חישוב חימום מים: נוסחאות, כללים, דוגמאות ליישום
שימוש במים בתור נוזל קירור במערכת חימום היא אחת האפשרויות הפופולריות ביותר לספק לביתך חום בעונה הקרה.אתה רק צריך לעצב כראוי ולאחר מכן להתקין את המערכת. אחרת, חימום לא יהיה יעיל בעלויות דלק גבוהות, וזה, אתה מבין, מאוד לא מעניין במחירי האנרגיה של היום.
אי אפשר לחשב באופן עצמאי את חימום המים (להלן WHE) ללא שימוש בתוכנות מיוחדות, מכיוון שהחישובים משתמשים בביטויים מורכבים, שלא ניתן לקבוע את ערכם באמצעות מחשבון רגיל. במאמר זה ננתח בפירוט את האלגוריתם לביצוע חישובים, נציג את הנוסחאות בהן נעשה שימוש, ונבחן את התקדמות החישובים באמצעות דוגמה ספציפית.
אנו נשלים את החומר המוצג עם טבלאות עם ערכים ומדדי התייחסות הדרושים בעת ביצוע חישובים, תמונות נושאיות וסרטון המדגים דוגמה ברורה לחישובים באמצעות התוכנית.
תוכן המאמר:
חישוב מאזן החום של מבנה דיור
כדי ליישם מתקן חימום שבו המים הם המדיום במחזור, יש צורך תחילה לדייק חישובים הידראוליים.
בעת פיתוח ויישום כל מערכת חימום, יש צורך לדעת את מאזן החום (להלן TB).לדעת את הכוח התרמי כדי לשמור על הטמפרטורה בחדר, אתה יכול לבחור את הציוד הנכון ולחלק נכון את העומס שלו.
בחורף, החדר סובל מהפסדי חום מסוימים (להלן HL). עיקר האנרגיה יוצאת דרך אלמנטים סגורים ופתחי אוורור. עלויות מינוריות נוצרות עבור חדירות, חימום חפצים וכו'.
TP תלוי בשכבות המרכיבות את המבנים התוחמים (להלן תקינים). חומרי בניין מודרניים, במיוחד חומרי בידוד, הם נמוכים מקדם מוליכות תרמית (להלן CT), עקב כך אובד דרכם פחות חום. עבור בתים מאותו אזור, אך עם מבנים תקינים שונים, עלויות החום יהיו שונות.
בנוסף לקביעת ה-TP, חשוב לחשב את ה-TB של הבית. המחוון לוקח בחשבון לא רק את כמות האנרגיה היוצאת מהחדר, אלא גם את כמות הכוח הנדרשת כדי לשמור על רמות טמפרטורה מסוימות בבית.
התוצאות המדויקות ביותר ניתנות על ידי תוכניות מיוחדות שפותחו עבור בונים. הודות להם, ניתן לקחת בחשבון גורמים נוספים המשפיעים על TP.
עם דיוק גבוה, אתה יכול לחשב את ה-TP של בית באמצעות נוסחאות.
סך עלויות החימום של הבית מחושבות באמצעות המשוואה:
ש = שבסדר +Qv,
איפה שבסדר - כמות החום היוצאת מהחדר דרך אישור; שv - עלויות אוורור חום.
הפסדי אוורור נלקחים בחשבון אם לאוויר הנכנס לחדר יש טמפרטורה נמוכה יותר.
חישובים בדרך כלל לוקחים בחשבון אישורים כאשר צד אחד פונה לרחוב. אלו הם הקירות החיצוניים, הרצפה, הגג, הדלתות והחלונות.
כללי TP Qבסדר שווה לסכום ה-TP של כל אישור, כלומר:
שבסדר = ∑Qרחוב +∑Qאוקיי נ +∑Qdv +∑Qptl +∑Qpl,
איפה:
- שרחוב - ערך TP של קירות;
- שאוקיי נ - חלונות TP;
- שdv - דלתות TP;
- שptl - תקרה TP;
- שpl - רצפת TP.
