Berekening van waterverwarming: formules, regels, implementatievoorbeelden

Het gebruik van water als koelvloeistof in een verwarmingssysteem is een van de meest populaire opties om uw huis tijdens het koude seizoen van warmte te voorzien.U hoeft het systeem alleen maar goed te ontwerpen en vervolgens te installeren. Anders zal verwarming niet effectief zijn tegen hoge brandstofkosten, wat, zoals je ziet, uiterst oninteressant is met de huidige energieprijzen.

Het is onmogelijk om de waterverwarming (hierna WHE genoemd) onafhankelijk te berekenen zonder gespecialiseerde programma's te gebruiken, omdat bij de berekeningen complexe uitdrukkingen worden gebruikt waarvan de waarden niet kunnen worden bepaald met een conventionele rekenmachine. In dit artikel zullen we het algoritme voor het uitvoeren van berekeningen in detail analyseren, de gebruikte formules presenteren en de voortgang van de berekeningen bekijken aan de hand van een specifiek voorbeeld.

We zullen het gepresenteerde materiaal aanvullen met tabellen met waarden en referentie-indicatoren die nodig zijn bij het uitvoeren van berekeningen, thematische foto's en een video die een duidelijk voorbeeld van berekeningen met het programma demonstreert.

Berekening van de warmtebalans van een woningbouw

Om een ​​verwarmingsinstallatie te implementeren waarbij water het circulerende medium is, is het noodzakelijk om eerst nauwkeurig te zijn hydraulische berekeningen.

Bij het ontwikkelen en implementeren van welk verwarmingssysteem dan ook, is het noodzakelijk om de warmtebalans te kennen (hierna TB genoemd).Als u het thermische vermogen kent om de temperatuur in de kamer op peil te houden, kunt u de juiste apparatuur kiezen en de belasting correct verdelen.

In de winter lijdt de kamer aan bepaalde warmteverliezen (hierna HL genoemd). Het grootste deel van de energie komt naar buiten via omhullende elementen en ventilatieopeningen. Er worden kleine kosten gemaakt voor infiltratie, verwarming van objecten etc.

TP is afhankelijk van de lagen waaruit de omhullende structuren bestaan ​​(hierna OK genoemd). Moderne bouwmaterialen, met name isolatiematerialen, hebben een lage prijs thermische geleidbaarheidscoëfficiënt (hierna CT genoemd), waardoor er minder warmte verloren gaat. Voor huizen van hetzelfde gebied, maar met verschillende OK-structuren, zullen de verwarmingskosten verschillen.

Naast het bepalen van de TP is het belangrijk om de TB van de woning te berekenen. De indicator houdt niet alleen rekening met de hoeveelheid energie die de kamer verlaat, maar ook met de hoeveelheid stroom die nodig is om bepaalde temperatuurniveaus in huis te handhaven.

De meest nauwkeurige resultaten worden geleverd door gespecialiseerde programma's die zijn ontwikkeld voor bouwers. Dankzij hen is het mogelijk om rekening te houden met meer factoren die TP beïnvloeden.

De grootste hoeveelheid warmte verlaat de kamer via de muren, de vloer, het dak en de minste via deuren en raamopeningen

Met hoge nauwkeurigheid kunt u de TP van een huis berekenen met behulp van formules.

De totale verwarmingskosten van het huis worden berekend met behulp van de vergelijking:

Q = Q_OK + Vraag_v,

Waar Q_OK - de hoeveelheid warmte die via OK de kamer verlaat; Q_v — kosten voor warmteventilatie.

Er wordt rekening gehouden met ventilatieverliezen als de lucht die de kamer binnenkomt een lagere temperatuur heeft.

Bij berekeningen wordt doorgaans rekening gehouden met OK's met één zijde naar de straat gericht. Dit zijn de buitenmuren, vloer, dak, deuren en ramen.

