חישוב תרמי של מערכת חימום: כיצד לחשב נכון את העומס על המערכת

תכנון וחישוב תרמי של מערכת חימום הוא שלב חובה בעת סידור חימום הבית.המשימה העיקרית של פעילויות חישוביות היא לקבוע את הפרמטרים האופטימליים של מערכת הדוד והרדיאטור.

מסכים, במבט ראשון אולי נראה שרק מהנדס יכול לבצע חישובים הנדסיים תרמית. עם זאת, לא הכל כל כך מסובך. הכרת האלגוריתם של הפעולות, תוכל לבצע באופן עצמאי את החישובים הדרושים.

המאמר מתאר בפירוט את הליך החישוב ומספק את כל הנוסחאות הדרושות. להבנה טובה יותר, הכנו דוגמה לחישוב תרמי לבית פרטי.

חישוב תרמי של חימום: הליך כללי

החישוב התרמי הקלאסי של מערכת חימום הוא מסמך טכני מאוחד הכולל שיטות חישוב סטנדרטיות חובה שלב אחר שלב.

אבל לפני לימוד חישובים אלה של הפרמטרים העיקריים, אתה צריך להחליט על הרעיון של מערכת החימום עצמה.

מערכת החימום מאופיינת באספקה ​​כפויה והרחקה לא רצונית של חום לחדר.

המשימות העיקריות של חישוב ותכנון מערכת חימום:

• באופן אמין ביותר לקבוע הפסדי חום;
• לקבוע את כמות ותנאי השימוש בנוזל הקירור;
• בחר את האלמנטים של ייצור, תנועה והעברת חום בצורה מדויקת ככל האפשר.

במהלך בניה מערכות חימום יש צורך לאסוף בתחילה מגוון נתונים על החדר/בניין בו תשמש מערכת החימום. לאחר חישוב הפרמטרים התרמיים של המערכת, נתח את התוצאות של פעולות אריתמטיות.

בהתבסס על הנתונים שהתקבלו, נבחרים רכיבי מערכת החימום, ולאחר מכן רכישה, התקנה והפעלה.

חימום הוא מערכת רב רכיבים להבטחת משטר טמפרטורה מאושר בחדר/בניין.זהו חלק נפרד ממתחם התקשורת של מתחם מגורים מודרני

ראוי לציין כי שיטת חישוב תרמי זו מאפשרת לחשב די במדויק מספר רב של כמויות המתארות באופן ספציפי את מערכת החימום העתידית.

כתוצאה מהחישוב התרמי, המידע הבא יהיה זמין:

• מספר הפסדי חום, כוח הדוד;
• מספר וסוג הרדיאטורים התרמיים לכל חדר בנפרד;
• מאפיינים הידראוליים של הצינור;
• נפח, מהירות נוזל קירור, כוח משאבת חום.

חישובים תרמיים אינם סקיצות תיאורטיות, אלא תוצאות מדויקות והגיוניות שמומלץ להשתמש בהן בפועל בבחירת רכיבי מערכת החימום.

תקנים לתנאי טמפרטורת החדר

לפני ביצוע חישובים כלשהם של פרמטרי מערכת, יש צורך, לכל הפחות, לדעת את סדר התוצאות הצפויות, וגם לקבל מאפיינים סטנדרטיים של כמה ערכים טבלאיים שצריך להחליף בנוסחאות או להיות מודרכים על ידם. .

על ידי חישוב פרמטרים עם קבועים כאלה, אתה יכול להיות בטוח באמינות של הפרמטר הדינמי או הקבוע הרצוי של המערכת.

עבור הנחות למטרות שונות, ישנם תקני ייחוס לתנאי טמפרטורה במגורים ובמקומות שאינם למגורים. תקנים אלה מעוגנים במה שנקרא GOSTs

עבור מערכת חימום, אחד מהפרמטרים הגלובליים הללו הוא טמפרטורת החדר, אשר חייבת להיות קבועה ללא קשר לעונה ולתנאי הסביבה.

על פי תקנות התקנים והכללים הסניטריים, ישנם הבדלי טמפרטורה ביחס לתקופות הקיץ והחורף בשנה.מערכת מיזוג האוויר אחראית על משטר הטמפרטורה של החדר בעונת הקיץ; עקרון החישוב שלה מתואר בפירוט ב- המאמר הזה.