אם לרצפה או לתקרה יש מבנה שונה על פני כל השטח, אז ה-TP מחושב עבור כל קטע בנפרד.
חישוב אובדן חום באמצעות OK
לצורך חישובים תזדקק למידע הבא:
- מבנה קירות, חומרים בשימוש, עובי שלהם, CT;
- טמפרטורה חיצונית במהלך חורף קר במיוחד של חמישה ימים בעיר;
- אזור בסדר;
- אוריינטציה בסדר;
- טמפרטורה מומלצת בבית בחורף.
כדי לחשב TC אתה צריך למצוא את ההתנגדות התרמית הכוללת Rבסדר. כדי לעשות זאת אתה צריך לגלות את ההתנגדות התרמית R1,ר2,ר3, …, רנ כל שכבה בסדר.
גורם Rנ מחושב לפי הנוסחה:
Rn = B/k,
בנוסחה: ב - עובי שכבה בסדר במ"מ, ק - בדיקת CT של כל שכבה.
ניתן לקבוע את סך R על ידי הביטוי:
R = ∑Rנ
יצרני דלתות וחלונות מציינים בדרך כלל את מקדם R בגיליון נתוני המוצר, ולכן אין צורך לחשב אותו בנפרד.
הנוסחה הכללית לחישוב TP דרך OK היא כדלקמן:
שבסדר = ∑S × (tvnt -תnar) × R × l,
בביטוי:
- ס - אזור בסדר, מ2;
- טvnt - טמפרטורת החדר הרצויה;
- טnar - טמפרטורת האוויר בחוץ;
- ר - מקדם התנגדות, מחושב בנפרד או נלקח מגיליון הנתונים של המוצר;
- ל - מקדם הבהרה שלוקח בחשבון את כיוון הקירות ביחס לנקודות הקרדינליות.
חישוב TB מאפשר לך לבחור ציוד של הכוח הנדרש, אשר יבטל את האפשרות של מחסור בחום או עודף. הגירעון של אנרגיה תרמית מפצה על ידי הגדלת זרימת האוויר דרך אוורור, עודף - על ידי התקנת ציוד חימום נוסף.
עלויות תרמיות של אוורור
הנוסחה הכללית לחישוב אוורור TP היא כדלקמן:
שv = 0.28 × Lנ × pvnt × c × (תvnt -תnar),
בביטוי, למשתנים יש את המשמעות הבאה:
- לנ - צריכת אוויר נכנס;
- עvnt - צפיפות אוויר בטמפרטורה מסוימת בחדר;
- ג - קיבולת חום של אוויר;
- טvnt - טמפרטורה בבית;
- טnar - טמפרטורת האוויר בחוץ.
אם מותקן אוורור בבניין, אז פרמטר Lנ נלקח מהמפרט הטכני של המכשיר. אם אין אוורור, נלקח קצב חילופי אוויר ספציפי סטנדרטי של 3 מ'.3 בשעה אחת.
על סמך זה, לנ מחושב לפי הנוסחה:
לנ = 3 × Spl,
בהבעה סpl - שטח הרצפה.
הבא אתה צריך לחשב את צפיפות האוויר pvnt בטמפרטורת חדר נתונה tvnt.
ניתן לעשות זאת באמצעות הנוסחה:
עvnt = 353/(273+tvnt),
קיבולת חום סגולית c = 1.0005.
אם האוורור או החדירה אינם מאורגנים, או שיש סדקים או חורים בקירות, יש להפקיד את חישוב ה-TP דרך החורים לתוכניות מיוחדות.
במאמר אחר שלנו סיפקנו מפורט דוגמה לחישוב הנדסי תרמית בניינים עם דוגמאות ונוסחאות ספציפיות.
