vilket inte bara anger byggnadens längd, bredd och höjd, utan också orienteringen i förhållande till kardinalpunkterna, samt placeringen och dimensionerna av fönster och dörrar.

Väggarna i huset i fråga består av:

• tegeltjocklek B=0,51 m, CT k=0,64;
• mineralull B=0,05 m, k=0,05;
• vänd mot B=0,09 m, k=0,26.

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

Genom att känna till värmeledningsförmågan kan du välja de mest effektiva materialen ur termisk isoleringssynpunkt. Baserat på ovanstående tabell är det mest lämpligt att använda mineralullsskivor och expanderad polystyren i konstruktionen

Golvet består av följande lager:

• OSB-skivor B=0,1 m, k=0,13;
• mineralull B=0,05 m, k=0,047;
• cementgolv B=0,05 m, k=0,58;
• expanderad polystyren B=0,06 m, k=0,043.

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

Taket består av skikt:

• gipsskivor B=0,025 m, k= 0,21;
• isolering B=0,05 m, k=0,14;
• takbeläggning B=0,05 m, k=0,043.

Huset har endast 6 dubbelkammarfönster med I-glas och argon. Från det tekniska databladet för produkten är det känt att R=0,7. Fönstren har måtten 1,1x1,4m.

Dörrarna har måtten 1x2,2 m, R = 0,36.

Steg #1 - beräkning av väggvärmeförlust

Väggarna i hela området består av tre lager. Låt oss först beräkna deras totala termiska motstånd.

Varför använda formeln:

R = ∑R_n,

och uttrycket:

R_n = B/k

Med hänsyn till den initiala 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 tagit reda på R kan du börja beräkna TP för de norra, södra, östra och västra väggarna.

Ytterligare koefficienter tar hänsyn till särdragen hos väggarnas placering i förhållande till kardinalriktningarna. Vanligtvis i den norra delen under kallt väder bildas en "vindros", som ett resultat av vilken TP på denna sida kommer att vara högre än på de andra

Låt oss beräkna arean av den norra väggen:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Byt sedan in i formeln F_ok = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l och med hänsyn till att l=1.1 får vi:

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

Området av den södra väggen S_yuch.st = S_sev.st = 20.

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

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

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

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

Det finns 6 fönster och en dörr inbyggd i väggarna. Låt oss beräkna den totala arean av fönster och S-dörrar:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Låt oss definiera S-väggar utan att ta hänsyn till S-fönster och dörrar:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Låt oss beräkna den totala TP för de östra och västra väggarna:

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

Efter att ha fått resultaten, låt oss beräkna mängden värme som strömmar ut genom väggarna:

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

Totalt är väggarnas totala TP 6 kW.

Steg #2 - beräkning av TP för fönster och dörrar

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

Med hjälp av areavärdena ovan får vi:

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

Vi vet att för dörrar R=0,36 och S=2,2 bestämmer vi deras TP:

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

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

Steg #3 - bestämma TP för golv och tak

Uppenbarligen kommer arean av tak och golv att vara densamma och beräknas enligt följande:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Låt oss beräkna 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 marktemperaturen t_nar=+5 och med hänsyn till koefficienten l=1, beräknar vi Q för golvet:

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

Avrundat uppåt finner vi att golvvärmeförlusten är cirka 3 kW.

I TP-beräkningar är det nödvändigt att ta hänsyn till lager som påverkar värmeisolering, till exempel betong, brädor, murverk, isolering etc.

Låt oss bestämma det termiska motståndet för taket R_ptl och hans Q:

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

Det följer att nästan 6 kW går genom tak och golv.

Steg #4 - beräkning av ventilation TP

Ventilationen i rummet är organiserad och beräknad med formeln:

F_v = 0,28 × L_n × sid_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:

sid_vnt = 353/(273+t_vnt).

Den beräknade rumstemperaturen är +21 grader.

Ventilation TP beräknas inte om systemet är utrustat med en luftvärmare

Genom att ersätta kända värden får vi:

sid_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Låt oss ersätta de resulterande talen i formeln ovan:

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

Med hänsyn till TP för ventilation kommer byggnadens totala Q att vara:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

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

Funktioner för att beräkna SVO

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

Baserat på det erhålls information om följande indikatorer:

• den optimala diametern på rören, som under tryckfall kommer att kunna passera en given mängd kylvätska;
• kylvätskeflöde i ett visst område;
• vattenrörelsehastighet;
• resistivitetsvärde.

Innan du börjar beräkningarna, för att förenkla beräkningarna, rita ett rumsligt diagram av systemet, på vilket alla dess element är anordnade parallellt med varandra.

Diagrammet visar ett värmesystem med luftledningar, kylvätskerörelsen är en återvändsgränd

Låt oss överväga huvudstadierna för beräkningar av vattenuppvärmning.

GR för huvudcirkulationsringen

Metoden för att beräkna GR bygger på antagandet att temperaturskillnaderna är lika i alla stigare och grenar.

Beräkningsalgoritmen är som följer:

1. I det visade diagrammet, med hänsyn till värmeförlust, appliceras de termiska belastningarna som verkar på värmeanordningar och stigare.
2. Baserat på diagrammet väljs huvudcirkulationsringen (nedan kallad MCC). Det speciella med denna ring är att i den får cirkulationstrycket per längdenhet av ringen det lägsta värdet.
3. FCC är indelat i sektioner med konstant värmeförbrukning. För varje sektion, ange antal, termisk belastning, diameter och längd.

