Изчисляване на отоплението на водата: формули, правила, примери

Спестявайте и увеличавайте!

Така може да се формулира мотото на Pipeline при разработването и внедряването на ново поколение софтуер за хидравлични изчисления - надеждна съвременна универсална система с масово приложение на разумна цена. Какво точно искаме да запазим и подобрим?

Искаме да запазим предимствата на софтуера, които са вградени в него от самото му създаване и са развити по време на последващото му развитие:

• Точен, актуален и доказан изчислителен модел, включващ подробен анализ на режимите на потока и местните съпротивления, който е в основата на програмата;
• Висока скорост на изчисление, позволяваща на потребителя незабавно да изчислява различни варианти на проектиране;
• В програмата е вградена възможност за проектни изчисления (определяне на диаметъра);
• възможност за автоматично изчисляване на необходимите термофизични свойства на широк спектър от транспортирани продукти;
• Опростен и интуитивен потребителски интерфейс;
• Достатъчна гъвкавост на програмата, за да може тя да се използва не само за технологични тръбопроводи, но и за други видове тръбопроводи;
• Цената на програмата е достатъчно умерена за широк кръг от проектни организации и отдели.

Същевременно възнамеряваме да увеличим радикално възможностите на програмата и броя на редовните потребители, като отстраним недостатъците и добавим функционалност в следните основни области:

• Софтуерна и функционална интеграция във всичките му аспекти: наборът от специализирани и слабо интегрирани програми следва да бъде заменен с единна, модулна програма за хидравлични изчисления, която предвижда топлинно изчисление, отчитане на отоплителни сателити и електрическо отопление, изчисление на тръби с всякакво напречно сечение (включително газопроводи), изчисление и избор на помпи и друго оборудване, изчисление и избор на контролни устройства;
• осигуряване на софтуерна интеграция (включително трансфер на данни) с други програми на NTP "Pipeline", най-вече с "Insulation", "Pre-Valve", STARS;
• интеграция с различни графични CAD програми, предназначени предимно за проектиране на технологични инсталации, но също и за подземни тръбопроводи;
• интегриране с други системи за технологично изчисление (преди всичко със системите за симулация на технологични процеси HYSYS, PRO/II и други), като се използва международният стандарт CAPE OPEN (поддръжка на протоколи Thermo и Unit).

Подобрена използваемост на потребителския интерфейс. По-специално:

• Осигуряване на графично въвеждане и редактиране на изчислителната схема;

графично представяне на резултатите от изчисленията (включително пиезометър).

Разширяване на функциите на програмата и нейната приложимост към за изчисляване на различни видове тръбопроводи. Включително:

• Предоставяне на възможност за изчисляване на тръбопроводи с всякаква топология (включително пръстеновидни системи), което ще позволи използването на програмата за изчисляване на външни инженерни мрежи;

Осигуряване на възможност за задаване и отчитане на условията на околната среда (параметри на земята и вграждането, топлоизолация и др.), които се променят в хода на изчисляването на дълъг тръбопровод, което ще позволи използването на програмата за изчисляване на магистрални тръбопроводи в по-широк мащаб;
Прилагане на препоръчаните индустриални стандарти и методи Програмата прилага препоръчителните индустриални стандарти и практики за хидравлично изчисляване на газопроводи. Прилагане на препоръчителните отраслови стандарти и процедури за хидравлично изчисляване на газопроводи (SP 42-101-2003), топлофикационни мрежи (SNiP 41-02-2003), нефтопроводи (RD 153-39.4-113-01), тръбопроводи за нефтени находища (RD 39-132-94) и др.
изчисляване на многофазни потоци, което е важно за тръбопроводите на нефтени и газови находища.
Разширяване на функциите на програмата за проектиране, като на нейна основа се решават задачите за оптимизиране на параметрите на сложни тръбопроводни системи и оптимален избор на оборудване.

Изчисляване на въздушна отоплителна система - проста методология

Проектирането на въздушна отоплителна система не е лесна задача. Необходимо е да се вземат предвид редица фактори, които може да е трудно да определите сами. Специалистите на RSV могат да ви предоставят безплатен предварителен проект за въздушно отопление, базиран на оборудването на GREERS.

Системата за въздушно отопление, както и всяка друга, не може да бъде създадена произволно. Необходим е набор от оборудване, за да се осигури приемлива от медицинска гледна точка температура и свеж въздух в стаята, като изборът на оборудване се основава на точно изчисление. Съществуват няколко техники за изчисляване на отоплението на въздуха с различна степен на сложност и точност. Често срещан проблем при този вид изчисления е липсата на отчитане на ефектите от фини въздействия, които не винаги е възможно да се предвидят.

