Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

Для внедрения обогревательной установки, где в качестве циркуляционного вещества  выступает вода, требуется заранее сделать точные гидравлические вычисления.

Реализовать собственными силами расчет водяной системы отопления (дальше — СВО) без применения профильных программ нереально, потому как в вычислениях применяются трудные выражения, найти значения которых при помощи простого калькулятора нельзя.

Тепловой баланс жилищной конструкции

При разрабатывании, внедрении любой системы обогревательного типа важно знать тепловой баланс (дальше – ТБ). Зная теплопроизводительность для поддержки температуры в помещении, можно по правилам выбрать оборудование и правильно распределить его нагрузку.

В зимний период помещение несет конкретные потери тепла (дальше – ТП). Главная масса энергии выходит через компоненты ограждения и вентиляционные проемы. Небольшие затраты приходятся на инфильтрацию, нагревание предметов и др.

ТП зависят от слоев, из которых состоят конструкции ограждения (дальше — ОК). Новые материалы используемые в строительстве, например, теплоизоляторы, владеют небольшим коэффициентом теплопроводимости (дальше – КТ), из-за чего через них уходит мало тепла. Для домов одинаковой площади, однако с разным строением ОК, тепловые расходы будут разниться.

Кроме определения ТП, важно определить ТБ дома. Показатель предусматривает не только кол-во энергии, покидающей помещение, но и кол-во требующейся мощности для поддержки конкретных градусных мер в доме.

Намного более точные результаты дают профильные программы, разработанные для рабочих. Из-за них возможно предусмотреть больше факторов, влияющих на ТП.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

Самое большое кол-во тепла покидает помещение через стены, пол, крышу, самое меньшее — через двери, проемы окон

Очень точно можно определить ТП дома при помощи формул.

Общие тепловые затраты дома рассчитывают по уравнению:

В выражении — кол-во тепла, покидающее помещение через ОК, — тепловые затраты вентиляции.

Потери через вентиляцию берутся во внимание в случае если воздух, попадающий в помещение, имеет более невысокую температуру.

В расчетах в большинстве случаев берут во внимание ОК, входящие одной стороной на улицу. Это фасадные стены, пол, крыша, окна и двери. Общие ТП равны сумме ТП каждой ОК, другими словами:

В уравнении:

  • — значение ТП стен;
  • — ТП окон;
  • — ТП дверей;
  • — ТП потолка;
  • — ТП пола.

Если пол или потолок имеет неодинаковое строение по всей территории, то ТП вычисляют для любого участка отдельно.

Расчет потерь тепла через ОК

Для вычислений понадобятся следующие сведения:

  • строение стен, применяемые материалы, их толщина, КТ;;
  • внешняя температура в максимально холодную пятидневку зимы в городе;
  • площадь ОК;
  • ориентация ОК;
  • рекомендованная температура в жилье зимой.

Для вычисления ТП необходимо найти общее тепловое сопротивление Rок. Для этого необходимо узнать тепловое сопротивление R1, R2, R3, …, Rn каждого слоя ОК.

Показатель Rn рассчитывается по формуле:

В формуле B — толщина слоя ОК в мм, k — КТ каждого слоя.

Общее R возможно определить по выражению:

Изготовители окон и дверей в большинстве случаев указывают показатель R в паспорте к изделию, благодаря этому рассчитывать его отдельно нет потребности.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

Тепловое сопротивление окон можно не рассчитывать, потому как в техпаспорте уже есть нужные сведения, что облегчает вычисление ТП

Общая формула расчета ТП через ОК выглядит так.

В выражении:

  • S — площадь ОК, м2;
  • tvnt — желаемая температура в помещении;
  • tnar — внешняя температура окружающей среды;
  • R — показатель сопротивления, рассчитывается отдельно или берется из паспорта изделия;
  • l — уточняющий показатель, учитывающий ориентацию стен относительно сторон света.

