Termisk beräkning av ett värmesystem: hur man korrekt beräknar belastningen på systemet

Design och termisk beräkning av ett värmesystem är ett obligatoriskt steg när man arrangerar hemuppvärmning.Huvuduppgiften för beräkningsaktiviteter är att bestämma de optimala parametrarna för pannan och radiatorsystemet.

Håller med, vid första anblicken kan det verka som att endast en ingenjör kan utföra termiska tekniska beräkningar. Allt är dock inte så komplicerat. Genom att känna till algoritmen för åtgärder kommer du att kunna utföra de nödvändiga beräkningarna självständigt.

Artikeln beskriver i detalj beräkningsproceduren och ger alla nödvändiga formler. För en bättre förståelse har vi förberett ett exempel på en termisk beräkning för ett privat hem.

Termisk beräkning av uppvärmning: allmän procedur

Den klassiska termiska beräkningen av ett värmesystem är ett konsoliderat tekniskt dokument som inkluderar obligatoriska steg-för-steg standardberäkningsmetoder.

Men innan du studerar dessa beräkningar av huvudparametrarna måste du bestämma dig för konceptet för själva värmesystemet.

Värmesystemet kännetecknas av tvångstillförsel och ofrivillig bortförsel av värme in i rummet.

Huvuduppgifterna för att beräkna och designa ett värmesystem:

• mest tillförlitligt bestämma värmeförluster;
• bestämma mängden och villkoren för användning av kylvätskan;
• välj elementen för generering, rörelse och värmeöverföring så noggrant som möjligt.

Under byggandet värmesystem Det är nödvändigt att initialt samla in en mängd olika data om rummet/byggnaden där värmesystemet kommer att användas. Efter att ha beräknat de termiska parametrarna för systemet, analysera resultaten av aritmetiska operationer.

Baserat på erhållna data väljs värmesystemkomponenter, följt av inköp, installation och driftsättning.

Värme är ett flerkomponentsystem för att säkerställa en godkänd temperaturregim i ett rum/byggnad.Det är en separat del av kommunikationskomplexet i ett modernt bostadsområde

Det är anmärkningsvärt att denna termiska beräkningsmetod gör det möjligt att ganska exakt beräkna ett stort antal kvantiteter som specifikt beskriver det framtida värmesystemet.

Som ett resultat av den termiska beräkningen kommer följande information att vara tillgänglig:

• antal värmeförluster, panneffekt;
• antal och typ av termiska radiatorer för varje rum separat;
• hydrauliska egenskaper hos rörledningen;
• volym, kylvätskehastighet, värmepumpseffekt.

Termiska beräkningar är inga teoretiska skisser utan snarare exakta och rimliga resultat som rekommenderas att användas i praktiken vid val av värmesystemkomponenter.

Standarder för rumstemperaturförhållanden

Innan du utför några beräkningar av systemparametrar är det nödvändigt att åtminstone känna till ordningen på de förväntade resultaten och även ha standardiserade egenskaper för vissa tabellvärden som måste ersättas med formler eller styras av dem .

Genom att beräkna parametrar med sådana konstanter kan du vara säker på tillförlitligheten hos den önskade dynamiska eller konstanta parametern i systemet.

För lokaler för olika ändamål finns referensstandarder för temperaturförhållanden i bostäder och lokaler. Dessa standarder är inskrivna i de så kallade GOSTs

För ett värmesystem är en av dessa globala parametrar rumstemperaturen, som måste vara konstant oavsett årstid och miljöförhållanden.

Enligt reglerna för sanitära standarder och regler finns det skillnader i temperatur i förhållande till sommar- och vinterperioderna på året.Luftkonditioneringssystemet är ansvarigt för rummets temperaturregim under sommarsäsongen; principen för dess beräkning beskrivs i detalj i Denna artikel.

Men rumstemperaturen på vintern tillhandahålls av värmesystemet. Därför är vi intresserade av temperaturområden och deras avvikelsestoleranser för vintersäsongen.

De flesta regulatoriska dokument föreskriver följande temperaturintervall som gör att en person kan bo bekvämt i rummet.

För kontorslokaler med en yta på upp till 100 m²:

• 22-24°C — optimal lufttemperatur.
• 1°C — tillåten fluktuation.

För kontorslokaler med en yta på mer än 100 m² temperaturen är 21-23°C. För industrilokaler för icke-bostäder varierar temperaturintervallen mycket beroende på rummets syfte och etablerade arbetsskyddsstandarder.

