Varmeberegning af varmesystemet: sådan foretager man en korrekt beregning af belastningen på systemet

Projektering og varmeberegning af varmesystemet – et obligatorisk trin ved etablering af husets opvarmning. Hovedopgaven for beregningsaktiviteterne – bestemmelse af optimale parametre for kedlen og radiatorens system.

Enig, ved første øjekast kan det synes, at udførelse af en varmeteknisk beregning kun er mulig for en ingeniør. Men det er ikke så kompliceret. Når man kender fremgangsmåden, kan man selv udføre de nødvendige beregninger.

I artiklen er beregningsproceduren detaljeret beskrevet, og alle nødvendige formler er angivet. For bedre forståelse har vi forberedt et eksempel på varmeberegning for et privat hus.

Varmeberegning af opvarmning: generel procedure

Den klassiske varmeberegning af varmesystemet er et samlet teknisk dokument, der indeholder obligatoriske trinvise standardberegningsmetoder.

Men før man studerer disse beregninger af grundlæggende parametre, er det nødvendigt at afklare begrebet om selve varmesystemet.

Varmesystemet er karakteriseret ved tvungen tilførsel og naturlig afledning af varme i rummet.

Hovedopgaver for beregning og projektering af varmesystemet:

• mest pålideligt bestemme varmetab;
• bestemme mængden og anvendelsesbetingelserne for varmebærer;
• så præcist som muligt vælge elementer til varmeproduktion, transport og afgivelse.

Ved opførelse af et varmesystem skal der først indsamles forskellige data om det rum/den bygning, hvor varmesystemet skal anvendes. Derefter udføres en beregning af systemets termiske parametre, og resultaterne af de aritmetiske operationer analyseres.

På grundlag af de opnåede data vælges komponenter til varmesystemet efterfulgt af indkøb, installation og idriftsættelse.

Opvarmning – er et flerkomponent system til at sikre den fastsatte temperatur i et rum/en bygning. Det udgør en separat del af kommunikationskomplekset i en moderne bolig.

Bemærkelsesværdigt er, at den angivne metode til termisk beregning gør det muligt at beregne et stort antal størrelser, der specifikt beskriver det fremtidige varmesystem med tilstrækkelig nøjagtighed.

Resultatet af den termiske beregning vil give følgende oplysninger:

• antal varmetab, kedeleffekt;
• antal og type af radiatorer for hvert rum separat;
• hydrauliske egenskaber for rørledningen;
• volumen, hastighed for varmebærer, varmepumpeeffekt.

Termisk beregning er ikke teoretiske skitser, men ganske præcise og velbegrundede resultater, som anbefales anvendt i praksis ved valg af komponenter til varmesystemet.

Normer for rumtemperaturforhold

Før udførelse af beregninger af systemparametre er det nødvendigt, som minimum, at kende størrelsesordenen af de forventede resultater samt at have standardiserede karakteristika for nogle tabelværdier, der skal indsættes i formler eller bruges som reference.

Når man har udført beregninger med sådanne konstanter, kan man være sikker på pålideligheden af den søgte dynamiske eller konstante systemparameter.

For rum med forskellige formål findes der referencestandarder for temperaturforhold i boliger og ikke-boliger. Disse normer er fastlagt i de såkaldte GOST-standarder.

For varmesystemet er en af sådanne globale parametre rumtemperaturen, som skal være konstant uanset årstid og omgivende forhold.

I henhold til sanitære normer og regler er der forskelle i temperaturen i forhold til sommer- og vinterperioden. For rumtemperaturen i sommersæsonen står airconditionsystemet for, og princippet for dets beregning er detaljeret beskrevet i denne artikel.

Men rumtemperaturen om vinteren sikres af varmesystemet. Derfor er vi interesserede i temperaturområder og deres tilladte afvigelser for vintersæsonen.

I de fleste normdokumenter omtales følgende temperaturområder, som tillader en person at opholde sig komfortabelt i rummet.

For ikke-beboelseslokaler af kontortype med et areal på op til 100 m²:

• 22-24°C – optimal lufttemperatur;
• 1°C – tilladt udsving.

For kontorlokaler med et areal på mere end 100 m² er temperaturen 21-23°C. For ikke-beboelseslokaler af industriel type varierer temperaturområderne meget afhængigt af lokalets anvendelse og de fastsatte arbejdsmiljøregler.

Komforttemperaturen i et rum er for hver person “sin egen”. Nogle foretrækker, at det er meget varmt i rummet, andre har det godt, når det er køligt – alt dette er ret individuelt.

