Výpočet ohřevu vody: vzorce, pravidla, příklady realizace

Použití vody jako chladicí kapaliny v topném systému je jednou z nejoblíbenějších možností, jak zajistit teplo pro váš domov v chladném období.Stačí systém správně navrhnout a poté nainstalovat. V opačném případě bude vytápění při vysokých nákladech na palivo neúčinné, což, jak vidíte, je při dnešních cenách energií krajně nezajímavé.

Není možné samostatně vypočítat ohřev vody (dále jen WHE) bez použití specializovaných programů, protože výpočty používají složité výrazy, jejichž hodnoty nelze určit pomocí běžné kalkulačky. V tomto článku podrobně rozebereme algoritmus pro provádění výpočtů, představíme použité vzorce a zvážíme průběh výpočtů na konkrétním příkladu.

Prezentovaný materiál doplníme tabulkami s hodnotami a referenčními ukazateli, které jsou potřebné při provádění výpočtů, tematické fotografie a video, které ukazuje jasný příklad výpočtů pomocí programu.

Výpočet tepelné bilance bytové konstrukce

Pro realizaci topné instalace, kde je cirkulačním médiem voda, je nutné nejprve upřesnit hydraulické výpočty.

Při vývoji a realizaci jakéhokoli systému typu vytápění je nutné znát tepelnou bilanci (dále jen TB).Znáte-li tepelný výkon pro udržení teploty v místnosti, můžete si vybrat správné zařízení a správně rozložit jeho zatížení.

V zimě dochází v místnosti k určitým tepelným ztrátám (dále jen HL). Převážná část energie odchází přes uzavírací prvky a ventilační otvory. Drobné náklady jsou vynaloženy na infiltraci, vytápění objektů apod.

TP závisí na vrstvách, které tvoří obvodové konstrukce (dále jen OK). Moderní stavební materiály, zejména izolační materiály, mají nízkou součinitel tepelné vodivosti (dále jen CT), díky čemuž se jimi ztrácí méně tepla. U domů stejné plochy, ale s různými OK konstrukcemi se náklady na teplo budou lišit.

Kromě stanovení TP je důležité vypočítat TB domova. Indikátor zohledňuje nejen množství energie opouštějící místnost, ale také množství energie potřebné k udržení určitých teplotních úrovní v domě.

Nejpřesnější výsledky poskytují specializované programy vyvinuté pro stavebníky. Díky nim je možné zohlednit více faktorů ovlivňujících TP.

Největší množství tepla opouští místnost stěnami, podlahou, střechou, nejméně - dveřmi, okenními otvory

S vysokou přesností můžete vypočítat TP domu pomocí vzorců.

Celkové náklady na vytápění domu se vypočítají pomocí rovnice:

Q = Q_OK + Q_proti,

Kde Q_OK - množství tepla opouštějícího místnost přes OK; Q_proti — náklady na tepelnou ventilaci.

Ztráty větráním se berou v úvahu, pokud má vzduch vstupující do místnosti nižší teplotu.

Výpočty obvykle berou v úvahu OK s jednou stranou do ulice. Jedná se o vnější stěny, podlahu, střechu, dveře a okna.

Generál TP Q_OK rovná se součtu TP každého OK, to znamená:

Q_OK = ∑Q_Svatý +∑Q_okn +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_pl,

Kde:

• Q_Svatý — hodnota TP stěn;
• Q_okn — okna TP;
• Q_dv — dveře TP;
  
• Q_ptl — stropní TP;
  
• Q_pl — podlaha TP.

Pokud má podlaha nebo strop po celé ploše jinou skladbu, pak se TP počítá pro každý úsek zvlášť.

Výpočet tepelných ztrát pomocí OK

Pro výpočty budete potřebovat následující informace:

• struktura stěn, použité materiály, jejich tloušťka, CT;
• venkovní teplota během extrémně chladné pětidenní zimy ve městě;
• oblast OK;
• orientace OK;
• doporučená teplota v domě v zimě.

Pro výpočet TC je potřeba zjistit celkový tepelný odpor R_OK. K tomu je třeba zjistit tepelný odpor R₁, R₂, R₃, …, R_n každá vrstva je v pořádku.

