Výpočet ohřevu vody: příklad výpočtu tepelné bilance

Použití vody jako nosiče tepla v topném systému je jednou z nejoblíbenějších možností, jak udržet váš dům v teple během chladného období. Systém je nutné správně navrhnout a nainstalovat. V opačném případě bude vytápění neefektivní při vysokých nákladech na palivo, což je, jak vidíte, mimořádně nezajímavé při současných cenách energií.

Nelze samostatně vypočítat ohřev vody (dále jen „ITS“) bez použití specializovaných programů, protože výpočty používají komplexní výrazy, které nelze určit pomocí standardní kalkulačky. V tomto článku se budeme podrobně zabývat algoritmem pro provádění výpočtů, poskytneme použité vzorce, po zvážení průběhu výpočtů pomocí konkrétního příkladu.

Prezentovaný materiál doplníme tabulkami s hodnotami a referenčními ukazateli, které jsou potřebné při výpočtech, tématickou fotografií a videoklipem, který demonstruje dobrý příklad výpočtu pomocí programu.

Výpočet tepelné bilance bytové struktury

Pro zavedení topného zařízení, kde voda působí jako cirkulující látka, je nutné nejprve provést přesné hydraulické výpočty.

Při vývoji a realizaci jakéhokoliv typu topného systému je nutné znát tepelnou bilanci (dále jen TB). Znáte-li tepelný výkon, který udržuje teplotu v místnosti, můžete si vybrat správné vybavení a správně rozložit jeho zátěž.

V zimě nese místnost určitou tepelnou ztrátu (dále jen TP). Většina energie prochází uzavíracími prvky a větracími otvory. Nevýrazné náklady na infiltraci, ohřev objektů atd.

Pro výběr topné jednotky, která může plně kompenzovat tepelné ztráty, je nutný kompetentní výpočet ohřevu vody obdobně jako u jiných typů systémů. Výpočty shrnují všechny druhy ztrát přes obálku budovy, úniky přes otvory dveří a oken. Při výpočtu výkonu zařízení je třeba vzít v úvahu potřebu ohřívat vzduch vstupující do prostor během ventilace a volně zavřenými okny a křídly dveří. Je nutné vzít v úvahu ohřev proudění vzduchu přiváděného nuceným větráním s funkcí částečného promíchání čerstvého vzduchu. Při zapnutém dvouokruhovém kotli v systému vytápění zohledňuje výpočet skutečného výkonu energii vynaloženou na ohřev teplé vody. Správně provedené výpočty zahrnují určení účinnosti topného tělesa a použitého paliva. Většina topných okruhů ve vytápěné místnosti je položena otevřeně, s výjimkou konstrukčně umístěných v podlaze nebo stěnách možností. V uzavřených okruzích je nutné vzít v úvahu energii pro topné konstrukce. U otevřených topných systémů, které přicházejí do přímého kontaktu s atmosférou přes expanzní nádobu, jsou zohledněny ztráty chladicí kapaliny.

TP závisí na vrstvách, které tvoří uzavírací struktury (dále jen OK). Moderní stavební materiály, zejména izolace, mají nízký koeficient tepelné vodivosti (dále jen „CT“), takže se skrze ně ztrácí méně tepla. U domů stejné oblasti, ale s jinou strukturou OK, budou náklady na teplo odlišné.

Kromě určení TP je důležité vypočítat TB domova. Indikátor bere v úvahu nejen množství energie opouštějící místnost, ale také množství potřebné síly k udržení určitých stupňových opatření v domě.

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

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

S vysokou přesností je možné vypočítat TP obydlí pomocí vzorců.

Celkové náklady na vytápění domu se vypočítají pomocí rovnice:

Q = Q _ok + Q _v,

Kde Q _ok je množství tepla opouštějící místnost přes OK; Q _v - spotřeba tepla ventilace.

Ztráty v důsledku ventilace se berou v úvahu při nižší teplotě vzduchu vstupujícího do místnosti.

Výpočty se obvykle berou v úvahu OK, vstupují na jednu stranu ulice. Jedná se o vnější stěny, podlahy, střechy, dveře a okna.

Obecné TP Q _ok jsou rovny součtu TP každé OK, to je:

Q _ok = ∑Q _st + ∑Q _okn + ∑Q _dv + ∑Q _ptl + ∑Q _pl,

Kde

• Q _st - hodnota TP stěn;
• Q _okn - okna TP;
• Q _dv - TP dveře;
  
• Q _strop - TP strop;
  
• Q _pl - podlaha TP.