Затова самостоятелното изчисляване, без да сте експерт в областта на отоплението и вентилацията, е изпълнено с грешки или неправилни изчисления. Въпреки това е възможно да се избере най-достъпният метод въз основа на избора на мощност на отоплителната система.

Формулата за определяне на топлинните загуби:

Q=S*T/R

Къде:

• Q - топлинни загуби (ватове)
• S - площ на всички структури на сградата (стаи)
• T - разлика между вътрешната и външната температура
• R - топлинно съпротивление на сградната обвивка.

Пример:

Сграда с площ 800 m2 (20×40 m), височина 5 m, 10 прозореца с размери 1,5×2 m. Изчисляваме структурната площ:
800 + 800 = 1600 m2 (площ на пода и тавана)
1,5 × 2 × 10 = 30 m2 (площ на прозореца)
(20 + 40) × 2 × 5 = 600 m2 (площ на стената). От тази цифра се изважда площта на прозорците и нетната площ на стената е 570 m2.

Намерете термичното съпротивление на бетонните стени, подовата плоча, пода и прозорците в таблиците на SNiP. Тя може да се определи самостоятелно по формулата:

Къде:

• R - топлинно съпротивление
• D - дебелина на материала
• K - коефициент на топлопреминаване

За улеснение ще приемем, че дебелината на стените, пода и тавана е еднаква, т.е. 20 cm. Тогава топлинното съпротивление ще бъде равно на 0,2 m / 1,3= 0,15 (m2*K)/W
Топлинното съпротивление на прозорците ще бъде избрано от таблиците: R = 0,4 (m2*K)/W
Температурната разлика ще бъде 20°C (20°C вътре и 0°C навън).

Тогава за стените имаме

• 2150 m2 × 20°C / 0,15°C = 28666 = 286 kW
• За прозорци: 30 m2 × 20°C / 0,4 = 1500=1,5 kW.
• Обща топлинна загуба: 286 + 1,5 = 297,5 kW.

Това е количеството топлинни загуби, което трябва да се компенсира от въздушен нагревател с мощност около 300 kW.

Заслужава да се отбележи, че използването на подова и стенна изолация намалява топлинните загуби поне с един порядък.

Общи изчисления

Трябва да се определи общата отоплителна мощност, за да се гарантира, че има достатъчно мощност на котела за правилно отопление на всички помещения. Превишаването на допустимия капацитет може да доведе до повишено износване на нагревателя, както и до значителен разход на енергия.

Необходимият обем на отоплителната среда се изчислява по следната формула: Общ обем = V котел + V радиатори + V тръби + V разширителен съд

Котел

Капацитетът на котела може да се определи, като се изчисли мощността на отоплителното устройство. За целта просто използвайте съотношението, според което 1 kW отоплителна енергия е достатъчна за ефективното отопление на 10 m2 жилищна площ. Това съотношение е валидно само до височина на тавана от 3 метра.

След като е известна мощността на котела, е достатъчно да се намери подходящо устройство в специализиран магазин. Всеки производител посочва капацитета в информационния лист.

Ето защо, ако капацитетът е изчислен правилно, няма да има проблем при определянето на необходимия обем.

За да се определи достатъчният обем вода в тръбите, е необходимо да се изчисли напречното сечение на тръбата по формулата - S = π × R2, където:

• S - площ на напречното сечение;
• π - константа, равна на 3,14;
• R - вътрешен радиус на тръбите.

След като изчислите площта на напречното сечение на тръбите, просто я умножете по общата дължина на тръбите в отоплителната система.

Разширителен съд

Капацитетът на разширителния съд може да се определи, като се използва информацията за коефициента на топлинно разширение на топлоносителя. Коефициентът на топлинно разширение на водата е 0,034 при нагряване до 85 oC.

При извършване на изчислението използвайте формулата: V-резервоар = (V система × K) / D, където:

• V-tank е необходимият обем на разширителния съд;
• V-система - общият обем на течността в останалата част на отоплителната система;
• K - коефициент на разширение;
• D - ефективност на разширителния съд (посочена в техническата документация).

В днешно време съществува голямо разнообразие от отделни видове радиатори за отоплителни системи. Освен функционалните разлики всички те имат различна височина.