Algemeen TP Q_OK gelijk aan de som van de TP van elke OK, dat wil zeggen:

Q_OK = ∑Q_st +∑V_oké +∑V_dv +∑V_ptl +∑V_pl,

Waar:

• Q_st — waarde van TP van muren;
• Q_oké — TP-vensters;
• Q_dv — TP-deuren;
  
• Q_ptl — plafond TP;
  
• Q_pl — TP-vloer.

Indien de vloer of het plafond over de gehele oppervlakte een andere structuur heeft, wordt de TP voor ieder gedeelte afzonderlijk berekend.

Berekening van warmteverlies met OK

Voor berekeningen heeft u de volgende gegevens nodig:

• structuur van muren, gebruikte materialen, hun dikte, CT;
• buitentemperatuur tijdens een extreem koude vijfdaagse winter in de stad;
• gebied OK;
• oriëntatie OK;
• aanbevolen temperatuur in huis in de winter.

Om TC te berekenen, moet je de totale thermische weerstand R vinden_OK. Om dit te doen, moet je de thermische weerstand R achterhalen₁, R₂, R₃, …, R_N elke laag is in orde.

R-factor_N berekend met de formule:

Rn = B/k,

In de formule: B — laagdikte OK in mm, k — CT-scan van elke laag.

De totale R kan worden bepaald door de uitdrukking:

R = ∑R_N

Fabrikanten van deuren en ramen vermelden de R-coëfficiënt meestal in het productgegevensblad, dus deze hoeft niet afzonderlijk te worden berekend.

De thermische weerstand van ramen kan niet worden berekend, omdat het technische gegevensblad al de nodige informatie bevat, wat de berekening van de thermische weerstand vereenvoudigt

De algemene formule voor het berekenen van TP via OK is als volgt:

Q_OK = ∑S × (t_vnt -T_na) × R × l,

In de uitdrukking:

• S — gebied OK, m²;
• T_vnt - gewenste kamertemperatuur;
• T_na — buitenluchttemperatuur;
• R — weerstandscoëfficiënt, afzonderlijk berekend of overgenomen uit het productgegevensblad;
• l — een verduidelijkingscoëfficiënt die rekening houdt met de oriëntatie van de muren ten opzichte van de hoofdrichtingen.

Met de berekening van TB kunt u apparatuur met het vereiste vermogen selecteren, waardoor de mogelijkheid van warmtetekort of -overschot wordt geëlimineerd. Het tekort aan thermische energie wordt gecompenseerd door de luchtstroom door ventilatie te vergroten, het overschot - door extra verwarmingsapparatuur te installeren.

Thermische kosten van ventilatie

De algemene formule voor het berekenen van TP-ventilatie is als volgt:

Q_v = 0,28 × L_N × blz_vnt × c × (t_vnt -T_na),

In een expressie hebben variabelen de volgende betekenis:

• L_N — verbruik van binnenkomende lucht;
• P_vnt — luchtdichtheid bij een bepaalde temperatuur in de kamer;
• C — warmtecapaciteit van lucht;
• T_vnt - temperatuur in huis;
• T_na — temperatuur van de buitenlucht.

Als ventilatie in het gebouw is geïnstalleerd, dan is parameter L_N ontleend aan de technische specificaties van het apparaat. Indien er geen ventilatie aanwezig is, wordt standaard uitgegaan van een specifieke luchtverversingssnelheid van 3 m.³ om een ​​uur.

Op basis hiervan heeft L_N berekend met de formule:

L_N = 3 × S_pl,

In expressie S_pl - begane grond.

2% van alle warmteverliezen is te wijten aan infiltratie, 18% aan ventilatie. Als de ruimte is uitgerust met een ventilatiesysteem, houden de berekeningen rekening met TP via ventilatie, maar houden ze geen rekening met infiltratie

Vervolgens moet je de luchtdichtheid p berekenen_vnt bij een bepaalde kamertemperatuur t_vnt.

Dit kan gedaan worden met behulp van de formule:

P_vnt = 353/(273+t_vnt),

Soortelijke warmtecapaciteit c = 1,0005.