דוגמה לחישוב מאזן חום
קחו בחשבון בית בגובה 2.5 מ', 6 מ' רוחב ו-8 מ' אורכו, הממוקם בעיר אוחה שבחבל סחלין, שבו ביום קר במיוחד של 5 ימים המדחום יורד ל-29 מעלות.
כתוצאה מהמדידה נקבעה טמפרטורת הקרקע כ-+5. הטמפרטורה המומלצת בתוך המבנה היא +21 מעלות.
קירות הבית המדובר מורכבים מ:
- עובי לבנים B=0.51 מ', CT k=0.64;
- צמר מינרלי B=0.05 מ', k=0.05;
- פונה B=0.09 מ', k=0.26.
בעת קביעת k, עדיף להשתמש בטבלאות המוצגות באתר היצרן או למצוא מידע בגיליון הנתונים של המוצר.
הריצוף מורכב מהשכבות הבאות:
- לוחות OSB B=0.1 מ', k=0.13;
- צמר מינרלי B=0.05 מ', k=0.047;
- מגהץ מלט B=0.05 מ', k=0.58;
- פוליסטירן מורחב B=0.06 מ', k=0.043.
אין מרתף בבית, ולקומה יש מבנה זהה בכל האזור.
התקרה מורכבת משכבות:
- יריעות גבס B=0.025 מ', k=0.21;
- בידוד B=0.05 מ', k=0.14;
- קירוי B=0.05 מ', k=0.043.
אין יציאות לעליית הגג.
בבית יש רק 6 חלונות דו קאמריים עם I-glass וארגון. מגיליון הנתונים הטכניים של המוצר ידוע כי R=0.7. לחלונות מידות של 1.1X1.4 מ'.
לדלתות מידות של 1x2.2 מ', R = 0.36.
שלב מס' 1 - חישוב אובדן חום בקיר
הקירות ברחבי השטח מורכבים משלוש שכבות. ראשית, בואו נחשב את ההתנגדות התרמית הכוללת שלהם.
למה להשתמש בנוסחה:
R = ∑Rנ,
והביטוי:
רנ = B/k
בהתחשב במידע הראשוני, אנו מקבלים:
ררחוב = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14
לאחר שגילית את R, אתה יכול להתחיל לחשב את ה-TP של הקירות הצפוניים, הדרומיים, המזרחיים והמערביים.
בואו לחשב את שטח הקיר הצפוני:
סsev.sten = 8 × 2.5 = 20
לאחר מכן, החלפה לתוך הנוסחה שבסדר = ∑S × (tvnt -תnar) × R × l ובהתחשב בכך l=1.1, אנו מקבלים:
שsev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354
שטח הקיר הדרומי Syuch.st = Ssev.st = 20.
אין חלונות מובנים או דלתות בקיר, לכן, בהתחשב במקדם l=1, נקבל את ה-TP הבא:
שyuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140
עבור הקיר המערבי והמזרחי, המקדם הוא l=1.05. לכן, אתה יכול למצוא את השטח הכולל של הקירות האלה, כלומר:
סzap.st +Svost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30
יש 6 חלונות ודלת אחת מובנית בקירות. בואו לחשב את השטח הכולל של חלונות ודלתות S:
סאוקיי נ = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24
סdv = 1 × 2.2 = 2.2
הבה נגדיר קירות S מבלי לקחת בחשבון חלונות ודלתות S:
סvost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56
בואו נחשב את ה-TP הכולל של הקירות המזרחיים והמערביים:
שvost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085
לאחר קבלת התוצאות, בואו נחשב את כמות החום שבורח דרך הקירות:
Qst = Qsev.st + שyuch.st + שvost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579
בסך הכל, ה-TP הכולל של הקירות הוא 6 קילוואט.
שלב מס' 2 - חישוב ה-TP של חלונות ודלתות
החלונות ממוקמים על הקירות המזרחיים והמערביים, ולכן בחישוב המקדם הוא l=1.05. ידוע שהמבנה של כל המבנים זהה ו-R = 0.7.
