Izračun ogrevanja vode: formule, pravila, primeri izvedbe

Uporaba vode kot hladilne tekočine v ogrevalnem sistemu je ena izmed najbolj priljubljenih možnosti za ogrevanje vašega doma v hladni sezoni.Samo pravilno načrtovati in nato namestiti morate sistem. V nasprotnem primeru bo ogrevanje pri visokih stroških goriva neučinkovito, kar je, vidite, pri današnjih cenah energentov skrajno nezanimivo.

Nemogoče je samostojno izračunati ogrevanje vode (v nadaljnjem besedilu WHE) brez uporabe specializiranih programov, saj izračuni uporabljajo zapletene izraze, katerih vrednosti ni mogoče določiti z običajnim kalkulatorjem. V tem članku bomo podrobno analizirali algoritem za izvajanje izračunov, predstavili uporabljene formule in razmislili o napredku izračunov na posebnem primeru.

Predstavljeno gradivo bomo dopolnili s tabelami z vrednostmi in referenčnimi kazalniki, ki so potrebni pri izvajanju izračunov, tematskih fotografij in videoposnetka, ki prikazuje jasen primer izračunov s programom.

Izračun toplotne bilance stanovanjske konstrukcije

Za izvedbo ogrevalne instalacije, kjer je krožni medij voda, je potrebno najprej natančno določiti hidravlični izračuni.

Pri razvoju in izvedbi katerega koli ogrevalnega sistema je potrebno poznati toplotno bilanco (v nadaljevanju TB).Če poznate toplotno moč za vzdrževanje temperature v prostoru, lahko izberete pravo opremo in pravilno porazdelite njeno obremenitev.

Pozimi ima prostor določene toplotne izgube (v nadaljevanju HL). Glavnina energije izhaja skozi ograjene elemente in prezračevalne odprtine. Manjši stroški nastanejo zaradi infiltracije, ogrevanja objektov itd.

TP so odvisne od plasti, ki sestavljajo ograjene strukture (v nadaljevanju OK). Sodobni gradbeni materiali, zlasti izolacijski, imajo nizke koeficient toplotne prevodnosti (v nadaljevanju CT), zaradi česar se skoznje izgubi manj toplote. Za hiše iste površine, vendar z različnimi OK strukturami, bodo stroški toplote različni.

Poleg določitve TP je pomemben izračun TB doma. Indikator ne upošteva samo količine energije, ki zapusti prostor, ampak tudi količino energije, ki je potrebna za vzdrževanje določenih ravni temperature v hiši.

Najbolj natančne rezultate zagotavljajo specializirani programi, razviti za gradbenike. Zahvaljujoč njim je mogoče upoštevati več dejavnikov, ki vplivajo na TP.

Največja količina toplote zapusti prostor skozi stene, tla, streho, najmanj - skozi vrata, okenske odprtine.

Z visoko natančnostjo lahko izračunate TP doma s pomočjo formul.

Skupni stroški ogrevanja hiše se izračunajo po enačbi:

Q = Q_{v redu} +Q_v,

Kje Q_{v redu} - količina toplote, ki zapusti prostor skozi OK; Q_v — stroški toplotnega prezračevanja.

Izgube zaradi prezračevanja se upoštevajo, če ima zrak, ki vstopa v prostor, nižjo temperaturo.

Izračuni običajno upoštevajo OK z eno stranjo, obrnjeno proti ulici. To so zunanje stene, tla, streha, vrata in okna.

Splošno TP Q_{v redu} enaka vsoti TP vsakega OK, to je:

Q_{v redu} = ∑Q_st +∑Q_{v redu} +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_pl,

Kje:

• Q_st — vrednost TP sten;
• Q_{v redu} — okna TP;
• Q_dv — TP vrata;
  
• Q_ptl — strop TP;
  
• Q_pl — TP nadstropje.

Če ima tla ali strop drugačno strukturo na celotnem območju, se TP izračuna za vsak odsek posebej.

Izračun toplotnih izgub z OK

Za izračune boste potrebovali naslednje podatke:

• struktura sten, uporabljeni materiali, njihova debelina, CT;
• zunanja temperatura med izjemno mrzlo petdnevno zimo v mestu;
• območje OK;
• orientacija OK;
• priporočena temperatura v domu pozimi.