Als ventilatie of infiltratie ongeorganiseerd is, of als er scheuren of gaten in de muren zitten, moet de berekening van TP door de gaten aan speciale programma's worden toevertrouwd.

In ons andere artikel hebben we gedetailleerd beschreven voorbeeld van thermische berekening gebouwen met specifieke voorbeelden en formules.

Voorbeeld van berekening van de warmtebalans

Beschouw een huis van 2,5 m hoog, 6 m breed en 8 m lang, gelegen in de stad Okha in de regio Sakhalin, waar op een extreem koude 5-daagse dag de thermometer daalt tot -29 graden.

Uit de meting bleek dat de bodemtemperatuur +5 was. De aanbevolen temperatuur binnen de structuur is +21 graden.

De handigste manier om een ​​huisdiagram te tekenen is op papier, waarbij niet alleen de lengte, breedte en hoogte van het gebouw wordt aangegeven, maar ook de oriëntatie ten opzichte van de windstreken, evenals de locatie en afmetingen van ramen en deuren

De muren van het betreffende huis bestaan ​​uit:

• metselwerkdikte B=0,51 m, CT k=0,64;
• minerale wol B=0,05 m, k=0,05;
• tegenover B=0,09 m, k=0,26.

Bij het bepalen van k is het beter om de tabellen op de website van de fabrikant te gebruiken of informatie te vinden in het productgegevensblad.

Als u de thermische geleidbaarheid kent, kunt u de meest effectieve materialen selecteren vanuit het oogpunt van thermische isolatie. Op basis van de bovenstaande tabel is het het meest raadzaam om minerale wolplaten en geëxpandeerd polystyreen in de constructie te gebruiken

De vloer bestaat uit de volgende lagen:

• OSB-platen B=0,1 m, k=0,13;
• minerale wol B=0,05 m, k=0,047;
• cementdekvloeren B=0,05 m, k=0,58;
• geëxpandeerd polystyreen B=0,06 m, k=0,043.

Er is geen kelder in de woning en de vloer heeft door de gehele ruimte dezelfde structuur.

Het plafond bestaat uit lagen:

• gipsplaatplaten B=0,025 m, k= 0,21;
• isolatie B=0,05 m, k=0,14;
• dakbedekking B=0,05 m, k=0,043.

De woning heeft slechts 6 dubbele kamerramen met I-glas en argon. Uit het technische gegevensblad van het product is bekend dat R=0,7. De ramen hebben afmetingen van 1,1x1,4m.

De deuren hebben afmetingen van 1x2,2 m, R = 0,36.

Stap 1 - berekening van het warmteverlies van de muur

De muren in het hele gebied bestaan ​​uit drie lagen. Laten we eerst hun totale thermische weerstand berekenen.

Waarom de formule gebruiken:

R = ∑R_N,

en de uitdrukking:

R_N = B/k

Rekening houdend met de initiële informatie, krijgen we:

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

Nadat je R hebt ontdekt, kun je beginnen met het berekenen van de TP van de noordelijke, zuidelijke, oostelijke en westelijke muren.

Bijkomende coëfficiënten houden rekening met de eigenaardigheden van de locatie van de wanden ten opzichte van de hoofdrichtingen. Meestal wordt in het noordelijke deel bij koud weer een “windroos” gevormd, waardoor de TP aan deze kant hoger zal zijn dan aan de andere kant

Laten we het gebied van de noordelijke muur berekenen:

S_zeven.sten = 8 × 2.5 = 20

Vervolgens vervangen door de formule Q_OK = ∑S × (t_vnt -T_na) × R × l en rekening houdend met het feit dat l=1,1 krijgen we:

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

Gebied van de zuidelijke muur S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Er zijn geen ingebouwde ramen of deuren in de muur, daarom verkrijgen we, rekening houdend met de coëfficiënt l=1, de volgende TP:

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

Voor de westelijke en oostelijke muren is de coëfficiënt l=1,05. Daarom kun je de totale oppervlakte van deze muren vinden, dat wil zeggen:

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

Er zijn 6 ramen en een deur in de muren ingebouwd. Laten we het totale oppervlak van ramen en S-deuren berekenen:

S_oké = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Laten we S-wanden definiëren zonder rekening te houden met S-ramen en -deuren:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Laten we de totale TP van de oostelijke en westelijke muren berekenen:

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

Laten we, nadat we de resultaten hebben ontvangen, de hoeveelheid warmte berekenen die door de muren ontsnapt:

Qst = Q_sev.st + Vraag_yuch.st + Vraag_vost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

In totaal is de totale TP van de wanden 6 kW.

