Proračun grijanja vode: formule, pravila, primjeri provedbe

Korištenje vode kao rashladne tekućine u sustavu grijanja jedna je od najpopularnijih opcija za opskrbu vašeg doma toplinom tijekom hladne sezone.Vi samo trebate pravilno dizajnirati i zatim instalirati sustav. U suprotnom, grijanje će biti neučinkovito pri visokim troškovima goriva, što je, vidite, krajnje nezanimljivo pri današnjim cijenama energije.

Nemoguće je samostalno izračunati grijanje vode (u daljnjem tekstu WHE) bez korištenja specijaliziranih programa, budući da se izračuni koriste složenim izrazima, čije se vrijednosti ne mogu odrediti pomoću konvencionalnog kalkulatora. U ovom ćemo članku detaljno analizirati algoritam za izvođenje izračuna, predstaviti korištene formule i razmotriti napredak izračuna na konkretnom primjeru.

Predstavljeni materijal nadopunit ćemo tablicama s vrijednostima i referentnim pokazateljima koji su potrebni pri izvođenju izračuna, tematskim fotografijama i videozapisom koji pokazuje jasan primjer izračuna pomoću programa.

Proračun toplinske bilance stambene konstrukcije

Za izvođenje instalacije grijanja gdje je voda cirkulirajući medij potrebno je prvo precizirati hidraulički proračuni.

Pri razvoju i implementaciji bilo kojeg sustava grijanja potrebno je poznavati toplinsku bilancu (u daljnjem tekstu TB).Poznavajući toplinsku snagu za održavanje temperature u prostoriji, možete odabrati pravu opremu i pravilno rasporediti njezino opterećenje.

Zimi prostorija trpi određene toplinske gubitke (u daljnjem tekstu HL). Glavnina energije izlazi kroz ograde i ventilacijske otvore. Manji troškovi nastaju za infiltraciju, grijanje objekata itd.

TP ovise o slojevima koji čine ogradne strukture (u daljnjem tekstu OK). Suvremeni građevinski materijali, posebice izolacijski materijali, imaju niske koeficijent toplinske vodljivosti (u daljnjem tekstu CT), zbog čega se kroz njih gubi manje topline. Za kuće istog područja, ali s različitim OK strukturama, troškovi topline će se razlikovati.

Osim određivanja TP, važno je izračunati TB kuće. Indikator uzima u obzir ne samo količinu energije koja napušta prostoriju, već i količinu energije potrebnu za održavanje određenih razina temperature u kući.

Najtočnije rezultate daju specijalizirani programi razvijeni za graditelje. Zahvaljujući njima, moguće je uzeti u obzir više čimbenika koji utječu na TP.

Najveća količina topline napušta prostoriju kroz zidove, pod, krov, najmanje - kroz vrata, prozorske otvore

S velikom točnošću možete izračunati TP kuće pomoću formula.

Ukupni troškovi grijanja kuće izračunavaju se pomoću jednadžbe:

Q = Q_{u redu} +Q_v,

Gdje Q_{u redu} - količina topline koja napušta prostoriju kroz OK; Q_v — troškovi toplinske ventilacije.

Ventilacijski gubici se uzimaju u obzir ako zrak koji ulazi u prostoriju ima nižu temperaturu.

Izračuni obično uzimaju u obzir OK s jednom stranom okrenutom prema ulici. To su vanjski zidovi, pod, krov, vrata i prozori.

Općenito TP Q_{u redu} jednak zbroju TP svakog OK, to jest:

Q_{u redu} = ∑Q_sv +∑Q_{u redu} +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_pl,

Gdje:

• Q_sv — TP vrijednost zidova;
• Q_{u redu} — TP prozori;
• Q_dv — TP vrata;
  
• Q_ptl — strop TP;
  
• Q_pl — TP kat.

Ako pod ili strop imaju različitu strukturu na cijelom području, tada se TP izračunava za svaki dio zasebno.

Proračun toplinskih gubitaka pomoću OK

Za izračune trebat će vam sljedeće informacije:

• struktura zidova, korišteni materijali, njihova debljina, CT;
• vanjska temperatura tijekom izrazito hladne petodnevne zime u gradu;
• područje OK;
• orijentacija OK;
• preporučena temperatura u kući zimi.

