Beregning af vandopvarmning: formler, regler, eksempler på implementering

Brug af vand som kølemiddel i et varmesystem er en af ​​de mest populære muligheder for at forsyne dit hjem med varme i den kolde årstid.Du skal bare designe og derefter installere systemet korrekt. Ellers vil opvarmning være ineffektiv ved høje brændselsomkostninger, hvilket du kan se, er ekstremt uinteressant ved dagens energipriser.

Det er umuligt selvstændigt at beregne vandopvarmning (herefter benævnt WHE) uden at bruge specialiserede programmer, da beregningerne bruger komplekse udtryk, hvis værdier ikke kan bestemmes ved hjælp af en konventionel regnemaskine. I denne artikel vil vi analysere detaljeret algoritmen til at udføre beregninger, præsentere de anvendte formler og overveje fremskridt for beregningerne ved hjælp af et specifikt eksempel.

Vi vil supplere det præsenterede materiale med tabeller med værdier og referenceindikatorer, der er nødvendige ved udførelse af beregninger, tematiske billeder og en video, der viser et tydeligt eksempel på beregninger ved hjælp af programmet.

Beregning af varmebalancen i en boligkonstruktion

For at implementere en varmeinstallation, hvor vand er det cirkulerende medium, er det nødvendigt først at præcisere hydrauliske beregninger.

Ved udvikling og implementering af ethvert varmesystem er det nødvendigt at kende varmebalancen (herefter benævnt TB).Ved at kende den termiske kraft til at opretholde temperaturen i rummet, kan du vælge det rigtige udstyr og fordele dets belastning korrekt.

Om vinteren lider rummet af visse varmetab (herefter benævnt HL). Hovedparten af ​​energien kommer ud gennem omsluttende elementer og ventilationsåbninger. Der afholdes mindre omkostninger til nedsivning, opvarmning af genstande mv.

TP afhænger af de lag, der udgør de omsluttende strukturer (herefter benævnt OK). Moderne byggematerialer, især isoleringsmaterialer, har lav varmeledningskoefficient (herefter benævnt CT), på grund af hvilket mindre varme går tabt gennem dem. For huse i samme område, men med forskellige OK-strukturer, vil varmeomkostningerne være forskellige.

Udover at bestemme TP'en er det vigtigt at beregne boligens TB. Indikatoren tager ikke kun hensyn til mængden af ​​energi, der forlader rummet, men også mængden af ​​strøm, der kræves for at opretholde visse temperaturniveauer i huset.

De mest nøjagtige resultater leveres af specialiserede programmer udviklet til bygherrer. Takket være dem er det muligt at tage højde for flere faktorer, der påvirker TP.

Den største mængde varme forlader rummet gennem vægge, gulv, tag, mindst - gennem døre, vinduesåbninger

Med høj nøjagtighed kan du beregne et hjems TP ved hjælp af formler.

Husets samlede varmeomkostninger beregnes ved hjælp af ligningen:

Q = Q_Okay + Q_v,

Hvor Q_Okay - mængden af ​​varme, der forlader rummet gennem OK; Q_v — omkostninger til varmeventilation.

Der tages højde for ventilationstab, hvis luften, der kommer ind i rummet, har en lavere temperatur.

Beregninger tager normalt hensyn til OK med den ene side mod gaden. Disse er ydervægge, gulv, tag, døre og vinduer.

Generel TP Q_Okay lig med summen af ​​TP for hver OK, det vil sige:

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

Hvor:

• Q_st — værdien af ​​TP af vægge;
• Q_okn — TP vinduer;
• Q_dv — TP-døre;
  
• Q_ptl — loft TP;
  
• Q_pl — TP gulv.

Hvis gulvet eller loftet har en anden struktur over hele området, beregnes TP for hver sektion separat.

Beregning af varmetab ved hjælp af OK

Til beregninger skal du bruge følgende oplysninger:

• struktur af vægge, anvendte materialer, deres tykkelse, CT;
• udendørs temperatur under en ekstrem kold fem-dages vinter i byen;
• område OK;
• orientering OK;
• anbefalet temperatur i hjemmet om vinteren.

