Tepelný výpočet topného systému: jak správně vypočítat zatížení systému

Návrh a tepelný výpočet topného systému je povinnou fází při zařizování vytápění domu.Hlavním úkolem výpočetní činnosti je stanovení optimálních parametrů systému kotle a radiátorů.

Souhlasíte, na první pohled se může zdát, že pouze inženýr může provádět výpočty tepelné techniky. Ne vše je však tak složité. Znáte-li algoritmus akcí, budete schopni samostatně provádět potřebné výpočty.

Článek podrobně popisuje postup výpočtu a poskytuje všechny potřebné vzorce. Pro lepší pochopení jsme připravili příklad tepelného výpočtu pro soukromý dům.

Tepelný výpočet vytápění: obecný postup

Klasický tepelný výpočet otopné soustavy je konsolidovaný technický dokument, který obsahuje povinné standardní výpočtové metody krok za krokem.

Ale před studiem těchto výpočtů hlavních parametrů se musíte rozhodnout o koncepci samotného topného systému.

Topný systém se vyznačuje nuceným přívodem a nedobrovolným odvodem tepla do místnosti.

Hlavní úkoly výpočtu a návrhu topného systému:

• nejspolehlivější určení tepelných ztrát;
• určit množství a podmínky použití chladicí kapaliny;
• co nejpřesněji vybrat prvky generování, pohybu a přenosu tepla.

Během stavby topné systémy Nejprve je nutné shromáždit různé údaje o místnosti/budově, kde bude topný systém používán. Po výpočtu tepelných parametrů systému analyzujte výsledky aritmetických operací.

Na základě získaných údajů se vyberou komponenty topného systému, následuje nákup, montáž a uvedení do provozu.

Vytápění je vícesložkový systém pro zajištění schváleného teplotního režimu v místnosti/budově.Jedná se o samostatnou část komunikačního komplexu moderního bytového areálu

Je pozoruhodné, že tato metoda tepelného výpočtu umožňuje poměrně přesně vypočítat velké množství veličin, které konkrétně popisují budoucí topný systém.

V důsledku tepelného výpočtu budou k dispozici následující informace:

• počet tepelných ztrát, výkon kotle;
• počet a typ tepelných zářičů pro každou místnost zvlášť;
• hydraulické charakteristiky potrubí;
• objem, rychlost chladicí kapaliny, výkon tepelného čerpadla.

Tepelné výpočty nejsou teoretickým náčrtem, ale spíše přesnými a rozumnými výsledky, které je doporučeno využít v praxi při výběru komponent topného systému.

Normy pro podmínky pokojové teploty

Před provedením jakýchkoli výpočtů systémových parametrů je nutné minimálně znát pořadí očekávaných výsledků a také mít standardizované charakteristiky některých tabulkových hodnot, které je třeba dosadit do vzorců nebo se jimi řídit. .

Výpočtem parametrů s takovými konstantami si můžete být jisti spolehlivostí požadovaného dynamického nebo konstantního parametru systému.

Pro prostory různého účelu existují referenční normy pro teplotní podmínky v bytových a nebytových prostorách. Tyto normy jsou zakotveny v tzv. GOST

U topného systému je jedním z těchto globálních parametrů pokojová teplota, která musí být konstantní bez ohledu na roční období a okolní podmínky.

Podle předpisů hygienických norem a pravidel existují teplotní rozdíly vzhledem k letnímu a zimnímu období roku.Klimatizační systém je zodpovědný za teplotní režim místnosti v letní sezóně, princip jeho výpočtu je podrobně popsán v tento článek.

Ale pokojovou teplotu v zimě zajišťuje topný systém. Proto nás zajímají teplotní rozsahy a jejich tolerance odchylek pro zimní období.

Většina regulačních dokumentů stanoví následující teplotní rozsahy, které umožňují osobě pohodlně zůstat v místnosti.

Pro nebytové kancelářské prostory o rozloze do 100 m²:

• 22-24 °C — optimální teplota vzduchu;
• 1 °C — přípustné kolísání.

Pro kancelářské prostory o rozloze větší než 100 m² teplota je 21-23°C. U nebytových průmyslových prostor se teplotní rozsahy značně liší v závislosti na účelu místnosti a zavedených normách ochrany práce.

Každá osoba má svou vlastní komfortní pokojovou teplotu. Někdo má rád, když je v místnosti velmi teplo, jiní se cítí příjemně, když je v místnosti chladno – vše je zcela individuální

Pokud jde o obytné prostory: byty, soukromé domy, statky atd., existují určité teplotní rozsahy, které lze upravit v závislosti na přání obyvatel.

