Прорачун загревања воде: формуле, правила, примери имплементације

Коришћење воде као расхладне течности у систему грејања је једна од најпопуларнијих опција за снабдевање вашег дома топлотом током хладне сезоне.Потребно је само правилно дизајнирати, а затим инсталирати систем. У супротном, грејање ће бити неефикасно при високим трошковима горива, што је, видите, крајње незанимљиво по данашњим ценама енергената.

Немогуће је самостално израчунати загревање воде (у даљем тексту ВХЕ) без употребе специјализованих програма, јер се у прорачунима користе сложени изрази, чије се вредности не могу одредити помоћу конвенционалног калкулатора. У овом чланку ћемо детаљно анализирати алгоритам за извођење прорачуна, представити коришћене формуле и размотрити напредак прорачуна на конкретном примеру.

Представљени материјал ћемо допунити табелама са вредностима и референтним индикаторима који су потребни за извођење прорачуна, тематским фотографијама и видео записом који показује јасан пример израчунавања помоћу програма.

Прорачун топлотног биланса стамбене конструкције

За имплементацију инсталације грејања где је вода циркулишући медиј, потребно је прво прецизирати хидраулички прорачуни.

Приликом развоја и имплементације било ког система грејања потребно је познавати топлотни биланс (у даљем тексту ТБ).Познавајући топлотну снагу за одржавање температуре у просторији, можете одабрати праву опрему и правилно распоредити њено оптерећење.

Зими, просторија трпи одређене губитке топлоте (у даљем тексту ХЛ). Највећи део енергије излази кроз оградне елементе и вентилационе отворе. Мањи трошкови настају за инфилтрацију, загревање објеката итд.

ТП зависе од слојева који чине оградне структуре (у даљем тексту ОК). Савремени грађевински материјали, посебно изолациони материјали, имају низак ниво коефицијент топлотне проводљивости (у даљем тексту ЦТ), због чега се кроз њих губи мање топлоте. За куће исте површине, али са различитим ОК структурама, трошкови топлоте ће се разликовати.

Поред одређивања ТП-а, важно је израчунати ТБ код куће. Индикатор узима у обзир не само количину енергије која напушта просторију, већ и количину енергије која је потребна за одржавање одређених нивоа температуре у кући.

Најтачније резултате дају специјализовани програми развијени за градитеље. Захваљујући њима, могуће је узети у обзир више фактора који утичу на ТП.

Највећа количина топлоте напушта просторију кроз зидове, под, кров, најмање - кроз врата, прозорске отворе

Са великом прецизношћу, можете израчунати ТП куће користећи формуле.

Укупни трошкови грејања куће израчунавају се помоћу једначине:

К = К_{У реду} +К_в,

Где П_{У реду} - количина топлоте која излази из просторије кроз ОК; П_в — трошкови топлотне вентилације.

Губици вентилације се узимају у обзир ако ваздух који улази у просторију има нижу температуру.

Прорачуни обично узимају у обзир ОК са једном страном окренутом према улици. То су спољни зидови, под, кров, врата и прозори.

Генерал ТП К_{У реду} једнак збиру ТП сваког ОК, односно:

П_{У реду} = ∑К_ст +∑К_окн +∑К_дв +∑К_птл +∑К_пл,

Где:

• П_ст — вредност ТП зидова;
• П_окн — ТП прозори;
• П_дв — ТП врата;
  
• П_птл — плафон ТП;
  
• П_пл — ТП спрат.

Ако под или плафон имају другачију структуру на целој површини, онда се ТП израчунава за сваки део посебно.

Прорачун губитка топлоте помоћу ОК

За прорачуне ће вам требати следеће информације:

• структура зидова, коришћени материјали, њихова дебљина, ЦТ;
• спољна температура током изузетно хладне петодневне зиме у граду;
• област ОК;
• оријентација ОК;
• препоручена температура у кући зими.

Да бисте израчунали ТЦ, морате пронаћи укупни топлотни отпор Р_{У реду}. Да бисте то урадили, морате сазнати топлотни отпор Р₁, Р₂, Р₃, …, Р_н сваки слој је у реду.