Za izračun TC morate najti skupni toplotni upor R_{v redu}. Če želite to narediti, morate ugotoviti toplotni upor R₁, R₂, R₃, …, R_n vsaka plast je OK.

R-faktor_n izračunano po formuli:

Rn = B/k,

V formuli: B — debelina plasti OK v mm, k — CT skeniranje vsake plasti.

Skupni R se lahko določi z izrazom:

R = ∑R_n

Proizvajalci vrat in oken običajno navedejo koeficient R v podatkovnem listu izdelka, zato ga ni treba posebej izračunati.

Toplotne upornosti oken ni mogoče izračunati, saj so v tehničnem listu že navedeni potrebni podatki, ki poenostavljajo izračun toplotne upornosti.

Splošna formula za izračun TP skozi OK je naslednja:

Q_{v redu} = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

V izrazu:

• S — območje OK, m²;
• t_vnt - želena temperatura prostora;
• t_nar — zunanja temperatura zraka;
• R — koeficient odpornosti, izračunan posebej ali vzet iz podatkovnega lista izdelka;
• l — pojasnjevalni koeficient, ki upošteva orientacijo sten glede na kardinalne točke.

Izračun TB vam omogoča, da izberete opremo potrebne moči, ki bo odpravila možnost pomanjkanja ali presežka toplote. Primanjkljaj toplotne energije se kompenzira s povečanjem pretoka zraka skozi prezračevanje, presežek - z namestitvijo dodatne opreme za ogrevanje.

Toplotni stroški prezračevanja

Splošna formula za izračun prezračevanja TP je naslednja:

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

V izrazu imajo spremenljivke naslednji pomen:

• L_n — poraba vstopnega zraka;
• str_vnt — gostota zraka pri določeni temperaturi v prostoru;
• c — toplotna zmogljivost zraka;
• t_vnt - temperatura v hiši;
• t_nar — temperatura zunanjega zraka.

Če je v stavbi nameščeno prezračevanje, potem parameter L_n vzeto iz tehničnih specifikacij za napravo. Če prezračevanja ni, se vzame standardna specifična stopnja izmenjave zraka 3 m.³ ob enih.

Na podlagi tega je L_n izračunano po formuli:

L_n = 3 × S_pl,

V izrazu S_pl - tlorisna površina.

2 % vseh toplotnih izgub je zaradi infiltracije, 18 % zaradi prezračevanja. Če je prostor opremljen s prezračevalnim sistemom, potem izračuni upoštevajo TP skozi prezračevanje, vendar ne upoštevajo infiltracije

Nato morate izračunati gostoto zraka p_vnt pri določeni sobni temperaturi t_vnt.

To lahko storite s formulo:

str_vnt = 353/(273+t_vnt),

Specifična toplotna kapaciteta c = 1,0005.

Če je prezračevanje ali infiltracija neorganizirana ali so v stenah razpoke ali luknje, je treba izračun TP skozi luknje zaupati posebnim programom.

V našem drugem članku smo podrobno predstavili primer toplotnotehniškega izračuna stavb s posebnimi primeri in formulami.

Primer izračuna toplotne bilance

Predstavljajte si hišo, visoko 2,5 m, široko 6 m in dolgo 8 m, ki se nahaja v mestu Okha v regiji Sahalin, kjer na izjemno hladen 5-dnevni dan termometer pade na -29 stopinj.

Kot rezultat meritve je bila ugotovljena temperatura tal +5. Priporočena temperatura znotraj strukture je +21 stopinj.

Najprimernejši način za risanje diagrama hiše je na papirju, ki označuje ne le dolžino, širino in višino stavbe, temveč tudi orientacijo glede na kardinalne točke, pa tudi lokacijo in dimenzije oken in vrat.

Stene zadevne hiše so sestavljene iz:

• debelina zidakov B=0,51 m, CT k=0,64;
• mineralna volna B=0,05 m, k=0,05;
• lice B=0,09 m, k=0,26.

Pri določanju k je bolje uporabiti tabele, predstavljene na spletni strani proizvajalca, ali poiskati informacije v podatkovnem listu izdelka.