Za izračun TC morate pronaći ukupni toplinski otpor R_{u redu}. Da biste to učinili, morate saznati toplinski otpor R₁, R₂, R₃, …, R_n svaki sloj je OK.

R-faktor_n izračunava se formulom:

Rn = B/k,

U formuli: B — debljina sloja OK u mm, k — CT skeniranje svakog sloja.

Ukupni R može se odrediti izrazom:

R = ∑R_n

Proizvođači vrata i prozora obično navode koeficijent R u tehničkom listu proizvoda, tako da ga nije potrebno zasebno izračunavati.

Toplinski otpor prozora ne može se izračunati, budući da tehnički list već sadrži potrebne podatke, što pojednostavljuje izračun toplinskog otpora

Opća formula za izračunavanje TP kroz OK je sljedeća:

Q_{u redu} = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l,

U izrazu:

• S — područje OK, m²;
• t_vnt - željena sobna temperatura;
• t_nar — vanjska temperatura zraka;
• R — koeficijent otpora, izračunat zasebno ili uzet iz lista s podacima o proizvodu;
• l — koeficijent razjašnjenja koji uzima u obzir orijentaciju zidova u odnosu na kardinalne smjerove.

Izračun TB omogućuje vam odabir opreme potrebne snage, što će eliminirati mogućnost nedostatka ili viška topline. Manjak toplinske energije nadoknađuje se povećanjem protoka zraka kroz ventilaciju, višak - ugradnjom dodatne opreme za grijanje.

Toplinski troškovi ventilacije

Opća formula za izračunavanje TP ventilacije je sljedeća:

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

U izrazu varijable imaju sljedeće značenje:

• L_n — potrošnja ulaznog zraka;
• str_vnt — gustoća zraka pri određenoj temperaturi u prostoriji;
• c — toplinski kapacitet zraka;
• t_vnt - temperatura u kući;
• t_nar — vanjska temperatura zraka.

Ako je u zgradi ugrađena ventilacija, onda parametar L_n preuzeti iz tehničke specifikacije za uređaj. Ako nema ventilacije, tada se uzima standardna specifična brzina izmjene zraka od 3 m.³ u jedan sat.

Na temelju toga, L_n izračunava se formulom:

L_n = 3 × S_pl,

U izrazu S_pl - površina poda.

2% svih gubitaka topline je zbog infiltracije, 18% zbog ventilacije. Ako je soba opremljena ventilacijskim sustavom, izračuni uzimaju u obzir TP kroz ventilaciju, ali ne uzimaju u obzir infiltraciju

Zatim morate izračunati gustoću zraka p_vnt pri određenoj sobnoj temperaturi t_vnt.

To se može učiniti pomoću formule:

str_vnt = 353/(273+t_vnt),

Specifični toplinski kapacitet c = 1,0005.

Ako je ventilacija ili infiltracija neorganizirana, ili postoje pukotine ili rupe u zidovima, izračun TP kroz rupe treba povjeriti posebnim programima.

U našem drugom članku dali smo detalje primjer toplinskotehničkog proračuna građevine s konkretnim primjerima i formulama.

Primjer proračuna toplinske bilance

Uzmite u obzir kuću visoku 2,5 m, široku 6 m i dugu 8 m, koja se nalazi u gradu Okha u regiji Sahalin, gdje se na izuzetno hladnom petodnevnom danu termometar spušta do -29 stupnjeva.

Kao rezultat mjerenja utvrđena je temperatura tla od +5. Preporučena temperatura unutar strukture je +21 stupanj.

Najprikladniji način za crtanje dijagrama kuće je na papiru, označavajući ne samo duljinu, širinu i visinu zgrade, već i orijentaciju u odnosu na kardinalne točke, kao i položaj i dimenzije prozora i vrata

Zidovi predmetne kuće sastoje se od:

• debljina opeke B=0,51 m, CT k=0,64;
• mineralna vuna B=0,05 m, k=0,05;
• lice B=0,09 m, k=0,26.

Prilikom određivanja k, bolje je koristiti tablice predstavljene na web stranici proizvođača ili pronaći informacije u tehničkom listu proizvoda.

