Obciążenie cieplne przy ogrzewaniu i inne parametry

Tematem tego artykułu jest definicja obciążenia cieplnego ogrzewania i innych parametrów, które należy obliczyć dla autonomicznego systemu ogrzewania. Materiał skupia się przede wszystkim na właścicielach prywatnych domów, z dala od urządzeń grzewczych i wymagających najprostszych formuł i algorytmów.

Więc idź.

Nadmiarowość i dokładne obliczenia

Od samego początku konieczne jest określenie jednej subtelności obliczeń: absolutnie dokładne wartości strat ciepła przez podłogę, sufit i ściany, które system grzewczy musi zrekompensować, są prawie niemożliwe do obliczenia. Możesz mówić tylko o pewnym stopniu wiarygodności szacunków.

Powodem jest to, że zbyt wiele czynników wpływa na utratę ciepła:

• Odporność termiczna ścian kapitałowych i wszystkich warstw materiałów wykończeniowych.
• Obecność lub brak zimnych mostów.
• Róża wiatrów i położenie domu na terenie.
• Praca wentylacji (która z kolei znowu zależy od siły i kierunku wiatru).
• Stopień nasłonecznienia okien i ścian.

Jest kilka dobrych wiadomości. Praktycznie wszystkie nowoczesne kotły grzewcze i rozproszone systemy grzewcze (podgrzewane podłogi, konwektory elektryczne i gazowe itp.) Są dostarczane z termostatami, które mierzą zużycie ciepła w zależności od temperatury w pomieszczeniu.

Z praktycznego punktu widzenia oznacza to, że nadwyżka mocy cieplnej wpłynie tylko na tryb ogrzewania: na przykład 5 kWh ciepła nie zostanie podane w ciągu jednej godziny ciągłej pracy przy mocy 5 kW, ale w ciągu 50 minut pracy przy mocy 6 kW. W ciągu następnych 10 minut kocioł lub inne urządzenie grzewcze pozostanie w trybie czuwania, nie zużywając elektryczności ani energii.

Dlatego: w przypadku obliczania obciążenia cieplnego naszym zadaniem jest ustalenie jego minimalnej dopuszczalnej wartości.

Jedyny wyjątek od ogólnej zasady wiąże się z eksploatacją klasycznych kotłów na paliwo stałe i wynika z faktu, że spadek ich mocy cieplnej wiąże się z poważnym spadkiem wydajności z powodu niepełnego spalania paliwa. Problem rozwiązuje się, instalując akumulator ciepła w obwodzie i dławiąc go za pomocą głowic termicznych.

Po rozpaleniu kocioł pracuje z pełną mocą i z maksymalną wydajnością aż do całkowitego spalenia węgla lub drewna opałowego; następnie zgromadzony akumulator ciepła zużyty na ciepło jest wydawany na utrzymanie optymalnej temperatury w pomieszczeniu.

Większość innych parametrów, które należy obliczyć, również pozwala na pewną nadmiarowość. Jednak o tym - w odpowiednich sekcjach artykułu.

Lista parametrów

Co właściwie powinniśmy wziąć pod uwagę?

• Całkowite obciążenie cieplne przy ogrzewaniu domu. Odpowiada to minimalnej wymaganej mocy kotła lub całkowitej mocy urządzeń w rozproszonym systemie grzewczym.
• Zapotrzebowanie na ciepło w oddzielnym pomieszczeniu.
• Liczba sekcji grzejnika przekroju i wielkość rejestru odpowiadająca pewnej wartości mocy cieplnej.

Uwaga: w przypadku gotowych grzejników (konwektorów, grzejników płytowych itp.) Producenci zazwyczaj podają łączną moc cieplną w dokumentacji towarzyszącej.

• Średnica rurociągu zdolnego do ogrzewania wody w celu zapewnienia niezbędnego przepływu ciepła.
• Parametry pompy obiegowej, która napędza chłodziwo w obwodzie o określonych parametrach.
• Wielkość zbiornika wyrównawczego, aby zrekompensować rozszerzalność cieplną chłodziwa.

Przejdźmy do wzorów.