אבל טמפרטורת החדר בחורף מסופקת על ידי מערכת החימום. לכן, אנו מעוניינים בטווחי טמפרטורות וסובלנות הסטייה שלהם לעונת החורף.

רוב המסמכים הרגולטוריים קובעים את טווחי הטמפרטורה הבאים המאפשרים לאדם לשהות בנוחות בחדר.

למשרדים שאינם למגורים בשטח של עד 100 מ'²:

• 22-24 מעלות צלזיוס - טמפרטורת אוויר אופטימלית;
• 1°С - תנודה מותרת.

למשרדים בשטח של יותר מ-100 מ'² הטמפרטורה היא 21-23 מעלות צלזיוס. עבור מבנים תעשייתיים שאינם למגורים, טווחי הטמפרטורות משתנים מאוד בהתאם למטרת החדר ולתקני הגנת העבודה שנקבעו.

לכל אדם יש טמפרטורת חדר נוחה משלו. יש אנשים שאוהבים שיהיה חם מאוד בחדר, אחרים מרגישים בנוח כשהחדר קריר - הכל די אינדיבידואלי

באשר לחצרים למגורים: דירות, בתים פרטיים, אחוזות וכו', ישנם טווחי טמפרטורות מסוימים הניתנים להתאמה בהתאם לרצון הדיירים.

ובכל זאת, עבור הנחות ספציפיות של דירה ובית יש לנו:

• 20-22 מעלות צלזיוס - סלון, כולל חדר ילדים, סובלנות ±2°С -
• 19-21 מעלות צלזיוס - מטבח, שירותים, סובלנות ±2°С;
• 24-26 מעלות צלזיוס - חדר אמבטיה, מקלחת, בריכת שחייה, סובלנות ±1°С;
• 16-18 מעלות צלזיוס - מסדרונות, מסדרונות, גרמי מדרגות, חדרי אחסון, סובלנות +3°С

חשוב לציין שישנם עוד מספר פרמטרים בסיסיים המשפיעים על הטמפרטורה בחדר ושעליהם צריך להתמקד בחישוב מערכת החימום: לחות (40-60%), ריכוז חמצן ופחמן דו חמצני באוויר ( 250:1), מסת מהירות תנועת אוויר (0.13-0.25 מ'/שנייה) וכו'.

חישוב אובדן חום בבית

על פי החוק השני של התרמודינמיקה (פיזיקה של בית הספר), אין העברה ספונטנית של אנרגיה מאובייקטים מיני או מאקרו מחוממים פחות. מקרה מיוחד של חוק זה הוא "החתירה" ליצור שיווי משקל בטמפרטורה בין שתי מערכות תרמודינמיות.

לדוגמה, המערכת הראשונה היא סביבה עם טמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס, המערכת השנייה היא מבנה עם טמפרטורה פנימית של +20 מעלות צלזיוס. לפי החוק הנ"ל, שתי המערכות הללו ישאפו להתאזן באמצעות חילופי אנרגיה. זה יקרה בעזרת הפסדי חום מהמערכת השנייה וקירור מהמערכת הראשונה.

אנחנו בהחלט יכולים לומר שטמפרטורת הסביבה תלויה בקו הרוחב שבו ממוקם הבית הפרטי. והפרש הטמפרטורה משפיע על כמות דליפת החום מהבניין (+)

איבוד חום מתייחס לשחרור בלתי רצוני של חום (אנרגיה) מחפץ כלשהו (בית, דירה). עבור דירה רגילה, תהליך זה אינו כל כך "מורגש" בהשוואה לבית פרטי, שכן הדירה ממוקמת בתוך הבניין ו"צמודה" לדירות אחרות.

בבית פרטי חום בורח במידה כזו או אחרת דרך הקירות החיצוניים, הרצפה, הגג, החלונות והדלתות.

לדעת את כמות איבוד החום לתנאי מזג האוויר הלא נוחים ביותר ואת המאפיינים של תנאים אלה, ניתן לחשב את הספק מערכת החימום ברמת דיוק גבוהה.

אז, נפח דליפת החום מהבניין מחושב באמצעות הנוסחה הבאה:

ש=ש_קוֹמָה+Q_קִיר+Q_חַלוֹן+Q_גג+Q_דלת+…+ש_אני, איפה

Qi - נפח איבוד החום מסוג הומוגנית של מעטפת בניין.

