Výpočet ohrevu vody: vzorce, pravidlá, príklady realizácie

Použitie vody ako chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme je jednou z najobľúbenejších možností, ako zabezpečiť váš domov teplom počas chladného obdobia.Musíte len správne navrhnúť a potom nainštalovať systém. V opačnom prípade bude vykurovanie neúčinné pri vysokých nákladoch na palivo, čo je, ako vidíte, pri dnešných cenách energií mimoriadne nezaujímavé.

Nie je možné nezávisle vypočítať ohrev vody (ďalej len WHE) bez použitia špecializovaných programov, pretože výpočty používajú zložité výrazy, ktorých hodnoty nemožno určiť pomocou bežnej kalkulačky. V tomto článku podrobne analyzujeme algoritmus na vykonávanie výpočtov, predstavíme použité vzorce a zvážime priebeh výpočtov na konkrétnom príklade.

Prezentovaný materiál doplníme tabuľkami s hodnotami a referenčnými ukazovateľmi, ktoré sú potrebné pri vykonávaní výpočtov, tematické fotografie a video, ktoré demonštruje jasný príklad výpočtov pomocou programu.

Výpočet tepelnej bilancie bytovej konštrukcie

Pri realizácii vykurovacieho zariadenia, kde je obehovým médiom voda, je potrebné najskôr upresniť hydraulické výpočty.

Pri vývoji a realizácii akéhokoľvek vykurovacieho systému je potrebné poznať tepelnú bilanciu (ďalej len TB).Keď poznáte tepelný výkon na udržanie teploty v miestnosti, môžete si vybrať správne zariadenie a správne rozložiť jeho zaťaženie.

V zime dochádza v miestnosti k určitým tepelným stratám (ďalej len HL). Väčšina energie odchádza cez uzatváracie prvky a vetracie otvory. Menšie náklady sú vynaložené na infiltráciu, vykurovanie objektov a pod.

TP závisia od vrstiev, ktoré tvoria obvodové konštrukcie (ďalej len OK). Moderné stavebné materiály, najmä izolačné materiály, majú nízku súčiniteľ tepelnej vodivosti (ďalej len CT), vďaka čomu sa nimi stráca menej tepla. Pre domy s rovnakou rozlohou, ale s rôznymi OK konštrukciami, sa budú náklady na teplo líšiť.

Okrem stanovenia TP je dôležité vypočítať TB domova. Indikátor zohľadňuje nielen množstvo energie opúšťajúcej miestnosť, ale aj množstvo energie potrebnej na udržanie určitej úrovne teploty v dome.

Najpresnejšie výsledky poskytujú špecializované programy vyvinuté pre staviteľov. Vďaka nim je možné zohľadniť viac faktorov ovplyvňujúcich TP.

Najväčšie množstvo tepla opúšťa miestnosť cez steny, podlahu, strechu, najmenej - cez dvere, okenné otvory

S vysokou presnosťou môžete vypočítať TP domu pomocou vzorcov.

Celkové náklady na vykurovanie domu sa vypočítajú pomocou rovnice:

Q = Q_ok + Q_v,

Kde Q_ok - množstvo tepla opúšťajúceho miestnosť cez OK; Q_v — náklady na tepelnú ventiláciu.

Straty vetraním sa berú do úvahy, ak má vzduch vstupujúci do miestnosti nižšiu teplotu.

Výpočty zvyčajne berú do úvahy OK s jednou stranou smerujúcou do ulice. Sú to vonkajšie steny, podlaha, strecha, dvere a okná.

Všeobecné TP Q_ok rovná súčtu TP každého OK, to znamená:

Q_ok = ∑Q_sv +∑Q_okn +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_pl,

Kde:

• Q_sv — hodnota TP stien;
• Q_okn — okná TP;
• Q_dv — TP dvere;
  
• Q_ptl — stropný TP;
  
• Q_pl — podlaha TP.

Ak má podlaha alebo strop inú štruktúru po celej ploche, tak sa TP počíta pre každý úsek zvlášť.

Výpočet tepelných strát pomocou OK

Pre výpočty budete potrebovať nasledujúce informácie:

• štruktúra stien, použité materiály, ich hrúbka, CT;
• vonkajšia teplota počas extrémne studenej päťdňovej zimy v meste;
• oblasť OK;
• orientácia OK;
• odporúčaná teplota v dome v zime.