Če poznate toplotno prevodnost, lahko izberete najučinkovitejše materiale z vidika toplotne izolacije. Na podlagi zgornje tabele je v gradbeništvu najbolj priporočljiva uporaba plošč iz mineralne volne in ekspandiranega polistirena.

Talna obloga je sestavljena iz naslednjih slojev:

• OSB plošče B=0,1 m, k=0,13;
• mineralna volna B=0,05 m, k=0,047;
• cementni estrihi B=0,05 m, k=0,58;
• ekspandirani polistiren B=0,06 m, k=0,043.

V hiši ni kleti, etaža pa je po vsej površini enaka.

Strop je sestavljen iz plasti:

• mavčnokartonske plošče B=0,025 m, k= 0,21;
• izolacija B=0,05 m, k=0,14;
• kritina B=0,05 m, k=0,043.

V hiši je samo 6 dvoprekatnih oken z I-steklom in argonom. Iz tehničnega lista za izdelek je razvidno, da je R=0,7. Okna so dimenzij 1,1 x 1,4 m.

Vrata so dimenzij 1x2,2 m, R = 0,36.

Korak #1 - izračun toplotne izgube stene

Stene na celotnem območju so sestavljene iz treh plasti. Najprej izračunajmo njihovo skupno toplotno upornost.

Zakaj uporabiti formulo:

R = ∑R_n,

in izraz:

R_n = B/k

Ob upoštevanju začetnih informacij dobimo:

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

Ko ugotovite R, lahko začnete izračunavati TP severne, južne, vzhodne in zahodne stene.

Dodatni koeficienti upoštevajo posebnosti lokacije sten glede na kardinalne smeri. Običajno se v severnem delu v hladnem vremenu oblikuje "roža vetrov", zaradi česar bo TP na tej strani višji kot na drugih

Izračunajmo površino severne stene:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Nato zamenjava v formulo Q_{v redu} = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l in ob upoštevanju, da je l=1,1, dobimo:

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

Območje južnega obzidja S_juč.st = S_sev.st = 20.

V zidu ni vgrajenih oken ali vrat, zato ob upoštevanju koeficienta l=1 dobimo TP:

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

Za zahodno in vzhodno steno je koeficient l=1,05. Zato lahko najdete skupno površino teh sten, to je:

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

V stene je vgrajenih 6 oken in ena vrata. Izračunajmo skupno površino oken in S vrat:

S_{v redu} = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Opredelimo S stene brez upoštevanja S oken in vrat:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Izračunajmo skupno TP vzhodne in zahodne stene:

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

Po prejemu rezultatov izračunajmo količino toplote, ki uhaja skozi stene:

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

Skupaj je skupna TP sten 6 kW.

2. korak - izračun TP oken in vrat

Okna se nahajajo na vzhodni in zahodni steni, zato je pri izračunu koeficient l=1,05. Znano je, da je struktura vseh struktur enaka in R = 0,7.

Z uporabo zgornjih vrednosti površine dobimo:

Q_{v redu} = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Ker vemo, da za vrata R=0,36 in S=2,2 določimo njihov TP:

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

Posledično pride skozi okna 340 W toplote, skozi vrata pa 42 W.

Korak #3 - določitev TP tal in stropa

Očitno bo površina stropa in tal enaka in se izračuna na naslednji način:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Izračunajmo skupno toplotno odpornost tal ob upoštevanju njegove strukture.

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

Ker vemo, da je temperatura tal t_nar=+5 in ob upoštevanju koeficienta l=1 izračunamo Q tal:

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

Če zaokrožimo navzgor, ugotovimo, da so toplotne izgube tal okoli 3 kW.

Pri izračunih TP je treba upoštevati plasti, ki vplivajo na toplotno izolacijo, na primer beton, plošče, opečni zidovi, izolacija itd.

Določimo toplotni upor stropa R_ptl in njegov 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

Iz tega sledi, da gre skoraj 6 kW skozi strop in tla.

Korak #4 - izračun prezračevanja TP

Prezračevanje v prostoru je organizirano in izračunano po formuli:

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

Glede na tehnične značilnosti je specifični prenos toplote 3 kubične metre na uro, to je:

L_n = 3 × 48 = 144.