R-faktor_n vypočítá se podle vzorce:

Rn = B/k,

Ve vzorci: B — tloušťka vrstvy OK v mm, k — CT sken každé vrstvy.

Celkové R lze určit výrazem:

R = ∑R_n

Výrobci dveří a oken obvykle uvádějí součinitel R v datovém listu výrobku, není tedy třeba jej samostatně počítat.

Tepelný odpor oken nelze vypočítat, protože technický list již obsahuje potřebné informace, což zjednodušuje výpočet tepelného odporu

Obecný vzorec pro výpočet TP přes OK je následující:

Q_OK = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

Ve výrazu:

• S — oblast OK, m²;
• t_vnt - požadovaná pokojová teplota;
• t_nar — teplota venkovního vzduchu;
• R — koeficient odporu, vypočítaný samostatně nebo převzatý z produktového listu;
• l — koeficient vyjasnění, který bere v úvahu orientaci stěn vzhledem ke světovým stranám.

Výpočet TB umožňuje vybrat zařízení požadovaného výkonu, které eliminuje možnost nedostatku nebo přebytku tepla. Deficit tepelné energie je kompenzován zvýšením průtoku vzduchu ventilací, přebytkem - instalací dodatečného topného zařízení.

Tepelné náklady na větrání

Obecný vzorec pro výpočet ventilace TP je následující:

Q_proti = 0,28 × L_n × str_vnt × c × (t_vnt -t_nar),

Ve výrazu mají proměnné následující význam:

• L_n — spotřeba přiváděného vzduchu;
• p_vnt — hustota vzduchu při určité teplotě v místnosti;
• C — tepelná kapacita vzduchu;
• t_vnt - teplota v domě;
• t_nar — teplota venkovního vzduchu.

Pokud je v budově instalováno větrání, pak parametr L_n převzato z technické specifikace zařízení. Pokud nedochází k větrání, pak se bere standardní specifická rychlost výměny vzduchu 3 m.³ v jednu hodinu.

Na základě toho L_n vypočítá se podle vzorce:

L_n = 3 × S_pl,

Ve výrazu S_pl - podlahová plocha.

2 % všech tepelných ztrát připadá na infiltraci, 18 % na větrání. Pokud je místnost vybavena ventilačním systémem, pak výpočty berou v úvahu TP prostřednictvím ventilace, ale nezohledňují infiltraci

Dále je třeba vypočítat hustotu vzduchu p_vnt při dané pokojové teplotě t_vnt.

To lze provést pomocí vzorce:

p_vnt = 353/(273+t_vnt),

Měrná tepelná kapacita c = 1,0005.

Pokud je ventilace nebo infiltrace neorganizovaná nebo jsou ve stěnách praskliny nebo otvory, pak by měl být výpočet TP přes otvory svěřen speciálním programům.

V našem dalším článku jsme uvedli podrobnosti příklad tepelnětechnického výpočtu budovy s konkrétními příklady a vzorci.

Příklad výpočtu tepelné bilance

Vezměme si dům 2,5 m vysoký, 6 m široký a 8 m dlouhý, který se nachází ve městě Okha v oblasti Sachalin, kde v extrémně chladném 5denním dni teploměr klesá na -29 stupňů.

Jako výsledek měření byla určena teplota půdy +5. Doporučená teplota uvnitř konstrukce je +21 stupňů.

Nejpohodlnější způsob, jak nakreslit schéma domu, je na papíře, kde je uvedena nejen délka, šířka a výška budovy, ale také orientace vzhledem ke světovým stranám, jakož i umístění a rozměry oken a dveří.

Stěny dotyčného domu se skládají z:

• tloušťka zdiva B=0,51 m, CT k=0,64;
• minerální vlna B=0,05 m, k=0,05;
• směřující B=0,09 m, k=0,26.

Při určování k je lepší použít tabulky uvedené na webových stránkách výrobce nebo najít informace v technickém listu produktu.

