Thermische berekening van een verwarmingssysteem: hoe de belasting van het systeem correct te berekenen

Ontwerp en thermische berekening van een verwarmingssysteem is een verplichte fase bij het regelen van woningverwarming.De belangrijkste taak van computeractiviteiten is het bepalen van de optimale parameters van het ketel- en radiatorsysteem.

Mee eens, op het eerste gezicht lijkt het misschien dat alleen een ingenieur thermische berekeningen kan uitvoeren. Niet alles is echter zo ingewikkeld. Als u het algoritme van acties kent, kunt u zelfstandig de nodige berekeningen uitvoeren.

Het artikel beschrijft in detail de berekeningsprocedure en biedt alle benodigde formules. Voor een beter begrip hebben we een voorbeeld van een thermische berekening voor een privéwoning opgesteld.

Thermische berekening van verwarming: algemene procedure

De klassieke thermische berekening van een verwarmingssysteem is een geconsolideerd technisch document dat verplichte stapsgewijze standaardberekeningsmethoden bevat.

Maar voordat u deze berekeningen van de belangrijkste parameters bestudeert, moet u beslissen over het concept van het verwarmingssysteem zelf.

Het verwarmingssysteem wordt gekenmerkt door geforceerde toevoer en onvrijwillige afvoer van warmte naar de kamer.

De belangrijkste taken bij het berekenen en ontwerpen van een verwarmingssysteem:

• het meest betrouwbaar warmteverlies bepalen;
• bepaal de hoeveelheid en gebruiksomstandigheden van het koelmiddel;
• selecteer de elementen opwekking, beweging en warmteoverdracht zo nauwkeurig mogelijk.

Tijdens de bouw verwarmingssystemen Het is noodzakelijk om in eerste instantie een verscheidenheid aan gegevens te verzamelen over de kamer/het gebouw waar het verwarmingssysteem zal worden gebruikt. Na het berekenen van de thermische parameters van het systeem, analyseert u de resultaten van rekenkundige bewerkingen.

Op basis van de verkregen gegevens worden de componenten van het verwarmingssysteem geselecteerd, gevolgd door aanschaf, installatie en inbedrijfstelling.

Verwarming is een uit meerdere componenten bestaand systeem dat zorgt voor een goedgekeurd temperatuurregime in een ruimte/gebouw.Het is een apart onderdeel van het communicatiecomplex van een modern woongebouw

Het is opmerkelijk dat deze thermische berekeningsmethode het mogelijk maakt om vrij nauwkeurig een groot aantal grootheden te berekenen die specifiek het toekomstige verwarmingssysteem beschrijven.

Als resultaat van de thermische berekening zal de volgende informatie beschikbaar zijn:

• aantal warmteverliezen, ketelvermogen;
• aantal en type thermische radiatoren voor elke kamer afzonderlijk;
• hydraulische kenmerken van de pijpleiding;
• volume, koelvloeistofsnelheid, vermogen warmtepomp.

Thermische berekeningen zijn geen theoretische schetsen, maar eerder nauwkeurige en redelijke resultaten die worden aanbevolen om in de praktijk te gebruiken bij het selecteren van componenten van het verwarmingssysteem.

Normen voor kamertemperatuuromstandigheden

Voordat u systeemparameters gaat berekenen, is het op zijn minst noodzakelijk om de volgorde van de verwachte resultaten te kennen, en ook om gestandaardiseerde kenmerken te hebben van sommige tabelwaarden die in formules moeten worden vervangen of erdoor moeten worden geleid .

Door parameters met dergelijke constanten te berekenen, kunt u vertrouwen op de betrouwbaarheid van de gewenste dynamische of constante parameter van het systeem.

Voor gebouwen met verschillende doeleinden zijn er referentienormen voor temperatuuromstandigheden in residentiële en niet-residentiële gebouwen. Deze normen zijn vastgelegd in de zogenaamde GOST’s

Voor een verwarmingssysteem is een van deze globale parameters de kamertemperatuur, die constant moet zijn, ongeacht het seizoen en de omgevingsomstandigheden.

