Използването на водата като топлоносител в отоплителната система е една от най-популярните опции за поддържане на топлината на дома през студения сезон. Необходимо е само правилно да се проектира и след това да се инсталира системата. В противен случай отоплението ще бъде неефективно при високи разходи за гориво, което, както виждате, е изключително безинтересно при настоящите цени на енергията.
Не е възможно самостоятелно изчисляване на нагряването на водата (наричано по-нататък - ИТС) без използването на специализирани програми, тъй като изчисленията използват сложни изрази, които не могат да бъдат определени със стандартен калкулатор. В тази статия ще разгледаме подробно алгоритъма за извършване на изчисленията, ще използваме използваните формули, като разгледаме хода на изчисленията, използвайки конкретен пример.
Представеният материал ще бъде допълнен с таблици със стойности и референтни показатели, които са необходими по време на изчисленията, тематична снимка и видеоклип, което показва добър пример за изчисление чрез използване на програмата.
Изчисляване на топлинния баланс на жилищната структура
За въвеждането на отоплителна инсталация, където водата действа като циркулиращо вещество, е необходимо първо да се извършат точни хидравлични изчисления.
При разработването и прилагането на всякакъв вид отоплителна система е необходимо да се знае топлинния баланс (по-нататък - ТБ). Познавайки топлинната мощност за поддържане на температурата в помещението, можете да изберете подходящото оборудване и правилно да разпределите товара.
През зимата стаята носи определена топлинна загуба (по-нататък - ТП). По-голямата част от енергията преминава през ограждащите елементи и вентилационните отвори. Незначителни разходи за инфилтрация, загряване на обекти и др.
Компетентното изчисляване на загряването на водата по аналогия с други типове системи е необходимо за избора на отоплително тяло, което може напълно да компенсира загубите на топлина. 
Изчисленията обобщават всички видове загуби през обвивката на сградата, течове през отворите на вратите и прозорците. 
При изчисляване на мощността на оборудването е необходимо да се вземе предвид необходимостта от нагряване на въздуха, постъпващ в помещенията по време на вентилация и чрез свободно затворени прозорци и крила на вратата. 
Задължително е да се вземе предвид нагряването на въздушния поток, осигурен чрез принудителна вентилация с функцията на частично смесване на прясна част от въздуха. 
При включване на двуконтурен котел в отоплителната схема, изчисляването на действителната мощност взема предвид енергията, изразходвана за нагряване на горещата вода. 
Правилно извършените изчисления включват определянето на ефективността на отоплителния блок и използваното гориво. 
Повечето отоплителни кръгове в отопляваното помещение са поставени открито, с изключение на структурно разположените в пода или стените на опциите. В затворени вериги е необходимо да се вземе предвид енергията за отоплителните структури. 
При отворени отоплителни схеми, които влизат в пряк контакт с атмосферата през разширителния съд, се вземат предвид загубите от охлаждането на охлаждащата течност.
TP зависи от слоевете, които съставляват ограждащите конструкции (по-нататък - OK). Съвременните строителни материали, по-специално изолацията, имат нисък коефициент на топлопроводимост (по-нататък - КТ), така че чрез тях се губи по-малко топлина. За къщи от същия район, но с различна структура ОК, разходите за топлина ще бъдат различни.
В допълнение към определянето на ТП е важно да се изчисли ТБ на дома. Индикаторът отчита не само количеството енергия, излизащо от помещението, но и количеството необходима мощност за поддържане на определени мерки в къщата.
Най-точните резултати се осигуряват от специализирани програми, предназначени за строители. Благодарение на тях е възможно да се вземат предвид повече фактори, засягащи ТП.
Най-голямото количество топлина излиза от стаята през стените, пода, покрива, най-малко - през вратите, прозорците.
С висока точност е възможно да се изчисли ТР на жилището с помощта на формули.
Общите разходи за отопление на къщата се изчисляват по уравнението:
Q = Q ok + Q v,
Където Q ok е количеството топлина, което напуска стаята чрез OK; Q v - консумацията на топлина от вентилацията.
Загубите чрез вентилация се вземат под внимание, ако въздухът, влизащ в помещението, има по-ниска температура.
Изчисленията обикновено се вземат предвид ОК, влизайки в едната страна на улицата. Това са външни стени, под, покрив, врати и прозорци.
Общата TP Q ok е равна на сумата от TP всеки OK, т.е.
Q ok = stQ st + ∑Q okn + dvQ dv + ptQ ptl + plQ pl,
когато:
- Q st - стойността на TP на стените;
- Q okn - прозорци TP;
- Q dv - TP врати;
- Q ptl - таван на TP;
- Q pl - Етаж от ТП.
