Värmeberäkning av värmesystemet: hur man korrekt beräknar belastningen på systemet

Projektering och värmeberäkning av värmesystemet – ett obligatoriskt steg vid installation av hemuppvärmning. Huvuduppgiften för beräkningsåtgärderna – att bestämma optimala parametrar för pannan och radiatorsystemet.

Det kan verka som att en värmeteknisk beräkning endast en ingenjör kan genomföra, men det är inte så komplicerat. Med rätt tillvägagångssätt kan du själv utföra de nödvändiga beräkningarna.

I artikeln beskrivs beräkningsförfarandet i detalj och alla nödvändiga formler presenteras. För bättre förståelse har vi förberett ett exempel på värmeberäkning för ett privat hus.

Värmeberäkning av uppvärmning: allmänt tillvägagångssätt

En klassisk värmeberäkning av ett värmesystem utgör ett sammanfattande tekniskt dokument som innehåller obligatoriska stegvisa standardberäkningsmetoder.

Men innan du studerar dessa beräkningar av grundparametrarna måste du definiera själva begreppet värmesystem.

Värmesystemet kännetecknas av forcerad tillförsel och ofrivillig avledning av värme i rummet.

Huvuduppgifterna för beräkning och projektering av värmesystemet:

• att mest tillförlitligt bestämma värmeförluster;
• att bestämma mängd och användningsvillkor för värmebäraren;
• att så noggrant som möjligt välja komponenter för generering, överföring och avgivning av värme.

Vid byggandet av ett värmesystem är det nödvändigt att först samla in olika data om rummet/byggnaden där värmesystemet ska användas. Därefter utföra en beräkning av systemets termiska parametrar och analysera resultaten av de aritmetiska operationerna.

Baserat på de erhållna uppgifterna väljs komponenter till värmesystemet, följt av inköp, installation och idrifttagning.

Uppvärmning – är ett flerkomponentsystem för att säkerställa en fastställd temperaturregim i ett rum/byggnad. Det utgör en separat del av kommunikationskomplexet i en modern bostad.

Anmärkningsvärt nog gör den nämnda metoden för termisk beräkning det möjligt att ganska noggrant beräkna ett stort antal storheter som specifikt beskriver det framtida värmesystemet.

Som ett resultat av den termiska beräkningen kommer följande information att finnas tillgänglig:

• antal värmeförluster, pannans effekt;
• antal och typ av värmeradiatorer för varje rum separat;
• hydrauliska egenskaper hos rörledningen;
• volym, hastighet hos värmebäraren, effekt hos värmepumpen.

Termisk beräkning – är inte teoretiska utkast, utan helt exakta och välgrundade resultat som rekommenderas att använda i praktiken vid val av komponenter till värmesystemet.

Temperaturnormer för rum

Innan man utför några beräkningar av systemparametrar är det åtminstone nödvändigt att känna till ordningen på förväntade resultat, samt att ha tillgång till standardiserade egenskaper för vissa tabellvärden som måste sättas in i formler eller som man kan utgå ifrån.

Efter att ha utfört beräkningar av parametrar med sådana konstanter kan man vara säker på tillförlitligheten hos den sökta dynamiska eller konstanta parametern i systemet.

För rum med olika användningsändamål finns det referensstandarder för temperaturregimer i bostads- och lokaler. Dessa normer är fastställda i så kallade GOST-standarder.

För värmesystemet är en av sådana globala parametrar rumstemperaturen, som bör vara konstant oavsett årstid och omgivningsförhållanden.

Enligt föreskrifter för sanitära normer och regler finns det skillnader i temperatur avseende sommar- och vinterperioden. För rummets temperaturregim under sommarsäsongen ansvarar luftkonditioneringssystemet, vars beräkningsprincip beskrivs i detalj i denna artikel.

Men rumstemperaturen på vintern säkerställs av värmesystemet. Därför är vi intresserade av temperaturintervall och deras toleranser för vintersäsongen.

I de flesta normativa dokument anges följande temperaturintervall som gör att en person kan vistas bekvämt i rummet.

För kontorslokaler (icke-bostäder) med en yta upp till 100 m²:

• 22-24°C – optimal lufttemperatur;
• 1°C – tillåten variation.

För kontorslokaler med en yta över 100 m² är temperaturen 21-23°C. För industrilokaler (icke-bostäder) varierar temperaturintervallen kraftigt beroende på rummets användning och gällande arbetsmiljöföreskrifter.

