Tính toán nhiệt của hệ thống sưởi: cách tính toán chính xác tải trên hệ thống

Thiết kế và tính toán nhiệt của hệ thống sưởi ấm là giai đoạn bắt buộc khi bố trí hệ thống sưởi ấm trong nhà.Nhiệm vụ chính của hoạt động tính toán là xác định các thông số tối ưu của hệ thống nồi hơi và tản nhiệt.

Đồng ý, thoạt nhìn có vẻ như chỉ có kỹ sư mới có thể thực hiện các tính toán kỹ thuật nhiệt. Tuy nhiên, không phải mọi thứ đều phức tạp như vậy. Biết thuật toán hành động, bạn sẽ có thể thực hiện độc lập các phép tính cần thiết.

Bài viết mô tả chi tiết quy trình tính toán và cung cấp đầy đủ các công thức cần thiết. Để hiểu rõ hơn, chúng tôi đã chuẩn bị một ví dụ về tính toán nhiệt cho một ngôi nhà riêng.

Tính toán nhiệt của hệ thống sưởi: quy trình chung

Tính toán nhiệt cổ điển của hệ thống sưởi ấm là một tài liệu kỹ thuật tổng hợp bao gồm các phương pháp tính toán tiêu chuẩn từng bước bắt buộc.

Nhưng trước khi nghiên cứu các tính toán các thông số chính này, bạn cần quyết định khái niệm về hệ thống sưởi ấm.

Hệ thống sưởi ấm được đặc trưng bởi việc cung cấp cưỡng bức và loại bỏ nhiệt không tự nguyện vào phòng.

Nhiệm vụ chính của tính toán và thiết kế hệ thống sưởi ấm:

• xác định tổn thất nhiệt một cách đáng tin cậy nhất;
• xác định lượng và điều kiện sử dụng chất làm mát;
• chọn các yếu tố tạo ra, chuyển động và truyền nhiệt càng chính xác càng tốt.

Trong quá trình xây dựng hệ thông sưởi âm Ban đầu cần thu thập nhiều loại dữ liệu về căn phòng/tòa nhà nơi hệ thống sưởi ấm sẽ được sử dụng. Sau khi tính toán các thông số nhiệt của hệ thống, phân tích kết quả các phép tính số học.

Dựa trên dữ liệu thu được, các thành phần của hệ thống sưởi ấm được chọn, tiếp theo là mua, lắp đặt và vận hành thử.

Hệ thống sưởi là một hệ thống đa thành phần để đảm bảo chế độ nhiệt độ được phê duyệt trong phòng/tòa nhà.Nó là một phần riêng biệt của tổ hợp truyền thông của một khu dân cư hiện đại

Đáng chú ý là phương pháp tính toán nhiệt này cho phép tính toán khá chính xác một số lượng lớn các đại lượng mô tả cụ thể hệ thống sưởi ấm trong tương lai.

Kết quả tính toán nhiệt sẽ có các thông tin sau:

• số lượng tổn thất nhiệt, công suất lò hơi;
• số lượng và chủng loại bộ tản nhiệt cho từng phòng riêng biệt;
• đặc tính thủy lực của đường ống;
• thể tích, tốc độ làm mát, công suất bơm nhiệt.

Tính toán nhiệt không phải là bản phác thảo lý thuyết mà là kết quả chính xác và hợp lý được khuyến nghị sử dụng trong thực tế khi lựa chọn các bộ phận của hệ thống sưởi.

Tiêu chuẩn về điều kiện nhiệt độ phòng

Trước khi thực hiện bất kỳ phép tính nào của các tham số hệ thống, tối thiểu cần phải biết thứ tự của các kết quả mong đợi và cũng phải có các đặc tính chuẩn hóa của một số giá trị bảng cần được thay thế vào công thức hoặc được chúng hướng dẫn .

Bằng cách tính toán các tham số với các hằng số như vậy, bạn có thể tin tưởng vào độ tin cậy của tham số động hoặc hằng số mong muốn của hệ thống.

Đối với các cơ sở có mục đích khác nhau, có các tiêu chuẩn tham khảo về điều kiện nhiệt độ trong khu dân cư và khu phi dân cư. Các tiêu chuẩn này được ghi trong cái gọi là GOST

Đối với hệ thống sưởi ấm, một trong những thông số chung này là nhiệt độ phòng, nhiệt độ này phải không đổi bất kể mùa và điều kiện môi trường.

Theo các quy định của tiêu chuẩn và quy tắc vệ sinh, có sự khác biệt về nhiệt độ so với thời kỳ mùa hè và mùa đông trong năm.Hệ thống điều hòa không khí chịu trách nhiệm về chế độ nhiệt độ của căn phòng vào mùa hè, nguyên lý tính toán của nó được mô tả chi tiết trong bài viết này.

Nhưng nhiệt độ phòng vào mùa đông được cung cấp bởi hệ thống sưởi ấm. Do đó, chúng tôi quan tâm đến phạm vi nhiệt độ và dung sai sai lệch của chúng trong mùa đông.

Hầu hết các tài liệu quy định đều quy định các phạm vi nhiệt độ sau đây để cho phép một người ở trong phòng một cách thoải mái.

Đối với mặt bằng văn phòng không phải nhà ở có diện tích lên tới 100 m²:

• 22-24°С - nhiệt độ không khí tối ưu;
• 1°C - dao động cho phép.