A přesto pro konkrétní prostory bytu a domu máme:

• 20-22°С - obývací pokoj včetně dětského pokoje, tolerance ±2°С -
• 19-21 °C — kuchyně, toaleta, tolerance ±2°С;
• 24-26 °C — koupelna, sprcha, bazén, tolerance ±1°С;
• 16-18°C — chodby, chodby, schodiště, sklady, tolerance +3°C

Je důležité si uvědomit, že existuje několik dalších základních parametrů, které ovlivňují teplotu v místnosti a na které se musíte zaměřit při výpočtu topného systému: vlhkost (40-60%), koncentrace kyslíku a oxidu uhličitého ve vzduchu ( 250:1), rychlost pohybu vzduchu hmotnost (0,13-0,25 m/s) atd.

Výpočet tepelných ztrát v domě

Podle druhého termodynamického zákona (školní fyzika) nedochází k samovolnému přenosu energie z méně zahřátých na více zahřáté mini- nebo makroobjekty. Zvláštním případem tohoto zákona je „snaha“ o vytvoření teplotní rovnováhy mezi dvěma termodynamickými systémy.

Například prvním systémem je prostředí s teplotou -20°C, druhým systémem je budova s ​​vnitřní teplotou +20°C. Podle výše uvedeného zákona budou tyto dva systémy usilovat o rovnováhu prostřednictvím výměny energie. Stane se tak pomocí tepelných ztrát z druhého systému a chlazení v prvním.

Rozhodně můžeme říci, že okolní teplota závisí na zeměpisné šířce, ve které se soukromý dům nachází. A teplotní rozdíl ovlivňuje množství úniku tepla z budovy (+)

Tepelnou ztrátou se rozumí nedobrovolné uvolnění tepla (energie) z nějakého objektu (domu, bytu). U běžného bytu není tento proces tak „znatelný“ ve srovnání se soukromým domem, protože byt se nachází uvnitř budovy a „sousedí“ s jinými byty.

V soukromém domě uniká teplo v té či oné míře vnějšími stěnami, podlahou, střechou, okny a dveřmi.

Při znalosti velikosti tepelných ztrát pro nejnepříznivější povětrnostní podmínky a charakteristikách těchto podmínek je možné s vysokou přesností vypočítat výkon topného systému.

Objem úniku tepla z budovy se tedy vypočítá pomocí následujícího vzorce:

Q=Q_podlaha+ Q_stěna+ Q_okno+ Q_střecha+ Q_dveře+…+Q_i, Kde

Qi — objem tepelných ztrát z homogenního typu obálky budovy.

Každá složka vzorce se vypočítá pomocí vzorce:

Q=S*∆T/R, Kde

• Q – únik tepla, V;
• S – plocha specifického typu stavby, m2. m;
• ∆T – rozdíl teplot okolního a vnitřního vzduchu, °C;
• R – tepelný odpor určitého typu konstrukce, m²*°C/W.

Samotnou hodnotu tepelného odporu pro reálně existující materiály se doporučuje převzít z pomocných tabulek.

Kromě toho lze tepelný odpor získat pomocí následujícího vztahu:

R=d/k, Kde

• R - tepelný odpor, (m²*K)/W;
• k – součinitel tepelné vodivosti materiálu, W/(m²*NA);
• d – tloušťka tohoto materiálu, m.

U starých domů s vlhkými střešními konstrukcemi dochází k únikům tepla horní částí objektu, a to střechou a podkrovím. Provádění činností na izolace stropu nebo tepelná izolace podkrovní střechy vyřešit tento problém.

Pokud zateplíte půdní prostor a střechu, lze výrazně snížit celkové tepelné ztráty z domu

Existuje několik dalších typů tepelných ztrát v domě prostřednictvím trhlin v konstrukcích, ventilačních systémech, kuchyňských digestořích a otevírání oken a dveří. Nemá však smysl brát v úvahu jejich objem, protože tvoří maximálně 5 % z celkového počtu hlavních úniků tepla.

Stanovení výkonu kotle

Pro udržení teplotního rozdílu mezi prostředím a teplotou uvnitř domu je zapotřebí autonomní topný systém, který udržuje požadovanou teplotu v každé místnosti soukromého domu.

Topný systém je založen na různých typy kotlů: kapalné nebo tuhé palivo, elektřina nebo plyn.

Kotel je centrální jednotka topného systému, která vyrábí teplo. Hlavní charakteristikou kotle je jeho výkon, a to rychlost přeměny množství tepla za jednotku času.

Po výpočtu topného zatížení získáme požadovaný jmenovitý výkon kotle.

U běžného vícepokojového bytu se výkon kotle vypočítá z plochy a specifického výkonu:

R_kotel=(S_prostory*R_{charakteristický})/10, Kde

• S_prostory - celková plocha vytápěné místnosti;
• R_{charakteristický} — měrný výkon vzhledem ke klimatickým podmínkám.