Р-фактор_н израчунати по формули:

Рн = Б/к,

У формули: Б — дебљина слоја ОК у мм, к — ЦТ скенирање сваког слоја.

Укупан Р се може одредити изразом:

Р = ∑Р_н

Произвођачи врата и прозора обично наводе Р коефицијент у техничком листу производа, тако да нема потребе да га посебно рачунате.

Топлотна отпорност прозора се не може израчунати, јер технички лист већ садржи потребне информације, што поједностављује прорачун топлотне отпорности

Општа формула за израчунавање ТП кроз ОК је следећа:

П_{У реду} = ∑С × (т_внт -т_нар) × Р × л,

у изразу:

• С — област ОК, м²;
• т_внт - жељена собна температура;
• т_нар — спољна температура ваздуха;
• Р — коефицијент отпора, израчунат посебно или преузет из техничког листа производа;
• л — коефицијент разјашњавања који узима у обзир оријентацију зидова у односу на кардиналне правце.

Прорачун ТБ вам омогућава да изаберете опрему потребне снаге, што ће елиминисати могућност недостатка или вишка топлоте. Дефицит топлотне енергије се надокнађује повећањем протока ваздуха кроз вентилацију, вишак - уградњом додатне опреме за грејање.

Топлотни трошкови вентилације

Општа формула за израчунавање ТП вентилације је следећа:

П_в = 0,28 × Л_н × п_внт × ц × (т_внт -т_нар),

У изразу, променљиве имају следеће значење:

• Л_н — потрошња улазног ваздуха;
• стр_внт — густина ваздуха на одређеној температури у просторији;
• ц — топлотни капацитет ваздуха;
• т_внт - температура у кући;
• т_нар — спољна температура ваздуха.

Ако је у згради уграђена вентилација, онда параметар Л_н преузето из техничких спецификација за уређај. Ако нема вентилације, онда се узима стандардна специфична брзина размене ваздуха од 3 м.³ у један сат.

На основу овога, Л_н израчунати по формули:

Л_н = 3 × С_пл,

У изразу С_пл - зона пода.

2% свих топлотних губитака је због инфилтрације, 18% због вентилације. Ако је просторија опремљена вентилационим системом, онда прорачуни узимају у обзир ТП кроз вентилацију, али не узимају у обзир инфилтрацију

Затим морате израчунати густину ваздуха п_внт на датој собној температури т_внт.

Ово се може урадити помоћу формуле:

стр_внт = 353/(273+т_внт),

Специфични топлотни капацитет ц = 1,0005.

Ако је вентилација или инфилтрација неорганизована, или постоје пукотине или рупе у зидовима, онда прорачун ТП кроз рупе треба поверити посебним програмима.

У нашем другом чланку дали смо детаљне информације пример термотехничког прорачуна грађевине са конкретним примерима и формулама.

Пример прорачуна топлотног биланса

Замислите кућу висине 2,5 м, ширине 6 м и дужине 8 м, која се налази у граду Окха у региону Сахалина, где током изузетно хладног 5-дневног дана термометар пада на -29 степени.

Као резултат мерења, утврђено је да температура земљишта износи +5. Препоручена температура унутар структуре је +21 степен.

Најпогоднији начин за цртање дијаграма куће је на папиру, који означава не само дужину, ширину и висину зграде, већ и оријентацију у односу на кардиналне тачке, као и локацију и димензије прозора и врата.

Зидови дотичне куће се састоје од:

• дебљина цигле Б=0,51 м, ЦТ к=0,64;
• минерална вуна Б=0,05 м, к=0,05;
• према Б=0,09 м, к=0,26.

Приликом одређивања к, боље је користити табеле представљене на веб локацији произвођача или пронаћи информације у техничком листу производа.

Познавајући топлотну проводљивост, можете одабрати најефикасније материјале са становишта топлотне изолације. На основу горње табеле, у грађевинарству је препоручљиво користити плоче од минералне вуне и експандираног полистирена.

