Càlcul tèrmic d'un sistema de calefacció: com calcular correctament la càrrega del sistema

El disseny i el càlcul tèrmic d'un sistema de calefacció és una etapa obligatòria a l'hora d'organitzar la calefacció de la llar.La tasca principal de les activitats computacionals és determinar els paràmetres òptims del sistema de caldera i radiador.

D'acord, a primera vista pot semblar que només un enginyer pot fer càlculs d'enginyeria tèrmica. Tanmateix, no tot és tan complicat. Coneixent l'algorisme d'accions, podreu realitzar de manera independent els càlculs necessaris.

L'article descriu detalladament el procediment de càlcul i proporciona totes les fórmules necessàries. Per a una millor comprensió, hem preparat un exemple de càlcul tèrmic per a un habitatge particular.

Càlcul tèrmic de la calefacció: procediment general

El càlcul tèrmic clàssic d'un sistema de calefacció és un document tècnic consolidat que inclou mètodes de càlcul estàndard obligatoris pas a pas.

Però abans d'estudiar aquests càlculs dels paràmetres principals, cal decidir el concepte del propi sistema de calefacció.

El sistema de calefacció es caracteritza pel subministrament forçat i l'eliminació involuntària de la calor a l'habitació.

Les principals tasques de càlcul i disseny d'un sistema de calefacció:

• determinar de manera més fiable les pèrdues de calor;
• determinar la quantitat i les condicions d'ús del refrigerant;
• seleccionar els elements de generació, moviment i transferència de calor amb la màxima precisió possible.

Durant la construcció sistemes de calefacció Cal recollir inicialment diverses dades sobre l'habitació/edifici on s'utilitzarà el sistema de calefacció. Després de calcular els paràmetres tèrmics del sistema, analitzeu els resultats de les operacions aritmètiques.

A partir de les dades obtingudes, es seleccionen els components del sistema de calefacció, seguits de la compra, la instal·lació i la posada en marxa.

La calefacció és un sistema multicomponent per garantir un règim de temperatura aprovat en una habitació/edifici.És una part independent del complex de comunicacions d'un local residencial modern

Cal destacar que aquest mètode de càlcul tèrmic permet calcular amb força precisió un gran nombre de quantitats que descriuen específicament el futur sistema de calefacció.

Com a resultat del càlcul tèrmic, es disposarà de la següent informació:

• nombre de pèrdues de calor, potència de la caldera;
• nombre i tipus de radiadors tèrmics per a cada habitació per separat;
• característiques hidràuliques de la canonada;
• volum, velocitat del refrigerant, potència de la bomba de calor.

Els càlculs tèrmics no són esbossos teòrics, sinó resultats precisos i raonables que es recomana utilitzar a la pràctica en seleccionar components del sistema de calefacció.

Normes per a les condicions de temperatura ambient

Abans de realitzar qualsevol càlcul dels paràmetres del sistema, és necessari, com a mínim, conèixer l'ordre dels resultats esperats, i també disposar de característiques estandarditzades d'alguns valors tabulars que cal substituir en fórmules o guiar-se per aquestes. .

En calcular paràmetres amb aquestes constants, podeu confiar en la fiabilitat del paràmetre dinàmic o constant desitjat del sistema.

Per a locals amb finalitats diverses, hi ha estàndards de referència per a les condicions de temperatura en locals residencials i no residencials. Aquests estàndards estan recollits en els anomenats GOST

Per a un sistema de calefacció, un d'aquests paràmetres globals és la temperatura ambient, que ha de ser constant independentment de l'estació i les condicions ambientals.

Segons les normes i normes sanitàries, hi ha diferències de temperatura respecte als períodes d'estiu i hivern de l'any.El sistema d'aire condicionat és responsable del règim de temperatura de l'habitació a la temporada d'estiu; el principi del seu càlcul es descriu detalladament a Aquest article.

Però la temperatura ambient a l'hivern la proporciona el sistema de calefacció. Per tant, ens interessen els intervals de temperatura i les seves toleràncies de desviació per a la temporada d'hivern.

La majoria dels documents normatius estipulen els següents intervals de temperatura que permeten a una persona quedar-se còmodament a l'habitació.

Per a locals d'oficines no residencials amb una superfície de fins a 100 m²:

• 22-24 °C - temperatura òptima de l'aire;
• 1°C - fluctuació permesa.

Per a locals d'oficines amb una superfície superior a 100 m² la temperatura és de 21-23 °C. Per als locals industrials no residencials, els intervals de temperatura varien molt segons la finalitat de l'habitació i les normes de protecció laboral establertes.

Cada persona té la seva temperatura ambient confortable. A algunes persones els agrada que sigui molt càlid a l'habitació, a altres se senten còmodes quan l'habitació és fresca; tot és molt individual

Pel que fa als locals residencials: apartaments, cases particulars, finques, etc., hi ha uns intervals de temperatura que es poden ajustar en funció dels desitjos dels residents.