Tento vzorec však nezohledňuje tepelné ztráty, které jsou v soukromém domě dostatečné.

Existuje další poměr, který bere tento parametr v úvahu:

R_kotel=(Q_ztráty*S)/100, Kde

• R_kotel — výkon kotle;
• Q_ztráty - ztráta tepla;
• S - vytápěná plocha.

Je potřeba zvýšit návrhový výkon kotle. Rezerva je nutná, pokud plánujete používat bojler k ohřevu vody pro koupelnu a kuchyň.

Ve většině topných systémů soukromých domů se doporučuje použít expanzní nádrž, ve které bude uložen přívod chladicí kapaliny. Každý soukromý dům potřebuje zásobování teplou vodou

Aby byla zajištěna výkonová rezerva kotle, je třeba k poslednímu vzorci přidat bezpečnostní faktor K:

R_kotel=(Q_ztráty*S*K)/100, Kde

NA — bude rovna 1,25, to znamená, že návrhový výkon kotle se zvýší o 25 %.

Výkon kotle tak umožňuje udržovat standardní teplotu vzduchu v místnostech budovy, stejně jako mít počáteční a dodatečný objem teplé vody v domě.

Vlastnosti výběru radiátorů

Standardními komponenty pro zajištění tepla v místnosti jsou radiátory, panely, systémy podlahového vytápění, konvektory atd.Nejběžnější součástí topného systému jsou radiátory.

Tepelný zářič je speciální dutá modulární konstrukce vyrobená ze slitiny s vysokým odvodem tepla. Vyrábí se z oceli, hliníku, litiny, keramiky a dalších slitin. Princip činnosti topného radiátoru je redukován na vyzařování energie z chladicí kapaliny do prostoru místnosti prostřednictvím „okvětních lístků“.

Masivní litinové baterie nahradil hliníkový a bimetalový radiátor. Jednoduchost výroby, vysoký přenos tepla, úspěšný design a design učinily z tohoto produktu oblíbený a rozšířený nástroj pro sálání tepla v interiéru.

Existuje několik metod výpočty radiátorů vytápění v pokoji. Níže uvedený seznam metod je seřazen podle zvýšení přesnosti výpočtu.

Možnosti výpočtu:

1. Podle oblasti. N=(S*100)/C, kde N je počet sekcí, S je plocha místnosti (m²), C - přenos tepla jedné sekce radiátoru (W, převzato z pasu nebo certifikátu k výrobku), 100 W - množství tepelného toku, které je nutné k ohřevu 1 m² (empirická hodnota). Vyvstává otázka: jak vzít v úvahu výšku stropu místnosti?
2. Podle objemu. N=(S*H*41)/C, kde N, S, C jsou podobné. H - výška místnosti, 41 W - množství tepelného toku potřebného k vytápění 1m³ (empirická hodnota).
3. Podle šance. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, kde N, S, C a 100 jsou stejné. k1 - zohlednění počtu komor v okně s dvojitým zasklením místnosti, k2 - tepelná izolace stěn, k3 - poměr plochy okna k ploše místnosti, k4 - průměrná teplota pod nulou v nejchladnějším zimním týdnu, k5 - počet vnějších stěn místnosti (které „zasahují“ do ulice), k6 - typ místnosti nahoře, k7 - výška stropu.

Toto je nejpřesnější možnost pro výpočet počtu sekcí. Výsledky zlomkových výpočtů jsou přirozeně vždy zaokrouhleny na další celé číslo.

Hydraulický výpočet zásobování vodou

Samozřejmě, že „obraz“ výpočtu tepla pro vytápění nemůže být úplný bez výpočtu takových charakteristik, jako je objem a rychlost chladicí kapaliny. Ve většině případů je chladicí kapalinou obyčejná voda v kapalném nebo plynném skupenství.

Doporučuje se vypočítat skutečný objem chladicí kapaliny sečtením všech dutin v topném systému. Při použití jednookruhového kotle je to nejlepší možnost. Při použití dvouokruhových kotlů v topném systému je nutné počítat se spotřebou teplé vody pro hygienické a jiné domácí účely

Výpočet objemu vody ohřáté dvouokruhovým kotlem pro zásobování obyvatel teplou vodou a ohřev chladiva se provádí sečtením vnitřního objemu topného okruhu a skutečných potřeb uživatelů na ohřátou vodu.

Objem teplé vody v topném systému se vypočítá podle vzorce:

W=k*P, Kde

• W — objem chladicí kapaliny;
• P — výkon topného kotle;
• k - účiník (počet litrů na jednotku výkonu, rovný 13,5, rozsah - 10-15 litrů).