For at beregne TC skal du finde den totale termiske modstand R_Okay. For at gøre dette skal du finde ud af den termiske modstand R₁, R₂, R₃, …, R_n hvert lag er OK.

R-faktor_n beregnet med formlen:

Rn = B/k,

I formlen: B — lagtykkelse OK i mm, k — CT-scanning af hvert lag.

Den samlede R kan bestemmes ved udtrykket:

R = ∑R_n

Producenter af døre og vinduer angiver normalt R-koefficienten i produktdatabladet, så det er ikke nødvendigt at beregne den separat.

Den termiske modstand af vinduer kan ikke beregnes, da det tekniske datablad allerede indeholder de nødvendige oplysninger, hvilket forenkler beregningen af ​​termisk modstand

Den generelle formel for beregning af TP til OK er som følger:

Q_Okay = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

I udtrykket:

• S — område OK, m²;
• t_vnt - ønsket rumtemperatur;
• t_nar — udelufttemperatur;
• R — modstandskoefficient, beregnet separat eller taget fra produktdatabladet;
• l — en afklaringskoefficient, der tager højde for væggenes orientering i forhold til kardinalretningerne.

Beregning af TB giver dig mulighed for at vælge udstyr med den nødvendige effekt, hvilket vil eliminere muligheden for varmemangel eller overskud. Underskuddet af termisk energi kompenseres ved at øge luftstrømmen gennem ventilation, overskuddet - ved at installere yderligere varmeudstyr.

Termiske omkostninger ved ventilation

Den generelle formel for beregning af TP-ventilation er som følger:

Q_v = 0,28 × L_n × s_vnt × c × (t_vnt -t_nar),

I et udtryk har variabler følgende betydning:

• L_n — forbrug af indgående luft;
• s_vnt — lufttæthed ved en bestemt temperatur i rummet;
• c — luftens varmekapacitet;
• t_vnt - temperatur i huset;
• t_nar — udelufttemperatur.

Hvis der er installeret ventilation i bygningen, skal parameter L_n taget fra de tekniske specifikationer for enheden. Hvis der ikke er ventilation, tages en standard specifik luftudvekslingshastighed på 3 m.³ klokken et.

På baggrund af dette har L_n beregnet med formlen:

L_n = 3 × S_pl,

I udtryk S_pl - gulvareal.

2 % af alle varmetab skyldes infiltration, 18 % ventilation. Hvis rummet er udstyret med et ventilationssystem, tager beregningerne hensyn til TP gennem ventilation, men tager ikke hensyn til infiltration

Dernæst skal du beregne luftdensiteten p_vnt ved en given stuetemperatur t_vnt.

Dette kan gøres ved hjælp af formlen:

s_vnt = 353/(273+t_vnt),

Specifik varmekapacitet c = 1,0005.

Hvis ventilation eller infiltration er uorganiseret, eller der er revner eller huller i væggene, skal beregningen af ​​TP gennem hullerne overlades til specielle programmer.

I vores anden artikel har vi givet detaljeret eksempel på termoteknisk beregning bygninger med specifikke eksempler og formler.

Eksempel på varmebalanceberegning

Overvej et hus 2,5 m højt, 6 m bredt og 8 m langt, beliggende i byen Okha i Sakhalin-regionen, hvor termometeret på en ekstremt kold 5-dages dag falder til -29 grader.

Som resultat af målingen blev jordtemperaturen bestemt til +5. Den anbefalede temperatur inde i strukturen er +21 grader.

Den mest bekvemme måde at tegne et husdiagram på er på papir, der ikke kun angiver bygningens længde, bredde og højde, men også orienteringen i forhold til kardinalpunkterne samt placeringen og dimensionerne af vinduer og døre

Væggene i det pågældende hus består af:

• murværkstykkelse B=0,51 m, CT k=0,64;
• mineraluld B=0,05 m, k=0,05;
• vender mod B=0,09 m, k=0,26.

Når du bestemmer k, er det bedre at bruge tabellerne præsenteret på producentens hjemmeside eller finde information i produktdatabladet.