Komfortabel rumstemperatur är “personlig” för varje individ. Vissa gillar att det är mycket varmt i rummet, andra trivs när det är svalt – allt är ganska individuellt.

Vad gäller bostäder: lägenheter, privata hus, herrgårdar etc. finns det vissa temperaturintervall som kan justeras efter de boendes önskemål.

Och för specifika rum i lägenheten och huset har vi:

• 20-22°C – vardagsrum, inklusive barnrum, tolerans ±2°C –
• 19-21°C – kök, toalett, tolerans ±2°C;
• 24-26°C – badrum, duschrum, pool, tolerans ±1°C;
• 16-18°C – korridorer, hallar, trapphus, förråd, tolerans +3°C

Det är viktigt att notera att det finns flera andra grundläggande parametrar som påverkar inomhustemperaturen och som man bör ta hänsyn till vid dimensionering av värmesystemet: luftfuktighet (40-60%), koncentration av syre och koldioxid i luften (250:1), hastighet på luftrörelser (0,13-0,25 m/s) etc.

Beräkning av värmeförluster i huset

Enligt termodynamikens andra lag (grundläggande fysik) sker ingen spontan energiöverföring från mindre uppvärmda till mer uppvärmda mini- eller makroobjekt. Ett specialfall av denna lag är “strävan” efter termisk jämvikt mellan två termodynamiska system.

Till exempel, det första systemet är omgivningen med en temperatur på -20°C, det andra systemet är byggnaden med en innetemperatur på +20°C. Enligt den angivna lagen kommer dessa två system att sträva efter att balanseras genom energiutbyte. Detta sker genom värmeförluster från det andra systemet och avkylning i det första.

Man kan definitivt säga att omgivningstemperaturen beror på den latitud där huset är beläget. Temperaturskillnaden påverkar mängden värmeläckage från byggnaden (+)

Med värmeförluster avses oavsiktligt utsläpp av värme (energi) från ett objekt (hus, lägenhet). För en vanlig lägenhet är denna process inte lika “märkbar” jämfört med ett privat hus, eftersom lägenheten ligger inne i byggnaden och “gränsar” till andra lägenheter.

I ett privat hus går värme “förlorad” i större eller mindre utsträckning genom ytterväggar, golv, tak, fönster och dörrar.

Genom att känna till värmeförlusternas storlek för de mest ogynnsamma väderförhållandena och dessa förhållandens egenskaper, kan man med hög precision beräkna värmesystemets effekt.

Sålunda beräknas volymen av värmeutsläpp från byggnaden med följande formel:

Q=Q_golv+Q_vägg+Q_fönster+Q_tak+Q_dörr+…+Q_i, där

Qi – volymen av värmeförluster från en homogen typ av byggnadsskal.

Varje del i formeln beräknas med formeln:

Q=S*∆T/R, där

• Q – värmeförluster, W;
• S – arean av en specifik konstruktionstyp, kvm;
• ∆T – temperaturskillnaden mellan omgivande luft och inomhusluft, °C;
• R – värmemotstånd för en specifik konstruktionstyp, m²*°C/W.

Själva värdet på värmemotståndet för verkliga material rekommenderas att hämta från hjälptabeller.

Dessutom kan värmemotstånd erhållas med hjälp av följande relation:

R=d/k, där

• R – värmemotstånd, (m²*K)/W;
• k – materialets värmeledningskoefficient, W/(m²*K);
• d – tjockleken på detta material, m.

I gamla hus med fuktiga takkonstruktioner sker värmeläckage genom byggnadens övre del, nämligen genom tak och vind. Åtgärder som isolering av tak eller värmeisolering av mansardtak löser detta problem.

Om man isolerar vindsutrymmet och taket kan de totala värmeförlusterna från huset minskas avsevärt

I ett hus finns det ytterligare några typer av värmeförluster genom springor i konstruktioner, ventilationssystem, köksfläkt, öppning av fönster och dörrar. Men det är inte meningsfullt att ta hänsyn till deras volym eftersom de utgör högst 5 % av de totala huvudsakliga värmeförlusterna.

Bestämning av pannans effekt

För att upprätthålla temperaturskillnaden mellan omgivningen och temperaturen inne i huset krävs ett autonomt värmesystem som håller önskad temperatur i varje rum i ett privat hus.

Grunden för värmesystemet är olika typer av pannor: flytande eller fasta bränsle, elektriska eller gas.

Pannan – är den centrala enheten i värmesystemet som genererar värme. Pannans huvudsakliga egenskap är dess effekt, det vill säga hastigheten för omvandling av värmemängd per tidsenhet.