Za izračun gostote uporabimo formulo:

str_vnt = 353/(273+t_vnt).

Predvidena sobna temperatura je +21 stopinj.

TP prezračevanja se ne izračuna, če je sistem opremljen z napravo za ogrevanje zraka

Če zamenjamo znane vrednosti, dobimo:

str_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Zamenjajmo dobljene številke v zgornjo formulo:

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

Ob upoštevanju TP za prezračevanje bo skupni Q stavbe:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Če preračunamo v kW, dobimo skupno toplotno izgubo 16 kW.

Značilnosti izračuna SVO

Po iskanju indikatorja TP nadaljujejo s hidravličnim izračunom (v nadaljevanju GR).

Na podlagi tega se pridobijo informacije o naslednjih kazalnikih:

• optimalni premer cevi, ki bo med padci tlaka lahko prepustil določeno količino hladilne tekočine;
• pretok hladilne tekočine na določenem območju;
• hitrost gibanja vode;
• vrednost upornosti.

Preden začnete z izračuni, za poenostavitev izračunov narišite prostorski diagram sistema, na katerem so vsi njegovi elementi razporejeni vzporedno drug z drugim.

Diagram prikazuje ogrevalni sistem z nadzemnim ožičenjem, gibanje hladilne tekočine je slepo ulico

Razmislimo o glavnih fazah izračuna ogrevanja vode.

GR glavnega obtočnega obroča

Metoda za izračun GR temelji na predpostavki, da so temperaturne razlike v vseh dvižnih vodih in odcepih enake.

Algoritem izračuna je naslednji:

1. V prikazanem diagramu so ob upoštevanju toplotnih izgub uporabljene toplotne obremenitve, ki delujejo na grelne naprave in dvižne cevi.
2. Na podlagi diagrama se izbere glavni obtočni obroč (v nadaljevanju MCC). Posebnost tega obroča je, da ima v njem cirkulacijski tlak na enoto dolžine obroča najnižjo vrednost.
3. FCC je razdeljen na odseke s konstantno porabo toplote. Za vsak odsek navedite število, toplotno obremenitev, premer in dolžino.

V navpičnem enocevnem sistemu se kot glavni obtočni krog vzame obroč, skozi katerega poteka najbolj obremenjen dvižni vod med slepim koncem ali povezanim gibanjem vode vzdolž glavnega omrežja.Podrobneje smo govorili o povezovanju obtočnih obročev v enocevnem sistemu in izbiri glavnega v naslednjem članku. Posebno pozornost smo posvetili vrstnemu redu izračunov, pri čemer smo zaradi jasnosti uporabili poseben primer.

V navpičnih dvocevnih sistemih gre glavna cirkulacijska tekočina skozi spodnjo grelno napravo, ki ima največjo obremenitev med slepim koncem ali povezanim gibanjem vode

V vodoravnem enocevnem sistemu mora imeti glavni obtočni krog najnižji obtočni tlak in enoto dolžine obroča. Za sisteme z naravno cirkulacijo situacija je podobna.

Pri razvoju dvižnih vodov navpičnega sistema enocevnega tipa se pretočni, pretočno regulirani dvižni vodi, ki vključujejo enotne komponente, obravnavajo kot eno vezje. Za dvižne cevi z zapiralnimi odseki se izvede ločitev ob upoštevanju distribucije vode v cevovodu vsake enote instrumenta.

Poraba vode na določenem območju se izračuna po formuli:

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

V izrazu imajo abecedni znaki naslednje pomene:

• Q_kont — toplotna obremenitev tokokroga;
• β_1, β₂ — dodatni tabelarični koeficienti, ki upoštevajo prenos toplote v prostoru;
• c — toplotna kapaciteta vode, enaka 4,187;
• t_r — temperatura vode v dovodnem vodu;
• t₀ — temperatura vode v povratnem vodu.

Po določitvi premera in količine vode je treba ugotoviti hitrost njenega gibanja in vrednost specifičnega upora R. Vse izračune je najprimerneje izvesti s posebnimi programi.

GR sekundarni obtočni obroč

Po GR glavnega obroča se določi tlak v majhnem obtočnem obroču, ki se tvori skozi njegove najbližje dvižne cevi, ob upoštevanju, da se lahko izgube tlaka razlikujejo za največ 15% v slepem krogu in za največ 5% v prehodni krog.