Подна облога се састоји од следећих слојева:

• ОСБ плоче Б=0,1 м, к=0,13;
• минерална вуна Б=0,05 м, к=0,047;
• цементне кошуљице Б=0,05 м, к=0,58;
• експандирани полистирен Б=0,06 м, к=0,043.

У кући нема подрума, а спрат има исту структуру у целом простору.

Плафон се састоји од слојева:

• гипс картонске плоче Б=0,025 м, к= 0,21;
• изолација Б=0,05 м, к=0,14;
• кровиште Б=0,05 м, к=0,043.

Кућа има само 6 двокоморних прозора са И-стаклом и аргоном. Из техничког листа за производ је познато да је Р=0,7. Прозори су димензија 1,1к1,4 м.

Врата су димензија 1к2,2 м, Р = 0,36.

Корак #1 - израчунавање губитка топлоте зида

Зидови у целом простору састоје се од три слоја. Прво, израчунајмо њихов укупни топлотни отпор.

Зашто користити формулу:

Р = ∑Р_н,

и израз:

Р_н = Б/к

Узимајући у обзир почетне информације, добијамо:

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

Након што сте сазнали Р, можете почети да израчунавате ТП северног, јужног, источног и западног зида.

Додатни коефицијенти узимају у обзир посебности локације зидова у односу на кардиналне правце. Обично се у северном делу током хладног времена формира „ружа ветрова“, због чега ће ТП на овој страни бити већи него на другим

Израчунајмо површину северног зида:

С_{сев.стен} = 8 × 2.5 = 20

Затим, замена у формулу П_{У реду} = ∑С × (т_внт -т_нар) × Р × л а узимајући у обзир да је л=1.1, добијамо:

П_{сев.стен} = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Подручје јужног зида С_{иуцх.ст} = С_сев.ст = 20.

У зиду нема уграђених прозора или врата, па узимајући у обзир коефицијент л=1 добијамо следећи ТП:

П_{иуцх.ст} = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

За западни и источни зид коефицијент је л=1,05. Дакле, можете пронаћи укупну површину ових зидова, односно:

С_зап.ст +С_{вост.ст} = 2 × 2.5 × 6 = 30

У зидове је уграђено 6 прозора и једна врата. Израчунајмо укупну површину прозора и С врата:

С_окн = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

С_дв = 1 × 2.2 = 2.2

Хајде да дефинишемо С зидове без узимања у обзир С прозора и врата:

С_{вост+зап} = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Израчунајмо укупну ТП источног и западног зида:

П_{вост+зап} =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Након што смо добили резултате, израчунајмо количину топлоте која излази кроз зидове:

Кст = К_сев.ст + К_{иуцх.ст} +К_{вост+зап} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Укупно, укупна ТП зидова је 6 кВ.

Корак #2 - израчунавање ТП прозора и врата

Прозори се налазе на источном и западном зиду, па је при прорачуну коефицијент л=1,05. Познато је да је структура свих структура иста и Р = 0,7.

Користећи вредности површине дате изнад, добијамо:

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

Знајући да за врата Р=0,36 и С=2,2 одређујемо њихов ТП:

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

Као резултат, 340 В топлоте излази кроз прозоре, а 42 В кроз врата.

Корак #3 - одређивање ТП пода и плафона

Очигледно, површина плафона и пода ће бити иста, а израчунава се на следећи начин:

С_пол = С_птл = 6 × 8 = 48

Израчунајмо укупан топлотни отпор пода, узимајући у обзир његову структуру.

Р_пол = 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

Знајући да је температура тла т_нар=+5 и узимајући у обзир коефицијент л=1, израчунавамо К пода:

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

Заокружујући, налазимо да је подни губитак топлоте око 3 кВ.

У прорачунима ТП потребно је узети у обзир слојеве који утичу на топлотну изолацију, на пример, бетон, плоче, цигле, изолацију итд.

Одредимо топлотни отпор плафона Р_птл и његово питање:

• Р_птл = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• П_птл = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Из тога следи да скоро 6 кВ пролази кроз плафон и под.