Ако подът или таванът имат различна структура по цялата площ, тогава ТР се изчислява за всяка секция поотделно.
Изчисляване на топлинните загуби чрез ОК
За изчисления се изисква следната информация:
- структура на стената, използвани материали, тяхната дебелина, CT;
- външна температура в изключително студената петдневна зима в града;
- област OK;
- ориентация OK;
- препоръчваната температура в жилището през зимата.
За да изчислите ТР, трябва да намерите общото топлинно съпротивление R прибл . За да направите това, трябва да знаем термичното съпротивление R 1, R 2, R 3, …, R n на всеки слой OK.
Коефициентът R n се изчислява по формулата:
Rn = B / k,
Във формулата: B е дебелината на OK слоя в mm, k е КТ на всеки слой.
Общо R може да се определи чрез израза:
R = nR n
Производителите на врати и прозорци обикновено посочват коефициента R в паспорта на продукта, така че не е необходимо да го преброявате отделно.
Топлинната устойчивост на прозорците не може да се изчисли, тъй като техническият информационен лист вече съдържа необходимата информация, което опростява изчисляването на ТР
Общата формула за изчисляване на TP чрез OK е следната:
Q ok = ×S × (t vnt - t nar ) × R × l,
По отношение на:
- S - площ OK, m 2 ;
- t vnt е желаната стайна температура;
- t nar - температура на външния въздух;
- R - коефициент на съпротивление, изчислен отделно или от паспорта на продукта;
- l - определяне на коефициент, отчитащ ориентацията на стените по отношение на кардиналните точки.
Изчисляването на TB ви позволява да изберете оборудването с необходимия капацитет, което елиминира вероятността от топлинен дефицит или излишък. Недостигът на топлинна енергия се компенсира чрез увеличаване на въздушния поток през вентилацията, излишъка - чрез инсталиране на допълнително отоплително оборудване.
Консумация на топлина от вентилация
Общата формула за изчисляване на ТР на вентилацията е следната:
Q v = 0.28 × L n × p vnt × c × (t vnt - t nar ),
В израза променливите имат следното значение:
- L n - стойността на постъпващия въздух;
- p vnt - плътност на въздуха при определена температура в помещението;
- c е топлинният капацитет на въздуха;
- t vnt - температурата в къщата;
- t nar - външна температура на въздуха.
Ако в сградата е инсталирана вентилация, тогава параметърът L n се взема от техническите характеристики на устройството. Ако няма вентилация, тогава се взема стандартният индикатор за специфичен обмен на въздух, равен на 3 m 3 на час.
Въз основа на това, L n се изчислява по формулата:
L n = 3 × S pl ,
По отношение на S pl - площ.
2% от всички топлинни загуби се дължат на инфилтрация, 18% - на вентилация. Ако помещението е оборудвано с вентилационна система, тогава изчисленията вземат предвид ТР чрез вентилация и не вземат под внимание инфилтрацията.
След това трябва да изчислите плътността на въздуха p vnt при дадена температура t vnt .
Това може да стане по формулата:
p vnt = 353 / (273 + t vnt) ,
Специфичен топлинен капацитет с = 1.0005.
Ако вентилацията или инфилтрацията е неорганизирана, има пропуски или дупки в стените, след което изчисляването на ТР през отворите трябва да се възложи на специални програми.
В нашата друга статия даваме подробен пример за проектирането на топлотехника на сграда със специфични примери и формули.
Пример за изчисляване на топлинния баланс
Помислете за къща с височина 2, 5 м, широчина 6 м и дължина 8 м, разположена в град Оха в района на Сахалин, където термометърът термометър пада с -29 градуса до изключително студен 5-дневен период.
В резултат на измерването, температурата на почвата беше зададена на +5. Препоръчителната температура в структурата е +21 градуса.
Най-удобно е да се изобрази схемата на къщата върху хартия, като се посочват не само дължината, ширината и височината на сградата, но и ориентацията по отношение на кардиналните точки, както и местоположението, размерите на прозорците и вратите.
Стените на въпросната къща се състоят от:
- дебелина на зидарията B = 0.51 m, CT k = 0.64;
- минерална вата В = 0.05 m, k = 0.05;
- B = 0.09 m, k = 0.26.
Когато се определя k, е по-добре да се използват таблиците, представени на уебсайта на производителя, или да се намери информация в информационния лист за продукта.