כל רכיב של הנוסחה מחושב באמצעות הנוסחה:

Q=S*∆T/R, איפה

• ש – דליפת חום, V;
• ס - שטח של סוג מסוים של מבנה, מ"ר. M;
• ∆T - הבדל בטמפרטורות הסביבה והאוויר הפנימי, מעלות צלזיוס;
• ר - התנגדות תרמית של סוג מסוים של מבנה, מ²*°C/W.

מומלץ לקחת את עצם הערך של התנגדות תרמית לחומרים קיימים אמיתיים משולחנות עזר.

בנוסף, ניתן להשיג את ההתנגדות התרמית באמצעות הקשר הבא:

R=d/k, איפה

• ר - התנגדות תרמית, (מ²*K)/W;
• ק - מקדם מוליכות תרמית של החומר, W/(m²*ל);
• ד – עובי חומר זה, מ.

בבתים ישנים עם מבני קירוי לחים, נזילות חום מתרחשות דרך החלק העליון של הבניין, כלומר דרך הגג ועליית הגג. ביצוע פעילויות על בידוד תקרה אוֹ בידוד תרמי של גג עליית גג פתור את הבעיה הזאת.

אם תבודד את חלל עליית הגג ואת הגג, איבוד החום הכולל מהבית יכול להיות מופחת באופן משמעותי

ישנם מספר סוגים נוספים של איבוד חום בבית דרך סדקים במבנים, מערכות אוורור, קולטי אדים למטבח ופתיחת חלונות ודלתות. אבל אין זה הגיוני לקחת בחשבון את נפחם, מכיוון שהם מהווים לא יותר מ-5% מסך דליפות החום העיקריות.

קביעת כוח הדוד

כדי לשמור על הפרש הטמפרטורה בין הסביבה לטמפרטורה בתוך הבית, נדרשת מערכת חימום אוטונומית, השומרת על הטמפרטורה הרצויה בכל חדר בבית פרטי.

מערכת החימום מבוססת על שונות סוגי דוודים: דלק נוזלי או מוצק, חשמלי או גז.

דוד הוא היחידה המרכזית של מערכת חימום המייצרת חום. המאפיין העיקרי של הדוד הוא הספק שלו, כלומר קצב ההמרה של כמות החום ליחידת זמן.

לאחר חישוב עומס החימום, אנו מקבלים את ההספק הנקוב הנדרש של הדוד.

עבור דירת מספר חדרים רגילה, הספק הדוד מחושב לפי השטח וההספק הספציפי:

ר_דוּד=(S_{חֲצֵרִים}*ר_{ספֵּצִיפִי})/10, איפה

• ס_{חֲצֵרִים} - השטח הכולל של החדר המחומם;
• ר_{ספֵּצִיפִי} - כוח ספציפי ביחס לתנאי האקלים.

אבל נוסחה זו אינה לוקחת בחשבון הפסדי חום, אשר מספיקים בבית פרטי.

ישנו יחס נוסף שלוקח את הפרמטר הזה בחשבון:

ר_דוּד=(ש_{אֲבֵדוֹת}*S)/100, איפה

• ר_דוּד - כוח הדוד;
• ש_{אֲבֵדוֹת} - איבוד חום;
• ס - אזור מחומם.

יש להגדיל את כוח התכנון של הדוד. השמורה נחוצה אם אתם מתכננים להשתמש בדוד לחימום מים לשירותים ולמטבח.

ברוב מערכות החימום של בתים פרטיים, מומלץ להשתמש במיכל הרחבה בו תיאחסן אספקת נוזל הקירור. כל בית פרטי זקוק לאספקת מים חמים

על מנת לספק את עתודת כוח הדוד, יש להוסיף את מקדם הבטיחות K לנוסחה האחרונה:

ר_דוּד=(ש_{אֲבֵדוֹת}*S*K)/100, איפה

ל - יהיה שווה ל-1.25, כלומר, כוח התכנון של הדוד יוגדל ב-25%.

כך, עוצמת הדוד מאפשרת לשמור על טמפרטורת האוויר הסטנדרטית בחדרי הבניין, וכן לקבל נפח ראשוני ותוספת של מים חמים בבית.

תכונות של מבחר רדיאטורים

רכיבים סטנדרטיים לאספקת חום בחדר הם רדיאטורים, פנלים, מערכות חימום תת רצפתי, קונווקטורים וכו'.החלקים הנפוצים ביותר של מערכת חימום הם רדיאטורים.