Genom att beräkna värmebelastningen för uppvärmning får vi den nödvändiga nominella panneffekten.

För en vanlig lägenhet med flera rum beräknas pannans effekt utifrån area och specifik effekt:

P_pannan=(S_rummet*P_specifik)/10, där

• S_rummet – total area för det uppvärmda rummet;
• P_specifik – specifik effekt i förhållande till klimatförhållandena.

Men denna formel tar inte hänsyn till värmeförluster, som är betydande i ett privat hus.

Det finns ett annat samband som beaktar denna parameter:

P_pannan=(Q_förluster*S)/100, där

• P_pannan – pannans effekt;
• Q_förluster – värmeförluster;
• S – uppvärmd area.

Den beräknade panneffekten måste ökas. Reserv behövs om pannan planeras att användas för att värma vatten till badrum och kök.

I de flesta värmesystem i privata hus rekommenderas det att använda ett expansionskärl där en reserv av värmebärare lagras. Varje privat hus behöver varmvattenförsörjning.

För att säkerställa en reserv i pannans effekt måste en reservfaktor K läggas till i den sista formeln:

P_pannan=(Q_förluster*S*K)/100, där

K – kommer att vara lika med 1,25, det vill säga den beräknade panneffekten kommer att ökas med 25 %.

Således ger pannans effekt möjlighet att upprätthålla den normativa lufttemperaturen i byggnadens rum, samt att ha en initial och extra volym varmvatten i huset.

Särskilda aspekter vid val av radiatorer

Standardkomponenter för värmeförsörjning i ett rum är radiatorer, paneler, golvvärmesystem, konvektorer osv. De vanligaste delarna i ett värmesystem är radiatorer.

En värmeradiator – är en speciell ihålig modulär konstruktion av en legering med hög värmeöverföring. Den tillverkas av stål, aluminium, gjutjärn, keramik och andra legeringar. Funktionsprincipen för en värmeradiator handlar om att stråla energi från värmebäraren till rumsutrymmet genom “lameller”.

Aluminium- och bimetallradiatorer för uppvärmning har ersatt massiva gjutjärnsbatterier. Enkel produktion, hög värmeöverföring, lyckad konstruktion och design har gjort denna produkt till ett populärt och utbrett verktyg för värmestrålning i rummet.

Det finns flera metoder för beräkning av värmeradiatorer i ett rum. Följande lista med metoder är sorterad i ordning med ökande noggrannhet i beräkningarna.

Beräkningsalternativ:

1. Efter yta. N=(S*100)/C, där N – antal sektioner, S – rummets yta (m²), C – värmeeffekt från en radiatorsektion (W, hämtas från tekniskt datablad eller certifikat för produkten), 100 W – den värmeflödesmängd som krävs för att värma 1 m² (empiriskt värde). Frågan uppstår: hur tar man hänsyn till rummets takhöjd?
2. Efter volym. N=(S*H*41)/C, där N, S, C – samma. H – rummets höjd, 41 W – den värmeflödesmängd som krävs för att värma 1 m³ (empiriskt värde).
3. Efter koefficienter. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, där N, S, C och 100 – samma. k1 – hänsyn till antalet kammare i fönstrets isolerglas, k2 – väggarnas värmeisolering, k3 – förhållandet mellan fönsteryta och rumsyta, k4 – medeltemperatur under årets kallaste vecka, k5 – antalet ytterväggar i rummet (som vetter mot utsidan), k6 – typ av rum ovanför, k7 – takhöjd.

Detta är det mest exakta sättet att beräkna antalet sektioner. Naturligtvis avrundas bråktalsresultat alltid uppåt till närmaste heltal.

Hydraulisk beräkning av vattenförsörjning

Utan tvekan kan “bilden” av värmebehovsberäkningen för uppvärmning inte vara fullständig utan att beräkna egenskaper som värmebärarens volym och hastighet. I de flesta fall är värmebäraren vanligt vatten i flytande eller gasformigt aggregationstillstånd.

Den faktiska volymen av värmebärare rekommenderas beräknas genom att summera alla hålrum i värmesystemet. Vid användning av en enkelkrets panna är detta det optimala alternativet. Vid användning av dubbelkrets pannor i värmesystemet måste man ta hänsyn till förbrukningen av varmvatten för hygieniska och andra hushållsändamål.