Познавайки топлопроводимостта, е възможно да се изберат най-ефективните материали от гледна точка на топлоизолацията. Въз основа на горната таблица, тя е най-подходяща за използване при изграждането на минерална вата и полистиролна пяна
Подовата настилка се състои от следните слоеве:
- OSB плочи B = 0.1 m, k = 0.13;
- minwats В = 0.05 m, k = 0.047;
- циментова замазка B = 0.05 m, k = 0.58;
- експандиран полистирен В = 0.06 m, k = 0.043.
В къщата няма мазе, а етажът е със същата структура по цялата площ.
Таванът се състои от пластове:
- листове сухото строителство В = 0.025 m, k = 0.21;
- изолация В = 0.05 m, k = 0.14;
- покривни покриви B = 0.05 m, k = 0.043.
Няма изходи към тавана.
В къщата има само 6 двукамерни прозорци с I-стъкло и аргон. От техническия паспорт на продуктите е известно, че R = 0.7. Прозорците са с размери 1.1x1.4 m.
Вратите са с размери 1x2.2 m, R = 0.36.
Стъпка # 1 - изчисляване на загубата на топлина на стената
Стените в цялата зона се състоят от три слоя. Първо изчисляваме общата им топлинна устойчивост.
Защо да използваме формулата:
R = nR n ,
и изразът:
Rn = b / k
Като се има предвид първоначалната информация, получаваме:
R = 0.51 / 0.64 + 0.05 / 0.05 + 0.09 / 0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14
След като се научи R, може да се пристъпи към изчисленията на ТС на северната, южната, източната и западната стени.
Допълнителни фактори отчитат особеностите на разположението на стените по отношение на кардиналните точки. Обикновено в северната част по време на студеното време се образува „роза от ветрове“, в резултат на което ТП от тази страна ще бъде по-висока, отколкото от други
Изчислете площта на северната стена:
S септември = 8 × 2.5 = 20
След това, замествайки с Q ok = ∑S × (t vnt −t nar ) × R × l във формулата и вземайки предвид, че l = 1.1, получаваме:
Q sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354
Площта на южната стена S yuch.st = S sev.st = 20.
В стената няма вградени прозорци или врати, следователно, като се вземе предвид коефициента l = 1, получаваме следната ТР:
Q yuch.st = 20 × (21 + 29) × 1 × 2.14 = 2140
За западните и източните стени коефициентът е l = 1.05. Затова можете да намерите общата площ на тези стени, а именно:
S zap.st + S vost.st = 2 × 2, 5 × 6 = 30
Има 6 прозорци и една врата, вградена в стените. Изчислете общата площ на прозорците и S вратите:
S okn = 1, 1 × 1, 4 × 6 = 9, 24
S dv = 1 × 2.2 = 2.2
Дефинирайте S стените без S прозорци и врати:
S vost + zap = 30 - 9.24 - 2.2 = 18.56
Изчисляваме общия ТР на източната и западната стени:
Q vost + zap = 18.56 × (21 + 29) × 2.14 × 1.05 = 2085
След като получим резултатите, изчисляваме количеството топлина, излизаща през стените:
Qst = Q седмст + Q yуч.ст + Q вост + зап = 2140 + 2085 + 2354 = 6579
Общите общи стени на ТР са 6 kW.
Стъпка # 2 - Изчисляване на прозорците и вратите на ТР
Прозорците са разположени на източната и западната стена, така че при изчисляване коефициентът е l = 1.05. Известно е, че структурата на всички структури е еднаква и R = 0.7.
Използвайки посочените по-горе стойности на областите, получаваме:
Q okn = 9.24 × (21 + 29) х 1.05 х 0.7 = 340
Знаейки, че за врати R = 0.36 и S = 2.2, ние ги определяме ТР:
Q dv = 2, 2 × (21 + 29) × 1, 05 × 0, 36 = 42
В резултат на това през прозорците излизат 340 W топлина и 42 W през вратите.
Стъпка # 3 - определяне на пода и тавана на ТП
Очевидно площта на тавана и пода ще бъде същата и се изчислява, както следва:
S pol = S ptl = 6 × 8 = 48
Изчислява се общото топлинно съпротивление на пода, като се вземе предвид неговата структура.
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
Знаейки, че температурата на почвата t nar = + 5 и като се вземе предвид коефициента l = 1, изчисляваме Q на пода:
Q pol = 48 × (21 - 5) × 1 × 3.4 = 2611
Закръглявайки се, получаваме, че топлинните загуби на пода са около 3 kW.
При изчисленията на ТР е необходимо да се вземат предвид слоевете, които засягат топлоизолацията, например бетон, плоскости, тухлена зидария, изолация и др.
Определяне на термичното съпротивление на тавана R ptl и неговото 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 х (21 + 29) х 1 х 1.18 = 2832
От това следва, че през тавана и пода минава почти 6 kW.