I tanmateix, per a locals concrets d'un apartament i casa tenim:

• 20-22°С - sala d'estar, inclosa l'habitació dels nens, tolerància ±2°С -
• 19-21 °С — cuina, lavabo, tolerància ±2°С;
• 24-26 °С — bany, dutxa, piscina, tolerància ±1°С;
• 16-18°С — passadissos, passadissos, escales, trasters, tolerància +3°C

És important tenir en compte que hi ha diversos paràmetres bàsics més que afecten la temperatura de l'habitació i en els quals cal centrar-se a l'hora de calcular el sistema de calefacció: humitat (40-60%), concentració d'oxigen i diòxid de carboni a l'aire ( 250:1), massa de velocitat de moviment de l'aire (0,13-0,25 m/s), etc.

Càlcul de la pèrdua de calor a l'habitatge

D'acord amb la segona llei de la termodinàmica (física escolar), no hi ha transferència espontània d'energia dels mini-o macroobjectes menys escalfats a més escalfats. Un cas especial d'aquesta llei és el "esforç" per crear un equilibri de temperatura entre dos sistemes termodinàmics.

Per exemple, el primer sistema és un ambient amb una temperatura de -20 °C, el segon sistema és un edifici amb una temperatura interna de +20 °C. Segons la llei anterior, aquests dos sistemes s'esforçaran per equilibrar-se mitjançant l'intercanvi d'energia. Això passarà amb l'ajuda de les pèrdues de calor del segon sistema i el refredament del primer.

Definitivament, podem dir que la temperatura ambient depèn de la latitud a la qual es troba la casa privada. I la diferència de temperatura afecta la quantitat de fuites de calor de l'edifici (+)

La pèrdua de calor es refereix a l'alliberament involuntari de calor (energia) d'algun objecte (casa, apartament). Per a un apartament normal, aquest procés no és tan "notable" en comparació amb una casa privada, ja que l'apartament es troba dins de l'edifici i "adjacent" a altres apartaments.

En una casa particular, la calor s'escapa en un grau o altre a través de les parets exteriors, el terra, el terrat, les finestres i les portes.

Coneixent la quantitat de pèrdua de calor per a les condicions meteorològiques més desfavorables i les característiques d'aquestes condicions, és possible calcular la potència del sistema de calefacció amb alta precisió.

Per tant, el volum de fuites de calor de l'edifici es calcula mitjançant la fórmula següent:

Q=Q_pis+Q_paret+Q_finestra+Q_sostre+Q_porta+…+Q_i, On

Qi — el volum de pèrdua de calor d'un tipus homogeni de carcassa d'edifici.

Cada component de la fórmula es calcula mitjançant la fórmula:

Q=S*∆T/R, On

• Q – fuga de calor, V;
• S – àrea d'un tipus específic d'estructura, metres quadrats. m;
• ∆T – diferència en la temperatura de l'aire ambient i interior, °C;
• R – resistència tèrmica d'un determinat tipus d'estructura, m²*°C/W.

Es recomana prendre el valor mateix de la resistència tèrmica dels materials reals existents de les taules auxiliars.

A més, la resistència tèrmica es pot obtenir mitjançant la relació següent:

R=d/k, On

• R - Resistència tèrmica, (m²*K)/W;
• k – coeficient de conductivitat tèrmica del material, W/(m²*A);
• d – gruix d'aquest material, m.

A les cases antigues amb estructures de cobertes humides, les fuites de calor es produeixen per la part superior de l'edifici, és a dir, per la teulada i les golfes. Realització d'activitats sobre aïllament del sostre o aïllament tèrmic de la coberta de les golfes resoldre aquest problema.

Si aïlleu l'espai de les golfes i el sostre, la pèrdua general de calor de la casa es pot reduir significativament

Hi ha diversos altres tipus de pèrdua de calor a la casa per esquerdes a les estructures, sistemes de ventilació, campanes de cuina i obertura de finestres i portes. Però no té sentit tenir en compte el seu volum, ja que no constitueixen més del 5% del nombre total de fuites de calor principals.

Determinació de la potència de la caldera

Per mantenir la diferència de temperatura entre l'ambient i la temperatura a l'interior de la casa, cal un sistema de calefacció autònom, que mantingui la temperatura desitjada a cada habitació d'una casa particular.

El sistema de calefacció es basa en diferents tipus de calderes: combustible líquid o sòlid, elèctric o gas.

Una caldera és la unitat central d'un sistema de calefacció que genera calor. La característica principal d'una caldera és la seva potència, és a dir, la velocitat de conversió de la quantitat de calor per unitat de temps.