За да изчислите обема на работната течност в радиаторите, първо трябва да изчислите броя на радиаторите. След това умножете това количество по обема на една секция.

Можете да определите обема на радиатора, като използвате данните в информационния лист на продукта. При липса на такава информация можете да се ориентирате според осреднените параметри:

• чугун - 1,5 л на секция;
• Биметал - 0,2-0,3 л на секция;
• Алуминий - 0,4 л на секция.

Следващият пример ще ви помогне да разберете как да изчислите правилната стойност. Да предположим, че има 5 радиатора, изработени от алуминий. Всеки нагревателен елемент съдържа 6 секции. Изчислете: 5×6×0,4 = 12 л.

Както виждате, изчисляването на отоплителния капацитет се свежда до изчисляване на общата стойност на четирите елемента, посочени по-горе.

Не всеки е в състояние да определи необходимия капацитет на работния флуид в системата с математическа точност. Затова някои потребители правят следното, без да искат да правят изчисления. Първо, системата се пълни до около 90% и след това се проверява дали функционира правилно. След това натрупаният въздух се изпуска и процесът на пълнене продължава.

По време на работа на отоплителната система в резултат на конвекционни процеси се получава естествено понижение на нивото на отоплителната среда. Това води до загуба на капацитет и мощност на котела. Оттук произтича необходимостта от резервен резервоар с работна течност, от който може да се следи загубата на охлаждаща течност и при необходимост да се допълва.

Проучване на осъществимостта на проекта

Избор
обикновено е многофакторна задача.
обикновено е многофакторна задача. В
Във всички случаи има голям брой
възможни решения на поставената задача.
защото всяка система от TG и B
се характеризира с множество променливи.
(набор от системно оборудване, неговите различни
параметри, напречни сечения на тръбите,
материалите, от които са изработени.
и т.н.).

В
В този раздел ще сравним 2 вида радиатори:
Rifar
Monolit
350 и Сира
RS .
300.

За
за определяне на цената на радиатора,
Извършваме топлинно изчисление, за да
броя на секциите. Изчисление
Радиатор Rifar
Monolit
350 радиатора е показан в раздел 5.2.

Класификация на системите за подгряване на вода

В зависимост от мястото, където се генерира топлината, системите за затопляне на вода се разделят на централизирани и локални. Централизираното топлоснабдяване се използва например за топлоснабдяване на жилищни сгради, всякакви институции, предприятия и други обекти.

В този случай топлинната енергия се произвежда в ТЕЦ (централи за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия) или в котли и след това се доставя на потребителите по тръбопроводи.

Местните (автономни) системи осигуряват топлинна енергия, например за частни къщи. Тя се генерира директно в самите съоръжения за топлоснабдяване. За тази цел се използват пещи или специални инсталации, захранвани с електричество, природен газ, течни или твърди горива.

В зависимост от начина на движение на водните маси, нагряването може да бъде с принудително (помпа) или естествено (гравитационно) движение на охлаждащата течност. Системите за принудителна циркулация могат да бъдат с пръстеновидни кръгове и с първично-вторични пръстеновидни кръгове.

Различните системи за подгряване на вода се различават по начина на свързване и по начина на свързване на уредите помежду им. Общото между тях е видът на топлоносителя към радиаторите (+).

В зависимост от посоката на движение на водата в тръбите за подаване и връщане, отоплителната вода може да тече през тръбата за подаване или в контур. В първия случай водата се движи в една посока в мрежата, а във втория - в различни посоки.

В първия случай водата тече в една посока, а във втория - в различни посоки. В първия случай потокът от загрята вода е насочен в посока, обратна на посоката на охладената вода. В контурните системи потокът на затоплената и охладената вода е в една и съща посока (+).

Отоплителните тръби могат да бъдат свързани към радиаторите в различни вериги. Ако радиаторите са свързани последователно, те се наричат еднотръбни, а ако са свързани паралелно, се наричат двутръбни.

Съществува и бифиларна система, при която всички първи половини на уредите са свързани последователно, а след това другите половини на уредите са свързани последователно, за да се осигури обратен поток на водата.

Разположението на тръбите, които свързват радиаторите, е наименованието на системата за разпределение: различават се хоризонтално и вертикално разпределение. Съществуват колекторни тръби, тройници и смесени тръби.

Отоплителните системи с горен и долен колектор се различават по позицията на захранващата тръба. В първия случай захранващата тръба е положена над уредите, които получават нагрятата среда от нея, а във втория случай тръбата е положена под батериите (+).