Výsledkem je, že konečný vzorec vypadá takto:

W = 13,5*P

Rychlost chladicí kapaliny je konečným dynamickým hodnocením topného systému, které charakterizuje rychlost cirkulace kapaliny v systému.

Tato hodnota pomáhá vyhodnotit typ a průměr potrubí:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Kde

• P — výkon kotle;
• μ — účinnost kotle;
• ∆T - teplotní rozdíl mezi přívodní a vratnou vodou.

Pomocí výše uvedených metod hydraulický výpočet, bude možné získat reálné parametry, které jsou „základem“ budoucího topného systému.

Příklad tepelného výpočtu

Jako příklad tepelného výpočtu máme obyčejný jednopatrový dům se čtyřmi obytnými místnostmi, kuchyní, koupelnou, „zimní zahradou“ a technickými místnostmi.

Základ tvoří monolitická železobetonová deska (20 cm), obvodové stěny betonové (25 cm) s omítkou, střecha je z dřevěných trámů, střecha je plechová taška a minerální vlna (10 cm)

Označme počáteční parametry domu potřebné pro výpočty.

Rozměry budovy:

• výška podlahy - 3 m;
• malé okno na přední a zadní straně budovy 1470*1420 mm;
• velké fasádní okno 2080*1420 mm;
• vchodové dveře 2000*900 mm;
• zadní dveře (výstup na terasu) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Celková šířka objektu je 9,5m², délka 16m². Vytápěny budou pouze obytné místnosti (4 jednotky), koupelna a kuchyně.

Pro přesný výpočet tepelných ztrát na stěnách je třeba odečíst plochu všech oken a dveří od plochy vnějších stěn - jedná se o zcela jiný typ materiálu s vlastním tepelným odporem

Začneme výpočtem ploch homogenních materiálů:

• podlahová plocha - 152m²;
• plocha střechy - 180 m² , s přihlédnutím k výšce atiky je 1,3 m a šířka vaznice je 4 m;
• plocha okna - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• plocha dveří - 2*0,9+2*2*1,4=7,4m².

Plocha vnějších stěn bude 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Pojďme k výpočtu tepelných ztrát pro každý materiál:

• Q_podlaha=S*∆T*k/d=152*20*0,2/1,7=357,65 W;
• Q_střecha=180*40*0,1/0,05=14400 W;
• Q_okno=9,22*40*0,36/0,5=265,54 W;
• Q_dveře=7,4*40*0,15/0,75=59,2 W;

A také Q_stěna ekvivalentní 136,38*40*0,25/0,3=4546. Součet všech tepelných ztrát bude 19628,4 W.

V důsledku toho vypočítáme výkon kotle: P_kotel=Q_ztráty*S_{vytápění_místností}*K/100=19628,4*(10,4+10,4+13,5+27,9+14,1+7,4)*1,25/100=19628,4*83,7*1,25/100=20536,2=21 kW.

Vypočteme počet sekcí radiátoru pro jednu z místností. U všech ostatních jsou výpočty podobné. Například rohová místnost (vlevo, spodní roh schématu) má plochu 10,4 m2.

To znamená N=(100*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C=(100*10,4*1,0*1,0*0,9*1,3*1,2*1,0*1,05)/180=8,5176=9.

Tato místnost vyžaduje 9 sekcí topného radiátoru s tepelným výkonem 180 W.

Přejděme k výpočtu množství chladicí kapaliny v systému - W=13,5*P=13,5*21=283,5l. To znamená, že otáčky chladicí kapaliny budou: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7l.

Výsledkem je, že úplný obrat celého objemu chladicí kapaliny v systému bude ekvivalentní 2,87 krát za hodinu.

Výběr článků o tepelných výpočtech vám pomůže určit přesné parametry prvků topného systému:

1. Výpočet topného systému soukromého domu: pravidla a příklady výpočtu
2. Tepelnětechnický výpočet budovy: specifika a vzorce pro provádění výpočtů + praktické příklady

Závěry a užitečné video k tématu

Jednoduchý výpočet topného systému pro soukromý dům je uveden v následujícím přehledu:

Všechny jemnosti a obecně přijímané metody pro výpočet tepelných ztrát budovy jsou uvedeny níže:

Další možnost pro výpočet úniků tepla v typickém soukromém domě:

Toto video popisuje vlastnosti oběhu nosičů energie pro vytápění domu:

Tepelný výpočet topného systému má individuální charakter a musí být proveden kvalifikovaně a pečlivě. Čím přesněji jsou výpočty provedeny, tím méně budou muset majitelé venkovského domu během provozu přeplatit.

Máte zkušenosti s prováděním tepelných výpočtů topného systému? Nebo máte ještě otázky k tématu? Podělte se o svůj názor a zanechte komentáře. Blok zpětné vazby je umístěn níže.