Hvad angår beboelseslokaler: lejligheder, private huse, landejendomme osv. er der bestemte temperaturområder, der kan justeres efter beboernes ønsker.

Og for specifikke rum i lejlighed og hus har vi:

• 20-22°C – stue, inklusive børneværelse, tolerance ±2°C –
• 19-21°C – køkken, toilet, tolerance ±2°C;
• 24-26°C – badeværelse, bruser, pool, tolerance ±1°C;
• 16-18°C – gange, entreer, trappeopgange, opbevaringsrum, tolerance +3°C

Det er vigtigt at bemærke, at der er flere grundlæggende parametre, der påvirker temperaturen i rummet, og som man skal tage hensyn til ved beregning af varmesystemet: luftfugtighed (40-60%), koncentration af ilt og kuldioxid i luften (250:1), hastighed af luftbevægelse (0.13-0.25 m/s) osv.

Beregning af varmetab i huset

Ifølge termodynamikkens anden lov (skolefysik) findes der ingen spontan overførsel af energi fra mindre opvarmede til mere opvarmede mini- eller makroobjekter. Et specifikt tilfælde af denne lov er “stræben” efter at skabe termisk ligevægt mellem to termodynamiske systemer.

For eksempel, det første system – omgivelserne med en temperatur på -20°C, det andet system – bygningen med en indvendig temperatur på +20°C. Ifølge den anførte lov vil disse to systemer stræbe efter at opnå balance gennem energibytte. Dette vil ske via varmetab fra det andet system og afkøling i det første.

Man kan definitivt sige, at omgivelsernes temperatur afhænger af den breddegrad, hvor et privat hus er placeret. Og temperaturforskellen påvirker mængden af varmelækage fra bygningen (+)

Ved varmetab forstås utilsigtet afgang af varme (energi) fra et objekt (hus, lejlighed). For en almindelig lejlighed er denne proces ikke så “mærkbar” sammenlignet med et enfamiliehus, da lejligheden befinder sig inde i bygningen og “er naboen” til andre lejligheder.

I et enfamiliehus “forsvinder” varme i større eller mindre grad gennem ydervægge, gulv, tag, vinduer og døre.

Når man kender størrelsen af varmetab for de mest ugunstige vejrforhold og disse forholds karakteristika, kan man med høj nøjagtighed beregne varmesystemets effekt.

Så mængden af varmelækage fra bygningen beregnes efter følgende formel:

Q=Q_gulv+Q_væg+Q_vindue+Q_tag+Q_dør+…+Q_i, hvor

Qi – mængden af varmetab fra en homogen type bygningsoverflade.

Hver komponent i formlen beregnes efter formlen:

Q=S*∆T/R, hvor

• Q – varmelækage, W;
• S – arealet af en specifik konstruktionstype, m²;
• ∆T – temperaturforskellen mellem udeluft og indendørsluft, °C;
• R – den termiske modstand af en bestemt konstruktionstype, m²*°C/W.

Den faktiske termiske modstand for virkelige materialer anbefales at hente fra hjælpetabeller.

Derudover kan den termiske modstand opnås ved hjælp af følgende relation:

R=d/k, hvor

• R – termisk modstand, (m²*K)/W;
• k – materialets varmeledningsevne, W/(m²*K);
• d – tykkelsen af dette materiale, m.

I gamle huse med fugtig tagkonstruktion sker varmelækage gennem bygningens øverste del, nemlig gennem tag og loft. Udførelse af foranstaltninger til isolering af loftet eller varmeisolering af mansardtaget løser dette problem.

Hvis man isolerer loftsrummet og taget, kan man reducere husets samlede varmetab betydeligt.

I huset findes der også flere typer varmetab gennem sprækker i konstruktioner, ventilationssystemet, emhætte, åbning af vinduer og døre. Men det giver ikke mening at medregne deres mængde, da de udgør højst 5% af det samlede antal større varmelækager.

Bestemmelse af kedlens effekt

For at opretholde temperaturforskellen mellem omgivelserne og temperaturen inde i huset er der brug for et autonomt varmesystem, som opretholder den ønskede temperatur i hvert rum i enfamiliehuset.

Grundlaget for varmesystemet er forskellige typer kedler: olie- eller fastbrændsels-, elektriske eller gasfyrede.

Kedlen – er den centrale enhed i varmesystemet, som genererer varme. Kedlens vigtigste egenskab er dens effekt, nemlig hastigheden af omdannelse af varmemængde pr. tidsenhed.