Volgens de voorschriften van sanitaire normen en regels zijn er temperatuurverschillen ten opzichte van de zomer- en winterperiode van het jaar.Het airconditioningsysteem is verantwoordelijk voor het temperatuurregime van de kamer in het zomerseizoen; het principe van de berekening ervan wordt in detail beschreven in Dit artikel.

Maar de kamertemperatuur in de winter wordt verzorgd door het verwarmingssysteem. Daarom zijn we geïnteresseerd in temperatuurbereiken en hun afwijkingstoleranties voor het winterseizoen.

De meeste regelgevende documenten bepalen de volgende temperatuurbereiken waarmee een persoon comfortabel in de kamer kan blijven.

Voor utiliteitskantoorpanden met een oppervlakte tot 100 m²²:

• 22-24°С — optimale luchttemperatuur;
• 1°С — toegestane fluctuatie.

Voor kantoorpanden met een oppervlakte van meer dan 100 m²² de temperatuur bedraagt ​​21-23°C. Voor niet-residentiële industriële gebouwen variëren de temperatuurbereiken sterk, afhankelijk van het doel van de ruimte en de vastgestelde arbeidsbeschermingsnormen.

Elke persoon heeft zijn eigen comfortabele kamertemperatuur. Sommige mensen vinden het prettig als het erg warm is in de kamer, anderen voelen zich op hun gemak als de kamer koel is - het is allemaal heel individueel

Wat woongebouwen betreft: appartementen, privéwoningen, landgoederen, enz., zijn er bepaalde temperatuurbereiken die kunnen worden aangepast afhankelijk van de wensen van de bewoners.

En toch hebben we voor specifieke gebouwen van een appartement en huis:

• 20-22°С - woonkamer, inclusief kinderkamer, tolerantie ±2°С -
• 19-21°С — keuken, toilet, tolerantie ±2°С;
• 24-26°C — badkamer, douche, zwembad, tolerantie ±1°С;
• 16-18°С — gangen, hallen, trappenhuizen, opslagruimtes, tolerantie +3°C

Het is belangrijk op te merken dat er nog een aantal basisparameters zijn die de temperatuur in de kamer beïnvloeden en waarop u zich moet concentreren bij het berekenen van het verwarmingssysteem: vochtigheid (40-60%), concentratie van zuurstof en kooldioxide in de lucht ( 250:1), massa luchtbewegingssnelheid (0,13-0,25 m/s), enz.

Berekening van warmteverlies in het huis

Volgens de tweede wet van de thermodynamica (schoolfysica) is er geen spontane overdracht van energie van minder verwarmde naar meer verwarmde mini- of macro-objecten. Een speciaal geval van deze wet is het ‘streven’ om een ​​temperatuurevenwicht te creëren tussen twee thermodynamische systemen.

Het eerste systeem is bijvoorbeeld een omgeving met een temperatuur van -20°C, het tweede systeem is een gebouw met een interne temperatuur van +20°C. Volgens de bovenstaande wet zullen deze twee systemen ernaar streven om in evenwicht te komen door de uitwisseling van energie. Dit zal gebeuren met behulp van warmteverliezen uit het tweede systeem en koeling in het eerste.

We kunnen met zekerheid zeggen dat de omgevingstemperatuur afhangt van de breedtegraad waarop het woonhuis zich bevindt. En het temperatuurverschil heeft invloed op de hoeveelheid warmtelekkage uit het gebouw (+)

Warmteverlies verwijst naar het onvrijwillig vrijkomen van warmte (energie) uit een object (huis, appartement). Voor een gewoon appartement is dit proces niet zo "merkbaar" in vergelijking met een privéwoning, aangezien het appartement zich in het gebouw bevindt en "grenzend" aan andere appartementen.

In een woonhuis ontsnapt de warmte tot op zekere hoogte via de buitenmuren, de vloer, het dak, ramen en deuren.

Als u de hoeveelheid warmteverlies kent voor de meest ongunstige weersomstandigheden en de kenmerken van deze omstandigheden, is het mogelijk om het vermogen van het verwarmingssysteem met hoge nauwkeurigheid te berekenen.

Het volume warmtelekkage uit het gebouw wordt dus berekend met behulp van de volgende formule:

Vraag=V_vloer+Vraag_muur+Vraag_raam+Vraag_dak+Vraag_deur+…+Vraag_i, Waar

Qi — de hoeveelheid warmteverlies uit een homogeen type gebouwschil.