Корак #4 - прорачун вентилације ТП

Вентилација у просторији је организована и израчуната помоћу формуле:

П_в = 0,28 × Л_н × п_внт × ц × (т_внт -т_нар)

На основу техничких карактеристика, специфични пренос топлоте је 3 кубна метра на сат, односно:

Л_н = 3 × 48 = 144.

За израчунавање густине користимо формулу:

стр_внт = 353/(273+т_внт).

Процењена собна температура је +21 степен.

Вентилациони ТП се не рачуна ако је систем опремљен уређајем за грејање ваздуха

Заменом познатих вредности добијамо:

стр_внт = 353/(273+21) = 1.2

Заменимо добијене бројеве у горњу формулу:

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

Узимајући у обзир ТП за вентилацију, укупан К зграде ће бити:

К = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Прерачунавајући у кВ, добијамо укупан губитак топлоте од 16 кВ.

Карактеристике израчунавања СВО

Након проналажења индикатора ТП, прелазе на хидраулични прорачун (у даљем тексту ГР).

На основу тога добијају се информације о следећим индикаторима:

• оптимални пречник цеви, који ће, током пада притиска, моћи да прође дату количину расхладне течности;
• проток расхладне течности у одређеном подручју;
• брзина кретања воде;
• вредност отпора.

Пре почетка прорачуна, да бисте поједноставили прорачуне, нацртајте просторни дијаграм система на коме су сви његови елементи распоређени паралелно један према другом.

На дијаграму је приказан систем грејања са надземним ожичењем, кретање расхладне течности је ћорсокак

Хајде да размотримо главне фазе прорачуна загревања воде.

ГР главног циркулационог прстена

Метода за израчунавање ГР заснива се на претпоставци да су температурне разлике исте у свим успонима и огранцима.

Алгоритам прорачуна је следећи:

1. На приказаном дијаграму, узимајући у обзир губитке топлоте, примењују се топлотна оптерећења која делују на уређаје за грејање и подизаче.
2. На основу дијаграма се бира главни циркулациони прстен (у даљем тексту МЦЦ). Посебност овог прстена је у томе што у њему циркулациони притисак по јединици дужине прстена поприма најнижу вредност.
3. ФЦЦ је подељен на секције са константном потрошњом топлоте. За сваки одељак наведите број, топлотно оптерећење, пречник и дужину.

У вертикалном систему једноцевног типа, прстен кроз који пролази најоптерећенији успон током ћорсокака или повезаног кретања воде дуж мреже узима се као главни циркулациони круг.Разговарали смо детаљније о повезивању циркулационих прстенова у једноцевни систем и избору главног у следећем чланку. Посебну пажњу смо посветили редоследу прорачуна, користећи конкретан пример ради јасноће.

У вертикалним двоцевним системима, главни циркулациони флуид пролази кроз доњи уређај за грејање, који има максимално оптерећење током ћорсокака или повезаног кретања воде

У хоризонталном једноцевном систему, главни циркулациони круг треба да има најнижи циркулациони притисак и јединичну дужину прстена. За системе са природна циркулација ситуација је слична.

Приликом развоја вертикалног система једноцевног типа, проточни стубови са регулисањем протока, који садрже обједињене компоненте, сматрају се једним колом. За успоне са секцијама за затварање, одвајање се врши, узимајући у обзир дистрибуцију воде у цевоводу сваке инструментне јединице.

Потрошња воде у датом подручју израчунава се помоћу формуле:

Г_конт = (3,6 × К_конт × β₁ × β₂)/((т_р -т₀) × ц)

У изразу, абецедни знакови имају следећа значења:

• П_конт — топлотно оптерећење кола;
• β_1, β₂ — додатни табеларни коефицијенти који узимају у обзир пренос топлоте у просторији;
• ц — топлотни капацитет воде, једнак 4,187;
• т_р — температура воде у доводној линији;
• т₀ — температура воде у повратном воду.

Одредивши пречник и количину воде, потребно је сазнати брзину њеног кретања и вредност специфичног отпора Р. Сви прорачуни се најпогодније изводе помоћу посебних програма.