Obciążenie cieplne

Jednym z głównych czynników wpływających na jego wartość jest stopień izolacji domu. SNiP 23-02-2003, regulujące ochronę cieplną budynków, normalizuje ten czynnik, wyprowadzając zalecane wartości oporu cieplnego ścian dla każdego regionu kraju.

Przedstawiamy dwa sposoby wykonywania obliczeń: dla budynków zgodnych z SNiP 23-02-2003 oraz dla domów o niestandardowym oporze cieplnym.

Znormalizowana odporność termiczna

Instrukcje obliczania mocy cieplnej w tym przypadku wyglądają tak:

• Jako wartość bazową przyjmuje się 60 watów na 1 m3 całkowitej (w tym ściany) objętości domu.
• Dla każdego z okien dodaje się dodatkowo 100 watów ciepła.. Za każde drzwi prowadzące na ulicę - 200 watów.

• Dodatkowy czynnik służy do zrekompensowania strat, które wzrastają w zimnych regionach.

Dla przykładu, wykonajmy obliczenia dla domu mierzącego 12 * 12 * 6 metrów z dwunastoma oknami i dwojgiem drzwi na ulicę w Sewastopolu (średnia styczniowa temperatura wynosi + 3C).

1. Ogrzewana objętość wynosi 12 * 12 * 6 = 864 metrów sześciennych.
2. Podstawowa moc cieplna wynosi 864 * 60 = 51 840 watów.
3. Okna i drzwi nieco ją zwiększą: 51840+ (12 * 100) + (2 * 200) = 53440.
4. Wyjątkowo łagodny klimat, ze względu na bliskość morza, zmusi nas do zastosowania współczynnika regionalnego 0,7. 53440 * 0,7 = 37408 watów. Jest na tej wartości i możesz nawigować.

Nienormalny opór cieplny

Co zrobić, jeśli jakość izolacji domowej jest zauważalnie lepsza lub gorsza od zalecanej? W tym przypadku, aby oszacować obciążenie cieplne, można zastosować formułę postaci Q = V * Dt * K / 860.

W tym:

• Q - ceniona moc cieplna w kilowatach.
• V to ogrzewana objętość w metrach sześciennych.
• Dt to różnica temperatur między ulicą a domem. Zwykle delta jest brana między zalecaną wartością dla wewnętrznego użytku budynku (+18 - + 22С) a średnią minimalną temperaturą ulicy w najzimniejszym miesiącu w ciągu ostatnich kilku lat.

Wyjaśnijmy: liczenie na absolutne minimum jest z zasady bardziej poprawne; Będzie to jednak oznaczać nadmierne koszty kotła i urządzeń grzewczych, których pełna pojemność będzie dostępna tylko raz na kilka lat. Ceną niewielkiego niedoszacowania obliczonych parametrów jest pewien spadek temperatury w pomieszczeniu w szczycie zimnej pogody, który można łatwo zrekompensować przez włączenie dodatkowych grzejników.

• K - współczynnik izolacji, który można pobrać z poniższej tabeli. Wartości pośrednie współczynnika są wyznaczane przez przybliżenie.

Powtórzmy obliczenia dla naszego domu w Sewastopolu, wskazując, że jego ściany mają ściany murowane o grubości 40 cm (porowata skała osadowa) bez zewnętrznego wykończenia, a szyby są wykonane z okien jednoszybowych.

1. Przyjmuje się, że współczynnik izolacji cieplnej wynosi 1,2.
2. Obliczyliśmy wcześniej wielkość domu; jest równa 864 m3.
3. Przyjmiemy temperaturę wewnętrzną równą zalecanemu SNiP dla regionów o niższym szczycie temperatur powyżej -31С - +18 stopni. Informacje o przeciętnym minimum podpowiedzą światowej sławy encyklopedię internetową: jest ona równa -0,4C.
4. Obliczenia będą zatem miały postać Q = 864 * (18 - -0,4) * 1,2 / 860 = 22,2 kW.

Jak łatwo zauważyć, obliczenia dały wynik, który różni się od wyniku uzyskanego przez pierwszy algorytm o półtora raza. Przede wszystkim dlatego, że średnie minimum używane przez nas znacznie różni się od absolutnego minimum (około -25 ° C). Zwiększenie delty temperatury o półtorej godziny dokładnie w tym samym czasie spowoduje wzrost szacowanego zapotrzebowania na ciepło w budynku.