В жилищни сгради без мазета, но с таван, се използват въздушни разпределителни отоплителни системи. При тях захранващата тръба е разположена над радиаторите.

При сгради с технически сутерен и плосък покрив се използва отоплителна система с долно разпределение, при която тръбите за подаване и връщане на водата са разположени под радиаторите.

Съществува и "обърната" циркулация на нагревателната среда. В този случай обратният поток се намира под уредите.

Що се отнася до начина на свързване на потока с радиатора, системите за горния таван могат да бъдат колекторни, едностранни или наклонени.

Пример за изчисление

Корекционният коефициент в този случай ще бъде:

• K1 (двойно остъкляване) = 1,0;
• K2 (дървени стени) = 1,25
• K3 (площ на остъкляване) = 1,1;
• K4 (при -25°C -1,1 и при 30°C) = 1,16;
• K5 (три външни стени) = 1,22
• K6 (топъл таван над него) = 0,91
• K7 (височина на помещението) = 1,0.

В резултат на това общият топлинен товар ще бъде равен на: Ако беше използван опростен метод на изчисление, основан на изчисляване на отоплителната мощност в зависимост от площта на пода, резултатът щеше да бъде съвсем различен: Пример за изчисляване на топлинната мощност на отоплителна система във видеото:

Изчисление на базата на радиатори на подова площ

Подробно изчисление

Ако за един квадратен метър са необходими 100 вата топлинна енергия, в помещение с площ 20 квадратни метра трябва да се подават 2000 вата. Типичен радиатор с осем секции генерира около 150 вата топлина. Ако разделите 2000 на 150, ще получите 13 секции. Това обаче е доста консервативно изчисление на топлинния товар.

Точно изчисление

Точното изчисление се прави по следната формула: Qt = 100 W/кв.м. × S(стая)кв.м. × q1 × q2 × q3 × q4 × q5 × q6 × q7, където:

• q1 - вид на остъкляването: нормално = 1,27; двойно остъкляване = 1,0; тройно остъкляване = 0,85;
• q2 - изолация на стените: слаба или липсваща = 1,27; стена от 2 тухли = 1,0, модерна, висока = 0,85;
• q3 - съотношение между общата площ на прозорците и площта на пода: 40% = 1,2; 30% = 1,1; 20% = 0,9; 10% = 0,8
• q4 - минимална външна температура: -35 C = 1,5; -25 C = 1,3; -20 C = 1,1; -15 C = 0,9; -10 C = 0,7
• q5 - брой на външните стени в помещението: всички четири = 1,4, три = 1,3, ъглова стая = 1,2, една = 1,2
• q6 - вид на изчислителното помещение над изчислителното помещение: студено таванско помещение = 1,0, топло таванско помещение = 0,9, жилищно отопляемо помещение = 0,8
• q7 - височина на тавана: 4,5 m = 1,2; 4,0 m = 1,15; 3,5 m = 1,1; 3,0 m = 1,05; 2,5 m = 1,3.

Съвременни нагревателни елементи

Днес много рядко се среща къща, която се отоплява изключително с въздушни източници. Те включват електрически нагреватели: вентилаторни нагреватели, радиатори, НЛО, топлинни пистолети, електрически камини и готварски печки. Най-добре е те да се използват като спомагателни елементи, когато основната отоплителна система работи стабилно. Причината за тяхната "вторична употреба" е доста високата цена на електроенергията.

Основни елементи на отоплителната система

При планирането на всякакъв вид отоплителна система е важно да се знае, че съществуват общоприети препоръки за плътността на мощността на използвания отоплителен котел. По-специално, тя е приблизително 1,5 - 2,0 kW за северните региони, 1,2 - 1,5 kW за централните региони и 0,7 - 0,9 kW за южните региони.

Преди да изчислите отоплителната система, трябва да използвате формулата за изчисляване на оптималната мощност на котела:

Котел W. = S*W / 10.

Изчисляването на отоплителната система на сградата и мощността на котела е важен етап от планирането на отоплителната система.

Важно е да се обърне специално внимание на следните параметри:

• обща подова площ на всички помещения, които ще бъдат свързани към отоплителната система - S;
• Препоръчителната специфична мощност на котела (параметър в зависимост от региона).