Når du kender den termiske ledningsevne, kan du vælge de mest effektive materialer ud fra termisk isoleringssynspunkt. Baseret på ovenstående tabel er det mest tilrådeligt at bruge mineraluldsplader og ekspanderet polystyren i byggeriet

Gulvet består af følgende lag:

• OSB plader B=0,1 m, k=0,13;
• mineraluld B=0,05 m, k=0,047;
• cementafretninger B=0,05 m, k=0,58;
• ekspanderet polystyren B=0,06 m, k=0,043.

Der er ingen kælder i huset, og gulvet har samme struktur i hele området.

Loftet består af lag:

• gipsplader B=0,025 m, k= 0,21;
• isolering B=0,05 m, k=0,14;
• tagdækning B=0,05 m, k=0,043.

Huset har kun 6 dobbeltrumsvinduer med I-glas og argon. Fra det tekniske datablad for produktet er det kendt, at R=0,7. Vinduerne har mål på 1,1x1,4 m.

Dørene har mål på 1x2,2 m, R = 0,36.

Trin #1 - beregning af vægvarmetab

Væggene i hele området består af tre lag. Lad os først beregne deres samlede termiske modstand.

Hvorfor bruge formlen:

R = ∑R_n,

og udtrykket:

R_n = B/k

Under hensyntagen til de første oplysninger får vi:

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

Efter at have fundet ud af R, kan du begynde at beregne TP for de nordlige, sydlige, østlige og vestlige vægge.

Yderligere koefficienter tager højde for ejendommelighederne ved placeringen af ​​væggene i forhold til kardinalretningerne. Normalt i den nordlige del under koldt vejr dannes en "vindrose", som et resultat af hvilken TP på denne side vil være højere end på de andre

Lad os beregne arealet af den nordlige mur:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Derefter erstattes i formlen Q_Okay = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l og under hensyntagen til, at l=1.1, får vi:

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

Areal af den sydlige væg S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Der er ingen indbyggede vinduer eller døre i væggen, derfor får vi, under hensyntagen til koefficienten l=1, følgende TP:

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

For de vestlige og østlige vægge er koefficienten l=1,05. Derfor kan du finde det samlede areal af disse vægge, det vil sige:

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

Der er 6 vinduer og en dør indbygget i væggene. Lad os beregne det samlede areal af vinduer og S-døre:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Lad os definere S-vægge uden at tage hensyn til S-vinduer og -døre:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Lad os beregne den samlede TP for de østlige og vestlige vægge:

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

Efter at have modtaget resultaterne, lad os beregne mængden af ​​varme, der slipper ud gennem væggene:

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

I alt er væggenes samlede TP 6 kW.

Trin #2 - beregning af TP af vinduer og døre

Vinduerne er placeret på øst- og vestvæggen, så ved beregning er koefficienten l=1,05. Det er kendt, at strukturen af ​​alle strukturer er den samme og R = 0,7.

Ved at bruge arealværdierne ovenfor får vi:

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

Ved at vide, at for døre R=0,36 og S=2,2, bestemmer vi deres TP:

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

Som et resultat kommer der 340 W varme ud gennem vinduerne og 42 W gennem dørene.

Trin #3 - bestemmelse af TP af gulvet og loftet

Naturligvis vil arealet af loftet og gulvet være det samme, og det beregnes som følger:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Lad os beregne gulvets samlede termiske modstand under hensyntagen til dets 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

Velvidende at jordtemperaturen t_nar=+5 og under hensyntagen til koefficienten l=1, beregner vi Q for gulvet:

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

Afrundet opad finder vi, at gulvvarmetabet er omkring 3 kW.

I TP-beregninger er det nødvendigt at tage højde for lag, der påvirker varmeisolering, for eksempel beton, brædder, murværk, isolering mv.

Lad os bestemme den termiske modstand af loftet R_ptl og hans 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

Heraf følger, at næsten 6 kW går gennem loft og gulv.

Trin #4 - beregning af ventilation TP

Ventilation i rummet er organiseret og beregnet ved hjælp af formlen:

Q_v = 0,28 × L_n × s_vnt × c × (t_vnt -t_nar)

Baseret på de tekniske egenskaber er den specifikke varmeoverførsel 3 kubikmeter i timen, det vil sige:

L_n = 3 × 48 = 144.