Na výpočet TC musíte nájsť celkový tepelný odpor R_OK. Na to je potrebné zistiť tepelný odpor R₁, R₂, R₃, …, R_n každá vrstva je v poriadku.

R-faktor_n vypočítané podľa vzorca:

Rn = B/k,

Vo vzorci: B — hrúbka vrstvy OK v mm, k — CT sken každej vrstvy.

Celkové R možno určiť výrazom:

R = ∑R_n

Výrobcovia dverí a okien zvyčajne uvádzajú koeficient R v produktovom liste, preto ho nie je potrebné počítať samostatne.

Tepelný odpor okien nie je možné vypočítať, pretože technický list už obsahuje potrebné informácie, čo zjednodušuje výpočet tepelného odporu

Všeobecný vzorec na výpočet TP cez OK je nasledujúci:

Q_ok = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

Vo výraze:

• S — plocha OK, m²;
• t_vnt - požadovaná izbová teplota;
• t_nar — teplota vonkajšieho vzduchu;
• R — koeficient odporu vypočítaný samostatne alebo prevzatý z údajového listu výrobku;
• l — koeficient objasnenia, ktorý zohľadňuje orientáciu stien vzhľadom na svetové strany.

Výpočet TB vám umožňuje vybrať zariadenie s požadovaným výkonom, čo eliminuje možnosť nedostatku alebo prebytku tepla. Deficit tepelnej energie je kompenzovaný zvýšením prietoku vzduchu vetraním, prebytkom - inštaláciou dodatočného vykurovacieho zariadenia.

Tepelné náklady na vetranie

Všeobecný vzorec na výpočet ventilácie TP je nasledujúci:

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

Vo výraze majú premenné nasledujúci význam:

• L_n — spotreba privádzaného vzduchu;
• p_vnt — hustota vzduchu pri určitej teplote v miestnosti;
• c - tepelná kapacita vzduchu;
• t_vnt - teplota v dome;
• t_nar — teplota vonkajšieho vzduchu.

Ak je v budove nainštalované vetranie, potom parameter L_n prevzaté z technických špecifikácií zariadenia. Ak nie je vetranie, potom sa berie štandardná špecifická výmena vzduchu 3 m.³ o jednej hodine.

Na základe toho L_n vypočítané podľa vzorca:

L_n = 3 × S_pl,

Vo výraze S_pl - podlahová plocha.

2 % všetkých tepelných strát pripadá na infiltráciu, 18 % na vetranie. Ak je miestnosť vybavená ventilačným systémom, výpočty berú do úvahy TP cez vetranie, ale nezohľadňujú infiltráciu

Ďalej je potrebné vypočítať hustotu vzduchu p_vnt pri danej izbovej teplote t_vnt.

To možno vykonať pomocou vzorca:

p_vnt = 353/(273+t_vnt),

Špecifická tepelná kapacita c = 1,0005.

Ak je vetranie alebo infiltrácia neorganizovaná alebo sú v stenách praskliny alebo otvory, výpočet TP cez otvory by mal byť zverený špeciálnym programom.

V našom ďalšom článku sme vám poskytli podrobné informácie príklad tepelnotechnického výpočtu budovy s konkrétnymi príkladmi a vzorcami.

Príklad výpočtu tepelnej bilancie

Zoberme si dom 2,5 m vysoký, 6 m široký a 8 m dlhý, ktorý sa nachádza v meste Okha v regióne Sachalin, kde v extrémne chladnom 5-dňovom dni teplomer klesá na -29 stupňov.

Výsledkom merania bola stanovená teplota pôdy +5. Odporúčaná teplota vo vnútri konštrukcie je +21 stupňov.

Najpohodlnejší spôsob, ako nakresliť schému domu, je na papieri, kde sa uvádza nielen dĺžka, šírka a výška budovy, ale aj orientácia vzhľadom na svetové strany, ako aj umiestnenie a rozmery okien a dverí.

Steny predmetného domu pozostávajú z:

• hrúbka muriva B=0,51 m, CT k=0,64;
• minerálna vlna B=0,05 m, k=0,05;
• proti B = 0,09 m, k = 0,26.

Pri určovaní k je lepšie použiť tabuľky uvedené na webovej stránke výrobcu alebo nájsť informácie v produktovom liste.