הרדיאטור התרמי הוא מבנה חלול מיוחד מסוג מודולרי העשוי מסגסוגת בעלת פיזור חום גבוה. הוא עשוי מפלדה, אלומיניום, ברזל יצוק, קרמיקה וסגסוגות אחרות. עקרון הפעולה של רדיאטור חימום מצטמצם לקרינת האנרגיה מנוזל הקירור לחלל החדר דרך "עלי הכותרת".

רדיאטור חימום מאלומיניום ובי-מתכתי החליף סוללות מאסיביות מברזל יצוק. פשטות הייצור, העברת חום גבוהה, עיצוב ועיצוב מוצלחים הפכו את המוצר הזה למכשיר פופולרי ונפוץ להקרנת חום בתוך הבית

ישנן מספר שיטות חישובי רדיאטור חימום בחדר. רשימת השיטות שלהלן ממוינת לפי סדר הגדלת דיוק החישוב.

אפשרויות חישוב:

1. לפי אזור. N=(S*100)/C, כאשר N הוא מספר המקטעים, S הוא שטח החדר (m²), C - העברת חום של חלק אחד של הרדיאטור (W, נלקח מהדרכון או התעודה של המוצר), 100 W - כמות זרימת החום הדרושה לחימום 1 מ'² (ערך אמפירי). נשאלת השאלה: איך לקחת בחשבון את גובה תקרת החדר?
2. לפי נפח. N=(S*H*41)/C, כאשר N, S, C דומים. H - גובה החדר, 41 W - כמות זרימת החום הנדרשת לחימום 1 מ'³ (ערך אמפירי).
3. לפי הסיכויים. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, כאשר N, S, C ו-100 זהים. k1 - תוך התחשבות במספר החדרים בחלון בעל זיגוג כפול של החדר, k2 - בידוד תרמי של קירות, k3 - יחס בין שטח החלון לשטח החדר, k4 - טמפרטורה מתחת לאפס ממוצעת בשבוע הקר ביותר של החורף, k5 - מספר הקירות החיצוניים של החדר (ש"נמשכים" לרחוב), k6 - סוג החדר מעל, k7 - גובה התקרה.

זוהי האפשרות המדויקת ביותר לחישוב מספר הקטעים. באופן טבעי, תוצאות חישוב השבר תמיד מעוגלות למספר השלם הבא.

חישוב הידראולי של אספקת מים

כמובן, ה"תמונה" של חישוב חום לחימום לא יכולה להיות שלמה ללא חישוב מאפיינים כגון נפח ומהירות נוזל הקירור. ברוב המקרים, נוזל הקירור הוא מים רגילים במצב צבירה נוזלי או גזי.

מומלץ לחשב את נפח נוזל הקירור בפועל על ידי סיכום כל החללים במערכת החימום. בעת שימוש בדוד חד-מעגל, זוהי האפשרות הטובה ביותר. בעת שימוש בדודי מעגל כפול במערכת חימום, יש צורך לקחת בחשבון את צריכת המים החמים למטרות היגייניות ולמטרות ביתיות אחרות.

חישוב נפח המים המחומם על ידי דוד במעגל כפול כדי לספק לתושבים מים חמים ולחמם את נוזל הקירור נעשה על ידי סיכום הנפח הפנימי של מעגל החימום והצרכים בפועל של המשתמשים למים מחוממים.

נפח המים החמים במערכת החימום מחושב לפי הנוסחה:

W=k*P, איפה

• W - נפח נוזל קירור;
• פ - כוח דוד חימום;
• ק - מקדם הספק (מספר ליטר ליחידת כוח, שווה ל-13.5, טווח - 10-15 ליטר).

כתוצאה מכך, הנוסחה הסופית נראית כך:

W = 13.5*P

מהירות נוזל הקירור היא ההערכה הדינמית הסופית של מערכת החימום, המאפיינת את מהירות מחזור הנוזלים במערכת.

ערך זה עוזר להעריך את סוג וקוטר הצינור:

V=(0.86*P*μ)/∆T, איפה

• פ - כוח הדוד;
• μ - יעילות הדוד;
• ∆T - הפרש טמפרטורה בין מים אספקה ​​ומים חוזרים.

באמצעות השיטות הנ"ל חישוב הידראולי, ניתן יהיה להשיג פרמטרים אמיתיים שהם "הבסיס" של מערכת החימום העתידית.

דוגמה לחישוב תרמי

כדוגמה לחישוב תרמי, יש לנו בית רגיל בן קומה אחת עם ארבעה חדרי מגורים, מטבח, חדר רחצה, "גן חורף" וחדרי שירות.