Varje person har sin egen bekväma rumstemperatur. Vissa människor gillar att det är väldigt varmt i rummet, andra känner sig bekväma när rummet är svalt - det hela är ganska individuellt

När det gäller bostadslokaler: lägenheter, privata hus, fastigheter etc., finns det vissa temperaturintervall som kan justeras beroende på de boendes önskemål.

Och ändå, för specifika lokaler för en lägenhet och ett hus har vi:

• 20-22°C - vardagsrum, inklusive barnrum, tolerans ±2°С -
• 19-21°C — kök, toalett, tolerans ±2°С;
• 24-26°C — badrum, dusch, pool, tolerans ±1°С;
• 16-18°C — korridorer, korridorer, trappor, förråd, tolerans +3°С

Det är viktigt att notera att det finns flera grundläggande parametrar som påverkar temperaturen i rummet och som du måste fokusera på när du beräknar värmesystemet: fuktighet (40-60%), koncentration av syre och koldioxid i luften ( 250:1), luftrörelsehastighetsmassa (0,13-0,25 m/s), etc.

Beräkning av värmeförlust i huset

Enligt termodynamikens andra lag (skolans fysik) sker ingen spontan överföring av energi från mindre uppvärmda till mer uppvärmda mini- eller makroobjekt. Ett specialfall av denna lag är "strävan" att skapa temperaturjämvikt mellan två termodynamiska system.

Till exempel är det första systemet en miljö med en temperatur på -20°C, det andra systemet är en byggnad med en innertemperatur på +20°C. Enligt ovanstående lag kommer dessa två system att sträva efter att balansera genom utbyte av energi. Detta kommer att ske med hjälp av värmeförluster från det andra systemet och kyla i det första.

Vi kan definitivt säga att den omgivande temperaturen beror på den latitud där det privata huset ligger. Och temperaturskillnaden påverkar mängden värmeläckage från byggnaden (+)

Värmeförlust avser ofrivilligt utsläpp av värme (energi) från något föremål (hus, lägenhet). För en vanlig lägenhet är denna process inte så "märkbar" i jämförelse med ett privat hus, eftersom lägenheten ligger inne i byggnaden och "intill" andra lägenheter.

I ett privat hus avgår värme i en eller annan grad genom ytterväggar, golv, tak, fönster och dörrar.

Genom att känna till mängden värmeförlust för de mest ogynnsamma väderförhållandena och egenskaperna hos dessa förhållanden är det möjligt att beräkna värmesystemets kraft med hög noggrannhet.

Så volymen av värmeläckage från byggnaden beräknas med hjälp av följande formel:

Q=Q_golv+Q_vägg+Q_fönster+Q_tak+Q_dörr+...+Q_i, Var

Qi — Volymen värmeförlust från en homogen typ av byggnadsskal.

Varje komponent i formeln beräknas med formeln:

Q=S*∆T/R, Var

• F – värmeläckage, V;
• S – area av en specifik typ av struktur, kvm. m;
• ∆T – skillnad i omgivnings- och inomhustemperatur, °C;
• R – termiskt motstånd för en viss typ av struktur, m²*°C/V.

Det rekommenderas att ta själva värdet av termisk motstånd för verkliga befintliga material från hjälpbord.

Dessutom kan den termiska resistansen erhållas genom att använda följande förhållande:

R=d/k, Var

• R – termiskt motstånd, (m²*K)/W;
• k – Koefficient för materialets värmeledningsförmåga, W/(m²*TILL);
• d – tjockleken på detta material, m.

I gamla hus med fuktiga takkonstruktioner uppstår värmeläckor genom byggnadens övre del, nämligen genom taket och vinden. Genomför aktiviteter på takisolering eller värmeisolering av vindstaket lös detta problem.

Om du isolerar vindsutrymmet och taket kan den totala värmeförlusten från huset minska avsevärt

Det finns flera andra typer av värmeförluster i huset genom sprickor i strukturer, ventilationssystem, köksfläktar och öppningsbara fönster och dörrar. Men det är ingen mening att ta hänsyn till deras volym, eftersom de inte utgör mer än 5% av det totala antalet huvudvärmeläckor.

Bestämning av panneffekt

För att upprätthålla temperaturskillnaden mellan miljön och temperaturen inuti huset krävs ett autonomt värmesystem, som upprätthåller den önskade temperaturen i varje rum i ett privat hus.

Värmesystemet bygger på olika typer av pannor: flytande eller fast bränsle, el eller gas.

En panna är centralenheten i ett värmesystem som genererar värme. Det huvudsakliga kännetecknet för en panna är dess effekt, nämligen omvandlingshastigheten för mängden värme per tidsenhet.

Efter att ha beräknat värmebelastningen får vi den erforderliga märkeffekten för pannan.