Да предположим, че е необходимо да се изчисли капацитетът на отоплителната система и мощността на котела за къща с обща площ на отопляваните помещения S = 100 m2. Ще вземем препоръчителната специфична топлинна мощност за централните райони на страната и ще заменим данните във формулата. Получаваме:

Котел W. = 100*1,2/10=12 kW.

Изчисляване на мощността на котела

Котелът в отоплителната система е предназначен за компенсиране на топлинните загуби на сградата. А също и в случай на двуконтурна система или при оборудване на котела с бойлер за индиректно отопление, за загряване на вода за хигиенни нужди.

Едноконтурният котел загрява само отоплителната среда за отоплителната система

За да се определи мощността на отоплителния котел, е необходимо да се изчисли потреблението на топлинна енергия на къщата през фасадните стени и за отопление на обменяемия въздух във вътрешните помещения.

Изискват се данни за топлинните загуби в киловатчаса на ден - в случая на условната къща, изчислена като пример, това са:

271,512 + 45,76 = 317,272 kWh,

Където: 271,512 - дневни топлинни загуби от външни стени; 45,76 - дневни топлинни загуби от загряване на подавания въздух.

Съответно необходимата отоплителна мощност на котела ще бъде:

317,272 : 24 (часа) = 13,22 kW

Такъв котел обаче ще бъде подложен на постоянно високо натоварване, което ще намали експлоатационния му живот. А в особено мразовити дни изчислената мощност на котела няма да е достатъчна, тъй като високата температурна разлика между помещението и външната атмосфера рязко увеличава топлинните загуби на сградата.

Ето защо не е препоръчително да избирате котел въз основа на осреднено изчисление на разходите за топлинна енергия - той може да не е в състояние да се справи със силни студове.

Рационално е да се увеличи необходимата мощност на котелното оборудване с 20%:

13,22 - 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

За да се изчисли необходимата мощност на втория кръг на котела за подгряване на водата за миене, къпане и т.н., разделяме месечното потребление на топлина от топлинните загуби на "канализацията" на броя на дните в месеца и на 24 часа:

493,82 : 30 : 24 = 0,68 kW

В резултат на изчисленията се получава оптимална мощност на котела от 15,86 kW за отоплителния кръг и 0,68 kW за отоплителния кръг в примерната вила.

Входни данни за изчислението

Първоначалното правилно планиране на работата по проектирането и монтажа ще избегне изненади и неприятни проблеми на по-късен етап.

При проектирането на подовото отопление трябва да се вземе предвид следното

• Материалът и конструкцията на стените;
• Размерът на стаята;
• вида на покритието;
• конструкцията на вратите и прозорците и тяхното разположение;
• разположението на структурните елементи.

За да се извърши добро проектиране, е необходимо да се вземат предвид зададената температура и възможността за нейното регулиране.

Като груб ориентир се приема, че 1 m2 отоплителна система трябва да компенсира 1 kW топлинни загуби. Ако отоплителният кръг за вода се използва като допълнение към основната система, той трябва да покрива само част от топлинните загуби.

Съществуват указания за температурата на пода за комфорта в различните зони:

• 29°C - жилищна площ;
• 33°C - баня, басейн и други помещения с висока влажност;
• 35°C - студени зони (при входни врати, външни стени и др.).

Превишаването на тези стойности води до прегряване както на системата, така и на финишното покритие, което води до неизбежно влошаване на материала.

След извършване на предварителните изчисления е възможно да се избере оптималната температура на отоплителната среда според личното ви усещане, да се определи натоварването на отоплителния кръг и да се закупи помпено оборудване, което е напълно способно да стимулира потока на отоплителната среда. Трябва да се избере помпено устройство, което може да стимулира потока на отоплителната среда с минимум 20 % от дебита.

За загряването на замазка с дебелина над 7 cm се изразходва много време. Ето защо, когато се инсталират системи на водна основа, трябва да се внимава да не се превишава тази граница. Керамичните подови плочки се считат за най-подходящото подово покритие за водни настилки, тъй като поради изключително ниската топлопроводимост на паркета, под паркета не може да се монтира топла настилка.

По време на етапа на планиране трябва да се реши дали подовото отопление ще се използва като основен източник на топлина или като допълнение към отоплителна система с радиатори. От това зависи делът на топлинните загуби, които трябва да компенсира. Този процент може да варира от 30 % до 60 % с отклонения.

Времето за нагряване на воден под зависи от дебелината на елементите в замазката. Водата като топлоносител е много ефективна, но самата система е трудна за инсталиране.