באמצעות ערכי השטח המפורטים לעיל, אנו מקבלים:
שאוקיי נ = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340
בידיעה שעבור דלתות R=0.36 ו-S=2.2, אנו קובעים את ה-TP שלהן:
שdv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42
כתוצאה מכך יוצא חום של 340 וואט דרך החלונות ו-42 וואט דרך הדלתות.
שלב מס' 3 - קביעת ה-TP של הרצפה והתקרה
ברור ששטח התקרה והרצפה יהיה זהה, והוא מחושב באופן הבא:
ספול = Sptl = 6 × 8 = 48
בואו לחשב את ההתנגדות התרמית הכוללת של הרצפה, תוך התחשבות במבנה שלה.
רפול = 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
בידיעה שטמפרטורת הקרקע tnar=+5 ובהתחשב במקדם l=1, אנו מחשבים את Q של הרצפה:
שפול = 48 × (21 — 5) × 1 × 3.4 = 2611
בעיגול כלפי מעלה, אנו מגלים שהפסד החום הרצפה הוא כ-3 קילוואט.
בואו נקבע את ההתנגדות התרמית של התקרה Rptl והשאלה שלו:
- רptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
- שptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832
מכאן נובע שכמעט 6 קילוואט עוברים דרך התקרה והרצפה.
שלב #4 - חישוב TP אוורור
אוורור בחדר מאורגן ומחושב באמצעות הנוסחה:
שv = 0.28 × Lנ × pvnt × c × (תvnt -תnar)
בהתבסס על המאפיינים הטכניים, העברת החום הספציפית היא 3 מ"ק לשעה, כלומר:
לנ = 3 × 48 = 144.
כדי לחשב את הצפיפות אנו משתמשים בנוסחה:
עvnt = 353/(273+tvnt).
טמפרטורת החדר המשוערת היא +21 מעלות.
בהחלפת ערכים ידועים, נקבל:
עvnt = 353/(273+21) = 1.2
הבה נחליף את המספרים המתקבלים בנוסחה לעיל:
שv = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21 — 29) = 2431
בהתחשב ב-TP לאוורור, ה-Q הכולל של הבניין יהיה:
Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.
בהמרה ל-kW, נקבל אובדן חום כולל של 16 קילוואט.
תכונות של חישוב SVO
לאחר מציאת מחוון TP, הם ממשיכים לחישוב הידראולי (להלן מכונה GR).
על סמך זה מתקבל מידע על האינדיקטורים הבאים:
- הקוטר האופטימלי של הצינורות, אשר, במהלך נפילות לחץ, יוכלו להעביר כמות נתונה של נוזל קירור;
- זרימת נוזל קירור באזור מסוים;
- מהירות תנועת המים;
- ערך התנגדות.
לפני תחילת החישובים, כדי לפשט את החישובים, צייר תרשים מרחבי של המערכת, שעליו כל האלמנטים שלה מסודרים במקביל זה לזה.
בואו ניקח בחשבון את השלבים העיקריים של חישובי חימום מים.
GR של טבעת המחזור הראשית
השיטה לחישוב GR מבוססת על ההנחה שהפרשי הטמפרטורות זהים בכל העליות והענפים.
אלגוריתם החישוב הוא כדלקמן:
- בתרשים המוצג, תוך התחשבות באובדן חום, מופעלים העומסים התרמיים הפועלים על התקני חימום ועליות.
- בהתבסס על התרשים, נבחרה טבעת המחזור הראשית (להלן ה-MCC). הייחודיות של טבעת זו היא שלחץ המחזור בה ליחידת אורך של הטבעת מקבל את הערך הנמוך ביותר.
- ה-FCC מחולק למקטעים עם צריכת חום קבועה. עבור כל חלק, ציין את המספר, העומס התרמי, הקוטר והאורך.