Gigacaloria

Przy obliczaniu ilości energii cieplnej otrzymywanej przez budynek lub pomieszczenie, wraz z kilowatogodzinami, stosuje się inną wartość - gigacalorie. Odpowiada ona ilości ciepła potrzebnego do ogrzania 1000 ton wody w 1 stopniu pod ciśnieniem 1 atmosfery.

Jak przeliczyć kilowaty mocy cieplnej w gigacalories zużytego ciepła? To proste: jedna gigacaloria wynosi 1162,2 kW / h. Tak więc, przy szczytowej mocy źródła ciepła 54 KW, maksymalne godzinowe obciążenie przy grzaniu będzie wynosić 54 / 1162,2 = 0,046 Gcal * godziny.

Jest to przydatne: dla każdego regionu kraju władze lokalne regulują zużycie ciepła w gigcalorii na metr kwadratowy powierzchni w ciągu miesiąca. Średnia wartość w Federacji Rosyjskiej wynosi 0,0342 Gcal / m2 miesięcznie.

Pokój

Jak obliczyć zapotrzebowanie na ciepło dla pojedynczego pokoju? Tutaj stosowane są te same schematy obliczeniowe, co w przypadku domu jako całości, z jedną poprawką. Jeżeli ogrzewany pokój sąsiaduje z pomieszczeniem bez własnych urządzeń grzewczych, jest uwzględniany w obliczeniach.

Tak więc, jeśli powierzchnia pokoju 4 * 5 * 3 m przylega korytarz 1,2 * 4 * 3 m, a pojemność cieplna grzejnika jest obliczany dla objętości 4 * 5 * 3 + 1,2 * 4 * 3 = 60 + 14 4 = 74,4 m3.

Urządzenia grzewcze

Grzejniki segmentowe

Ogólnie informacje o przepływie ciepła na sekcję można zawsze znaleźć na stronie internetowej producenta.

Jeśli nie jest znana, możesz polegać na następujących przybliżonych wartościach:

• Odlew żeliwny - 160 watów.
• Sekcja bimetaliczna - 180 watów.
• Profil aluminiowy - 200 watów.

Jak zawsze, istnieje wiele subtelności. Przy bocznym połączeniu grzejnika z 10 lub więcej częściami, różnica temperatur pomiędzy proksymalnym do wkładki i końcowymi odcinkami będzie dość znacząca.

Nawiasem mówiąc: efekt dojdzie do zera, jeśli wkładka jest połączona po przekątnej lub z dołu do dołu.

Ponadto producenci grzejników zwykle określają moc dla bardzo specyficznej delty temperatury między chłodnicą a powietrzem, równej 70 stopni. Zależność strumienia ciepła od Dt jest liniowa: jeśli akumulator jest o 35 stopni gorętszy od powietrza, moc cieplna baterii będzie dokładnie równa połowie zadeklarowanej.

Na przykład, gdy temperatura powietrza w pomieszczeniu wynosi + 20 ° C, a temperatura płynu chłodzącego w + 55 ° C, moc sekcji aluminiowej o standardowym rozmiarze będzie wynosić 200 / (70/35) = 100 watów. Aby zapewnić moc 2 kW, potrzebujesz 2000/100 = 20 sekcji.

Rejestry

Własnoręcznie wykonane rejestry wyróżniają się na liście urządzeń grzewczych.

Producenci z oczywistych powodów nie mogą określić swojej pojemności cieplnej; jednak łatwo to obliczyć samodzielnie.

• W przypadku pierwszej sekcji rejestru (rura pozioma o znanych wymiarach) moc jest równa iloczynowi jej średnicy zewnętrznej i długości w metrach, delcie temperatury między chłodziwem i powietrzem w stopniach oraz stałemu współczynnikowi 36,5356.
• W przypadku kolejnych odcinków, które znajdują się w górnym strumieniu ciepłego powietrza, stosuje się dodatkowy współczynnik wynoszący 0,9.

Przeanalizujmy inny przykład - obliczamy strumień ciepła dla rejestru czterorzędowego o średnicy przekroju 159 mm, długości 4 metrów i temperaturze 60 stopni w pomieszczeniu o temperaturze wewnętrznej + 20 ° C.