ГР секундарни циркулациони прстен

Након ГР главног прстена, одређује се притисак у малом циркулационом прстену формираном кроз његове најближе успоне, узимајући у обзир да се губици притиска могу разликовати за највише 15% у ћорсокаку и не више од 5% у пролазно коло.

Ако је немогуће корелирати губитак притиска, инсталирајте перач гаса, чији се пречник израчунава софтверским методама.

Прорачун радијаторских батерија

Вратимо се на план куће изнад. Кроз прорачуне је откривено да ће за одржавање топлотне равнотеже бити потребно 16 кВ енергије. Предметна кућа има 6 просторија различите намене - дневни боравак, купатило, кухињу, спаваћу собу, ходник и предсобље.

На основу димензија структуре, можете израчунати запремину В:

В=6×8×2,5=120 м³

Затим морате пронаћи количину топлотне снаге по м³. Да бисте то урадили, К мора бити подељен са пронађеним волуменом, то јест:

П=16000/120=133 В по м³

Затим морате одредити колика је снага грејања потребна за једну просторију. На дијаграму је већ израчуната површина сваке собе.

Одредимо запремину:

• купатило – 4.19×2.5=10.47;
• дневна соба – 13.83×2.5=34.58;
• кухиња – 9.43×2.5=23.58;
• спаваћа соба – 10.33×2.5=25.83;
• Коридор – 4.10×2.5=10.25;
• ходник – 5.8×2.5=14.5.

Прорачуни такође морају узети у обзир просторије у којима нема радијатора за грејање, на пример, ходник.

Ходник се загрева пасивно; топлота ће улазити у њега услед циркулације топлотног ваздуха када се људи крећу, кроз врата итд.

Одредимо потребну количину топлоте за сваку просторију множењем запремине собе са Р индексом.

Хајде да добијемо потребну снагу:

• за купатило — 10,47×133=1392 В;
• за дневни боравак — 34,58×133=4599 В;
• за кухињу — 23,58×133=3136 В;
• за спаваћу собу — 25,83×133=3435 В;
• за ходник — 10,25×133=1363 В;
• за ходник — 14,5×133=1889 В.

Почнимо да израчунамо батерије радијатора. Користићемо алуминијумске радијаторе, чија је висина 60 цм, снага на температури од 70 је 150 В.

Израчунајмо потребан број радијаторских батерија:

• купатило — 1392/150=10;
• дневна соба — 4599/150=31;
• кухиња — 3136/150=21;
• спаваћа соба — 3435/150=23;
• ходник — 1889/150=13.

Укупно потребно: 10+31+21+23+13=98 радијаторских батерија.

На нашем сајту имамо и друге чланке у којима смо детаљно испитали процедуру за извођење термичких прорачуна система грејања, корак по корак прорачуне снаге радијатора и цеви за грејање. А ако ваш систем захтева грејане подове, онда ћете морати да извршите додатне прорачуне.

Сва ова питања су детаљније обрађена у нашим следећим чланцима:

• Топлотни прорачун система грејања: како правилно израчунати оптерећење система
• Прорачун радијатора за грејање: како израчунати потребан број и снагу батерија
• Прорачун запремине цеви: принципи прорачуна и правила за израду прорачуна у литрима и кубним метрима
• Како израчунати грејани под користећи систем воде као пример
• Прорачун цеви за грејане подове: врсте цеви, методе и корак полагања + прорачун протока

Закључци и користан видео на тему

У видеу можете видети пример израчунавања грејања воде, који се врши помоћу програма Валтец:

Хидраулички прорачуни се најбоље обављају помоћу посебних програма који гарантују високу тачност прорачуна и узимају у обзир све нијансе дизајна.

Да ли сте специјализовани за прорачун система грејања који користе воду као расхладну течност и желите да допуните наш чланак корисним формулама и поделите професионалне тајне?

Или можда желите да се фокусирате на додатне прорачуне или укажете на нетачности у нашим прорачунима? Напишите своје коментаре и препоруке у блок испод чланка.