Stap #2 - het berekenen van de TP van ramen en deuren

De ramen bevinden zich op de oostelijke en westelijke muren, dus bij de berekening is de coëfficiënt l=1,05. Het is bekend dat de structuur van alle structuren hetzelfde is en R = 0,7.

Met behulp van de hierboven gegeven gebiedswaarden krijgen we:

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

Wetende dat we voor deuren R=0,36 en S=2,2 hun TP bepalen:

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

Hierdoor komt er 340 W warmte naar buiten via de ramen en 42 W via de deuren.

Stap #3 - het bepalen van de TP van de vloer en het plafond

Het is duidelijk dat het oppervlak van het plafond en de vloer hetzelfde zal zijn en als volgt wordt berekend:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Laten we de totale thermische weerstand van de vloer berekenen, rekening houdend met de structuur.

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

Wetende dat de bodemtemperatuur t_na=+5 en rekening houdend met de coëfficiënt l=1, berekenen we Q van de vloer:

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

Naar boven afgerond vinden we dat het warmteverlies op de vloer ongeveer 3 kW bedraagt.

Bij TP-berekeningen is het noodzakelijk om rekening te houden met lagen die de thermische isolatie beïnvloeden, bijvoorbeeld beton, platen, metselwerk, isolatie, enz.

Laten we de thermische weerstand van het plafond R bepalen_ptl en zijn vraag:

• 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

Hieruit volgt dat er bijna 6 kW door het plafond en de vloer gaat.

Stap #4 - berekening van ventilatie TP

Ventilatie in de kamer wordt georganiseerd en berekend met behulp van de formule:

Q_v = 0,28 × L_N × blz_vnt × c × (t_vnt -T_na)

Op basis van de technische kenmerken bedraagt ​​de specifieke warmteoverdracht 3 kubieke meter per uur, dat wil zeggen:

L_N = 3 × 48 = 144.

Om de dichtheid te berekenen gebruiken we de formule:

P_vnt = 353/(273+t_vnt).

De geschatte kamertemperatuur is +21 graden.

Ventilatie TP wordt niet berekend als het systeem is uitgerust met een luchtverwarmingstoestel

Als we bekende waarden vervangen, krijgen we:

P_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Laten we de resulterende getallen vervangen door de bovenstaande formule:

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

Rekening houdend met de TP voor ventilatie, zal de totale Q van het gebouw zijn:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Omgerekend naar kW krijgen we een totaal warmteverlies van 16 kW.

Kenmerken van het berekenen van SVO

Nadat ze de TP-indicator hebben gevonden, gaan ze over tot hydraulische berekening (hierna GR genoemd).

Op basis hiervan wordt informatie over de volgende indicatoren verkregen:

• de optimale diameter van de leidingen, die tijdens drukdalingen een bepaalde hoeveelheid koelvloeistof kunnen passeren;
• koelvloeistofstroom in een bepaald gebied;
• snelheid van waterbeweging;
• weerstandswaarde.

Voordat u met de berekeningen begint, tekent u, om de berekeningen te vereenvoudigen, een ruimtelijk diagram van het systeem, waarop alle elementen parallel aan elkaar zijn gerangschikt.

Het diagram toont een verwarmingssysteem met bovenleiding, de beweging van het koelmiddel loopt dood

Laten we eens kijken naar de belangrijkste fasen van berekeningen voor waterverwarming.