התשתית עשויה לוח בטון מזוין מונוליטי (20 ס"מ), הקירות החיצוניים בטון (25 ס"מ) עם טיח, הגג עשוי קורות עץ, הגג רעפי מתכת וצמר מינרלי (10 ס"מ)

תן לנו לייעד את הפרמטרים הראשוניים של הבית הדרושים לחישובים.

מידות בניין:

• גובה הרצפה - 3 מ';
• חלון קטן בחזית ובאחורי הבניין 1470*1420 מ"מ;
• חלון חזית גדול 2080*1420 מ"מ;
• דלתות כניסה 2000*900 מ"מ;
• דלתות אחוריות (יציאה למרפסת) 2000*1400 (700 + 700) מ"מ.

רוחב הבניין הכולל הוא 9.5 מ'², אורך 16 מ'². רק סלונים (4 יחידות), חדר רחצה ומטבח יחוממו.

כדי לחשב במדויק את אובדן החום על הקירות, אתה צריך להחסיר את השטח של כל החלונות והדלתות מאזור הקירות החיצוניים - זה סוג אחר לגמרי של חומר עם התנגדות תרמית משלו

נתחיל בחישוב השטחים של חומרים הומוגניים:

• שטח רצפה - 152 מ'²;
• שטח גג - 180 מ'² , תוך התחשבות בגובה עליית הגג הוא 1.3 מ' ורוחב הפורלין הוא 4 מ';
• שטח חלון - 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 מ'²;
• שטח דלת - 2*0.9+2*2*1.4=7.4 מ'².

שטח הקירות החיצוניים יהיה 51*3-9.22-7.4=136.38 מ'².

נעבור לחישוב אובדן חום עבור כל חומר:

• ש_קוֹמָה=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 W;
• ש_גג=180*40*0.1/0.05=14400 W;
• ש_חַלוֹן=9.22*40*0.36/0.5=265.54 W;
• ש_דלתות=7.4*40*0.15/0.75=59.2 W;

וגם ש_קִיר שווה ערך ל-136.38*40*0.25/0.3=4546. סכום כל הפסדי החום יהיה 19628.4 ואט.

כתוצאה מכך, אנו מחשבים את כוח הדוד: P_דוּד=ש_{אֲבֵדוֹת}*ס_{חדרי חימום}*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 קילוואט.

נחשב את מספר חלקי הרדיאטור לאחד החדרים. עבור כל השאר, החישובים דומים. לדוגמה, לחדר פינתי (בפינה השמאלית התחתונה של התרשים) יש שטח של 10.4 מ"ר.

זה אומר 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.

חדר זה דורש 9 חלקים של רדיאטור חימום עם תפוקת חום של 180 W.

נעבור לחישוב כמות נוזל הקירור במערכת - W=13.5*P=13.5*21=283.5 ליטר. המשמעות היא שמהירות נוזל הקירור תהיה: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 ליטר.

כתוצאה מכך, מחזור מלא של כל נפח נוזל הקירור במערכת יהיה שווה ערך ל-2.87 פעמים בשעה.

מבחר מאמרים על חישובים תרמיים יעזור לך לקבוע את הפרמטרים המדויקים של אלמנטי מערכת החימום:

1. חישוב מערכת החימום של בית פרטי: כללים ודוגמאות חישוב
2. חישוב הנדסי תרמי של בניין: פרטים ונוסחאות לביצוע חישובים + דוגמאות מעשיות

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

חישוב פשוט של מערכת חימום לבית פרטי מוצג בסקירה הבאה:

כל הדקויות והשיטות המקובלות לחישוב אובדן החום של בניין מוצגות להלן:

אפשרות נוספת לחישוב נזילות חום בבית פרטי טיפוסי:

סרטון זה מתאר את המאפיינים של מחזור נושאי האנרגיה לחימום הבית:

חישוב תרמי של מערכת חימום הוא אינדיבידואלי באופיו ויש לבצעו בצורה מוכשרת ובזהירות. ככל שהחישובים נעשים בצורה מדויקת יותר, כך הבעלים של בית כפרי יצטרכו לשלם פחות במהלך המבצע.

יש לך ניסיון בביצוע חישובים תרמיים של מערכת חימום? או שעדיין יש לך שאלות בנושא? אנא שתפו את דעתכם והשאירו תגובות. בלוק המשוב נמצא למטה.