Keď poznáte tepelnú vodivosť, môžete si vybrať najefektívnejšie materiály z hľadiska tepelnej izolácie. Na základe vyššie uvedenej tabuľky je najvhodnejšie v stavebníctve použiť dosky z minerálnej vlny a expandovaný polystyrén

Podlaha pozostáva z nasledujúcich vrstiev:

• OSB dosky B=0,1 m, k=0,13;
• minerálna vlna B=0,05 m, k=0,047;
• cementové potery B=0,05 m, k=0,58;
• expandovaný polystyrén B=0,06 m, k=0,043.

Dom nie je podpivničený a podlaha má v celej ploche rovnakú štruktúru.

Strop pozostáva z vrstiev:

• sadrokartónové dosky B=0,025 m, k= 0,21;
• izolácia B=0,05 m, k=0,14;
• krytina B=0,05 m, k=0,043.

Dom má len 6 dvojkomorových okien s I-sklom a argónom. Z technického listu produktu je známe, že R=0,7. Okná majú rozmery 1,1x1,4m.

Dvere majú rozmery 1x2,2 m, R = 0,36.

Krok #1 - výpočet tepelných strát stien

Steny v celej ploche pozostávajú z troch vrstiev. Najprv si vypočítajme ich celkový tepelný odpor.

Prečo použiť vzorec:

R = ∑R_n,

a výraz:

R_n = B/k

Ak vezmeme do úvahy počiatočné informácie, dostaneme:

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

Po zistení R môžete začať počítať TP severnej, južnej, východnej a západnej steny.

Dodatočné koeficienty zohľadňujú zvláštnosti umiestnenia stien vzhľadom na svetové strany. Zvyčajne sa v severnej časti počas chladného počasia vytvára „veterná ružica“, v dôsledku čoho bude TP na tejto strane vyššia ako na ostatných

Vypočítajme plochu severnej steny:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Potom dosadenie do vzorca Q_ok = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l a ak vezmeme do úvahy, že l = 1,1, dostaneme:

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

Oblasť južnej steny S_juch.st = S_sev.st = 20.

V stene nie sú zabudované okná ani dvere, preto pri zohľadnení koeficientu l=1 dostaneme nasledovné TP:

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

Pre západnú a východnú stenu je koeficient l=1,05. Preto môžete nájsť celkovú plochu týchto stien, to znamená:

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

V stenách je zabudovaných 6 okien a jedny dvere. Vypočítajme celkovú plochu okien a dverí S:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definujme S steny bez toho, aby sme brali do úvahy S okná a dvere:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Vypočítajme celkový TP východnej a západnej steny:

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

Po získaní výsledkov vypočítame množstvo tepla unikajúceho cez steny:

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

Celkovo je celkový TP stien 6 kW.

Krok #2 - výpočet TP okien a dverí

Okná sú umiestnené na východnej a západnej stene, takže pri výpočte je koeficient l=1,05. Je známe, že štruktúra všetkých štruktúr je rovnaká a R = 0,7.

Použitím hodnôt plochy uvedených vyššie dostaneme:

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

S vedomím, že pre dvere R=0,36 a S=2,2 určíme ich TP:

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

Výsledkom je, že cez okná vychádza 340 W tepla a cez dvere 42 W.

Krok #3 - určenie TP podlahy a stropu

Je zrejmé, že plocha stropu a podlahy bude rovnaká a vypočíta sa takto:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Vypočítajme celkový tepelný odpor podlahy s prihliadnutím na jej štruktúru.

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

S vedomím, že teplota zeme t_nar=+5 a pri zohľadnení koeficientu l=1 vypočítame Q podlahy:

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

Po zaokrúhlení nahor zistíme, že tepelná strata podlahy je asi 3 kW.

Pri výpočtoch TP je potrebné brať do úvahy vrstvy, ktoré ovplyvňujú tepelnú izoláciu, napríklad betón, dosky, murivo, izolácia atď.

Stanovme tepelný odpor stropu R_ptl a jeho 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

Z toho vyplýva, že stropom a podlahou ide takmer 6 kW.

Krok #4 - výpočet TP vetrania

Vetranie v miestnosti je organizované a vypočítané pomocou vzorca:

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

Na základe technických charakteristík je špecifický prenos tepla 3 metre kubické za hodinu, to znamená:

L_n = 3 × 48 = 144.

Na výpočet hustoty použijeme vzorec:

p_vnt = 353/(273+t_vnt).

Odhadovaná teplota v miestnosti je +21 stupňov.