Poznavajući toplinsku vodljivost, možete odabrati najučinkovitije materijale s gledišta toplinske izolacije. Na temelju gornje tablice u građevinarstvu je najpoželjnije koristiti ploče od mineralne vune i ekspandirani polistiren

Pod se sastoji od sljedećih slojeva:

• OSB ploče B=0,1 m, k=0,13;
• mineralna vuna B=0,05 m, k=0,047;
• cementni estrisi B=0,05 m, k=0,58;
• ekspandirani polistiren B=0,06 m, k=0,043.

U kući nema podruma, a pod je iste strukture u cijelom prostoru.

Strop se sastoji od slojeva:

• gips kartonske ploče B=0,025 m, k= 0,21;
• izolacija B=0,05 m, k=0,14;
• krovište B=0,05 m, k=0,043.

Kuća ima samo 6 dvokomornih prozora sa I staklom i argonom. Iz tehničkog lista za proizvod poznato je da je R=0,7. Prozori su dimenzija 1,1x1,4 m.

Vrata su dimenzija 1x2,2m, R=0,36.

Korak #1 - izračun gubitka topline zidova

Zidovi u cijelom prostoru sastoje se od tri sloja. Prvo, izračunajmo njihov ukupni toplinski otpor.

Zašto koristiti formulu:

R = ∑R_n,

i izraz:

R_n = B/k

Uzimajući u obzir početne informacije, dobivamo:

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

Nakon što ste saznali R, možete početi izračunavati TP sjevernog, južnog, istočnog i zapadnog zida.

Dodatni koeficijenti uzimaju u obzir osobitosti položaja zidova u odnosu na kardinalne smjerove. Obično se u sjevernom dijelu tijekom hladnog vremena formira "ruža vjetrova", zbog čega će TP na ovoj strani biti veći nego na ostalima

Izračunajmo površinu sjevernog zida:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Zatim, zamjena u formulu Q_{u redu} = ∑S × (t_vnt -t_nar) × R × l i uzimajući u obzir da je l=1,1, dobivamo:

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

Prostor južnog zida S_juč.st = S_sev.st = 20.

U zidu nema ugrađenih prozora i vrata, pa uzimajući u obzir koeficijent l=1 dobivamo sljedeći TP:

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

Za zapadni i istočni zid koeficijent je l=1,05. Stoga možete pronaći ukupnu površinu ovih zidova, to jest:

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

U zidovima je ugrađeno 6 prozora i jedna vrata. Izračunajmo ukupnu površinu prozora i S vrata:

S_{u redu} = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definirajmo S zidove bez uzimanja u obzir S prozora i vrata:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Izračunajmo ukupni TP istočnog i zapadnog zida:

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

Nakon što smo dobili rezultate, izračunajmo količinu topline koja izlazi kroz zidove:

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

Ukupno, ukupni TP zidova je 6 kW.

Korak # 2 - izračun TP prozora i vrata

Prozori se nalaze na istočnom i zapadnom zidu, pa je pri obračunu koeficijent l=1,05. Poznato je da je struktura svih struktura ista i R = 0,7.

Koristeći gore navedene vrijednosti površine, dobivamo:

Q_{u redu} = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Znajući da za vrata R=0,36 i S=2,2, određujemo njihov TP:

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

Kao rezultat, kroz prozore izlazi 340 W topline, a kroz vrata 42 W.

Korak #3 - određivanje TP poda i stropa

Očito je da će površina stropa i poda biti ista, a izračunava se na sljedeći način:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Izračunajmo ukupni toplinski otpor poda, uzimajući u obzir njegovu strukturu.

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

Znajući da je temperatura tla t_nar=+5 i uzimajući u obzir koeficijent l=1, izračunavamo Q poda:

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

Zaokružujući, dobivamo da je toplinski gubitak poda oko 3 kW.

U proračunu TP potrebno je uzeti u obzir slojeve koji utječu na toplinsku izolaciju, na primjer beton, ploče, cigla, izolacija itd.

Odredimo toplinski otpor stropa R_ptl i njegov 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

Slijedi da gotovo 6 kW prolazi kroz strop i pod.

Korak #4 - izračun TP ventilacije

Ventilacija u prostoriji organizirana je i izračunava se prema formuli:

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

Na temelju tehničkih karakteristika, specifični prijenos topline je 3 kubna metra na sat, odnosno:

L_n = 3 × 48 = 144.