Se znalostí tepelné vodivosti můžete vybrat nejúčinnější materiály z hlediska tepelné izolace. Na základě výše uvedené tabulky je nejvhodnější ve stavebnictví použít desky z minerální vlny a pěnový polystyren

Podlaha se skládá z následujících vrstev:

• OSB desky B=0,1 m, k=0,13;
• minerální vlna B=0,05 m, k=0,047;
• cementové potěry B=0,05 m, k=0,58;
• pěnový polystyren B=0,06 m, k=0,043.

Dům není podsklepený a podlaha má v celém prostoru stejnou strukturu.

Strop se skládá z vrstev:

• sádrokartonové desky B=0,025 m, k= 0,21;
• izolace B=0,05 m, k=0,14;
• krytina B=0,05 m, k=0,043.

Dům má pouze 6 dvoukomorových oken s I-sklem a argonem. Z technického listu výrobku je známo, že R=0,7. Okna mají rozměry 1,1x1,4m.

Dveře mají rozměry 1x2,2 m, R = 0,36.

Krok #1 - výpočet tepelných ztrát stěn

Stěny v celém areálu se skládají ze tří vrstev. Nejprve si spočítejme jejich celkový tepelný odpor.

Proč používat vzorec:

R = ∑R_n,

a výraz:

R_n = B/k

Vezmeme-li v úvahu počáteční informace, získáme:

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

Po zjištění R můžete začít počítat TP severní, jižní, východní a západní stěny.

Dodatečné koeficienty berou v úvahu zvláštnosti umístění stěn vzhledem ke světovým stranám. Obvykle se v severní části během chladného počasí tvoří „větrná růžice“, v důsledku čehož bude TP na této straně vyšší než na ostatních

Vypočítejme plochu severní stěny:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Poté dosazení do vzorce Q_OK = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l a vezmeme-li v úvahu, že l=1,1, dostaneme:

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

Oblast jižní stěny S_juch.st = S_sev.st = 20.

Ve stěně nejsou žádná vestavěná okna ani dveře, proto při zohlednění koeficientu l=1 získáme následující TP:

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

Pro západní a východní stěnu je koeficient l=1,05. Proto můžete najít celkovou plochu těchto stěn, to znamená:

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

Ve stěnách je zabudováno 6 oken a jedny dveře. Vypočítejme celkovou plochu oken a dveří S:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definujme S stěny bez zohlednění S oken a dveří:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Vypočítejme celkový TP východní a západní stěny:

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

Po obdržení výsledků vypočítejme množství tepla unikajícího stěnami:

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

Celkem je celkový TP stěn 6 kW.

Krok #2 - výpočet TP oken a dveří

Okna jsou umístěna na východní a západní stěně, takže při výpočtu je koeficient l=1,05. Je známo, že struktura všech struktur je stejná a R = 0,7.

Pomocí výše uvedených hodnot plochy získáme:

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

S vědomím, že pro dveře R=0,36 a S=2,2 určíme jejich TP:

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

Výsledkem je, že okny vychází 340 W tepla a dveřmi 42 W.

Krok #3 - stanovení TP podlahy a stropu

Je zřejmé, že plocha stropu a podlahy bude stejná a vypočítá se takto:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Spočítejme si celkový tepelný odpor podlahy s přihlédnutím k její struktuře.

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 vědomím, že teplota země t_nar=+5 a při zohlednění koeficientu l=1 vypočítáme Q podlahy:

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

Zaokrouhlením nahoru zjistíme, že tepelná ztráta podlahy je asi 3 kW.

Při výpočtech TP je nutné vzít v úvahu vrstvy, které ovlivňují tepelnou izolaci, například beton, desky, zdivo, izolace atd.

Určíme 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 vyplývá, že stropem a podlahou jde téměř 6 kW.

Krok #4 - výpočet TP ventilace

Větrání v místnosti je organizováno a vypočítáváno pomocí vzorce:

Q_proti = 0,28 × L_n × str_vnt × c × (t_vnt -t_nar)

Na základě technických charakteristik je měrný přenos tepla 3 metry krychlové za hodinu, tj.

L_n = 3 × 48 = 144.

Pro výpočet hustoty použijeme vzorec:

p_vnt = 353/(273+t_vnt).