Pokud má podlaha nebo strop po celé ploše jinou strukturu, pak se TP vypočítává pro každou sekci zvlášť.

Výpočet tepelných ztrát přes OK

Pro výpočty jsou vyžadovány následující informace:

• konstrukce stěny, použité materiály, jejich tloušťka, CT;
• venkovní teplota ve velmi chladné pětidenní zimě ve městě;
• oblast OK;
• orientace OK;
• doporučená teplota v bytě v zimě.

Pro výpočet TP je třeba zjistit celkový tepelný odpor R _cca . K tomu potřebujeme znát tepelný odpor R ₁, R ₂, R ₃, …, R _n každé vrstvy OK.

Koeficient R _{n se} vypočte podle vzorce:

Rn = B / k,

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

Celkový R může být určen výrazem:

R = nRn

Výrobci dveří a oken obvykle uvádějí součinitel R v pasu k výrobku, takže není nutné jej počítat odděleně.

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

Obecný vzorec pro výpočet TP prostřednictvím OK je následující:

Q _ok = ∑S × (t _vnt - t _nar ) × R × l,

Pokud jde o:

• S - plocha OK, m ² ;
• t _vnt je požadovaná teplota v místnosti;
• t _nar - teplota venkovního vzduchu;
• R - součinitel odporu, vypočtený zvlášť nebo převzat z pasu výrobku;
• l - stanovení koeficientu s ohledem na orientaci stěn vzhledem k světovým stranám.

Výpočet TB umožňuje zvolit zařízení s požadovanou kapacitou, což eliminuje pravděpodobnost nedostatku tepla nebo jeho přebytku. Nedostatek tepelné energie je kompenzován zvýšením průtoku vzduchu ventilací, přebytkem - instalací přídavného topného zařízení.

Spotřeba tepla ventilace

Obecný vzorec pro výpočet TP ventilace je následující:

Q _v = 0, 28 × L _n × p _vnt × c × (t _vnt - t _nar ),

Ve výrazu mají proměnné následující význam:

• L _n - náklady na přiváděný vzduch;
• - hustota vzduchu při určité teplotě v místnosti;
• c je tepelná kapacita vzduchu;
• t _vnt - teplota v domě;
• t _nar - teplota venkovního vzduchu.

Pokud je v budově instalováno větrání, pak parametr L _n je převzat z technických vlastností zařízení. Pokud nedochází k ventilaci, provede se standardní indikátor specifické výměny vzduchu, který se rovná 3 m ³ za hodinu.

Na základě toho se L _n vypočítá podle vzorce:

L _n = 3 × S _{pl ,}

Pokud jde o S _pl - podlahová plocha.

2% všech tepelných ztrát představovalo infiltraci, 18% - pro ventilaci. Pokud je místnost vybavena ventilačním systémem, pak výpočty zohledňují TP prostřednictvím ventilace a neberou v úvahu infiltraci.

Dále byste měli vypočítat hustotu vzduchu při dané teplotě.

To lze provést pomocí vzorce:

p _vnt = 353 / (273 + t _{vnt) ,}

Specifická tepelná kapacita c = 1.0005.

Pokud je ventilace nebo infiltrace neorganizovaná, jsou ve stěnách mezery nebo díry, pak by měl být výpočet TP skrz díry svěřen speciálním programům.

V našem dalším článku jsme uvedli podrobný příklad tepelně technické konstrukce budovy se specifickými příklady a vzorci.

Příklad výpočtu tepelné bilance

Zvažte dům o výšce 2, 5 m, šířce 6 ma délce 8 m, který se nachází ve městě Okha v oblasti Sachalin, kde teploměr teploměru klesne o -29 stupňů na extrémně chladnou 5denní dobu.

V důsledku měření byla teplota půdy nastavena na +5. Doporučená teplota uvnitř konstrukce je +21 stupňů.

Nejvhodnější je znázornit schéma domu na papíře, které udává nejen délku, šířku a výšku budovy, ale také orientaci vzhledem k světovým stranám, jakož i umístění, rozměry oken a dveří.

Stěny domu se skládají z:

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

Při určování k je vhodnější použít tabulky uvedené na webových stránkách výrobce nebo najít informace v produktovém listu.

