Топлинно изчисление на отоплителна система: как правилно да натоварите системата

Концепция за хидравлично изчисление

Определящ фактор в технологичното развитие на отоплителните системи е общата икономия на енергия. Желанието да спестите пари ви принуждава да бъдете по-внимателни при проектирането, избора на материали, методите на монтаж и експлоатацията на домашното отопление.

Ето защо, ако сте решили да създадете уникална и най-вече икономична отоплителна система за вашия апартамент или къща, препоръчваме ви да се запознаете с правилата за изчисляване и проектиране.

Преди да се определи хидравличното изчисление на системата, трябва ясно да се разбере, че индивидуалната отоплителна система на апартамент или къща е условно с един порядък по-висока от централната отоплителна система на голяма сграда.

Личната отоплителна система се основава на коренно различен подход към понятията топлина и енергия.

Същността на хидравличното изчисление се състои в това, че дебитите не се задават предварително със значително приближение до действителните параметри, а се определят чрез свързване на диаметрите на тръбопроводите с параметрите на налягането във всички пръстени на системата.

Достатъчно е да се направи тривиално сравнение между двете системи по отношение на следните параметри.

1. Системата за централно отопление (котелно помещение-жилище) се основава на стандартни видове енергоносители - въглища, газ. В самостоятелна система може да се използва практически всяко вещество с висока специфична топлина на изгаряне или комбинация от няколко течни, твърди или гранулирани материали.
2. Системата CHS е изградена на базата на конвенционални елементи: метални тръби, батерии с "брадва", спирателни вентили. Индивидуалната отоплителна система позволява комбинирането на различни елементи: многосекционни радиатори с добра топлинна мощност, високотехнологични термостати, различни видове тръби (PVC и медни), кранове, тапи, фитинги и, разбира се, собствени по-икономични котли, циркулационни помпи.
3. Ако влезете в апартамент в типична панелна сграда, построена преди 20-40 години, отоплителната система се свежда до 7 радиатора под прозореца във всяка стая на апартамента плюс вертикална тръба през цялата къща (щранг), която може да "комуникира" със съседите на горния/долния етаж. Автономната отоплителна система (AHS) дава възможност за изграждане на система с всякаква сложност, като се вземат предвид индивидуалните желания на обитателите на апартамента.
4. За разлика от CHS, отделната отоплителна система отчита доста впечатляващ списък от параметри, които влияят върху предаването, потреблението на енергия и топлинните загуби. температура на околната среда, необходим температурен диапазон в помещението, площ и обем на помещението, брой прозорци и врати, разпределение на помещенията и др.

По този начин хидравличното изчисляване на отоплителната система (HSS) е условен набор от изчислени характеристики на отоплителната система, който предоставя изчерпателна информация за параметри като диаметър на тръбите, брой радиатори и вентили.

Този тип радиатори са монтирани в повечето панелни жилища в бившия Съветски съюз. Спестявания от материали и липса на идея за дизайн "в лицето

GRS дава възможност за правилен избор на водна циркулационна помпа (отоплителен котел) за транспортиране на гореща вода до крайните елементи на отоплителната система (радиатори), като крайният резултат е най-балансираната система, която пряко влияе върху финансовата инвестиция в отоплението на жилището.

Друг вид отоплителен радиатор за DSP. Това е по-универсален продукт, който може да има произволен брой ребра. Това позволява увеличаване или намаляване на площта на топлообмен.

Помпа

Как да изберем оптималния напор и капацитет на помпата?

Главата е лесна. Минимален напор от 2 метра (0,2 kgf/cm2) е достатъчен за всяка разумна дължина на веригата.

Разликата между сместа (горе вдясно) и обратния поток (долу вдясно) не се регистрира от манометър.

Капацитетът може да се изчисли по най-простата схема: целият обем на веригата трябва да се завърти три пъти на час. Така за гореспоменатите 400 литра течност разумният минимален капацитет на циркулационната помпа в отоплителната система при работен напор е 0,4*3=1,2 m3/час.

За отделни участъци от веригата, захранвани от собствена помпа, капацитетът им може да се изчисли по формулата G=Q/(1,163*Dt).