För en vanlig flerrumslägenhet beräknas panneffekten genom området och specifik effekt:

R_panna=(S_lokal*R_specifik)/10, Var

• S_lokal — total yta av det uppvärmda rummet;
• R_specifik — Specifik effekt i förhållande till klimatförhållandena.

Men denna formel tar inte hänsyn till värmeförluster, som är tillräckliga i ett privat hus.

Det finns ett annat förhållande som tar hänsyn till denna parameter:

R_panna=(Q_förluster*S)/100, Var

• R_panna — pannkraft;
• F_förluster - värmeförlust;
• S - uppvärmt område.

Pannans designeffekt måste ökas. Reserven är nödvändig om du planerar att använda pannan för att värma vatten till badrum och kök.

I de flesta värmesystem i privata hus rekommenderas det att använda en expansionstank där kylvätsketillförseln kommer att lagras. Varje privat hem behöver varmvattenförsörjning

För att sörja för pannans effektreserv måste säkerhetsfaktorn K läggas till den sista formeln:

R_panna=(Q_förluster*S*K)/100, Var

TILL — kommer att vara lika med 1,25, det vill säga pannans designeffekt kommer att ökas med 25%.

Således gör pannkraften det möjligt att upprätthålla standardlufttemperaturen i byggnadens rum, samt att ha en initial och ytterligare volym varmvatten i huset.

Funktioner i valet av radiatorer

Standardkomponenter för att ge värme i ett rum är radiatorer, paneler, golvvärmesystem, konvektorer etc.De vanligaste delarna av ett värmesystem är radiatorer.

Den termiska radiatorn är en speciell ihålig modulär struktur gjord av en legering med hög värmeavledning. Den är gjord av stål, aluminium, gjutjärn, keramik och andra legeringar. Funktionsprincipen för en värmeradiator reduceras till strålningen av energi från kylvätskan in i rummet genom "kronbladen".

En värmeradiator i aluminium och bimetall ersatte massiva gjutjärnsbatterier. Enkel produktion, hög värmeöverföring, framgångsrik design och design har gjort denna produkt till ett populärt och utbrett instrument för att utstråla värme inomhus

Det finns flera metoder värmeradiatorberäkningar i rummet. Listan över metoder nedan är sorterad i ordning efter ökad beräkningsnoggrannhet.

Beräkningsalternativ:

1. Efter område. N=(S*100)/C, där N är antalet sektioner, S är rummets yta (m²), C - värmeöverföring av en sektion av radiatorn (W, taget från passet eller certifikatet för produkten), 100 W - mängden värmeflöde som är nödvändigt för att värma 1 m² (empiriskt värde). Frågan uppstår: hur tar man hänsyn till höjden på taket i rummet?
2. I volym. N=(S*H*41)/C, där N, S, C är lika. H - rumshöjd, 41 W - mängd värmeflöde som krävs för att värma 1 m³ (empiriskt värde).
3. Med odds. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, där N, S, C och 100 är samma. k1 - med hänsyn till antalet kamrar i ett dubbelglasfönster i ett rum, k2 - värmeisolering av väggar, k3 - förhållandet mellan fönsterarea och rumsarea, k4 - genomsnittlig minusgrader under vinterns kallaste vecka, k5 - antal ytterväggar i ett rum (som "sträcker sig" till gatan), k6 - typ av rum ovanför, k7 - takhöjd.

Detta är det mest exakta alternativet för att beräkna antalet sektioner. Naturligtvis avrundas bråkberäkningsresultat alltid till nästa heltal.

Hydraulisk beräkning av vattenförsörjning

Naturligtvis kan "bilden" för att beräkna värme för uppvärmning inte vara komplett utan att beräkna sådana egenskaper som kylvätskans volym och hastighet. I de flesta fall är kylvätskan vanligt vatten i flytande eller gasformigt aggregattillstånd.

Det rekommenderas att beräkna den faktiska volymen kylvätska genom att summera alla håligheter i värmesystemet. När du använder en enkelkretspanna är detta det bästa alternativet. När du använder dubbelkretspannor i ett värmesystem är det nödvändigt att ta hänsyn till förbrukningen av varmvatten för hygieniska och andra hushållsändamål

Beräkning av volymen vatten som värms upp av en dubbelkretspanna för att förse invånarna med varmvatten och värma kylvätskan görs genom att summera värmekretsens inre volym och användarnas faktiska behov av uppvärmt vatten.

Volymen varmvatten i värmesystemet beräknas med formeln:

W=k*P, Var

• W — volym kylvätska;
• P — kraft för värmepanna;
• k - effektfaktor (antal liter per effektenhet, lika med 13,5, intervall - 10-15 liter).