Znát tepelnou vodivost je možné zvolit nejúčinnější materiály z hlediska tepelné izolace. Na základě výše uvedené tabulky je nejvhodnější použít při stavbě minerální vlny a polystyrenové pěny

Podlaha se skládá z následujících vrstev:

• OSB desky B = 0, 1 m, k = 0, 13;
• minwats B = 0, 05 m, k = 0, 047;
• cementový potěr B = 0, 05 m, k = 0, 58;
• expandovaný polystyren B = 0, 06 m, k = 0, 043.

V domě není suterén a podlaha má po celé ploše stejnou konstrukci.

Strop se skládá z vrstev:

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

V podkroví nejsou žádné východy.

V domě je pouze 6 dvoukomorových oken se sklem I a argonem. Z technického pasu k výrobkům je známo, že R = 0, 7. Okna mají rozměry 1, 1x1, 4 m.

Dveře mají rozměry 1x2, 2 m, R = 0, 36.

Krok # 1 - výpočet tepelné ztráty stěny

Stěny v celém prostoru se skládají ze tří vrstev. Nejprve vypočítáme jejich celkový tepelný odpor.

Proč používat vzorec:

R = ∑Rn _,

a výraz:

Rn = b / k

S ohledem na počáteční informace získáme:

_Rst = 0, 51 / 0, 64 + 0, 05 / 0, 05 + 0, 09 / 0, 26 = 0, 79 +1 + 0, 35 = 2, 14

Poté, co jsme se naučili R, můžeme přistoupit k výpočtům TS severních, jižních, východních a západních stěn.

Další faktory berou v úvahu zvláštnosti umístění stěn vzhledem k světovým stranám Obvykle se v severní části během chladného počasí vytváří „růže větrů“, v důsledku čehož bude TA z této strany vyšší než z jiných zemí.

Vypočítejte plochu severní stěny:

S _sev.sten = 8 × 2, 5 = 20

Poté, když do vzorce _vložíme Q _ok = ∑S × (t _vnt −t _nar ) × R × l a vezmeme v úvahu, že l = 1, 1, dostaneme:

Q _sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1, 1 × 2, 14 = 2354

Plocha jižní stěny S _yuch.st = _S.v = 20.

Ve zdi nejsou zabudovaná okna ani dveře, proto s ohledem na koeficient l = 1 získáme následující TP:

Q _yuch.st = 20 × (21 +29) x 1 x 2, 14 = 2140

Pro západní a východní zdi 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

Do stěn je zabudováno 6 oken a jedno dveře. Vypočítejte celkovou plochu oken a dveří S:

S _okn = 1, 1 × 1, 4 × 6 = 9, 24

S _dv = 1 × 2, 2 = 2, 2

Definujte stěny S bez oken a dveří S:

S _{vost + zap} = 30 - 9, 24 - 2, 2 = 18, 56

Vypočítáme obecný TP východní a západní stěny:

Q _{vost + zap} = 18, 56 × (21 +29) × 2, 14 × 1, 05 = 2085

Po získání výsledků vypočítáme množství tepla unikajícího přes stěny:

Qst = Q _sev.st + Q _yuch.st + Q _{vost + zap} = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Celkové celkové stěny TP jsou 6 kW.

Krok # 2 - Výpočet oken a dveří TP

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

Pomocí výše uvedených hodnot oblastí dostaneme:

Q _okn = 9, 24 × (21 +29) × 1, 05 × 0, 7 = 340

Víme, že u dveří R = 0, 36 a S = 2, 2 definujeme TP:

Q _dv = 2, 2 × (21 +29) × 1, 05 × 0, 36 = 42

Výsledkem je, že přes okna vyzařuje 340 W tepla a dveřmi 42 W.

Krok # 3 - určení podlahy a stropu TP

Je zřejmé, že plocha stropu a podlahy bude stejná a bude vypočtena následovně:

S _pol = S _ptl = 6 × 8 = 48

Vypočítejte celkový tepelný odpor podlahy s ohledem na její strukturu.

_Rpol = 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

Víme, že teplota zeminy t _nar = + 5 as ohledem na koeficient l = 1 vypočítáme Q podlahy:

Q _pol = 48 × (21 - 5) × 1 × 3, 4 = 2611

Zaokrouhlujeme, že tepelná ztráta podlahy je cca 3 kW.

Při výpočtech TP je třeba vzít v úvahu vrstvy, které ovlivňují tepelnou izolaci, např. Beton, desky, zdivo, izolace atd.

Určete tepelný odpor stropu R _ptl a jeho Q:

• _Rptl = 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 přes strop a podlahu jde téměř 6 kW.