Vetranie TP sa nepočíta, ak je systém vybavený zariadením na ohrev vzduchu

Nahradením známych hodnôt dostaneme:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Dosaďte výsledné čísla do vyššie uvedeného vzorca:

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

Ak vezmeme do úvahy TP pre vetranie, celkové Q budovy bude:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

V prepočte na kW dostaneme celkovú tepelnú stratu 16 kW.

Vlastnosti výpočtu SVO

Po zistení ukazovateľa TP pristúpia k hydraulickému výpočtu (ďalej len GR).

Na základe toho sa získajú informácie o nasledujúcich ukazovateľoch:

• optimálny priemer rúrok, ktoré pri poklese tlaku budú schopné prechádzať daným množstvom chladiacej kvapaliny;
• prietok chladiacej kvapaliny v určitej oblasti;
• rýchlosť pohybu vody;
• hodnota odporu.

Pred začatím výpočtov na zjednodušenie výpočtov nakreslite priestorový diagram systému, na ktorom sú všetky jeho prvky usporiadané paralelne navzájom.

Schéma ukazuje vykurovací systém s horným vedením, pohyb chladiacej kvapaliny je slepá ulička

Uvažujme o hlavných fázach výpočtov ohrevu vody.

GR hlavného cirkulačného krúžku

Metóda výpočtu GR je založená na predpoklade, že teplotné rozdiely sú rovnaké vo všetkých stúpačkách a vetvách.

Algoritmus výpočtu je nasledujúci:

1. V znázornenom diagrame, berúc do úvahy tepelné straty, sa uplatňujú tepelné zaťaženia pôsobiace na vykurovacie zariadenia a stúpačky.
2. Na základe schémy sa vyberie hlavný cirkulačný krúžok (ďalej len MCC). Zvláštnosťou tohto prstenca je, že v ňom cirkulačný tlak na jednotku dĺžky prstenca nadobúda najnižšiu hodnotu.
3. FCC je rozdelené na sekcie s konštantnou spotrebou tepla. Pre každú sekciu uveďte počet, tepelné zaťaženie, priemer a dĺžku.

Vo vertikálnom systéme jednorúrkového typu sa ako hlavný cirkulačný okruh berie prstenec, ktorým prechádza najviac zaťažená stúpačka počas slepého konca alebo súvisiaceho pohybu vody po potrubí.Hovorili sme podrobnejšie o prepojení cirkulačných krúžkov v jednorúrkovom systéme a výbere hlavného v ďalšom článku. Zvláštnu pozornosť sme venovali poradiu výpočtov, pre názornosť sme použili konkrétny príklad.

Vo vertikálnych dvojrúrkových systémoch prechádza hlavná cirkulačná kvapalina cez spodné vykurovacie zariadenie, ktoré má maximálne zaťaženie počas slepého alebo súvisiaceho pohybu vody.

V horizontálnom jednorúrkovom systéme by mal mať hlavný cirkulačný okruh najnižší cirkulačný tlak a jednotkovú dĺžku kruhu. Pre systémy s prirodzený obeh situácia je podobná.

Pri vývoji stúpačiek vertikálneho systému jednorúrkového typu sa prietokové stúpačky s reguláciou prietoku, ktoré obsahujú jednotné komponenty, považujú za jeden okruh. Pre stúpačky s uzatváracími sekciami sa vykonáva oddelenie, berúc do úvahy distribúciu vody v potrubí každej prístrojovej jednotky.

Spotreba vody v danej oblasti sa vypočíta podľa vzorca:

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

Vo výraze majú abecedné znaky nasledujúci význam:

• Q_kont — tepelné zaťaženie okruhu;
• β_1, β₂ — dodatočné tabuľkové koeficienty zohľadňujúce prestup tepla v miestnosti;
• c — tepelná kapacita vody rovná 4,187;
• t_r — teplota vody v prívodnom potrubí;
• t₀ — teplota vody vo vratnom potrubí.

Po určení priemeru a množstva vody je potrebné zistiť rýchlosť jej pohybu a hodnotu špecifického odporu R. Všetky výpočty sa najpohodlnejšie vykonávajú pomocou špeciálnych programov.

GR sekundárny obehový krúžok

Po GR hlavného krúžku sa určí tlak v malom cirkulačnom krúžku vytvorenom cez jeho najbližšie stúpačky, pričom sa berie do úvahy, že tlakové straty sa môžu líšiť najviac o 15 % v slepom okruhu a najviac o 5 % v okruhu. prechodový okruh.