Za izračunavanje gustoće koristimo formulu:

str_vnt = 353/(273+t_vnt).

Procijenjena sobna temperatura je +21 stupanj.

TP ventilacije se ne izračunava ako je sustav opremljen uređajem za grijanje zraka

Zamjenom poznatih vrijednosti dobivamo:

str_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Zamijenimo dobivene brojeve u gornju formulu:

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

Uzimajući u obzir TP za ventilaciju, ukupni Q zgrade će biti:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Preračunavanjem u kW dobivamo ukupni toplinski gubitak od 16 kW.

Značajke izračuna SVO

Nakon pronalaska indikatora TP prelazi se na hidraulički proračun (u daljnjem tekstu GR).

Na temelju njega dobivaju se informacije o sljedećim pokazateljima:

• optimalni promjer cijevi, koji će tijekom pada tlaka moći proći određenu količinu rashladne tekućine;
• protok rashladne tekućine u određenom području;
• brzina kretanja vode;
• vrijednost otpora.

Prije početka izračuna, radi pojednostavljenja izračuna, nacrtajte prostorni dijagram sustava, na kojem su svi njegovi elementi raspoređeni paralelno jedni s drugima.

Dijagram prikazuje sustav grijanja s nadzemnim ožičenjem, kretanje rashladne tekućine je slijepa ulica

Razmotrimo glavne faze izračuna grijanja vode.

GR glavnog cirkulacijskog prstena

Metoda za izračunavanje GR temelji se na pretpostavci da su temperaturne razlike iste u svim usponskim cjevovodima i ograncima.

Algoritam izračuna je sljedeći:

1. U prikazanom dijagramu, uzimajući u obzir gubitak topline, primjenjuju se toplinska opterećenja koja djeluju na uređaje za grijanje i uspone.
2. Na temelju dijagrama odabire se glavni cirkulacijski prsten (u daljnjem tekstu MCC). Osobitost ovog prstena je da u njemu cirkulacijski tlak po jedinici duljine prstena poprima najnižu vrijednost.
3. FCC je podijeljen na dijelove s konstantnom potrošnjom topline. Za svaki odjeljak navedite broj, toplinsko opterećenje, promjer i duljinu.

U vertikalnom sustavu s jednom cijevi, prsten kroz koji prolazi najopterećeniji uspon tijekom mrtvog ili povezanog kretanja vode duž glavne mreže uzima se kao glavni cirkulacijski krug.Razgovarali smo detaljnije o povezivanju cirkulacijskih prstenova u jednocijevni sustav i odabiru glavnog u sljedećem članku. Posebnu pozornost obratili smo na redoslijed izračuna, koristeći konkretan primjer radi jasnoće.

U vertikalnim dvocijevnim sustavima, glavna cirkulacijska tekućina prolazi kroz donji uređaj za grijanje, koji ima maksimalno opterećenje tijekom mrtvog ili povezanog kretanja vode

U horizontalnom sustavu s jednom cijevi, glavni cirkulacijski krug treba imati najniži cirkulacijski tlak i jediničnu duljinu prstena. Za sustave sa prirodna cirkulacija situacija je slična.

Pri razvoju uspona vertikalnog sustava jednocijevnog tipa, protočni usponi s reguliranim protokom, koji uključuju jedinstvene komponente, smatraju se jednim krugom. Za uspone sa zatvarajućim dijelovima, odvajanje se provodi, uzimajući u obzir distribuciju vode u cjevovodu svake jedinice instrumenta.

Potrošnja vode na određenom području izračunava se pomoću formule:

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

U izrazu, abecedni znakovi imaju sljedeća značenja:

• Q_kont — toplinsko opterećenje kruga;
• β_1, β₂ — dodatni tablični koeficijenti uzimajući u obzir prijenos topline u prostoriji;
• c — toplinski kapacitet vode, jednak 4,187;
• t_r — temperatura vode u dovodnom vodu;
• t₀ — temperatura vode u povratnom vodu.

Odredivši promjer i količinu vode, potrebno je saznati brzinu njezina kretanja i vrijednost specifičnog otpora R. Svi izračuni najprikladnije se provode pomoću posebnih programa.