GR van de hoofdcirculatiering

De methode voor het berekenen van GR is gebaseerd op de aanname dat de temperatuurverschillen in alle stijgleidingen en vertakkingen hetzelfde zijn.

Het berekeningsalgoritme is als volgt:

1. In het weergegeven diagram worden, rekening houdend met warmteverlies, thermische belastingen toegepast die inwerken op verwarmingsapparaten en stijgbuizen.
2. Op basis van het diagram wordt de hoofdcirculatiering (hierna MCC genoemd) geselecteerd. Het bijzondere van deze ring is dat daarin de circulatiedruk per lengte-eenheid van de ring de laagste waarde aanneemt.
3. De FCC is verdeeld in secties met een constant warmteverbruik. Geef voor elke sectie het aantal, de thermische belasting, de diameter en de lengte aan.

In een verticaal systeem van het type met één buis wordt de ring waardoor de meest belaste stijgbuis passeert tijdens een doodlopende weg of bijbehorende waterbeweging langs het elektriciteitsnet als hoofdcirculatiecircuit genomen.We hebben meer in detail gesproken over het koppelen van circulatieringen in een enkelpijpssysteem en het kiezen van de belangrijkste in het volgende artikel. We hebben speciale aandacht besteed aan de volgorde van de berekeningen, waarbij we voor de duidelijkheid een specifiek voorbeeld hebben gebruikt.

In verticale tweepijpssystemen stroomt de hoofdcirculatievloeistof door het onderste verwarmingsapparaat, dat een maximale belasting heeft tijdens doodlopend of daarmee gepaard gaande waterbeweging

In een horizontaal systeem met één leiding moet het hoofdcirculatiecircuit de laagste circulatiedruk en een eenheidslengte van de ring hebben. Voor systemen met natuurlijke circulatie de situatie is vergelijkbaar.

Bij het ontwikkelen van stijgleidingen van een verticaal systeem van het type met één pijp, worden doorstroom-, stroomgeregelde stijgleidingen, die uniforme componenten bevatten, als een enkel circuit beschouwd. Voor stijgbuizen met sluitsecties wordt scheiding uitgevoerd, rekening houdend met de verdeling van water in de pijpleiding van elke instrumenteenheid.

Het waterverbruik in een bepaald gebied wordt berekend met behulp van de formule:

G_kont = (3,6 × Q_kont × β₁ × β₂)/((T_R -T₀) ×c)

In de uitdrukking hebben de alfabetische tekens de volgende betekenis:

• Q_kont — thermische belasting van het circuit;
• β_1, β₂ — aanvullende tabelvormige coëfficiënten waarbij rekening wordt gehouden met de warmteoverdracht in de kamer;
• C — warmtecapaciteit van water, gelijk aan 4,187;
• T_R — watertemperatuur in de aanvoerleiding;
• T₀ — watertemperatuur in de retourleiding.

Nadat de diameter en de hoeveelheid water zijn bepaald, is het noodzakelijk om de snelheid van de beweging en de waarde van de specifieke weerstand R te achterhalen. Alle berekeningen kunnen het gemakkelijkst worden uitgevoerd met behulp van speciale programma's.

GR secundaire circulatiering

Na GR van de hoofdring wordt de druk in de kleine circulatiering, gevormd door de dichtstbijzijnde stijgbuizen, bepaald, waarbij er rekening mee wordt gehouden dat de drukverliezen niet meer dan 15% kunnen verschillen in een doodlopend circuit en niet meer dan 5% in een doodlopend circuit. een passerend circuit.

Als het onmogelijk is om het drukverlies te correleren, installeer dan een gasklepring, waarvan de diameter wordt berekend met behulp van softwaremethoden.

Berekening van radiatorbatterijen

Laten we terugkeren naar het bovenstaande huisplan. Door berekeningen is gebleken dat er 16 kW aan energie nodig zal zijn om het thermische evenwicht in stand te houden. Het huis in kwestie heeft 6 kamers voor verschillende doeleinden: een woonkamer, een badkamer, een keuken, een slaapkamer, een gang en een hal.