В него:

• G - желаната стойност на капацитета в кубични метри на час.
• Q е топлинната мощност на секцията на отоплителната система в киловат.
• 1,163 - константа, средният топлинен капацитет на водата.
• Dt е температурната разлика между тръбите за подаване и връщане в градуси по Целзий.

Така за верига с топлинна мощност 5 киловата и с делта 20 градуса между потока и връщането е необходима помпа с ефективност поне 5/(1,163*20)=0,214 m3/час.

Размерите на помпата обикновено са посочени в нейната фирмена табелка.

Формула за изчисление

Норми за потребление на топлинна енергия

Топлинните товари се изчисляват с оглед на капацитета на отоплителното тяло и топлинните загуби на сградата. Следователно, за да се определи мощността на проектирания котел топлинните загуби на сградата трябва да бъдат да се умножи по коефициент на увеличение 1,2. Това е надбавка в размер на 20%.

Каква е целта на коефициента? С него можете да:

• Прогнозирайте спада на налягането на газа в мрежата. В края на краищата, през зимата има повече потребители и всеки се опитва да вземе повече гориво от другите.
• Променяйте температурния режим в помещенията на къщата.

Трябва да се добави, че топлинните загуби не могат да бъдат разпределени равномерно в цялата структура на сградата. Разликите могат да бъдат доста големи. Ето няколко примера:

• До 40% от топлината напуска сградата през външните стени.
• До 10 % от тях преминават през подовете.
• Същото се отнася и за покрива.
• Чрез вентилационната система - до 20%.
• През вратите и прозорците 10%.

И така, разбрахме структурата на сградата и направихме един много важен извод, че архитектурата на сградата и нейното местоположение определят топлинните загуби, които трябва да бъдат компенсирани. Но много зависи и от материалите, от които са направени стените, покривът и подът, както и от това дали има топлоизолация или не. Това е важен фактор.

Това е важен фактор.

Например, нека определим коефициентите на намаляване на топлинните загуби в зависимост от конструкцията на прозореца:

• Обикновени дървени прозорци с нормални стъкла. За изчисляване на топлинната енергия в този случай се използва коефициент 1,27. Това означава, че през този тип остъкляване има изтичане на топлинна енергия, равняващо се на 27% от общата стойност.
• Ако са монтирани пластмасови прозорци с двоен стъклопакет, се използва коефициент 1,0.
• Ако са монтирани пластмасови прозорци с шесткамерен профил и трикамерен стъклопакет, коефициентът е 0,85.

Продължете с работата с прозорците. Съществува известна зависимост между площта на помещението и площта на прозоречното остъкляване. Колкото по-голяма е втората позиция, толкова по-големи са топлинните загуби на сградата. И има определена връзка:

• Ако площта на прозорците спрямо площта на пода е само 10%, за изчисляване на топлинната мощност на отоплителната система се използва коефициент 0,8.
• Ако съотношението е между 10 и 19 %, се прилага коефициент 0,9.
• При 20% - 1,0.
• При 30% - 2.
• При 40% - 1,4.
• При 50% тя е 1,5.

И това са само прозорците. Влияние върху топлинните натоварвания оказват и материалите, използвани при изграждането на къщата. Нека ги поставим в таблица, в която ще бъдат разположени стенни материали с намаляващи топлинни загуби и следователно техният коефициент също ще намалее:

Вид строителен материал

Както можете да видите, разликата в използваните материали е значителна. Ето защо още на етапа на проектиране на къщата е необходимо да се определи точно от какъв материал ще бъде изградена тя. Разбира се, много строители изграждат къща въз основа на бюджета, отпуснат за строителство. Но при такива оформления си струва да го преразгледате. Експертите ви уверяват, че е по-добре да инвестирате първоначално, за да можете по-късно да се възползвате от спестяванията от експлоатацията на къщата. Особено като се има предвид, че отоплителната система е един от основните разходи през зимата.

Размер на стаите и брой етажи

Диаграма на отоплителна система

Ето кои са факторите, които влияят върху формулата за изчисляване на топлината. Как влияе размерът на помещението върху топлинния товар?