GR sekundarni cirkulacijski prsten

Nakon GR glavnog prstena, određuje se tlak u malom cirkulacijskom prstenu formiranom kroz njegove najbliže uspone, uzimajući u obzir da se gubici tlaka mogu razlikovati za najviše 15% u slijepom krugu i ne više od 5% u prolazni krug.

Ako je nemoguće povezati gubitak tlaka, ugradite perač leptira za gas, čiji se promjer izračunava softverskim metodama.

Izračun radijatorskih baterija

Vratimo se na gornji plan kuće. Proračunima se pokazalo da će za održavanje toplinske ravnoteže biti potrebno 16 kW energije. Predmetna kuća ima 6 prostorija različite namjene - dnevni boravak, kupaonica, kuhinja, spavaća soba, hodnik i predsoblje.

Na temelju dimenzija strukture možete izračunati volumen V:

V=6×8×2,5=120 m³

Zatim morate pronaći količinu toplinske snage po m³. Da biste to učinili, Q se mora podijeliti s pronađenim volumenom, to jest:

P=16000/120=133 W po m³

Zatim morate odrediti kolika je snaga grijanja potrebna za jednu sobu. U dijagramu je površina svake sobe već izračunata.

Odredimo volumen:

• kupaonica – 4.19×2.5=10.47;
• dnevna soba – 13.83×2.5=34.58;
• kuhinja – 9.43×2.5=23.58;
• spavaća soba – 10.33×2.5=25.83;
• hodnik – 4.10×2.5=10.25;
• hodnik – 5.8×2.5=14.5.

Izračuni također trebaju uzeti u obzir prostorije u kojima nema radijatora za grijanje, na primjer, hodnik.

Hodnik se grije pasivno; toplina će teći u njega zbog cirkulacije toplinskog zraka kada se ljudi kreću, kroz vrata itd.

Odredimo potrebnu količinu topline za svaku prostoriju množenjem volumena prostorije s R indeksom.

Uzmimo potrebnu snagu:

• za kupaonicu — 10,47×133=1392 W;
• za dnevni boravak — 34,58×133=4599 W;
• za kuhinju — 23,58×133=3136 W;
• za spavaću sobu — 25,83×133=3435 W;
• za hodnik — 10,25×133=1363 W;
• za hodnik — 14,5×133=1889 W.

Počnimo izračunati radijatorske baterije. Koristit ćemo aluminijske radijatore visine 60 cm, snage pri temperaturi od 70 150 W.

Izračunajmo potreban broj baterija radijatora:

• kupaonica — 1392/150=10;
• dnevna soba — 4599/150=31;
• kuhinja — 3136/150=21;
• spavaća soba — 3435/150=23;
• hodnik — 1889/150=13.

Ukupno potrebno: 10+31+21+23+13=98 radijatorskih baterija.

Na našoj web stranici imamo i druge članke u kojima smo detaljno ispitali postupak izvođenja toplinskih proračuna sustava grijanja, korak po korak izračuna snage radijatora i cijevi za grijanje. A ako vaš sustav zahtijeva grijane podove, tada ćete morati izvršiti dodatne izračune.

Sva ova pitanja detaljnije su obrađena u našim sljedećim člancima:

• Toplinski proračun sustava grijanja: kako pravilno izračunati opterećenje sustava
• Izračun radijatora grijanja: kako izračunati potreban broj i snagu baterija
• Izračun volumena cijevi: načela izračuna i pravila za izradu proračuna u litrama i kubičnim metrima
• Kako izračunati grijani pod na primjeru vodenog sustava
• Izračun cijevi za grijane podove: vrste cijevi, metode i korak polaganja + izračun protoka

Zaključci i koristan video na tu temu

U videu možete vidjeti primjer izračuna grijanja vode koji se provodi pomoću programa Valtec:

Hidrauličke proračune najbolje je provesti pomoću posebnih programa koji jamče visoku točnost izračuna i uzimaju u obzir sve nijanse dizajna.

Jeste li specijalizirani za izračun sustava grijanja koji koriste vodu kao rashladno sredstvo i želite nadopuniti naš članak korisnim formulama i podijeliti profesionalne tajne?

Ili se možda želite usredotočiti na dodatne izračune ili ukazati na netočnosti u našim izračunima? Napišite svoje komentare i preporuke u blok ispod članka.