For at beregne massefylden bruger vi formlen:

s_vnt = 353/(273+t_vnt).

Den anslåede rumtemperatur er +21 grader.

Ventilation TP beregnes ikke, hvis anlægget er udstyret med en luftvarmeanordning

Ved at erstatte kendte værdier får vi:

s_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Lad os erstatte de resulterende tal i ovenstående formel:

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

Under hensyntagen til TP for ventilation vil den samlede Q for bygningen være:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Omregnet til kW får vi et samlet varmetab på 16 kW.

Funktioner ved beregning af SVO

Efter at have fundet TP-indikatoren går de videre til hydraulisk beregning (herefter benævnt GR).

Baseret på det opnås oplysninger om følgende indikatorer:

• den optimale diameter af rørene, som under trykfald vil være i stand til at passere en given mængde kølevæske;
• kølevæskestrøm i et bestemt område;
• vandbevægelseshastighed;
• resistivitetsværdi.

Før du starter beregningerne, skal du for at forenkle beregningerne tegne et rumligt diagram af systemet, hvor alle dets elementer er arrangeret parallelt med hinanden.

Diagrammet viser et varmesystem med luftledninger, kølevæskebevægelsen er en blindgyde

Lad os overveje de vigtigste stadier af vandopvarmningsberegninger.

GR af hovedcirkulationsringen

Metoden til beregning af GR er baseret på den antagelse, at temperaturforskellene er ens i alle stigrør og afgreninger.

Beregningsalgoritmen er som følger:

1. I det viste diagram, under hensyntagen til varmetab, påføres de termiske belastninger, der virker på varmeanordninger og stigrør.
2. Baseret på diagrammet vælges hovedcirkulationsringen (i det følgende benævnt MCC). Det særlige ved denne ring er, at cirkulationstrykket pr. længdeenhed af ringen i den får den laveste værdi.
3. FCC er opdelt i sektioner med konstant varmeforbrug. Angiv antal, termisk belastning, diameter og længde for hver sektion.

I et lodret system af en enkeltrørstype tages den ring, gennem hvilken det mest belastede stigrør passerer under blindgyde eller tilhørende bevægelse af vand langs lysnettet, som hovedcirkulationskredsløbet.Vi talte mere detaljeret om at forbinde cirkulationsringe i et enkeltrørssystem og vælge den vigtigste i næste artikel. Vi lagde særlig vægt på rækkefølgen af ​​beregninger ved at bruge et specifikt eksempel for klarhedens skyld.

I lodrette to-rørs systemer passerer hovedcirkulationsvæsken gennem den nederste varmeanordning, som har en maksimal belastning under blindgyde eller tilhørende vandbevægelse

I et vandret enkeltrørssystem skal hovedcirkulationskredsløbet have det laveste cirkulationstryk og en enhedslængde af ringen. Til systemer med naturligt kredsløb situationen er den samme.

Ved udvikling af stigrør af et lodret system af en enkeltrørstype, betragtes gennemstrømningsregulerede stigrør, som indeholder forenede komponenter, som et enkelt kredsløb. For stigrør med lukkesektioner udføres adskillelse under hensyntagen til fordelingen af ​​vand i rørledningen til hver instrumentenhed.

Vandforbruget i et givet område beregnes ved hjælp af formlen:

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

I udtrykket har de alfabetiske tegn følgende betydninger:

• Q_kont — termisk belastning af kredsløbet;
• β_1, β₂ — yderligere tabelkoefficienter under hensyntagen til varmeoverførslen i rummet;
• c — vandets varmekapacitet, svarende til 4,187;
• t_r — vandtemperatur i forsyningsledningen;
• t₀ — vandtemperatur i returledningen.

Efter at have bestemt diameteren og mængden af ​​vand, er det nødvendigt at finde ud af hastigheden af ​​dens bevægelse og værdien af ​​den specifikke modstand R. Alle beregninger udføres mest bekvemt ved hjælp af specielle programmer.

GR sekundær cirkulationsring

Efter GR af hovedringen bestemmes trykket i den lille cirkulationsring dannet gennem dens nærmeste stigrør, idet der tages højde for, at tryktabene kan afvige med højst 15 % i et blindløbskredsløb og med højst 5 % i et forbipasserende kredsløb.