Després de calcular la càrrega de calefacció, obtenim la potència nominal necessària de la caldera.

Per a un apartament normal de diverses habitacions, la potència de la caldera es calcula mitjançant l'àrea i la potència específica:

R_caldera=(S_locals*R_específic)/10, On

• S_locals - superfície total de l'habitació climatitzada;
• R_específic — Potència específica relativa a les condicions climàtiques.

Però aquesta fórmula no té en compte les pèrdues de calor, que són suficients en una casa particular.

Hi ha una altra relació que té en compte aquest paràmetre:

R_caldera=(Q_pèrdues*S)/100, On

• R_caldera - potència de la caldera;
• Q_pèrdues - pèrdua de calor;
• S - Zona climatitzada.

Cal augmentar la potència de disseny de la caldera. La reserva és necessària si teniu previst utilitzar la caldera per escalfar aigua per al bany i la cuina.

A la majoria dels sistemes de calefacció de cases particulars, es recomana utilitzar un dipòsit d'expansió en el qual s'emmagatzemarà el subministrament de refrigerant. Cada casa particular necessita subministrament d'aigua calenta

Per tal de proporcionar la reserva de potència de la caldera, cal afegir el factor de seguretat K a l'última fórmula:

R_caldera=(Q_pèrdues*S*K)/100, On

A — serà igual a 1,25, és a dir, la potència de disseny de la caldera s'incrementarà un 25%.

Així, la potència de la caldera permet mantenir la temperatura estàndard de l'aire a les habitacions de l'edifici, així com tenir un volum inicial i addicional d'aigua calenta a la casa.

Característiques de la selecció de radiadors

Els components estàndard per proporcionar calor a una habitació són radiadors, panells, sistemes de calefacció per terra radiant, convectors, etc.Les parts més habituals d'un sistema de calefacció són els radiadors.

El radiador tèrmic és una estructura especial de tipus modular buida feta d'un aliatge amb alta dissipació de calor. Està fet d'acer, alumini, ferro colat, ceràmica i altres aliatges. El principi de funcionament d'un radiador de calefacció es redueix a la radiació d'energia del refrigerant a l'espai de l'habitació a través dels "pètals".

Un radiador de calefacció d'alumini i bimetàl·lic va substituir les grans bateries de ferro colat. La senzillesa de producció, l'alta transferència de calor, el disseny i el disseny reeixits han fet d'aquest producte un instrument popular i estès per radiar calor a l'interior.

Hi ha diversos mètodes càlculs del radiador de calefacció a l'habitació. La llista de mètodes a continuació s'ordena per ordre creixent de precisió de càlcul.

Opcions de càlcul:

1. Per àmbits. N=(S*100)/C, on N és el nombre de seccions, S és l'àrea de l'habitació (m²), C - transferència de calor d'una secció del radiador (W, extret del passaport o certificat del producte), 100 W - la quantitat de flux de calor necessari per escalfar 1 m² (valor empíric). Sorgeix la pregunta: com tenir en compte l'alçada del sostre de l'habitació?
2. Per volum. N=(S*H*41)/C, on N, S, C són semblants. H - alçada de l'habitació, 41 W - quantitat de flux de calor necessari per escalfar 1 m³ (valor empíric).
3. Per probabilitats. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, on N, S, C i 100 són iguals. k1 - tenint en compte el nombre de cambres en una finestra de doble vidre d'una habitació, k2 - aïllament tèrmic de les parets, k3 - relació entre l'àrea de la finestra i l'àrea de l'habitació, k4 - temperatura mitjana sota zero a la setmana més freda de l'hivern, k5 - nombre de parets externes d'una habitació (que "s'estenen" al carrer), k6 - tipus d'habitació a dalt, k7 - alçada del sostre.

Aquesta és l'opció més precisa per calcular el nombre de seccions. Naturalment, els resultats del càlcul fraccionari sempre s'arrodoneixen al següent nombre enter.

Càlcul hidràulic del subministrament d'aigua

Per descomptat, la "imatge" del càlcul de la calor per a la calefacció no es pot completar sense calcular característiques com el volum i la velocitat del refrigerant. En la majoria dels casos, el refrigerant és aigua normal en estat agregat líquid o gasós.

Es recomana calcular el volum real de refrigerant sumant totes les cavitats del sistema de calefacció. Quan s'utilitza una caldera d'un sol circuit, aquesta és la millor opció. Quan s'utilitzen calderes de doble circuit en un sistema de calefacció, cal tenir en compte el consum d'aigua calenta per a finalitats higièniques i altres usos domèstics.

El càlcul del volum d'aigua escalfada per una caldera de doble circuit per proporcionar aigua calenta als residents i escalfar el refrigerant es fa sumant el volum intern del circuit de calefacció i les necessitats reals dels usuaris d'aigua calenta.