Če izgube tlaka ni mogoče povezati, namestite dušilno podložko, katere premer se izračuna s pomočjo programskih metod.

Izračun radiatorskih baterij

Vrnimo se k zgornjemu načrtu hiše. Z izračuni je bilo ugotovljeno, da bo za vzdrževanje toplotne bilance potrebnih 16 kW energije. Predmetna hiša ima 6 prostorov za različne namene - dnevno sobo, kopalnico, kuhinjo, spalnico, hodnik in predsobo.

Na podlagi dimenzij konstrukcije lahko izračunate prostornino V:

V=6×8×2,5=120 m³

Nato morate najti količino toplotne moči na m³. Da bi to naredili, je treba Q deliti z najdeno prostornino, to je:

P=16000/120=133 W na m³

Nato morate določiti, koliko ogrevalne moči je potrebna za eno sobo. V diagramu je že izračunana površina vsake sobe.

Določimo glasnost:

• kopalnica – 4.19×2.5=10.47;
• dnevna soba – 13.83×2.5=34.58;
• kuhinja – 9.43×2.5=23.58;
• spalnica – 10.33×2.5=25.83;
• koridor – 4.10×2.5=10.25;
• hodnik – 5.8×2.5=14.5.

Pri izračunih je treba upoštevati tudi prostore, v katerih ni radiatorjev, na primer hodnik.

Hodnik se ogreva pasivno, toplota bo pritekala vanj zaradi kroženja toplotnega zraka pri gibanju ljudi, skozi vrata itd.

Določimo potrebno količino toplote za vsak prostor tako, da prostornino prostora pomnožimo z indeksom R.

Dobimo zahtevano moč:

• za kopalnico — 10,47×133=1392 W;
• za dnevno sobo — 34,58×133=4599 W;
• za kuhinjo — 23,58×133=3136 W;
• za spalnico — 25,83×133=3435 W;
• za hodnik — 10,25×133=1363 W;
• za hodnik — 14,5×133=1889 W.

Začnimo z izračunom radiatorskih baterij. Uporabili bomo aluminijaste radiatorje, katerih višina je 60 cm, moč pri temperaturi 70 je 150 W.

Izračunajmo potrebno število radiatorskih baterij:

• kopalnica — 1392/150=10;
• dnevna soba — 4599/150=31;
• kuhinja — 3136/150=21;
• spalnica — 3435/150=23;
• hodnik — 1889/150=13.

Skupaj potrebno: 10+31+21+23+13=98 radiatorskih baterij.

Na naši spletni strani imamo tudi druge članke, v katerih smo podrobno preučili postopek za izvedbo toplotnih izračunov ogrevalnega sistema, postopne izračune moči radiatorjev in ogrevalnih cevi. In če vaš sistem zahteva ogrevana tla, boste morali opraviti dodatne izračune.

Vsa ta vprašanja so podrobneje obravnavana v naših naslednjih člankih:

• Toplotni izračun ogrevalnega sistema: kako pravilno izračunati obremenitev sistema
• Izračun ogrevalnih radiatorjev: kako izračunati potrebno število in moč baterij
• Izračun prostornine cevi: načela izračunov in pravila za izračune v litrih in kubičnih metrih
• Kako izračunati ogrevana tla na primeru vodnega sistema
• Izračun cevi za ogrevana tla: vrste cevi, metode in korak polaganja + izračun pretoka

Zaključki in uporaben video na to temo

V videu si lahko ogledate primer izračuna ogrevanja vode, ki se izvaja s programom Valtec:

Hidravlične izračune je najbolje izvesti s posebnimi programi, ki zagotavljajo visoko natančnost izračunov in upoštevajo vse nianse zasnove.

Ste specializirani za izračun ogrevalnih sistemov z uporabo vode kot hladilne tekočine in želite naš članek dopolniti z uporabnimi formulami in deliti poklicne skrivnosti?

Ali pa se želite osredotočiti na dodatne izračune ali opozoriti na netočnosti v naših izračunih? Napišite svoje komentarje in priporočila v blok pod člankom.