Elke component van de formule wordt berekend met behulp van de formule:

Q=S*∆T/R, Waar

• Q – warmtelekkage, V;
• S – oppervlakte van een specifiek type structuur, m². M;
• ∆T – verschil in omgevings- en binnenluchttemperatuur, °C;
• R – thermische weerstand van een bepaald type constructie, m²*°C/W.

Het wordt aanbevolen om de waarde van thermische weerstand voor echt bestaande materialen uit hulptabellen te halen.

Bovendien kan de thermische weerstand worden verkregen met behulp van de volgende relatie:

R=d/k, Waar

• R – thermische weerstand, (m²*K)/W;
• k – thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van het materiaal, W/(m²*NAAR);
• D – dikte van dit materiaal, m.

In oude huizen met vochtige dakconstructies treden warmtelekken op via het bovenste deel van het gebouw, namelijk via het dak en de zolder. Het uitvoeren van activiteiten op plafond isolatie of thermische isolatie van zolderdak los dit probleem op.

Als u de zolderruimte en het dak isoleert, kan het totale warmteverlies uit het huis aanzienlijk worden verminderd

Er zijn verschillende andere soorten warmteverlies in huis door scheuren in constructies, ventilatiesystemen, afzuigkappen en openstaande ramen en deuren. Maar het heeft geen zin om rekening te houden met hun volume, aangezien ze niet meer dan 5% van het totale aantal belangrijke warmtelekken uitmaken.

Bepaling van het ketelvermogen

Om het temperatuurverschil tussen de omgeving en de temperatuur in het huis op peil te houden, is een autonoom verwarmingssysteem vereist, dat de gewenste temperatuur in elke kamer van een woonhuis handhaaft.

Het verwarmingssysteem is gebaseerd op verschillende soorten ketels: vloeibare of vaste brandstof, elektrisch of gas.

Een ketel is de centrale eenheid van een verwarmingssysteem die warmte genereert. Het belangrijkste kenmerk van een ketel is het vermogen, namelijk de conversiesnelheid van de hoeveelheid warmte per tijdseenheid.

Na het berekenen van de verwarmingsbelasting verkrijgen we het vereiste nominale vermogen van de ketel.

Voor een gewoon meerkamerappartement wordt het ketelvermogen berekend op basis van het oppervlak en het specifieke vermogen:

R_boiler=(S_terrein*R_specifiek)/10, Waar

• S_terrein — totale oppervlakte van de verwarmde kamer;
• R_specifiek — specifiek vermogen in relatie tot klimatologische omstandigheden.

Maar deze formule houdt geen rekening met warmteverliezen, die voldoende zijn in een privéwoning.

Er is nog een andere verhouding die rekening houdt met deze parameter:

R_boiler=(V_verliezen*S)/100, Waar

• R_boiler — ketelvermogen;
• Q_verliezen - warmteverlies;
• S - verwarmde ruimte.

Het ontwerpvermogen van de ketel moet worden verhoogd. De reserve is nodig als u de boiler wilt gebruiken om water voor de badkamer en keuken te verwarmen.

In de meeste verwarmingssystemen van particuliere huizen wordt aanbevolen een expansievat te gebruiken waarin de koelvloeistoftoevoer wordt opgeslagen. Elke particuliere woning heeft warmwatervoorziening nodig

Om in de vermogensreserve van de ketel te voorzien, moet aan de laatste formule de veiligheidsfactor K worden toegevoegd:

R_boiler=(V_verliezen*S*K)/100, Waar

NAAR — zal gelijk zijn aan 1,25, dat wil zeggen dat het ontwerpvermogen van de ketel met 25% zal worden verhoogd.

Het vermogen van de ketel maakt het dus mogelijk om de standaard luchttemperatuur in de kamers van het gebouw te handhaven, en om een ​​initiële en extra hoeveelheid warm water in huis te hebben.

Kenmerken van de selectie van radiatoren

Standaardcomponenten voor het leveren van warmte in een ruimte zijn radiatoren, panelen, vloerverwarmingssystemen, convectoren, etc.De meest voorkomende onderdelen van een verwarmingssysteem zijn radiatoren.