Стъпка # 4 - Изчисляване на вентилационната ТР
Организирана е вентилация на закрито, изчислена по формулата:
Q v = 0.28 × L n × p vnt × c × (t vnt - t nar )
Въз основа на техническите характеристики, специфичният топлообмен е 3 кубични метра на час, т.е.
L n = 3 х 48 = 144.
За да изчислим плътността, използваме формулата:
pvnt = 353 / (273 + t vnt ).
Дизайнът на стайна температура е + 21 градуса.
TP вентилацията не се изчислява, ако системата е оборудвана с устройство за нагряване на въздуха
Подменяйки известните стойности, получаваме:
pvnt = 353 / (273 + 21) = 1.2
Заместете получените цифри в горната формула:
Q v = 0, 28 × 144 × 1, 2 × 1, 005 × (21 - 29) = 2431
Като се има предвид ТР за вентилация, общата Q на сградата ще бъде:
Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.
Преведено в kW, получаваме обща топлинна загуба от 16 kW.
При изчисленията на отоплителна единица за загряване на топла вода трябва да се вземе предвид калоричността на горивото - количеството топлина, отделяна при неговото изгаряне. 
При изгарянето на 1 кг въглища се отделят 5 600–7 000 ккал / кг топлинна енергия и само 2 200–3 200 ккал / кг се отделят при изгарянето на кафявия аналог. 
Малко по-ефикасно от кафявите въглища са дърва за огрев, които доставят само 2700–3200 kcal / kg. Въпреки това, той е един от най-евтините и най-достъпните горива. 
Най-полезно за използване в частни битови газове, излъчващи 8400 kcal / Nm³ при изгаряне на един кубичен метър от него. Въпреки това, когато се използва газ от бутилки или газхолдер цените ще бъдат по-високи
Характеристики на изчисляването на CBO
След намирането на индикатора за ТР те преминават към хидравлично изчисление (наричано по-нататък ГР).
На негова основа получавате информация за следните показатели:
- оптимален диаметър на тръбите, който с понижаване на налягането ще може да премине определено количество охлаждаща течност;
- поток на охлаждаща течност в определена област;
- водни скорости;
- стойност на съпротивлението.
Преди да започнем изчисленията, за да опростим изчисленията, те изобразяват пространствената схема на системата, в която всички нейни елементи са разположени паралелно един на друг.
На диаграмата е показана отоплителната система с горна инсталация, движението на охлаждащата течност - задънена
Разгледайте основните етапи на изчисляването на водата.
GR циркулационен пръстен
Методът за изчисляване на GR се основава на предположението, че във всички щрангове и разклонения температурните капки са същите.
Алгоритъмът за изчисление е както следва:
- В показаната диаграма, като се вземат предвид топлинните загуби, се прилагат топлинни товари, действащи върху отоплителни устройства и щрангове.
- Въз основа на схемата изберете основния циркулиращ пръстен (наричан по-нататък - FCC). Особеността на този пръстен е, че в него циркулационното налягане на единица дължина на пръстена е с най-малка стойност.
- FCC се разделя на зони с постоянна консумация на топлина. За всяко място посочете броя, топлинния товар, диаметъра и дължината.
Във вертикалната система с една тръба, fcc се приема като пръстен, през който преминава най-натоварената щранг по време на задънена улица или след движение на водата по магистралите. Обсъдихме по-подробно свързването на циркулиращите пръстени в еднотръбни системи и избора на основния в следващата статия. Отделно обърнахме внимание на процедурата за извършване на изчисления, използвайки конкретен пример за яснота.
При вертикални системи от двутръбен тип, HCC преминава през долното нагревателно устройство, което има максимално натоварване по време на мъртвата или следваща движение на водата
В хоризонталната система с един тръбопровод, fcc трябва да има най-ниското циркулиращо налягане и единица от дължината на пръстена. За системите с естествена циркулация ситуацията е подобна.
С GH на вертикални вертикални щрангове от един тръбен тип, потоци, регулируеми щрангове, имащи в състава си унифицирани единици, се считат за един контур. За щрангове с затварящи секции се отделя, като се отчита разпределението на водата в тръбопровода на всеки уред за измерване.
Потреблението на вода в дадена област се изчислява по формулата:
G kont = (3.6 × Q kont × β 1 × β 2 ) / ((t r - t 0 ) × c)
В израза буквалните символи приемат следните стойности:
- Q контур - верига на термичното натоварване;
- β 1, β 2 - допълнителни таблични коефициенти, които отчитат преноса на топлина в помещението;
- c е топлинната мощност на водата, равна на 4.187;
- t r - температура на водата в захранващата линия;
- t 0 - температурата на водата в обратния тръбопровод.