1. Temperatury Delta w naszym przypadku to 60-20 = 40C.
2. Przekształcamy średnicę rury w metrach. 159 mm = 0,159 m.
3. Oblicz moc cieplną pierwszej sekcji. Q = 0,159 * 4 * 40 * 36,5356 = 929,46 watów.
4. Dla każdej następnej sekcji moc będzie równa 929,46 * 0,9 = 836,5 watów.
5. Całkowita moc wyniesie 929,46 + (836,5 * 3) = 3500 (zaokrąglone) watów.

Średnica rurociągu

Jak określić minimalną wartość wewnętrznej średnicy wypełnienia rury lub wkładki do urządzenia grzewczego? Nie będziemy wspinać się w dziczy i używać tabeli zawierającej wyniki końcowe dla różnicy między przepływem a przepływem powrotnym 20 stopni. Ta wartość jest typowa dla systemów autonomicznych.

Maksymalna prędkość przepływu chłodziwa nie powinna przekraczać 1,5 m / s, aby uniknąć hałasu; częściej orientowane z prędkością 1 m / s.

Na przykład dla kotła o mocy 20 kW minimalna średnica wewnętrzna wypełnienia przy natężeniu przepływu 0,8 m / s będzie równa 20 mm.

Uwaga: średnica wewnętrzna jest zbliżona do pilota (przejście warunkowe) stalowej rury. Plastikowe i metalowo-plastikowe rury są zwykle oznaczone zewnętrzną średnicą, która jest 6-10 mm większa od wewnętrznej. Tak więc rura polipropylenowa o rozmiarze 26 mm ma wewnętrzną średnicę 20 mm.

Pompa cyrkulacyjna

Ważne są dla nas dwa parametry pompy: jej głowa i osiągi. W prywatnym domu, przy każdej rozsądnej długości obwodu, minimalne ciśnienie dla najtańszych pomp wynosi 2 metry (0,2 kgf / cm2): to ta różna wartość krąży w systemie ogrzewania budynków mieszkalnych.

Wymagana wydajność jest obliczana za pomocą wzoru G = Q / (1,163 * Dt).

W tym:

• G - wydajność (m3 / godz.).
• Q to moc obwodu, w którym zainstalowana jest pompa (KW).
• Dt jest różnicą temperatur między rurociągami bezpośrednim i powrotnym w stopniach (w układzie autonomicznym typowa wartość to Dt = 20С).

Dla obwodu o obciążeniu cieplnym 20 kilowatów, ze standardową różnicą temperatur, pojemność obliczeniowa wyniesie 20 / (1,163 * 20) = 0,86 m3 / godzinę.

Zbiornik wyrównawczy

Jednym z parametrów, które należy obliczyć dla układu autonomicznego, jest objętość zbiornika wyrównawczego.

Dokładne obliczenia opierają się na dość długim szeregu parametrów:

• Temperatura i rodzaj chłodziwa. Współczynnik rozszerzalności zależy nie tylko od stopnia nagrzania akumulatorów, ale także od tego, co są napełniane: mieszaniny woda-glikol rozszerzają się.
• Maksymalne ciśnienie robocze w układzie.
• Ciśnienie ładowania w zbiorniku, w zależności, z kolei, od ciśnienia hydrostatycznego obwodu (wysokość górnego punktu obwodu nad zbiornikiem wyrównawczym).

Istnieje jednak jeden niuans, który pozwala znacznie uprościć obliczenia. Jeśli niedoszacowanie objętości zbiornika w najlepszym wypadku doprowadzi do stałego uruchomienia zaworu bezpieczeństwa, aw najgorszym - do zniszczenia obwodu, to jego nadmiar objętości nic nie zaszkodzi.

Z tego powodu zbiornik jest zwykle pobierany z przesunięciem równym 1/10 całkowitej ilości płynu chłodzącego w układzie.

Wskazówka: aby sprawdzić objętość obwodu, wystarczy napełnić ją wodą i spuścić do miski pomiarowej.

Wniosek

Mamy nadzieję, że powyższe schematy obliczeniowe uprościją życie czytelnika i uwolnią go od wielu problemów. Jak zwykle, wideo dołączone do artykułu zapewni jej dodatkowe informacje.

Sukcesy!