Som ett resultat ser den slutliga formeln ut så här:

W = 13,5*P

Kylvätskans hastighet är den slutliga dynamiska bedömningen av ett värmesystem, som kännetecknar vätskecirkulationshastigheten i systemet.

Detta värde hjälper till att utvärdera rörledningens typ och diameter:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Var

• P — pannkraft;
• μ — Pannans effektivitet.
• ∆T - temperaturskillnad mellan framledningsvatten och returvatten.

Med hjälp av ovanstående metoder hydraulisk beräkning, kommer det att vara möjligt att få verkliga parametrar som är "grunden" för det framtida värmesystemet.

Exempel på termisk beräkning

Som exempel på en termisk beräkning har vi ett vanligt 1-planshus med fyra vardagsrum, kök, badrum, ”vinterträdgård” och grovkök.

Grunden är gjord av en monolitisk armerad betongplatta (20 cm), ytterväggarna är betong (25 cm) med gips, taket är gjort av träbjälkar, taket är metallplattor och mineralull (10 cm)

Låt oss ange de initiala parametrarna för huset som är nödvändiga för beräkningarna.

Byggnadsmått:

• golvhöjd - 3 m;
• litet fönster på fram- och baksidan av byggnaden 1470*1420 mm;
• stort fasadfönster 2080*1420 mm;
• entrédörrar 2000*900 mm;
• bakdörrar (utgång till altan) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Byggnadens totala bredd är 9,5 m², längd 16 m². Endast vardagsrum (4 enheter), badrum och kök kommer att värmas upp.

För att exakt beräkna värmeförlusten på väggarna måste du subtrahera arean av alla fönster och dörrar från ytterväggarnas yta - detta är en helt annan typ av material med sin egen termiska motstånd

Vi börjar med att beräkna arean av homogena material:

• golvyta - 152 m²;
• takyta - 180 m² , med hänsyn till höjden på vinden är 1,3 m och bredden på purlinen är 4 m;
• fönsterarea - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• dörrarea - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

Ytterväggarnas yta kommer att vara 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Låt oss gå vidare till att beräkna värmeförlusten för varje material:

• F_golv=S*∆T*k/d=152*20*0,2/1,7=357,65 W;
• F_tak=180*40*0,1/0,05=14400 W;
• F_fönster=9,22*40*0,36/0,5=265,54 W;
• F_dörrar=7,4*40*0,15/0,75=59,2 W;

Och även Q_vägg motsvarande 136,38*40*0,25/0,3=4546. Summan av alla värmeförluster blir 19628,4 W.

Som ett resultat beräknar vi panneffekten: P_panna=Q_förluster*S_{värme_rum}*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.

Vi kommer att beräkna antalet radiatorsektioner för ett av rummen. För alla andra är beräkningarna likartade. Till exempel har ett hörnrum (till vänster, nedre hörnet av diagrammet) en yta på 10,4 m2.

Detta betyder 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.

Detta rum kräver 9 sektioner värmeradiator med en värmeeffekt på 180 W.

Låt oss gå vidare till att beräkna mängden kylvätska i systemet - W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Detta innebär att kylvätskehastigheten blir: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Som ett resultat kommer en fullständig omsättning av hela volymen kylvätska i systemet att motsvara 2,87 gånger per timme.

Ett urval av artiklar om termiska beräkningar hjälper dig att bestämma de exakta parametrarna för värmesystemelementen:

1. Beräkning av värmesystemet i ett privat hus: regler och beräkningsexempel
2. Värmeteknisk beräkning av en byggnad: detaljer och formler för att utföra beräkningar + praktiska exempel

Slutsatser och användbar video om ämnet

En enkel beräkning av ett värmesystem för ett privat hem presenteras i följande recension:

Alla subtiliteter och allmänt accepterade metoder för att beräkna värmeförlusten i en byggnad visas nedan:

Ett annat alternativ för att beräkna värmeläckor i ett typiskt privat hus:

Den här videon beskriver funktionerna i cirkulationen av energibärare för uppvärmning av ett hem:

Termisk beräkning av ett värmesystem är individuell till sin natur och måste utföras kompetent och noggrant. Ju mer exakt beräkningarna görs, desto mindre kommer ägarna av ett hus på landet att behöva betala för mycket under drift.

Har du erfarenhet av att utföra termiska beräkningar av ett värmesystem? Eller har du fortfarande frågor om ämnet? Dela gärna din åsikt och lämna kommentarer. Feedbackblocket finns nedan.