След като се определи диаметърът и количеството на водата, е необходимо да се установи скоростта на движение и стойността на съпротивлението R. Всички изчисления се извършват най-добре с помощта на специални програми.
GH вторичен циркулиращ пръстен
След основния пръстен GH, налягането в малкия циркулационен кръг се определя чрез най-близките щрангове, като се има предвид, че загубите на налягане могат да се различават с не повече от 15% при задънена верига и не повече от 5% при преминаване.
Ако не е възможно да се свърже загубата на налягане, монтирайте дроселова шайба, чийто диаметър се изчислява с помощта на софтуерни методи.
Изчисляване на радиаторни батерии
Връщаме се към плана на къщата, намираща се по-горе. Чрез изчисления беше установено, че за поддържане на топлинния баланс ще е необходима 16 kW енергия. В тази къща има 6 стаи за различни цели - хол, баня, кухня, спалня, коридор, преддверие.
Въз основа на размерите на конструкцията е възможно да се изчисли обемът V:
V = 6 × 8 × 2, 5 = 120 m 3
След това трябва да намерите количеството топлинна мощност на м 3 . За да направите това, Q трябва да бъде разделен на намерения обем, т.е.
Р = 16000/120 = 133 W на m 3
След това трябва да определите колко топлинен капацитет ще се изисква за една стая. В диаграмата площта на всяка стая вече е изчислена.
Определете силата на звука:
- банята е 4.19 × 2.5 = 10.47;
- дневна - 13.83 × 2.5 = 34.58;
- кухня - 9.43 × 2.5 = 23.58;
- спалня - 10.33 × 2.5 = 25.83;
- коридор - 4.10 × 2.5 = 10.25;
- входно антре - 5.8 × 2.5 = 14.5.
Изчисленията също трябва да вземат предвид помещенията, в които няма отоплителни батерии, например коридор.
Коридорът се отоплява пасивно, топлината ще влезе в нея поради циркулацията на топлинен въздух при движение на хора, през врати и др.
Определете необходимото количество топлина за всяка стая, като умножите обема на помещението с индикатора R.
Получете необходимата мощност:
- за банята - 10.47 × 133 = 1392 W;
- за хола - 34.58 × 133 = 4599 W;
- за кухнята - 23.58 × 133 = 3136 W;
- за спалнята - 25.83 × 133 = 3435 W;
- за коридора - 10.25 × 133 = 1363 W;
- за коридора - 14, 5 × 133 = 1889 W.
Пристъпваме към изчисляване на радиаторни батерии. Ще използваме алуминиеви радиатори, чиято височина е 60 см, мощността при температура от 70 е равна на 150 вата.
Изчислете необходимия брой радиаторни батерии:
- баня - 1392/150 = 10;
- дневна - 4599/150 = 31;
- кухня - 3136/150 = 21;
- спалня - 3435/150 = 23;
- входно антре - 1889/150 = 13.
Общо необходимо: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 радиаторни батерии.
На сайта имаме и други артикули, в които подробно сме прегледали реда, по който се извършва топлинното изчисление на отоплителната система, стъпка по стъпка изчисляването на мощността на радиаторите и отоплителните тръби. И ако вашата система приеме наличието на топли подове, тогава ще трябва да извършите допълнителни изчисления.
По-подробно всички тези въпроси са разгледани в следните статии:
- Термично изчисление на отоплителната система: как правилно да се изчисли натоварването на системата
- Изчисляване на отоплителни радиатори: как да се изчисли необходимия брой и мощност на батериите
- Изчисляване на обема на тръбата: принципи на изчисление и правила за изготвяне на изчисления в литри и кубични метри
- Как да се направи изчислението на топъл под на примера на водната система
- Изчисляване на тръби за подово отопление: видове тръби, методи и стъпка на монтаж + изчисляване на консумацията
Заключения и полезно видео по темата
Във видеото можете да видите пример за изчисляване на загряването на водата, което се осъществява с помощта на програмата Valtec:
Хидравличните изчисления най-добре се извършват с помощта на специални програми, които гарантират висока точност на изчисленията, като се вземат предвид всички нюанси на дизайна .
Специализирате ли се в изчисляването на отоплителните системи, използващи вода като топлоносител и искате да допълвате нашата статия с полезни формули, да споделяте професионални тайни?
Или може би искате да се фокусирате върху допълнителни изчисления или да посочите неточността в нашите изчисления? Моля, напишете вашите коментари и препоръки в блока по статията.