• Ако височината на тавана във вашата къща е по-малка от 2,5 метра, ще ви е необходим коефициент 1,0.
• Ако жилището ви е високо 3 метра, се прилага коефициент 1,05. Това е незначителна разлика, но тя има значителен ефект върху топлинните загуби, ако общата площ на къщата е достатъчно голяма.
• На 3,5 м тя е 1,1.
• На 4,5 м - 2.

Но такъв показател като броя на етажите влияе по различен начин върху топлинните загуби на сградата. Трябва да се вземе предвид не само броят на етажите, но и местоположението на стаята, т.е. на кой етаж се намира. Например, ако стаята се намира на първия етаж, а къщата е на три или четири етажа, се използва коефициент 0,82.

Ако помещението се премести на по-висок етаж, топлинните загуби също ще се увеличат. Освен това трябва да се вземе под внимание таванът - дали е изолиран или не.

Както виждате, за да се изчислят точно топлинните загуби на една сграда, е необходимо да се вземат предвид различни фактори. И е необходимо да се вземат предвид всички те. Между другото, не всички фактори, които намаляват или увеличават топлинните загуби, са взети предвид. Но самата формула ще зависи основно от площта на отопляваната къща и от показателя, който се нарича специфична стойност на топлинните загуби. Между другото, в тази формула тя е стандартна и се равнява на 100 W/m². Всички останали компоненти на формулата са коефициенти.

1 Значение на параметъра

Коефициентът на топлинните загуби се използва за определяне на необходимото количество топлинна енергия за отопление на определено помещение и на цялата сграда. Основната променлива тук е капацитетът на цялото отоплително оборудване, което ще се използва в системата. Освен това трябва да се вземат предвид топлинните загуби на къщата.

Идеалната ситуация е тази, при която топлинната мощност на отоплителния кръг не само елиминира всички топлинни загуби в сградата, но и осигурява комфортни условия на живот. За да се изчисли правилно специфичният топлинен товар, трябва да се вземат предвид всички фактори, които влияят на този параметър:

• Характеристиките на всеки строителен елемент. Вентилационната система оказва значително влияние върху топлинните загуби.
• Размерът на сградата. Трябва да се вземат предвид както обемът на всички помещения, така и площта на прозорците и външните стени.
• Климатична зона. Максималното почасово натоварване зависи от температурните колебания на околния въздух.

Топлинно натоварване

Топлинното натоварване е количеството топлина, необходимо за заместване на топлинните загуби на сградата (помещението), включително използването на отоплителни уреди при пикови температури.

Капацитет, общата мощност на отоплителните уреди, участващи в отоплението на дадена сграда, осигуряваща комфортна температура за живеене и икономически дейности. Капацитетът на източниците на топлина трябва да е достатъчен, за да поддържа температурата през най-студените дни на отоплителния сезон.

Топлинният товар се измерва във ватове, кал/час, - 1W = 859,845 кал/час. Изчисляването е сложен процес. Трудно е да го извършите сами, ако нямате знания и умения.

Вътрешният топлинен дизайн на една сграда зависи от дизайна на товара. Грешките имат отрицателно въздействие върху потребителите на топлинна енергия, свързани към системата. Вероятно всеки в студените зимни вечери, увит в топла плетена дреха, се оплака от отоплителната система със студени радиатори - резултат от несъответствие с действителните топлинни режими.

Топлинното натоварване се изчислява, като се вземе предвид броят на отоплителните тела (радиатори) за поддържане на топлина, с параметри:

• Топлинните загуби на сградата, които се състоят от топлопроводимостта на сградната обвивка, покрива на къщата;
• Вентилацията (принудителна вентилация, естествена вентилация);
• снабдяването на сградата с топла вода;
• допълнително потребление на топлина (сауна, къпане, битови нужди).

При едни и същи изисквания към сградата натоварването ще бъде различно в различните климатични зони. Влиянието на местоположението спрямо морското равнище, наличието на естествени бариери пред студените ветрове и други геоложки фактори.

Термично изчисление на нагряването: обща процедура

Класическото топлинно изчисление на отоплителна система е технически документ, който включва задължителните стандартни методи за изчисление стъпка по стъпка.

Но преди да разгледате тези основни изчисления, трябва да разберете концепцията на самата отоплителна система.

Отоплителната система се характеризира с принудително подаване и принудително отвеждане на топлина в дадено помещение.