Ved at beregne varmebelastningen til opvarmning får vi den påkrævede nominelle kedeleffekt.

For en almindelig lejlighed med flere rum beregnes kedeleffekten via areal og specifik effekt:

P_kedel=(S_rum*P_specifik)/10, hvor

• S_rum – det samlede areal af det opvarmede rum;
• P_specifik – specifik effekt i forhold til klimatiske forhold.

Men denne formel tager ikke højde for varmetab, som der er nok af i et privat hus.

Der findes et andet forhold, der tager hensyn til denne parameter:

P_kedel=(Q_tab*S)/100, hvor

• P_kedel – kedeleffekt;
• Q_tab – varmetab;
• S – opvarmet areal.

Den beregnede kedeleffekt skal øges. En reserve er nødvendig, hvis kedlen planlægges brugt til opvarmning af vand til badeværelse og køkken.

I de fleste varmesystemer i private huse anbefales det at bruge en ekspansionsbeholder, hvor der opbevares en reserve af varmebærer. Hvert privat hus har brug for varmtvandsforsyning.

For at tage højde for en reserve i kedeleffekt skal man tilføje en reservefaktor K til den sidste formel:

P_kedel=(Q_tab*S*K)/100, hvor

K – vil være lig med 1,25, det vil sige den beregnede kedeleffekt øges med 25%.

Således giver kedeleffekten mulighed for at opretholde den normative lufttemperatur i bygningens rum samt have et første og ekstra volumen varmt vand i huset.

Egenskaber ved valg af radiatorer

Standardkomponenter til varmeforsyning i et rum er radiatorer, paneler, systemer med “varmt” gulv, konvektorer osv. De mest almindelige dele af varmesystemet er radiatorer.

En varmeradiator – er en speciel hul konstruktion af modulær type lavet af legering med høj varmeafgivelse. Den er fremstillet af stål, aluminium, støbejern, keramik og andre legeringer. Princippet for en varmeradiator er at stråle energi fra varmebæreren til rummet gennem “blade”.

Aluminiums- og bimetalliske radiatorer har erstattet de massive støbejernsradiatorer. Enkel produktion, høj varmeafgivelse, vellykket konstruktion og design har gjort dette produkt til et populært og udbredt varmestrålingsværktøj i rummet.

Der findes flere metoder til beregning af varmeradiatorer i et rum. Nedenstående liste over metoder er sorteret i stigende rækkefølge efter beregningsnøjagtighed.

Beregningsvarianter:

1. Efter areal. N=(S*100)/C, hvor N – antal sektioner, S – rummets areal (m²), C – varmeafgivelsen fra én radiatorsektion (W, tages fra produktets tekniske pas eller certifikat), 100 W – den varmestrøm, der kræves for at opvarme 1 m² (empirisk værdi). Der opstår spørgsmålet: hvordan tager man højde for rummets loftshøjde?
2. Efter volumen. N=(S*H*41)/C, hvor N, S, C – analoge. H – rummets højde, 41 W – den varmestrøm, der kræves for at opvarme 1 m³ (empirisk værdi).
3. Efter koefficienter. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, hvor N, S, C og 100 – analoge. k1 – hensyntagen til antallet af kamre i rummets termorude, k2 – væggenes isolering, k3 – forholdet mellem vinduesareal og rumareal, k4 – gennemsnitlig minusgrad i årets koldeste uge, k5 – antal ydervægge i rummet (som “vender ud” mod gaden), k6 – typen af rum ovenover, k7 – loftshøjde.

Dette er den mest præcise metode til at beregne antal sektioner. Naturligvis afrundes brøkresultater altid til næste hele tal.

Hydraulisk beregning af vandforsyning

Utvivlsomt kan “billedet” af varmeberegningen til opvarmning ikke være fuldstændigt uden beregning af egenskaber som varmebærerens volumen og hastighed. I de fleste tilfælde er varmebæreren almindeligt vand i flydende eller gasformig tilstand.

Det anbefales at beregne det faktiske volumen af varmebæreren ved at summere alle hulrum i varmesystemet. Ved brug af en enkeltkreds-kedel er dette den optimale løsning. Når der anvendes dobbeltkreds-kedler i varmesystemet, skal forbruget af varmt vand til hygiejniske og andre husholdningsformål tages i betragtning.