Расчет ТБ дает возможность подобрать оборудование требующейся мощности, что исключит вероятность образования дефицита тепла или его переизбытка. Дефицит энергии тепла восполняют путем повышение воздушного потока через вентиляцию, переизбыток – установкой добавочного оборудования для отопления.

Тепловые затраты вентиляции

Общая формула расчета ТП вентиляции имеет следующий вид:

В выражении переменные имеют следующий смысл:

  • — расходы поступающего воздуха;
  • — плотность воздуха при конкретной температуре в помещении;
  • с — теплоемкость воздуха;
  • — температура в доме;
  • — внешняя температура окружающей среды.

Если в здании поставлена система вентиляции, то параметр берется из технических свойств к прибору. Если же система вентиляции отсутствует, то берется типовый показатель удельного обмена воздуха, равный 3 м3 в час. Если из этого исходить, вычисляется по формуле:

В выражении — площадь пола.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

2% от всех потерь тепла приходится на инфильтрацию, 18% — на вентиляцию. Если помещение оборудовано вентиляционной системой, то в расчетах берут во внимание ТП через вентиляцию, а инфильтрацию во внимание не берут

Дальше следует определить плотность воздуха при заданной в помещении температуре . Сделать это можно по формуле:

Удельная теплоемкость .

Если система вентиляции или инфильтрация неорганизованная, в стенках присутствуют щели или дыры, то вычисление ТП через отверстия следует поручить особым программам.

Пример расчета теплового баланса

Рассмотрим дом высотой 2.5 м, шириной 6 м и длиной 8 м, находящийся в городе Оха в Сахалинской области, где в максимально холодную 5-дневку термометр термометра опускается на -29 градусов.

В результате измерения было поставлена температура грунта — +5. Рекомендованная температура в середине конструкции составляет +21 градус.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

Изобразить схему дома лучше всего на бумажном листе, указав не только длину, высоту и ширину постройки, но и ориентированность относительно сторон света, а еще размещение, размеры дверей и окон (+)

Стены рассматриваемого дома состоят из:

  • кладки из кирпича толщиной В=0.51 м, КТ k=0.64;
  • мин. ваты В=0.05 м, k=0.05;
  • отделки В=0.09 м, k=0.26.

При подсчете k лучше воспользоваться таблицами, представленными на ресурсе изготовителя, или найти информацию в техпаспорте изделия.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

Зная проводимость тепла, можно выбрать очень эффективные с точки зрения теплоизоляции материалы. Исходя из приведенной выше таблицы, лучше всего применять в строительстве минеральные плиты и пенопласт

Покрытие пола состоит из таких слоев:

  • OSB-плит В=0.1 м, k=0.13;
  • минеральные ваты В=0.05 м, k=0.047;
  • стяжки цементной В=0.05 м, k=0.58;
  • вспененного полистирола В=0.06 м, k=0.043.

В доме подвал отсутствует, а пол имеет одинаковое строение по всей территории.

Потолок состоит из слоев:

  • гипсокартонных листов B=0.025 м, k= 0.21;
  • теплоизолятора В=0.05 м, k=0.14;
  • кровельного перекрытия В=0.05 м, k=0.043.

Выходы на чердачный этаж отсутствуют.

В доме всего 6 двухкамерных окон с И-стеклом и аргоном. Из технического паспорта на изделия известно, что R=0.7. Окна имеют размеры 1.1х1.4 м.

Двери имеют размеры 1х2.2 м, показатель R=0.36.

Расчет потерь тепла стены

Стены по всей территории состоят из 3-х слоев. Вначале рассчитаем их суммарное тепловое сопротивление, применяя формулу:

и обозначение

Если учитывать исходные сведения, получаем:

Узнав R, можно приступить к расчетам ТП северной, южной, западной и восточной стены.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

Дополнительные коэффициенты берут во внимание специфики размещения стен относительно сторон света. В большинстве случаев на севере во время холодов появится «роза ветров»,благодаря чему ТП с данной стороны будут больше, чем с иных

Вычислим площадь северной стены

Тогда, подставляя в формулу

и если учесть, что l=1.1, получаем:

Площадь южной стены . В стене отсутствуют установленные двери либо окна, благодаря этому, Если учитывать показатель l=1, получаем следующие ТП:

Для западной и восточной стены показатель l=1.05. Благодаря этому можно отыскать общую площадь таких стен, другими словами:

В стенки встроено 6 окон и одна дверь. Рассчитаем общую площадь окон и S дверей:

Определим S стен без учета S дверей и окон:

Подсчитаем общие ТП западной и восточной стены:

Получив результаты, подсчитаем кол-во тепла, уходящего через стены:

В итоге общие ТП стен составляют 6 кВт.

Вычисление ТП дверей и окон

Окна размещаются на западной и восточной стенах, благодаря этому при расчетах коєффициент l=1.05. Известно, что строение всех конструкций одинаково и R=0.7. Применяя значения площади, вышеприведенные, получаем:

Зная, что для дверей R=0.36, а S=2.2, определим их ТП:

В итоге через окна выходит 340 Вт тепла, а через двери — 42 Вт.

Обозначение ТП потолка и пола

Понятно, что площадь потолка и пола будет одинакова, и вычисляется так:

Рассчитаем общее тепловое сопротивление пола с учетом его сооружения.

Зная, что температура грунта tnar=+5 и Если учитывать показатель l=1, вычислим Q пола:

Округлив, получаем, что потери тепла пола составляют около 3 кВт.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

В расчетах ТП необходимо брать во внимание слои, которые влияют на теплоизоляцию, к примеру, бетон, доски, кладка, выполненная из кирпича, теплоизоляторы и др. (+)

Определим Rptl.

Определив тепловое сопротивление потолка, найдем его Q:

Отсюда следует, что через пол и потолок уходит практически 6 кВт.

Вычисление ТП вентиляции

В помещении система вентиляции организована, вычисляется по формуле:

Исходя из технических свойств, удельный теплообмен составляет 3 кубических метра в час, другими словами:

.

Для вычисления плотности применяем формулу:

Расчетная температура в помещении составляет +21 градус.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

ТП вентиляции не рассчитывают, если система снабжена устройством воздушного подогрева

Подставляя известны значения, получаем:

Подставим в приведенную выше формулу полученные цифры:

Если учитывать ТП на вентиляцию, общее Q строения будет составлять:

.

Переведя в кВт, получаем общие потери тепла 16 кВт.

Специфики расчета СВО

После нахождения показателя ТП переходят к гидравлическому расчету (дальше — ГР), на основе которого получают информацию о:

  • оптимальном диаметре труб, который при изменениях давления будет способен пропускать необходимое количество теплового носителя;
  • расходе теплового носителя на определенном участке;
  • скорости движения воды;
  • значении удельного сопротивления.

в начале расчетов для упрощения вычислений изображают пространственную схему системы, на которой все ее детали располагают параллельно один к одному.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

На схеме показана система обогрева с верхней разводкой, движение теплового носителя — тупиковое (+)

Рассмотрим важные этапы расчетов водяной системы отопления.

ГР главного циркуляционного кольца

Методика расчета ГР базируется на предположении, что во всех стояках и ветвях температурные перепады равные.

Метод расчета следующий:

  1. На изображенной схеме, Если учитывать потери тепла,  наносят тепловые нагрузки, действующие на дизайн радиаторы, стояки.
  2. Исходя из схемы, подбирают основное циркуляционное кольцо (дальше — ГЦК). Характерность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает самое меньшее значение.
  3. ГЦК разбивают на участки, имеющие частые расход тепла. Для любого участка указывают номер, нагрузку тепла, диаметр и длину.

В вертикальной системе однотрубного типа в качестве ГЦК берется то кольцо, через которое проходит намного более нагруженный стояк при тупиковом или попутном движении воды по магистрали.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

В вертикальных системах двухтрубного типа ГЦК идет через нижнее устройство для отопления, имеющее самую большую нагрузку при тупиковом или попутном движении воды

В горизонтальной системе однотрубного типа ГЦК должно иметь самое меньшее циркуляционное давление да единицу длины кольца. Для систем с гравитационной циркуляцией ситуация аналогична.