Основните задачи при изчисляването и проектирането на отоплителна система са:

• Определяне на топлинните загуби по най-надеждния начин;
• определяне на количеството и условията на използване на топлоносителя;
• Избор на най-подходящите елементи за генериране, пренос и отвеждане на топлина.

При изграждането на отоплителна система е необходимо първо да се съберат различни данни за помещението/сградата, където ще се използва отоплителната система. След като се изчислят топлинните параметри на системата, е необходимо да се анализират резултатите от аритметичните операции.

Въз основа на получените данни изберете компонентите на отоплителната система с последващо закупуване, инсталиране и пускане в експлоатация.

Отоплението е многокомпонентна система за осигуряване на одобрен температурен режим в дадено помещение/сграда. Тя е отделна част от комуналните услуги на съвременната сграда.

Трябва да се отбележи, че горепосочената методика за изчисляване на топлинната енергия позволява достатъчно точно изчисляване на голям брой стойности, които конкретно описват бъдещата отоплителна система.

В резултат на топлинното изчисление се получава следната информация:

• брой топлинни загуби, капацитет на котела;
• брой и тип радиатори за отопление за всяка стая поотделно;
• хидравлични характеристики на тръбопроводите;
• обем, скорост на топлоносителя, капацитет на термопомпата.

Топлинното изчисление не е теоретично изложение, а доста точен и обоснован резултат, който се препоръчва да се използва на практика при избора на компоненти на отоплителната система.

Хидравлично изчисление

Така че топлинните загуби са определени, капацитетът на отоплителното тяло е избран, остава само да се определи обемът на необходимата охлаждаща течност и съответно размерът и материалите на тръбите, радиаторите и спирателните вентили, които ще се използват.

Първо определете обема на водата в отоплителната система. За целта са необходими три цифри:

1. Общата мощност на отоплителната система.
2. Температурната разлика на изхода и входа на отоплителния котел.
3. Топлинният капацитет на водата. Тази стойност е стандартна и се равнява на 4,19 kJ.

Хидравлично изчисление на отоплителната система

Формулата е следната - първата цифра се разделя на последните две. Между другото, този тип изчисления могат да се използват за всяка част от отоплителната система.

Тук е важно да се раздели мрежата на части, така че във всяка част скоростта на движение на охлаждащата течност да е еднаква. Ето защо експертите препоръчват да се направи разбивка от един спирателен вентил до друг, от един радиатор до друг. Сега преминете към изчисляване на загубата на напор на отоплителната среда, която зависи от триенето в тръбната система.

За тази цел се използват само две стойности, които се умножават заедно във формулата. Това са дължината на главния участък на тръбата и специфичните загуби от триене

Сега преминете към изчисляване на загубата на напор на отоплителната среда, която зависи от триенето в тръбната система. За тази цел се използват само две стойности, които се умножават заедно във формулата. Това са дължината на главния участък на тръбата и специфичните загуби от триене.

От друга страна, загубата на напор в спирателния вентил се изчислява по съвсем различна формула. Той отчита такива фактори като:

• Плътността на охлаждащата течност.
• Скоростта му в системата.
• Сумата от всички коефициенти, които присъстват в елемента.

За да се гарантира, че и трите коефициента, които се получават по формулите, се доближават до стандартните стойности, диаметрите на тръбите трябва да бъдат избрани правилно. За да се даде пример за няколко вида тръби за сравнение, е илюстрирано влиянието на диаметъра върху топлинната мощност.

1. Метални пластмасови тръби с диаметър 16 mm. Топлинната му мощност варира между 2,8 и 4,5 kW. Разликата зависи от температурата на топлоносителя. Но имайте предвид, че това е диапазонът, в който се задават минималните и максималните стойности.
2. Същата тръба с диаметър 32 mm. В този случай капацитетът варира от 13 до 21 kW.
3. Полипропиленови тръби. Диаметър 20 mm - диапазон на мощността 4-7 kW.
4. Същата тръба с диаметър 32 mm - 10-18 kW.