Beregningen af volumen af vand, der opvarmes af en dobbeltkreds-kedel til forsyning af beboere med varmt vand og opvarmning af varmebæreren, udføres ved at summere det indre volumen af varmekredsen og brugernes faktiske behov for varmt vand.

Volumen af varmt vand i varmesystemet beregnes efter formlen:

W=k*P, hvor

• W – volumen af varmebæreren;
• P – varmekedlens effekt;
• k – effektkoefficient (antal liter pr. effektenhed, er 13,5, interval – 10-15 l).

Til sidst ser den endelige formel sådan ud:

W = 13,5*P

Varmebærerens hastighed – den endelige dynamiske vurdering af varmesystemet, som karakteriserer væskens cirkulationshastighed i systemet.

Denne værdi hjælper med at vurdere rørledningens type og diameter:

V=(0,86*P*μ)/∆T, hvor

• P – kedlens effekt;
• μ – kedlens virkningsgrad;
• ∆T – temperaturforskellen mellem det tilførte vand og vandet i returkredsen.

Ved at bruge de ovennævnte metoder til hydraulisk beregning kan man opnå reelle parametre, som udgør “grundlaget” for det fremtidige varmesystem.

Eksempel på varmeberegning

Som eksempel på varmebelastningsberegning har vi et almindeligt 1-etagers hus med fire beboelsesrum, køkken, badeværelse, “vinterhave” og hjælperum.

Fundament af monolitisk armeret betonplade (20 cm), ydervægge – beton (25 cm) med puds, tag – etageadskillelse af træbjælker, tagdækning – metaltegl og mineraluld (10 cm)

Lad os fastlægge husets udgangsparametre, der er nødvendige for beregningerne.

Bygningens dimensioner:

• etagehøjde – 3 m;
• lille vindue på facade og bagside af bygningen 1470*1420 mm;
• stort vindue på facaden 2080*1420 mm;
• indgangsdøre 2000*900 mm;
• døre på bagsiden (udgang til terrasse) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Bygningens samlede bredde er 9.5 m², længde 16 m². Kun beboelsesrum (4 stk.), badeværelse og køkken vil blive opvarmet.

For en præcis beregning af varmetab på væggene skal arealet af alle vinduer og døre trækkes fra ydervæggenes areal – det er en helt anden type materiale med sin egen termiske modstand.

Vi begynder med beregning af arealer af homogene materialer:

• gulvareal – 152 m²;
• tagareal – 180 m², idet der tages højde for loftshøjde 1.3 m og strøbredde – 4 m;
• vinduesareal – 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• dørareal – 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

Ydervæggenes areal vil være 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Vi går over til beregning af varmetab for hvert materiale:

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

Og Q_væg er tilsvarende 136,38*40*0,25/0,3=4546. Summen af alle varmetab vil være 19628,4 W.

Til sidst beregner vi kedeleffekten: P_kedel=Q_tab*S_{opvarmet_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.

Beregning af antallet af radiatorsektioner udføres for et af rummene. For alle andre er beregningerne tilsvarende. For eksempel hjørnerum (til venstre, nederste hjørne af skemaet) areal 10,4 m2.

Dermed, 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.

Til dette rum er der behov for 9 radiatorsektioner med en varmeafgivelse på 180 W.

Vi går over til beregning af mængden af varmebærer i systemet – W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Dermed vil varmebærerens hastighed være: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Som et resultat vil hele volumenet af varmebærer i systemet svare til 2,87 gange i timen.

En samling artikler om varmeberegning vil hjælpe med at bestemme de nøjagtige parametre for varmesystemets komponenter:

1. Beregning af varmesystem i et privat hjem: regler og eksempler på beregning
2. Varmeteknisk beregning af bygningen: specifikationer og formler til udførelse af beregninger + praktiske eksempler

Konklusioner og nyttig video om emnet

En simpel beregning af et varmesystem til et privat hjem præsenteres i følgende oversigt:

Alle detaljer og almindeligt anvendte metoder til beregning af bygningers varmetab er vist nedenfor:

Endnu en version af beregning af varmelækage i et typisk privat hjem:

Denne video fortæller om funktionerne ved cirkulation af energibæreren til opvarmning af boligen:

Varmeberegning af varmesystemet er individuel og skal udføres korrekt og omhyggeligt. Jo mere præcise beregningerne er, jo mindre skal ejerne af et landsted betale for meget under driften.

Har du erfaring med at udføre varmeberegning af et varmesystem? Eller har du spørgsmål om emnet? Del venligst din mening og skriv kommentarer. Feedback-blokken er placeret nedenfor.