Odhadovaná pokojová teplota je +21 stupňů.

Ventilační TP se nepočítá, pokud je systém vybaven zařízením pro ohřev vzduchu

Dosazením známých hodnot dostaneme:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Dosadíme výsledná čísla do výše uvedeného vzorce:

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

S přihlédnutím k TP pro větrání bude celkové Q budovy:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Přepočtem na kW dostaneme celkovou tepelnou ztrátu 16 kW.

Vlastnosti výpočtu SVO

Po zjištění ukazatele TP přistoupí k hydraulickému výpočtu (dále jen GR).

Na jeho základě se získávají informace o následujících ukazatelích:

• optimální průměr potrubí, který bude při poklesu tlaku schopen procházet daným množstvím chladicí kapaliny;
• průtok chladicí kapaliny v určité oblasti;
• rychlost pohybu vody;
• hodnota odporu.

Před zahájením výpočtů si pro zjednodušení výpočtů nakreslete prostorový diagram systému, na kterém jsou všechny jeho prvky uspořádány paralelně k sobě.

Schéma ukazuje topný systém s horním vedením, pohyb chladicí kapaliny je slepá ulička

Zvažme hlavní fáze výpočtů ohřevu vody.

GR hlavního cirkulačního kroužku

Metoda pro výpočet GR je založena na předpokladu, že teplotní rozdíly jsou stejné ve všech stoupačkách a větvích.

Algoritmus výpočtu je následující:

1. V zobrazeném diagramu, s přihlédnutím ke ztrátám tepla, jsou aplikována tepelná zatížení působící na topná zařízení a stoupačky.
2. Na základě schématu je vybrán hlavní cirkulační kroužek (dále jen MCC). Zvláštností tohoto prstence je, že v něm cirkulační tlak na jednotku délky prstence nabývá nejnižší hodnoty.
3. FCC je rozdělen na sekce s konstantní spotřebou tepla. U každé sekce uveďte počet, tepelné zatížení, průměr a délku.

Ve vertikálním systému jednotrubkového typu je jako hlavní cirkulační okruh brán prstenec, kterým prochází nejvíce zatížená stoupačka při slepém konci nebo souvisejícím pohybu vody po síti.Mluvili jsme podrobněji o propojení cirkulačních kroužků v jednotrubkovém systému a výběru hlavního v dalším článku. Zvláštní pozornost jsme věnovali pořadí výpočtů, pro názornost jsme použili konkrétní příklad.

U vertikálních dvoutrubkových systémů prochází hlavní cirkulační kapalina spodním topným zařízením, které má maximální zatížení při slepém nebo souvisejícím pohybu vody

V systému horizontálního jednotrubkového typu by měl mít hlavní cirkulační okruh nejnižší cirkulační tlak a jednotkovou délku prstence. Pro systémy s přirozený oběh situace je podobná.

Při vývoji stoupaček vertikálního systému jednotrubkového typu jsou průtočné stoupačky s regulací průtoku, které obsahují unifikované komponenty, uvažovány jako jeden okruh. U stoupaček s uzavíracími sekcemi se provádí oddělení s přihlédnutím k rozvodu vody v potrubí každé přístrojové jednotky.

Spotřeba vody v dané oblasti se vypočítá podle vzorce:

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

Ve výrazu mají abecední znaky následující význam:

• Q_kont — tepelné zatížení okruhu;
• β_1, β₂ — dodatečné tabulkové koeficienty zohledňující prostup tepla v místnosti;
• C — tepelná kapacita vody rovna 4,187;
• t_r — teplota vody v přívodním potrubí;
• t₀ — teplota vody ve zpětném potrubí.

Po určení průměru a množství vody je nutné zjistit rychlost jejího pohybu a hodnotu specifického odporu R. Všechny výpočty se nejpohodlněji provádějí pomocí speciálních programů.

GR sekundární cirkulační kroužek

Po GR hlavního kroužku se stanoví tlak v malém cirkulačním kroužku vytvořeném přes jeho nejbližší stoupačky, přičemž se vezme v úvahu, že tlakové ztráty se mohou lišit maximálně o 15 % v okruhu se slepým koncem a maximálně o 5 % v okruhu. průchozí okruh.