Krok # 4 - Výpočet ventilace TP

Vnitřní větrání je uspořádáno, vypočteno podle vzorce:

Q _v = 0, 28 × L _n × p _vnt × c × (t _vnt - t _nar )

Na základě technických charakteristik je specifická výměna tepla 3 kubické metry za hodinu, to znamená:

_Ln = 3 × 48 = 144.

Pro výpočet hustoty používáme vzorec:

p _vnt = 353 / (273 + _tvnt ).

Designová pokojová teplota je +21 stupňů.

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

Nahrazením známých hodnot získáme:

p _vnt = 353 / (273 + 21) = 1, 2

Nahraďte výsledná čísla ve výše uvedeném vzorci:

Q _v = 0, 28 × 144 × 1, 2 x 1, 005 × (21 - 29) = 2431

Vzhledem k TP pro ventilaci bude celkový Q budovy:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Přepočteno v kW, dosáhneme celkové tepelné ztráty 16 kW.

Při výpočtu topné jednotky pro ohřev teplé vody je třeba vzít v úvahu výhřevnost paliva - množství tepla uvolněného při jeho spalování. Při spalování 1 kg uhlí se uvolňuje 5 600–7 000 kcal / kg tepelné energie a při spalování hnědého analogu se uvolňuje pouze 2 200–3 200 kcal / kg. O něco účinnější než hnědé uhlí je palivové dřevo, které dodává pouze 2700–3200 kcal / kg. Je to však jedno z nejlevnějších a nejdostupnějších paliv. Nejpřínosnější pro použití v soukromém plynu pro domácnost emitující 8400 kcal / Nm³ při spalování jednoho kubického metru. Při použití plynu z lahví nebo cen plynu bude však vyšší

Vlastnosti výpočtu CBO

Po nalezení indikátoru TP přistoupí k hydraulickému výpočtu (dále jen GR).

Na jeho základě obdržíte informace o následujících ukazatelích:

• optimální průměr trubek, které budou s poklesem tlaku schopny projít daným množstvím chladiva;
• proudění chladiva v určité oblasti;
• rychlosti vody;
• hodnota odporu.

Před zahájením výpočtů, aby se zjednodušily výpočty, zobrazují prostorové schéma systému, ve kterém jsou všechny jeho prvky uspořádány vzájemně paralelně.

Diagram ukazuje topný systém s horním vedením, pohyb chladicí kapaliny - slepá ulička

Zvažte hlavní etapy výpočtu ohřevu vody.

Hlavní cirkulační kroužek GR

Metoda výpočtu GR je založena na předpokladu, že ve všech stoupačkách a větvích jsou teplotní kapky stejné.

Algoritmus výpočtu je následující:

1. Ve znázorněném diagramu se při zohlednění tepelných ztrát aplikují tepelná zatížení působící na topná zařízení a stoupačky.
2. Na základě tohoto schématu zvolte hlavní cirkulační kruh (dále jen FCC). Zvláštností tohoto prstence je, že v něm má cirkulační tlak na jednotku délky prstence nejmenší hodnotu.
3. FCC se dělí na oblasti s konstantní spotřebou tepla. Pro každé místo uveďte počet, tepelné zatížení, průměr a délku.

Ve vertikálním systému s jedním potrubím je fcc považován za prstenec, kterým prochází nejvíce zatížené stoupací potrubí během slepé uličky nebo po pohybu vody podél dálnic. Podrobněji jsme diskutovali propojení cirkulačních kroužků v systému s jedním potrubím a volbu hlavního v následujícím článku. Samostatně jsme věnovali pozornost postupu pro provádění výpočtů s použitím konkrétního příkladu pro jasnost.

Ve vertikálních systémech dvoutrubkového typu prochází HCC spodním topným zařízením, které má maximální zatížitelnost při pohybu v závěru nebo po pohybu vody.

V horizontálním systému s jedním potrubím by fcc měl mít nejnižší cirkulační tlak a jednotku délky prstence. U systémů s přirozenou cirkulací je situace podobná.

S GH vertikálních stoupaček typu s jedním potrubím jsou průtokové, nastavitelné stoupačky, které mají ve svém složení jednotnou jednotku, považovány za jeden obrys. U stoupaček s uzavíracími sekcemi vzniká separace s ohledem na rozložení vody v potrubí každého uzlu nástroje.