На последно място, това е определянето на циркулационната помпа. За да се разпредели равномерно охлаждащата течност по цялата отоплителна система, нейната скорост трябва да бъде най-малко 0,25 m/и не повече от по-малко от 0,25 m/s и не повече от 1,5 m/s. Налягането не трябва да надвишава 20 МРа. Ако скоростта на флуида е по-висока от максималната предложена стойност, тръбната система ще бъде шумна. Ако скоростта е по-ниска, веригата може да се климатизира.

Изчисляване на потреблението на топлина на квадратен метър

Обикновено за приблизителна оценка на отоплителното натоварване се използва просто топлинно изчисление: Вземете измервателната площ на сградата отвън и я умножете по 100 W. Следователно потреблението на топлина за ваканционна къща с площ 100 m² е 10 000 W или 10 kW. Резултатът ви позволява да изберете котел с коефициент на безопасност 1,2-1,3, в този случай в този случай изходът на устройството е се приема, че е 12,5 kW.

Предлагаме да се направят по-точни изчисления, като се вземат предвид разположението на стаята, броят на прозорците и районът на сградата. Така за височина на тавана до 3 метра се препоръчва следната формула:

Изчислението се прави за всяка стая поотделно, след което резултатите се събират и се умножават по регионалния коефициент. Обяснение на формулата:

• Q - необходимата стойност на натоварването, W;
• Sp - квадратура на стаята, m²;
• q - стойност на специфичната топлинна характеристика, свързана с площта на помещението, W/m²;
• k - коефициентът, отчитащ климата в района на местоживеене.

При приблизителното изчисление на базата на общата подова площ q = 100 W/m². Този подход не отчита разположението на стаите и различния брой светлинни отвори. Коридор във вътрешността на вилата ще губи много по-малко топлина, отколкото ъглова спалня с прозорци със същия размер. Предлагаме да приемем стойността на специфичната топлинна характеристика q по следния начин:

• за помещения с една външна стена и прозорец (или врата) q = 100 W/m²;
• Ъглови стаи с един покривен прозорец - 120 W/m²;
• същата, с два прозореца - 130 W/m².

Схемата на плана на сградата показва как да се определи правилната стойност на q. В нашия пример изчислението изглежда по следния начин:

Q = (15,75 x 130 + 21 x 120 + 5 x 100 + 7 x 100 + 6 x 100 + 15,75 x 130 + 21 x 120) x 1 = 10935 W ≈ 11 kW.

Както можете да видите, прецизираните изчисления са дали различен резултат - в действителност за отоплението на конкретна къща с площ 100 m² се използва 1 kW повече топлинна енергия. Цифрата отчита потреблението на топлина за отопление на външния въздух, който навлиза в жилището през отвори и стени (инфилтрация).

Изчисляване на експлоатационните разходи на отоплителен кръг ↑

Оперативните разходи са основна част от разходите. Домакинствата се сблъскват с тези разходи ежегодно; те трябва да изразходват средства за изграждането на отоплителния кръг само веднъж. Често се случва собственикът да иска да намали разходите за организиране на отоплението и след това да плаща многократно повече от благоразумните си съседи, които са изчислили потреблението на топлина за отопление преди проектирането на отоплителната система и преди закупуването на котела.

Разходи за експлоатация на електрически котел ↑

Електрическите отоплителни системи са предпочитани поради лесния монтаж, липсата на изисквания за инсталиране на комини, лесната поддръжка, наличието на вградени системи за безопасност и контрол.

Електрически бойлер - тих и лесен за използване

Z,11 триене. × 50400 = 156744 (рубли годишно, които ще трябва да се платят на доставчика на електроенергия)

Организирането на отоплителна мрежа с електрически котел ще бъде по-евтино от всички схеми, но електроенергията е най-скъпият енергиен ресурс. Освен това не е възможно да се свърже във всички населени места. Разбира се, можете да си купите генератор, ако през следващото десетилетие не се планира да се свържете с централизирани източници на енергия, но разходите за изграждане на отоплителна верига ще се увеличат значително. В изчисленията трябва да се включи и горивото за генератора.

Може да се поръча свързване на парцела към централизираната електрическа мрежа, което ще струва между 300 000 и 350 000 евро, включително проекта. Струва си да помислите какво е по-евтино.