Pokud není možné korelovat tlakovou ztrátu, nainstalujte škrticí podložku, jejíž průměr se vypočítá pomocí softwarových metod.

Výpočet baterií radiátorů

Vraťme se k plánu domu výše. Prostřednictvím výpočtů bylo zjištěno, že k udržení tepelné bilance bude zapotřebí 16 kW energie. Předmětný dům má 6 místností pro různé účely - obývací pokoj, koupelnu, kuchyň, ložnici, chodbu a vstupní chodbu.

Na základě rozměrů konstrukce můžete vypočítat objem V:

V=6×8×2,5=120 m³

Dále musíte zjistit množství tepelného výkonu na m³. K tomu je třeba Q vydělit nalezeným objemem, to znamená:

P=16000/120=133 W/m³

Dále je třeba určit, kolik topného výkonu je potřeba pro jednu místnost. V diagramu již byla vypočtena plocha každé místnosti.

Určíme objem:

• koupelna – 4.19×2.5=10.47;
• obývací pokoj – 13.83×2.5=34.58;
• kuchyně – 9.43×2.5=23.58;
• ložnice – 10.33×2.5=25.83;
• koridor – 4.10×2.5=10.25;
• chodba – 5.8×2.5=14.5.

Výpočty musí také vzít v úvahu místnosti, ve kterých nejsou radiátory vytápění, například chodba.

Chodba je vytápěna pasivně, teplo do ní bude proudit cirkulací tepelného vzduchu při pohybu osob, dveřmi apod.

Stanovme požadované množství tepla pro každou místnost vynásobením objemu místnosti indexem R.

Pojďme získat požadovaný výkon:

• pro koupelnu — 10,47×133=1392 W;
• pro obývací pokoj — 34,58×133=4599 W;
• pro kuchyni — 23,58×133=3136 W;
• pro ložnici — 25,83×133=3435 W;
• pro chodbu — 10,25×133=1363 W;
• pro chodbu — 14,5×133=1889 W.

Začněme s výpočtem radiátorových baterií. Použijeme hliníkové radiátory, jejichž výška je 60 cm, výkon při teplotě 70 je 150 W.

Vypočítejme požadovaný počet radiátorových baterií:

• koupelna — 1392/150=10;
• obývací pokoj — 4599/150=31;
• kuchyně — 3136/150=21;
• ložnice — 3435/150=23;
• chodba — 1889/150=13.

Celkem potřeba: 10+31+21+23+13=98 radiátorových baterií.

Na našem webu máme i další články, ve kterých jsme podrobně zkoumali postup provádění tepelných výpočtů otopné soustavy, postupné výpočty výkonu radiátorů a topných trubek. A pokud váš systém vyžaduje vyhřívané podlahy, budete muset provést další výpočty.

Všechny tyto problémy jsou podrobněji popsány v našich následujících článcích:

• Tepelný výpočet topného systému: jak správně vypočítat zatížení systému
• Výpočet topných radiátorů: jak vypočítat požadovaný počet a výkon baterií
• Výpočet objemu potrubí: zásady výpočtů a pravidla pro provádění výpočtů v litrech a metrech krychlových
• Jak vypočítat vytápěnou podlahu pomocí vodního systému jako příklad
• Výpočet potrubí pro vytápěné podlahy: typy potrubí, způsoby a krok pokládky + výpočet průtoku

Závěry a užitečné video k tématu

Na videu můžete vidět příklad výpočtu ohřevu vody, který se provádí pomocí programu Valtec:

Hydraulické výpočty se nejlépe provádějí pomocí speciálních programů, které zaručují vysokou přesnost výpočtů a berou v úvahu všechny nuance návrhu.

Specializujete se na výpočty topných systémů využívajících vodu jako chladicí kapalinu a chcete náš článek doplnit o užitečné vzorce a sdílet profesní tajemství?

Nebo se možná chcete zaměřit na dodatečné výpočty nebo upozornit na nepřesnosti v našich výpočtech? Své komentáře a doporučení pište do bloku pod článkem.