De thermische radiator is een speciale holle modulaire structuur gemaakt van een legering met een hoge warmteafvoer. Het is gemaakt van staal, aluminium, gietijzer, keramiek en andere legeringen. Het werkingsprincipe van een verwarmingsradiator wordt gereduceerd tot de straling van energie van het koelmiddel in de ruimte van de kamer via de "bloemblaadjes".

Een aluminium en bimetaal verwarmingsradiator verving massieve gietijzeren batterijen. Eenvoud van productie, hoge warmteoverdracht, succesvol ontwerp en ontwerp hebben dit product tot een populair en wijdverbreid instrument gemaakt voor het uitstralen van warmte binnenshuis

Er zijn verschillende methoden berekeningen van verwarmingsradiatoren in de Kamer. De onderstaande lijst met methoden is gesorteerd op toenemende rekennauwkeurigheid.

Berekeningsmogelijkheden:

1. Per gebied. N=(S*100)/C, waarbij N het aantal secties is, S de oppervlakte van de kamer is (m²), C - warmteoverdracht van één deel van de radiator (W, overgenomen uit het paspoort of certificaat voor het product), 100 W - de hoeveelheid warmtestroom die nodig is om 1 m te verwarmen² (empirische waarde). De vraag rijst: hoe moet rekening worden gehouden met de hoogte van het plafond van de kamer?
2. Op volume. N=(S*H*41)/C, waarbij N, S, C vergelijkbaar zijn. H - hoogte van de kamer, 41 W - hoeveelheid warmtestroom die nodig is om 1 m te verwarmen³ (empirische waarde).
3. Door overmacht. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, waarbij N, S, C en 100 hetzelfde zijn. k1 - rekening houdend met het aantal kamers in een raam met dubbele beglazing van een kamer, k2 - thermische isolatie van muren, k3 - verhouding tussen raamoppervlak en kameroppervlak, k4 - gemiddelde temperatuur onder nul in de koudste week van de winter, k5 - aantal buitenmuren van een kamer (die zich "uitstrekken" tot aan de straat), k6 - type kamer erboven, k7 - plafondhoogte.

Dit is de meest nauwkeurige optie voor het berekenen van het aantal secties. Uiteraard worden de uitkomsten van fractionele berekeningen altijd afgerond op het volgende gehele getal.

Hydraulische berekening van de watervoorziening

Natuurlijk kan het "beeld" van het berekenen van warmte voor verwarming niet compleet zijn zonder kenmerken als het volume en de snelheid van het koelmiddel te berekenen. In de meeste gevallen is het koelmiddel gewoon water in vloeibare of gasvormige toestand.

Het wordt aanbevolen om het werkelijke volume koelvloeistof te berekenen door alle holtes in het verwarmingssysteem bij elkaar op te tellen. Bij gebruik van een ketel met één circuit is dit de beste optie. Bij gebruik van dubbelcircuitketels in een verwarmingssysteem moet rekening worden gehouden met het verbruik van warm water voor hygiënische en andere huishoudelijke doeleinden

De berekening van het watervolume dat wordt verwarmd door een dubbelcircuitketel om de bewoners van warm water te voorzien en het koelmiddel te verwarmen, wordt gemaakt door het interne volume van het verwarmingscircuit en de werkelijke behoeften van gebruikers aan verwarmd water op te tellen.

Het volume warm water in het verwarmingssysteem wordt berekend met de formule:

W=k*P, Waar

• W — volume koelvloeistof;
• P — vermogen verwarmingsketel;
• k - arbeidsfactor (aantal liters per krachteenheid, gelijk aan 13,5, bereik - 10-15 liter).

Als resultaat ziet de uiteindelijke formule er als volgt uit:

W = 13,5*P

De koelmiddelsnelheid is de uiteindelijke dynamische beoordeling van het verwarmingssysteem, die de snelheid van de vloeistofcirculatie in het systeem karakteriseert.

Deze waarde helpt bij het evalueren van het type en de diameter van de pijpleiding:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Waar

• P — ketelvermogen;
• μ — ketelrendement;
• ∆T - temperatuurverschil tussen aanvoerwater en retourwater.

Met behulp van de bovenstaande methoden hydraulische berekening, zal het mogelijk zijn om echte parameters te verkrijgen die de “basis” vormen van het toekomstige verwarmingssysteem.