Op basis van de afmetingen van de constructie kunt u het volume V berekenen:

V=6×8×2,5=120 meter³

Vervolgens moet u de hoeveelheid thermisch vermogen per m vinden³. Om dit te doen moet Q gedeeld worden door het gevonden volume, dat wil zeggen:

P=16000/120=133 W per meter³

Vervolgens moet u bepalen hoeveel verwarmingsvermogen er nodig is voor één kamer. In het diagram is de oppervlakte van elke kamer al berekend.

Laten we het volume bepalen:

• badkamer – 4.19×2.5=10.47;
• woonkamer – 13.83×2.5=34.58;
• keuken – 9.43×2.5=23.58;
• slaapkamer – 10.33×2.5=25.83;
• hal – 4.10×2.5=10.25;
• gang – 5.8×2.5=14.5.

Bij de berekeningen moet ook rekening worden gehouden met kamers waarin geen verwarmingsradiatoren aanwezig zijn, bijvoorbeeld een gang.

De gang wordt passief verwarmd; er zal warmte naar binnen stromen door de circulatie van thermische lucht wanneer mensen zich verplaatsen, door deuropeningen, enz.

Laten we de benodigde hoeveelheid warmte voor elke kamer bepalen door het volume van de kamer te vermenigvuldigen met de R-index.

Laten we het vereiste vermogen verkrijgen:

• voor de badkamer — 10,47×133=1392 W;
• voor woonkamer — 34,58×133=4599W;
• voor keuken — 23,58×133=3136 W;
• voor de slaapkamer — 25,83×133=3435W;
• voor de gang — 10,25×133=1363 W;
• voor de gang — 14,5×133=1889 W.

Laten we beginnen met het berekenen van radiatorbatterijen. We zullen aluminium radiatoren gebruiken, waarvan de hoogte 60 cm is, het vermogen bij een temperatuur van 70 is 150 W.

Laten we het vereiste aantal radiatorbatterijen berekenen:

• badkamer — 1392/150=10;
• woonkamer — 4599/150=31;
• keuken — 3136/150=21;
• slaapkamer — 3435/150=23;
• gang — 1889/150=13.

Totaal nodig: 10+31+21+23+13=98 radiatorbatterijen.

We hebben ook andere artikelen op onze website waarin we de procedure voor het uitvoeren van thermische berekeningen van een verwarmingssysteem, stapsgewijze berekeningen van het vermogen van radiatoren en verwarmingsbuizen, in detail hebben onderzocht. En als uw systeem vloerverwarming nodig heeft, moet u aanvullende berekeningen uitvoeren.

Al deze kwesties worden in meer detail behandeld in onze volgende artikelen:

• Thermische berekening van een verwarmingssysteem: hoe de belasting van het systeem correct te berekenen
• Berekening van verwarmingsradiatoren: hoe het vereiste aantal en vermogen van batterijen te berekenen
• Berekening van het leidingvolume: berekeningsprincipes en regels voor het maken van berekeningen in liters en kubieke meters
• Hoe u een verwarmde vloer kunt berekenen met een watersysteem als voorbeeld
• Berekening van leidingen voor verwarmde vloeren: soorten leidingen, methoden en legstap + berekening van debiet

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In de video ziet u een voorbeeld van het berekenen van de waterverwarming, die wordt uitgevoerd met behulp van het Valtec-programma:

Hydraulische berekeningen kunnen het beste worden uitgevoerd met behulp van speciale programma's die een hoge nauwkeurigheid van de berekeningen garanderen en rekening houden met alle nuances van het ontwerp.

Bent u gespecialiseerd in het berekenen van verwarmingssystemen met water als koelvloeistof en wilt u ons artikel aanvullen met handige formules en professionele geheimen delen?

Of misschien wilt u zich concentreren op aanvullende berekeningen of u wijzen op onnauwkeurigheden in onze berekeningen? Schrijf uw opmerkingen en aanbevelingen in het blok onder het artikel.