במערכת אנכית מסוג צינור יחיד, הטבעת שדרכה העולה העמוסה ביותר עוברת במהלך ללא מוצא או תנועה קשורה של מים לאורך רשת החשמל נלקחת כמעגל המחזור הראשי.דיברנו ביתר פירוט על קישור טבעות מחזור במערכת חד-צינורית ובחירת הראשית במאמר הבא. הקדשנו תשומת לב מיוחדת לסדר החישובים, תוך שימוש בדוגמה ספציפית לצורך הבהירות.
במערכת אופקית מסוג צינור יחיד, מעגל המחזור הראשי צריך להיות בעל לחץ המחזור הנמוך ביותר ויחידת אורך של הטבעת. למערכות עם מחזור הדם הטבעי המצב דומה.
כאשר מפתחים עליות של מערכת אנכית מסוג צינור יחיד, עליות זרימה מווסתות זרימה, המשלבות רכיבים מאוחדים, נחשבות כמעגל יחיד. עבור עליות עם קטעי סגירה, ההפרדה מתבצעת תוך התחשבות בחלוקת המים בצנרת של כל יחידת מכשיר.
צריכת המים באזור נתון מחושבת באמצעות הנוסחה:
Gkont = (3.6 × Qkont × β1 × β2)/((טר -ת0) × ג)
בביטוי, התווים האלפביתיים מקבלים את המשמעויות הבאות:
- שkont - עומס תרמי של המעגל;
- β1, β2 - מקדמים טבלאיים נוספים תוך התחשבות בהעברת חום בחדר;
- ג - קיבולת חום של מים, שווה ל-4.187;
- טר - טמפרטורת המים בקו האספקה;
- ט0 - טמפרטורת המים בקו ההחזרה.
לאחר קביעת קוטר וכמות המים, יש צורך לגלות את מהירות התנועה שלה ואת הערך של ההתנגדות הספציפית R. כל החישובים מבוצעים בצורה נוחה ביותר באמצעות תוכניות מיוחדות.
טבעת מחזור משנית GR
לאחר GR של הטבעת הראשית, נקבע הלחץ בטבעת המחזור הקטנה שנוצרת דרך העליות הקרובות ביותר שלה, תוך התחשבות בכך שהפסדי לחץ יכולים להיות שונים בלא יותר מ-15% במעגל ללא מוצא ולא יותר מ-5% ב- מעגל חולף.
אם אי אפשר לתאם את אובדן הלחץ, התקן מכונת כביסה מצערת, שקוטרה מחושב בשיטות תוכנה.
חישוב סוללות רדיאטור
נחזור לתוכנית הבית למעלה. באמצעות חישובים, התברר כי יידרשו 16 קילוואט אנרגיה כדי לשמור על האיזון התרמי. הבית המדובר כולל 6 חדרים למטרות שונות - סלון, חדר רחצה, מטבח, חדר שינה, מסדרון וחדר כניסה.
בהתבסס על מידות המבנה, ניתן לחשב את נפח V:
V=6×8×2.5=120 מ'3
לאחר מכן אתה צריך למצוא את כמות ההספק התרמי למ'3. כדי לעשות זאת, יש לחלק את Q בנפח שנמצא, כלומר:
P=16000/120=133 W למ'3
לאחר מכן, אתה צריך לקבוע כמה כוח חימום נדרש עבור חדר אחד. בתרשים, השטח של כל חדר כבר חושב.
בואו נקבע את עוצמת הקול:
- חדר אמבטיה – 4.19×2.5=10.47;
- סלון – 13.83×2.5=34.58;
- מִטְבָּח – 9.43×2.5=23.58;
- חדר שינה – 10.33×2.5=25.83;
- פְּרוֹזדוֹר – 4.10×2.5=10.25;
- מִסדְרוֹן – 5.8×2.5=14.5.