El volum d'aigua calenta al sistema de calefacció es calcula amb la fórmula:

W=k*P, On

• W - volum de refrigerant;
• P - Potència de la caldera de calefacció;
• k - Factor de potència (nombre de litres per unitat de potència, igual a 13,5, rang - 10-15 litres).

Com a resultat, la fórmula final té aquest aspecte:

W = 13,5*P

La velocitat del refrigerant és l'avaluació dinàmica final del sistema de calefacció, que caracteritza la velocitat de circulació del fluid al sistema.

Aquest valor ajuda a avaluar el tipus i el diàmetre de la canonada:

V=(0,86*P*μ)/∆T, On

• P - potència de la caldera;
• μ - eficiència de la caldera;
• ∆T - diferència de temperatura entre l'aigua de subministrament i l'aigua de retorn.

Utilitzant els mètodes anteriors càlcul hidràulic, es podran obtenir paràmetres reals que són la “fonamentació” del futur sistema de calefacció.

Exemple de càlcul tèrmic

Com a exemple de càlcul tèrmic, tenim una casa normal d'1 pis amb quatre sales d'estar, una cuina, un bany, un "jardí d'hivern" i safareigs.

La fonamentació està feta d'una llosa monolítica de formigó armat (20 cm), les parets exteriors són de formigó (25 cm) amb guix, la coberta és de bigues de fusta, la coberta és de teules metàl·liques i llana mineral (10 cm)

Designem els paràmetres inicials de la casa necessaris per als càlculs.

Dimensions de l'edifici:

• alçada del sòl - 3 m;
• petita finestra a la part davantera i posterior de l'edifici 1470*1420 mm;
• gran finestra de façana 2080 * 1420 mm;
• portes d'entrada 2000*900 mm;
• portes posteriors (sortida a la terrassa) 2000*1400 (700 + 700) mm.

L'amplada total de l'edifici és de 9,5 m², longitud 16 m². Només s'escalfaran les sales d'estar (4 unitats), un bany i una cuina.

Per calcular amb precisió la pèrdua de calor a les parets, cal restar l'àrea de totes les finestres i portes de l'àrea de les parets exteriors: aquest és un tipus de material completament diferent amb la seva pròpia resistència tèrmica.

Comencem calculant les àrees de materials homogenis:

• superfície útil - 152 m²;
• àrea del sostre - 180 m² , tenint en compte que l'alçada de l'àtic és d'1,3 m i l'amplada de la correa és de 4 m;
• àrea de la finestra - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• àrea de la porta - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

L'àrea dels murs exteriors serà de 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Passem al càlcul de la pèrdua de calor per a cada material:

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

I també Q_paret equivalent a 136,38*40*0,25/0,3=4546. La suma de totes les pèrdues de calor serà de 19628,4 W.

Com a resultat, calculem la potència de la caldera: P_caldera=Q_pèrdues*S_{calefacció_habitacions}*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.

Calcularem el nombre de seccions del radiador per a una de les habitacions. Per a tots els altres, els càlculs són semblants. Per exemple, una habitació cantonera (a l'esquerra, cantonada inferior del diagrama) té una superfície de 10,4 m2.

Això significa 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.

Aquesta habitació requereix 9 seccions de radiador de calefacció amb una potència calorífica de 180 W.

Passem al càlcul de la quantitat de refrigerant del sistema - W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Això vol dir que la velocitat del refrigerant serà: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Com a resultat, una rotació completa de tot el volum de refrigerant del sistema equivaldrà a 2,87 vegades per hora.

Una selecció d'articles sobre càlculs tèrmics us ajudarà a determinar els paràmetres exactes dels elements del sistema de calefacció:

1. Càlcul del sistema de calefacció d'una casa privada: regles i exemples de càlcul
2. Càlcul d'enginyeria tèrmica d'un edifici: especificitats i fórmules per fer càlculs + exemples pràctics

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

A la següent revisió es presenta un càlcul senzill d'un sistema de calefacció per a una casa privada:

Totes les subtileses i els mètodes generalment acceptats per calcular la pèrdua de calor d'un edifici es mostren a continuació:

Una altra opció per calcular les fuites de calor en una casa privada típica:

Aquest vídeo descriu les característiques de la circulació de portadors d'energia per escalfar una llar:

El càlcul tèrmic d'un sistema de calefacció és de naturalesa individual i s'ha de realitzar de manera competent i acurada. Com més precisió es facin els càlculs, menys hauran de pagar els propietaris d'una casa de camp durant el funcionament.

Tens experiència realitzant càlculs tèrmics d'un sistema de calefacció? O encara tens preguntes sobre el tema? Si us plau, comparteix la teva opinió i deixa comentaris. El bloc de comentaris es troba a continuació.