Hvis det er umuligt at korrelere tryktabet, skal du installere en gasspjæld, hvis diameter beregnes ved hjælp af softwaremetoder.

Beregning af radiatorbatterier

Lad os vende tilbage til husplanen ovenfor. Gennem beregninger blev det afsløret, at der skal 16 kW energi til for at opretholde den termiske balance. Det pågældende hus har 6 værelser til forskellige formål - en stue, et badeværelse, et køkken, et soveværelse, en gang og en entré.

Baseret på dimensionerne af strukturen kan du beregne volumenet V:

V=6×8×2,5=120 m³

Dernæst skal du finde mængden af ​​termisk effekt pr. m³. For at gøre dette skal Q divideres med det fundne volumen, det vil sige:

P=16000/120=133 W pr. m³

Dernæst skal du bestemme, hvor meget varmeeffekt der kræves til et rum. I diagrammet er arealet af hvert værelse allerede blevet beregnet.

Lad os bestemme volumen:

• badeværelse – 4.19×2.5=10.47;
• stue – 13.83×2.5=34.58;
• køkken – 9.43×2.5=23.58;
• soveværelse – 10.33×2.5=25.83;
• korridor – 4.10×2.5=10.25;
• gang – 5.8×2.5=14.5.

Beregningerne skal også tage højde for rum, hvor der ikke er varmeradiatorer, for eksempel en korridor.

Korridoren opvarmes passivt; varme vil strømme ind i den på grund af cirkulationen af ​​termisk luft, når mennesker bevæger sig, gennem døråbninger osv.

Lad os bestemme den nødvendige mængde varme for hvert værelse ved at gange rummets rumfang med R-indekset.

Lad os få den nødvendige kraft:

• til badeværelset — 10,47×133=1392 W;
• til stuen — 34,58×133=4599 W;
• til køkken — 23,58×133=3136 W;
• til soveværelset — 25,83×133=3435 W;
• for korridoren — 10,25×133=1363 W;
• til gangen — 14,5×133=1889 W.

Lad os begynde at beregne radiatorbatterier. Vi vil bruge aluminium radiatorer, hvis højde er 60 cm, effekten ved en temperatur på 70 er 150 W.

Lad os beregne det nødvendige antal radiatorbatterier:

• badeværelse — 1392/150=10;
• stue — 4599/150=31;
• køkken — 3136/150=21;
• soveværelse — 3435/150=23;
• gang — 1889/150=13.

I alt påkrævet: 10+31+21+23+13=98 radiatorbatterier.

Vi har også andre artikler på vores hjemmeside, hvor vi i detaljer undersøgte proceduren for at udføre termiske beregninger af et varmesystem, trinvise beregninger af kraften af ​​radiatorer og varmerør. Og hvis dit system kræver opvarmede gulve, skal du udføre yderligere beregninger.

Alle disse spørgsmål er dækket mere detaljeret i vores følgende artikler:

• Termisk beregning af et varmesystem: hvordan man korrekt beregner belastningen på systemet
• Beregning af varmeradiatorer: hvordan man beregner det nødvendige antal og strøm af batterier
• Beregning af rørvolumen: principper for beregninger og regler for beregninger i liter og kubikmeter
• Sådan beregnes et opvarmet gulv ved hjælp af et vandsystem som eksempel
• Beregning af rør til gulvvarme: rørtyper, metoder og lægningstrin + beregning af flowhastighed

Konklusioner og nyttig video om emnet

I videoen kan du se et eksempel på beregning af vandopvarmning, som udføres ved hjælp af Valtec-programmet:

Hydrauliske beregninger udføres bedst ved hjælp af specielle programmer, der garanterer høj nøjagtighed af beregninger og tager højde for alle nuancerne i designet.

Er du specialiseret i beregning af varmesystemer ved hjælp af vand som kølemiddel og vil du supplere vores artikel med nyttige formler og dele faglige hemmeligheder?

Eller måske vil du fokusere på yderligere beregninger eller påpege unøjagtigheder i vores beregninger? Skriv venligst dine kommentarer og anbefalinger i blokken under artiklen.