Spotřeba vody v dané oblasti se vypočítá podle vzorce:

G _kont = (3, 6 × Q _kont × β ₁ × β ₂ ) / ((t _r - t ₀ ) × c)

Ve výrazu symboly literálu akceptují následující hodnoty:

• Q _kont - teplotní zátěžový obvod;
• β _1, β ₂ - dodatečné koeficienty tabulky, které berou v úvahu přenos tepla v místnosti;
• c je tepelná kapacita vody rovna 4, 187;
• t _r - teplota vody v přívodním potrubí;
• t ₀ - teplota vody v vratném potrubí.

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

Sekundární cirkulační kruh GH

Po hlavním kroužku GH je tlak v malém cirkulačním kroužku stanoven pomocí nejbližších stoupaček s přihlédnutím k tomu, že tlakové ztráty se mohou lišit nejvýše o 15% u okruhu s uzavřeným koncem a nejvýše o 5% u průchozího.

Pokud není možné spojit tlakovou ztrátu, namontujte podložku škrticí klapky, jejíž průměr se vypočítá pomocí softwarových metod.

Výpočet radiátorových baterií

Vracíme se k plánu domu, který se nachází výše. Při výpočtu bylo zjištěno, že pro udržení tepelné bilance bude zapotřebí 16 kW energie. V tomto domě je 6 pokojů pro různé účely - obývací pokoj, koupelna, kuchyň, ložnice, chodba, předsíň.

Na základě rozměrů konstrukce je možné vypočítat objem V:

V = 6 × 8 × 2, 5 = 120 m3

Dále musíte najít množství tepelného výkonu na m ³ . Chcete-li to provést, musí být hodnota Q rozdělena nalezeným objemem, tj.

P = 16000/120 = 133 W na m3

Dále musíte určit, kolik tepelné kapacity bude zapotřebí pro jednu místnost. V diagramu je plocha každého pokoje již vypočtena.

Určit objem:

• koupelna je 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;
• chodba - 4, 10 × 2, 5 = 10, 25;
• vstupní hala - 5, 8 × 2, 5 = 14, 5.

Výpočty musí také zohlednit prostory, ve kterých nejsou žádné topné baterie, například chodba.

Chodba je vyhřívána pasivním způsobem, teplo do ní vstupuje v důsledku cirkulace termálního vzduchu během pohybu osob, dveřmi apod.

Určete požadované množství tepla pro každou místnost vynásobením objemu místnosti ukazatelem R.

Získejte požadovaný výkon:

• pro koupelnu - 10, 47 × 133 = 1392 W;
• pro obývací pokoj - 34, 58 × 133 = 4599 W;
• pro kuchyň - 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.

Pokračujeme výpočtem radiátorových baterií. Budeme používat hliníkové radiátory, jejichž výška je 60 cm, výkon při teplotě 70 je 150 wattů.

Vypočítejte požadovaný počet baterií:

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

Požadováno celkem: 10 + 31 + 21 + 23 + 13 = 98 baterií.

Máme také další články na místě, kde jsme podrobně přezkoumali pořadí, ve kterém se provádí výpočet tepla topného systému, krok za krokem výpočet výkonu radiátorů a topných trubek. A pokud váš systém předpokládá přítomnost teplých podlah, budete muset provést další výpočty.

Podrobněji jsou všechny tyto otázky popsány v následujících článcích:

• Tepelný výpočet topného systému: jak správně vypočítat zatížení systému
• Výpočet topných těles: jak vypočítat požadovaný počet a výkon baterií
• Výpočet objemu potrubí: zásady výpočtu a pravidla pro tvorbu výpočtů v litrech a metrech krychlových
• Jak provést výpočet vytápěné podlahy na příkladu vodního systému
• Výpočet trubek pro podlahové vytápění: typy trubek, metody a montážní krok + výpočet spotřeby

Závěry a užitečné video na toto téma

Ve videu je vidět příklad výpočtu ohřevu vody, který se provádí pomocí programu Valtec

Hydraulické výpočty se nejlépe provádějí pomocí speciálních programů, které zaručují vysokou přesnost výpočtů s ohledem na všechny nuance designu .

Specializujete se na výpočet topných systémů využívajících vodu jako nosič tepla a chcete doplnit náš článek o užitečné vzorce, sdílet profesionální tajemství?

Nebo se chcete zaměřit na další výpočty nebo poukázat na nepřesnost v našich výpočtech? Napište prosím své komentáře a doporučení do bloku pod článkem.