При ГР стояков вертикальной системы однотрубного типа проточные, проточно-регулируемые стояки, имеющие в собственном составе унифицированные узлы, рассматривают в качестве единого контура. Для стояков с замыкающими участками делают зонирование, Если учитывать распределение воды в водопроводе каждого приборного узла.

Потребление воды на заданном участке вычисляется по формуле:

В выражении буквенные символы принимаю следующие значения:

— тепловая нагрузка контура;

— дополнительные табличные коэффициенты, учитывающие отдачу тепла в помещении;

c — теплоемкость воды, равна 4,187;

— температура воды в подающем магистрали;

— температура воды в обратной магистрали.

Определив диаметр и кол-во воды, следует выяснить скорость ее движения и значение удельного сопротивления R. Все расчеты лучше всего реализовать при помощи специализированных программ.

ГР второстепенного циркуляционного кольца

После ГР главного кольца определяют давление в малом циркуляционном кольце, образующееся через ближайшие его стояки, если учесть, что потери давления могут разниться на не больше чем 15 % при тупиковой схеме и не больше, чем на 5%, при попутной.

Если нереально увязать потери давления, устанавливают дроссельную шайбу, диаметр которой вычисляют с применением программных способов.

Расчет радиаторных батарей

Вернемся к плану дома, расположенного выше. Путем вычислений было выявлено, что для поддержки теплового баланса понадобится 16 кВт энергии. В рассматриваемом доме 6 помещений разного назначения – зала, сантехнический узел, кухня, спальная комната, коридор, гостиная.

Исходя из габаритов конструкции, можно определить объем V:

V=6*8*2.5=120 м3

Дальше необходимо найти кол-во теплопроизводительности на один м3. Для этого Q нужно разделить на найденный объем, другими словами:

P=16000/120=133 Вт на м3

Дальше нужно установить, сколько теплопроизводительности понадобится для одной комнаты. На схеме площадь любого помещения уже рассчитана. Определим объем:

  • сантехнический узел – 4.19*2.5=10.47;
  • зала – 13.83*2.5=34.58;
  • кухня – 9.43*2.5=23.58;
  • спальная комната – 10.33*2.5=25.83;
  • коридор – 4.10*2.5=10.25;
  • гостиная – 5.8*2.5=14.5.

В расчетах также необходимо брать во внимание помещения, в которых батарей отопления нет, к примеру, коридор.

водяной, отопление, формула, окон дверей, водяного отопления

Коридор отапливается вальяжным способом, в него тепло будет поступать за счёт циркуляции теплового воздуха при движении людей, через проемы для двери и др

Определим достаточное число тепла для любой комнаты, помножив объем комнаты на показатель Р. Получаем необходимую мощность:

  • для туалета: 10.47*133=1392 Вт;
  • для гостиной комнаты: 34.58*133=4599 Вт;
  • для кухонной комнаты: 23.58*133=3136 Вт;
  • для спальной комнаты: 25.83*133=3435 Вт;
  • в коридор: 10.25*133=1363 Вт;
  • в прихожую: 14.5*133=1889 Вт.

Приступаем к расчету радиаторных батарей. Станем применять отопительные приборы из алюминия, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт. Подсчитаем достаточное число радиаторных батарей.

  • сантехнический узел: 1392:150=10
  • зала: 4599:150=31
  • кухня: 3136:150=21
  • спальная комната: 3435:150=23
  • гостиная: 1889:150=13

В итоге понадобится 98 радиаторных батарей.

Нужное видео по теме

В видео можно познакомиться с примером расчета водяной системы отопления, который выполняется средствами программы Valtec:

Гидравлические расчеты прекраснее всего воплощать в жизнь при помощи специализированных программ, которые обещают большую точность вычислений, берут во внимание все тонкости конструкции.

Оставить комментарий

Яндекс.Метрика