Ak nie je možné korelovať stratu tlaku, nainštalujte podložku škrtiacej klapky, ktorej priemer sa vypočíta pomocou softvérových metód.

Výpočet batérií radiátorov

Vráťme sa k plánu domu vyššie. Prostredníctvom výpočtov sa ukázalo, že na udržanie tepelnej bilancie bude potrebných 16 kW energie. Predmetný dom má 6 izieb na rôzne účely - obývačku, kúpeľňu, kuchyňu, spálňu, chodbu a vstupnú chodbu.

Na základe rozmerov konštrukcie môžete vypočítať objem V:

V=6×8×2,5=120 m³

Ďalej musíte nájsť množstvo tepelného výkonu na m³. Aby ste to dosiahli, Q sa musí vydeliť nájdeným objemom, to znamená:

P=16000/120=133 W/m³

Ďalej musíte určiť, aký vykurovací výkon je potrebný pre jednu miestnosť. V diagrame už bola vypočítaná plocha každej miestnosti.

Poďme určiť objem:

• kúpeľňa – 4.19×2.5=10.47;
• obývačka – 13.83×2.5=34.58;
• kuchyňa – 9.43×2.5=23.58;
• spálňa – 10.33×2.5=25.83;
• chodba – 4.10×2.5=10.25;
• chodba – 5.8×2.5=14.5.

Výpočty musia brať do úvahy aj miestnosti, v ktorých nie sú radiátory, napríklad chodba.

Chodba je vykurovaná pasívne, teplo do nej prúdi cirkuláciou tepelného vzduchu pri pohybe ľudí, cez dvere a pod.

Stanovme požadované množstvo tepla pre každú miestnosť vynásobením objemu miestnosti indexom R.

Dostaneme potrebný výkon:

• pre kúpeľňu — 10,47×133=1392 W;
• pre obývačku — 34,58×133=4599 W;
• pre kuchyňu — 23,58×133=3136 W;
• pre spálňu — 25,83×133=3435 W;
• pre chodbu — 10,25×133=1363 W;
• pre chodbu — 14,5×133=1889 W.

Začnime s výpočtom batérií radiátorov. Použijeme hliníkové radiátory, ktorých výška je 60 cm, výkon pri teplote 70 je 150 W.

Vypočítajme požadovaný počet radiátorových batérií:

• kúpeľňa — 1392/150=10;
• obývačka — 4599/150=31;
• kuchyňa — 3136/150=21;
• spálňa — 3435/150=23;
• chodba — 1889/150=13.

Celkom potrebných: 10+31+21+23+13=98 radiátorových batérií.

Na našej stránke máme aj ďalšie články, v ktorých sme podrobne preskúmali postup pri vykonávaní tepelných výpočtov vykurovacieho systému, postupných výpočtov výkonu radiátorov a vykurovacích potrubí. A ak váš systém vyžaduje vyhrievané podlahy, potom budete musieť vykonať ďalšie výpočty.

Všetky tieto problémy sú podrobnejšie opísané v našich nasledujúcich článkoch:

• Tepelný výpočet vykurovacieho systému: ako správne vypočítať zaťaženie systému
• Výpočet vykurovacích radiátorov: ako vypočítať požadovaný počet a výkon batérií
• Výpočet objemu potrubia: princípy výpočtov a pravidlá pre výpočty v litroch a kubických metroch
• Ako vypočítať vyhrievanú podlahu pomocou vodného systému ako príklad
• Výpočet potrubí pre vyhrievané podlahy: typy potrubí, metódy a krok kladenia + výpočet prietoku

Závery a užitočné video na túto tému

Vo videu môžete vidieť príklad výpočtu ohrevu vody, ktorý sa vykonáva pomocou programu Valtec:

Hydraulické výpočty sa najlepšie vykonávajú pomocou špeciálnych programov, ktoré zaručujú vysokú presnosť výpočtov a zohľadňujú všetky nuansy dizajnu.

Špecializujete sa na výpočet vykurovacích systémov využívajúcich vodu ako chladiacu kvapalinu a chcete doplniť náš článok o užitočné vzorce a zdieľať profesionálne tajomstvá?

Alebo sa možno chcete zamerať na dodatočné výpočty alebo poukázať na nepresnosti v našich výpočtoch? Svoje pripomienky a odporúčania píšte do bloku pod článkom.