החישובים צריכים לקחת בחשבון גם חדרים שבהם אין רדיאטורים לחימום, למשל, מסדרון.
בואו נקבע את כמות החום הנדרשת לכל חדר על ידי הכפלת נפח החדר במדד R.
בואו נקבל את הכוח הנדרש:
- לשירותים — 10.47×133=1392 W;
- לסלון — 34.58×133=4599 W;
- למטבח — 23.58×133=3136 W;
- לחדר השינה — 25.83×133=3435 W;
- עבור המסדרון — 10.25×133=1363 W;
- למסדרון — 14.5×133=1889 W.
בואו נתחיל לחשב סוללות רדיאטור. נשתמש ברדיאטורים מאלומיניום שגובהם 60 ס"מ, הספק בטמפרטורה של 70 הוא 150 וואט.
בואו לחשב את המספר הנדרש של סוללות רדיאטור:
- חדר אמבטיה — 1392/150=10;
- סלון — 4599/150=31;
- מִטְבָּח — 3136/150=21;
- חדר שינה — 3435/150=23;
- מִסדְרוֹן — 1889/150=13.
סה"כ נדרשים: 10+31+21+23+13=98 סוללות רדיאטור.
באתר שלנו יש גם מאמרים נוספים שבהם בדקנו בפירוט את ההליך לביצוע חישובים תרמיים של מערכת חימום, חישובים שלב אחר שלב של הספק של רדיאטורים וצינורות חימום. ואם המערכת שלך דורשת רצפות מחוממות, אז תצטרך לבצע חישובים נוספים.
כל הנושאים הללו מכוסים ביתר פירוט במאמרים הבאים שלנו:
- חישוב תרמי של מערכת חימום: כיצד לחשב נכון את העומס על המערכת
- חישוב רדיאטורי חימום: כיצד לחשב את המספר הנדרש והספק של סוללות
- חישוב נפח צינור: עקרונות חישובים וכללים לביצוע חישובים בליטר ובמטר מעוקב
- כיצד לחשב רצפה מחוממת באמצעות מערכת מים כדוגמה
- חישוב צנרת לרצפות מחוממות: סוגי צינורות, שיטות ושלב הנחת + חישוב ספיקה
מסקנות וסרטון שימושי בנושא
בסרטון ניתן לראות דוגמה לחישוב חימום מים, המתבצע באמצעות תוכנית Valtec:
חישובים הידראוליים מבוצעים בצורה הטובה ביותר באמצעות תוכניות מיוחדות המבטיחות דיוק גבוה של חישובים ולוקחים בחשבון את כל הניואנסים של העיצוב.
האם אתה מתמחה בחישוב מערכות חימום באמצעות מים כנוזל קירור ומעוניין להשלים את המאמר שלנו בנוסחאות שימושיות ולשתף סודות מקצועיים?
או אולי אתה רוצה להתמקד בחישובים נוספים או להצביע על אי דיוקים בחישובים שלנו? אנא כתוב את ההערות וההמלצות שלך בבלוק מתחת למאמר.
למען האמת, לא ממש התעסקתי בחישובים כשעשיתי חימום משלי. עבורי, כל הנוסחאות הללו הן הוצאה להורג מצרית. זה מיועד למהנדסים, לאומדנים וכל זה. כמובן, גישה זו תאפשר לך לחשב במדויק ולקחת בחשבון את כל הניואנסים של חימום.
ליטשתי את המערכת במשך כמה שנים נוספות, באופן אקראי, כביכול. באולם הוספתי סנפירים לרדיאטורים, אבל במטבח, להיפך, הקטנתי אותם, היה חם. חזיתי את האפשרות הזו ולקחתי אותה בחשבון בעת החיבור.
עובדה היא שלא תמיד ניתן לסיים אותו כך שהמערכת תעבוד בצורה מספקת. אין רצון לעשות את החישובים בעצמך - אתה יכול לסמוך על המומחים.