Beräkning av volymen vatten som värms av en dubbelkrets panna för att förse boende med varmvatten och värma värmebäraren görs genom att summera den interna volymen av värmekretsen och användarnas faktiska behov av varmvatten.

Volymen varmvatten i värmesystemet beräknas med formeln:

W=k*P, där

• W – värmebärarens volym;
• P – värmepannans effekt;
• k – effektkoefficient (antal liter per enhet effekt, är 13,5, intervall – 10-15 l).

Slutligen ser den slutliga formeln ut så här:

W = 13,5*P

Värmebärarens hastighet – en slutlig dynamisk bedömning av värmesystemet som karakteriserar vätskans cirkulationshastighet i systemet.

Detta värde hjälper till att bedöma rörledningens typ och diameter:

V=(0,86*P*µ)/∆T, där

• P – pannans effekt;
• μ – pannans verkningsgrad;
• ∆T – temperaturskillnad mellan framledningsvatten och returvatten.

Med hjälp av ovanstående metoder för hydraulisk beräkning kan man få fram realistiska parametrar som utgör “grunden” för det framtida värmesystemet.

Exempel på värmeberäkning

Som exempel på värmekalkyl finns ett vanligt 1-våningshus med fyra vardagsrum, kök, badrum, “vinterträdgård” och förrådsutrymmen.

Grund av monolitisk armerad betongplatta (20 cm), ytterväggar – betong (25 cm) med puts, tak – bjälklag av träbjälkar, takbeläggning – plåttak och mineralull (10 cm)

Låt oss ange husets grundparametrar som behövs för beräkningarna.

Byggnadens mått:

• våningshöjd – 3 m;
• litet fönster på fram- och baksida av byggnaden 1470*1420 mm;
• stort fönster på fasaden 2080*1420 mm;
• entrédörrar 2000*900 mm;
• dörrar på baksidan (utgång till terrass) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Byggnadens totala bredd är 9,5 m², längd 16 m². Endast vardagsrum (4 st.), badrum och kök kommer att värmas upp.

För en noggrann beräkning av värmeförluster på väggar måste man från ytterväggarnas area subtrahera arean för alla fönster och dörrar – det är en helt annan typ av material med sitt eget värmemotstånd.

Vi börjar med att beräkna areor för homogena material:

• golvarea – 152 m²;
• takarea – 180 m², med hänsyn till vindsutrymmets höjd 1,3 m och löpbredd – 4 m;
• fönsterarea – 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• dörrarea – 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

Ytterväggarnas area blir 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Vi går över till beräkning av värmeförluster för varje material:

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

Och även Q_vägg motsvarar 136,38*40*0,25/0,3=4546. Summan av alla värmeförluster blir 19628,4 W.

Slutligen beräknar vi pannans effekt: P_panna=Q_förluster*S_{uppvärmda_rum}*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.

Beräkning av antalet radiatorsektioner gör vi för ett av rummen. För alla andra är beräkningarna liknande. Till exempel hörnrummet (vänster, nedre hörnet på planritningen) har en area på 10,4 m².

Alltså, 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.

För detta rum krävs 9 radiatorsektioner med en värmeeffekt på 180 W.

Vi går över till beräkning av mängden värmebärare i systemet – W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Alltså, värmebärarens hastighet blir: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Som ett resultat kommer den totala omsättningen av värmebärarens volym i systemet att motsvara 2.87 gånger per timme.

En samling artiklar om värmekalkylering hjälper dig att fastställa exakta parametrar för värmesystemets komponenter:

1. Beräkning av värmesystem för privat hus: regler och exempel på beräkning
2. Värmeteknisk beräkning av byggnad: specifikationer och formler för utförande av beräkningar + praktiska exempel

Slutsatser och användbar video om ämnet

En enkel beräkning av värmesystemet för ett privat hem presenteras i följande översikt:

Alla nyanser och vedertagna metoder för beräkning av byggnadens värmeförluster visas nedan:

Ytterligare ett alternativ för beräkning av värmeläckage i ett typiskt privat hem:

I den här videon berättas om egenskaperna hos cirkulationen av energibäraren för uppvärmning av bostaden:

Värmeberäkning av värmesystemet är individuell och måste utföras noggrant och korrekt. Ju exaktare beräkningarna görs, desto mindre kommer ägarna av ett fritidshus att behöva betala för mycket under driften.

Har du erfarenhet av att utföra värmeberäkning av ett värmesystem? Eller har du frågor om ämnet? Dela gärna dina åsikter och lämna kommentarer. Återkopplingsblocket finns nedan.