Маслен котел, разходи ↑

Нека приемем, че цената на литър гориво е приблизително 30 рубли. Тази стойност е променлива и зависи от доставчика и от обема на закупеното течно гориво. Различните версии на котлите на течно гориво имат нееднаква ефективност. Като усредним данните, дадени от производителите, решаваме, че за производството на 1 kW на час ще са необходими 0,17 литра дизелово гориво.

30 × 0,17 = 5,10 (RUR на час)

5,10 × 50400 = 257040 (рубли на година за отопление)

Котел, който обработва течни горива

Вече сме определили най-скъпата схема за отопление, която също изисква спазване на правилата за инсталиране: задължително инсталиране на комин и вентилация. Но ако няма алтернатива на мазутния котел, ще трябва да изключите разходите от уравнението.

Годишно плащане за дърва за огрев ↑

Цената на твърдото гориво се определя от вида на дървесината, плътността на кубичния метър, фирмите за дърводобив и разходите за доставка. Един кубичен метър твърдо изкопаемо гориво, плътно опакован, тежи около 650 кг и струва около 1500 рубли.

Цената на килограм е приблизително 2,31 рубли. За да получите 1 kW, трябва да изгорите 0,4 килограма дърва за огрев или да похарчите 0,92 рубли.

0,92 × 50400 = 46368 рубли годишно

Котел за твърди горива може да изгори повече пари от алтернативите

При твърдите горива системата на комина е задължителна и съоръжението трябва да се почиства редовно.

Изчисляване на разходите за отопление с газов котел ↑

За потребители на газ от мрежата Достатъчно е да се умножат двете цифри.

0,30 × 50400 = 15120 (рубли за използване на природен газ през отоплителния сезон)

Газови котли в отоплителната система

Заключение: Експлоатацията на газовия котел ще бъде най-евтина. Тази схема обаче има няколко нюанса:

• задължително обособяване на отделно помещение за котела с определени нормативни размери, което трябва да се направи на етапа на проектиране на вилата;
• Трябва да се инсталират всички комунални услуги, които съпътстват работата на отоплителната система;
• осигуряване на вентилация на пещното помещение;
• изграждане на комини;
• Стриктно спазване на технологичните правила за монтаж.

Ако няма възможност за свързване към централизираната газоснабдителна система в района, собственикът на къщата може да използва втечнен газ от специални резервоари - газови контейнери.

Възможни механизми за стимулиране на преразглеждането на договорните топлинни товари на потребителите (абонатите)

Прегледът на договорните товари на потребителите и разбирането на истинската стойност на изискванията за потребление на топлинна енергия е една от ключовите възможности за оптимизиране на съществуващия и прогнозирания производствен капацитет, което в бъдеще ще доведе до

ü намаляване на темпа на растеж на тарифите за топлинна енергия за крайните потребители;

ü намаляване на таксата за присъединяване чрез пренасочване на неизползвания топлинен товар към съществуващите потребители и съответно създаване на благоприятна среда за развитие на малкия и средния бизнес.

Работата, извършена от TGC-1 за преразглеждане на договорните товари на абонатите, показа липса на мотивация от страна на потребителите за намаляване на договорните товари, включително свързаните с това мерки за пестене на енергия и подобряване на енергийната ефективност.

Следните механизми могат да бъдат предложени като стимули за абонатите да преразгледат топлинните товари

- Въвеждане на двутарифна тарифа (за топлинна енергия и за капацитет);

- въвеждане на механизми за заплащане на неизползваната мощност (товар) от страна на потребителя (разширяване на списъка на потребителите, които подлежат на процедурата за резервиране, и/или изменение на самото понятие "резервна топлинна мощност (товар)").

Въвеждането на двутарифни тарифи може да реши следните проблеми, свързани със системите за топлоснабдяване

- Оптимизиране на разходите за поддръжка на топлинната инфраструктура с извеждането от експлоатация на излишните мощности за производство на топлинна енергия;

- Насърчаване на потребителите да изравнят договорния и реално свързания капацитет с освобождаване на резерви от капацитет за свързване на нови потребители;

- Изравняване на финансовите потоци на МГП чрез ставката за "капацитет", разпределена равномерно през годината, и т.н.

Следва да се отбележи, че за прилагането на горните механизми е необходимо преразглеждане на действащото законодателство в сектора на топлоснабдяването.