Voorbeeld van thermische berekening

Als voorbeeld van een thermische berekening hebben we een gewoon huis van één verdieping met vier woonkamers, een keuken, een badkamer, een ‘wintertuin’ en bijkeuken.

De fundering is gemaakt van een monolithische plaat van gewapend beton (20 cm), de buitenmuren zijn van beton (25 cm) met gips, het dak is gemaakt van houten balken, het dak is van metalen tegels en minerale wol (10 cm)

Laten we de initiële parameters van het huis aanwijzen die nodig zijn voor de berekeningen.

Afmetingen gebouw:

• vloerhoogte - 3 m;
• klein raam aan de voor- en achterzijde van het gebouw 1470*1420 mm;
• groot gevelraam 2080*1420 mm;
• toegangsdeuren 2000*900 mm;
• achterdeuren (uitgang naar terras) 2000*1400 (700 + 700) mm.

De totale breedte van het gebouw bedraagt ​​9,5 meter², lengte 16 meter². Alleen woonkamers (4 units), een badkamer en een keuken worden verwarmd.

Om het warmteverlies op de muren nauwkeurig te berekenen, moet je het oppervlak van alle ramen en deuren aftrekken van het oppervlak van de buitenmuren - dit is een heel ander soort materiaal met zijn eigen thermische weerstand

We beginnen met het berekenen van de oppervlakken van homogene materialen:

• vloeroppervlak - 152 m²²;
• dakoppervlak - 180 m² , rekening houdend met de hoogte van de zolder is 1,3 m en de breedte van de gording is 4 m;
• raamoppervlak - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• deuroppervlak - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

Het oppervlak van de buitenmuren zal 51*3-9,22-7,4=136,38 m zijn².

Laten we verder gaan met het berekenen van het warmteverlies voor elk materiaal:

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

En ook Q_muur gelijk aan 136,38*40*0,25/0,3=4546. De som van alle warmteverliezen zal 19628,4 W zijn.

Als resultaat berekenen we het ketelvermogen: P_boiler=V_verliezen*S_{verwarming_kamers}*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.

Voor één van de kamers berekenen wij het aantal radiatorsecties. Voor alle anderen zijn de berekeningen vergelijkbaar. Een hoekkamer (links, onderhoek van het diagram) heeft bijvoorbeeld een oppervlakte van 10,4 m2.

Dit betekent 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.

Voor deze kamer zijn 9 verwarmingsradiatorsecties nodig met een warmtevermogen van 180 W.

Laten we verder gaan met het berekenen van de hoeveelheid koelvloeistof in het systeem - W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Dit betekent dat de koelvloeistofsnelheid zal zijn: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Als gevolg hiervan zal een volledige omzet van het gehele volume koelvloeistof in het systeem gelijk zijn aan 2,87 keer per uur.

Een selectie van artikelen over thermische berekeningen helpt u bij het bepalen van de exacte parameters van de verwarmingssysteemelementen:

1. Berekening van het verwarmingssysteem van een woonhuis: regels en rekenvoorbeelden
2. Thermische berekening van een gebouw: details en formules voor het uitvoeren van berekeningen + praktijkvoorbeelden

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Een eenvoudige berekening van een verwarmingssysteem voor een privéwoning wordt gepresenteerd in het volgende overzicht:

Alle subtiliteiten en algemeen aanvaarde methoden voor het berekenen van het warmteverlies van een gebouw worden hieronder weergegeven:

Een andere optie voor het berekenen van warmtelekken in een typisch woonhuis:

Deze video beschrijft de kenmerken van de circulatie van energiedragers voor het verwarmen van een huis:

De thermische berekening van een verwarmingssysteem is individueel van aard en moet vakkundig en zorgvuldig worden uitgevoerd. Hoe nauwkeuriger de berekeningen worden gemaakt, hoe minder de eigenaren van een landhuis tijdens de exploitatie te veel zullen moeten betalen.

Heb jij ervaring met het uitvoeren van thermische berekeningen van een verwarmingssysteem? Of heeft u nog vragen over dit onderwerp? Deel uw mening en laat opmerkingen achter. Het feedbackblok bevindt zich hieronder.