I ett vertikalt system av enkelrörstyp tas den ring genom vilken den mest belastade stigaren passerar under återvändsgränd eller tillhörande rörelse av vatten längs elnätet som huvudcirkulationskrets.Vi pratade mer detaljerat om att länka cirkulationsringar i ett enrörssystem och välja den huvudsakliga i nästa artikel. Vi ägnade särskild uppmärksamhet åt beräkningsordningen, med hjälp av ett specifikt exempel för tydlighetens skull.

I vertikala tvårörssystem passerar huvudcirkulationsvätskan genom den nedre värmeanordningen, som har en maximal belastning under återvändsgränd eller tillhörande vattenrörelse

I ett horisontellt enkelrörssystem bör huvudcirkulationskretsen ha det lägsta cirkulationstrycket och en längdenhet av ringen. För system med naturlig cirkulation situationen är liknande.

Vid utveckling av stigrör av ett vertikalt system av enkelrörstyp betraktas genomströmnings-, flödesreglerade stigrör, som innehåller enhetliga komponenter, som en enda krets. För stigare med stängningssektioner utförs separation, med hänsyn tagen till fördelningen av vatten i rörledningen för varje instrumentenhet.

Vattenförbrukningen i ett givet område beräknas med formeln:

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

I uttrycket har de alfabetiska tecknen följande betydelser:

• F_kont — termisk belastning av kretsen.
• β_1, β₂ — Ytterligare tabellformade koefficienter som tar hänsyn till värmeöverföringen i rummet.
• c — värmekapacitet för vatten, lika med 4,187;
• t_r — vattentemperatur i matningsledningen;
• t₀ — vattentemperatur i returledningen.

Efter att ha bestämt diametern och mängden vatten är det nödvändigt att ta reda på hastigheten på dess rörelse och värdet på det specifika motståndet R. Alla beräkningar utförs mest bekvämt med hjälp av speciella program.

GR sekundär cirkulationsring

Efter GR av huvudringen bestäms trycket i den lilla cirkulationsringen som bildas genom dess närmaste stigare, med hänsyn tagen till att tryckförlusterna kan skilja sig med högst 15 % i en återvändskrets och med högst 5 % i en passerande krets.

Om det är omöjligt att korrelera tryckförlusten, installera en spjällbricka, vars diameter beräknas med hjälp av mjukvarumetoder.

Beräkning av radiatorbatterier

Låt oss återgå till husplanen ovan. Genom beräkningar visade det sig att det kommer att krävas 16 kW energi för att upprätthålla den termiska balansen. Huset i fråga har 6 rum för olika ändamål - ett vardagsrum, ett badrum, ett kök, ett sovrum, en korridor och en hall.

Baserat på strukturens dimensioner 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 divideras med den hittade volymen, det vill säga:

P=16000/120=133 W per m³

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

Låt oss bestämma volymen:

• badrum – 4.19×2.5=10.47;
• vardagsrum – 13.83×2.5=34.58;
• kök – 9.43×2.5=23.58;
• sovrum – 10.33×2.5=25.83;
• korridor – 4.10×2.5=10.25;
• hall – 5.8×2.5=14.5.

Beräkningarna måste också ta hänsyn till rum där det inte finns några värmeelement, till exempel en korridor.

Korridoren värms upp passivt, värme kommer att strömma in i den på grund av cirkulationen av termisk luft när människor rör sig, genom dörröppningar, etc.

Låt oss bestämma den nödvändiga mängden värme för varje rum genom att multiplicera rummets volym med R-index.

Låt oss få den kraft som krävs:

• för badrummet — 10,47×133=1392 W;
• för vardagsrum — 34,58×133=4599 W;
• för kök — 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.

Låt oss börja beräkna radiatorbatterier. Vi kommer att använda aluminiumradiatorer, vars höjd är 60 cm, effekten vid en temperatur på 70 är 150 W.

Låt oss beräkna det nödvändiga antalet radiatorbatterier:

• badrum — 1392/150=10;
• vardagsrum — 4599/150=31;
• kök — 3136/150=21;
• sovrum — 3435/150=23;
• hall — 1889/150=13.

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

Vi har också andra artiklar på vår webbplats där vi i detalj undersökte proceduren för att utföra termiska beräkningar av ett värmesystem, steg-för-steg-beräkningar av kraften hos radiatorer och värmerör. Och om ditt system kräver uppvärmda golv, måste du utföra ytterligare beräkningar.

Alla dessa frågor behandlas mer i detalj i våra följande artiklar:

• Termisk beräkning av ett värmesystem: hur man korrekt beräknar belastningen på systemet
• Beräkning av värmeradiatorer: hur man beräknar det erforderliga antalet och effekten av batterier
• Beräkning av rörvolym: principer för beräkningar och regler för att göra beräkningar i liter och kubikmeter
• Hur man beräknar ett uppvärmt golv med hjälp av ett vattensystem som exempel
• Beräkning av rör för golvvärme: typer av rör, metoder och läggningssteg + beräkning av flödeshastighet

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 av beräkningar och tar 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 och dela yrkeshemligheter?

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