Đối với mặt bằng văn phòng có diện tích trên 100 m² nhiệt độ là 21-23°C. Đối với các cơ sở công nghiệp phi dân cư, phạm vi nhiệt độ rất khác nhau tùy thuộc vào mục đích của căn phòng và các tiêu chuẩn bảo hộ lao động được thiết lập.

Mỗi người có nhiệt độ phòng thoải mái riêng. Một số người thích căn phòng rất ấm áp, những người khác cảm thấy thoải mái khi căn phòng mát mẻ - tất cả đều khá riêng biệt

Đối với mặt bằng nhà ở: căn hộ, nhà riêng, khu bất động sản, v.v., có những phạm vi nhiệt độ nhất định có thể được điều chỉnh tùy theo mong muốn của cư dân.

Chưa hết, đối với mặt bằng cụ thể của một căn hộ và một ngôi nhà, chúng ta có:

• 20-22°С - phòng khách, kể cả phòng trẻ em, dung sai ±2°С -
• 19-21°С - nhà bếp, nhà vệ sinh, dung sai ±2°С;
• 24-26°C - phòng tắm, vòi hoa sen, hồ bơi, dung sai ±1°С;
• 16-18°С — hành lang, hành lang, cầu thang, phòng chứa đồ, dung sai +3°С

Điều quan trọng cần lưu ý là có một số thông số cơ bản hơn ảnh hưởng đến nhiệt độ trong phòng và bạn cần tập trung vào khi tính toán hệ thống sưởi: độ ẩm (40-60%), nồng độ oxy và carbon dioxide trong không khí ( 250:1), khối lượng tốc độ di chuyển của không khí (0,13-0,25 m/s), v.v.

Tính toán tổn thất nhiệt trong nhà

Theo định luật thứ hai của nhiệt động lực học (vật lý học), không có sự truyền năng lượng tự phát từ các vật thể nhỏ hơn hoặc vĩ mô nóng hơn. Một trường hợp đặc biệt của định luật này là sự “cố gắng” tạo ra sự cân bằng nhiệt độ giữa hai hệ nhiệt động.

Ví dụ: hệ thống thứ nhất là môi trường có nhiệt độ -20°C, hệ thống thứ hai là tòa nhà có nhiệt độ bên trong +20°C. Theo định luật trên, hai hệ thống này sẽ cố gắng cân bằng thông qua việc trao đổi năng lượng. Điều này sẽ xảy ra với sự trợ giúp của việc thất thoát nhiệt từ hệ thống thứ hai và làm mát ở hệ thống thứ nhất.

Chúng tôi chắc chắn có thể nói rằng nhiệt độ môi trường xung quanh phụ thuộc vào vĩ độ nơi có ngôi nhà riêng. Và sự chênh lệch nhiệt độ ảnh hưởng tới lượng nhiệt thoát ra từ tòa nhà (+)

Mất nhiệt đề cập đến sự giải phóng nhiệt (năng lượng) không tự nguyện từ một vật thể nào đó (ngôi nhà, căn hộ). Đối với một căn hộ thông thường, quá trình này không quá “đáng chú ý” so với một ngôi nhà riêng, vì căn hộ nằm bên trong tòa nhà và “liền kề” với các căn hộ khác.

Trong một ngôi nhà riêng, nhiệt thoát ra ở mức độ này hay mức độ khác qua các bức tường bên ngoài, sàn nhà, mái nhà, cửa sổ và cửa ra vào.

Biết được lượng nhiệt tổn thất trong những điều kiện thời tiết bất lợi nhất và đặc điểm của những điều kiện này, có thể tính toán công suất của hệ thống sưởi với độ chính xác cao.

Vì vậy, lượng nhiệt rò rỉ từ tòa nhà được tính theo công thức sau:

Q=Q_{sàn nhà}+Q_tường+Q_{cửa sổ}+Q_{mái nhà}+Q_cửa+…+Hỏi_Tôi, Ở đâu

Tề - thể tích tổn thất nhiệt từ loại vỏ đồng nhất của tòa nhà.

Mỗi thành phần của công thức được tính bằng công thức:

Q=S*∆T/R, Ở đâu

• Q - rò rỉ nhiệt, V;
• S - diện tích của một loại cấu trúc cụ thể, mét vuông. m;
• ∆T - chênh lệch nhiệt độ không khí xung quanh và trong nhà, °C;
• R - điện trở nhiệt của một loại kết cấu nhất định, m²*°C/W.

Nên lấy giá trị điện trở nhiệt của vật liệu thực tế hiện có từ các bảng phụ.

Ngoài ra, điện trở nhiệt có thể thu được bằng cách sử dụng mối quan hệ sau:

R=d/k, Ở đâu

• R – điện trở nhiệt, (m²*K)/W;
• k – hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/(m²*ĐẾN);
• d - độ dày của vật liệu này, m.

Trong những ngôi nhà cũ có kết cấu mái ẩm ướt, hiện tượng rò rỉ nhiệt xảy ra ở phần trên của tòa nhà, cụ thể là qua mái nhà và tầng áp mái. Triển khai các hoạt động về trần cách nhiệt hoặc cách nhiệt mái gác mái giải quyết vấn đề.

Nếu bạn cách nhiệt không gian gác mái và mái nhà, tổng lượng nhiệt thất thoát từ ngôi nhà có thể giảm đáng kể

Có một số kiểu mất nhiệt khác trong nhà thông qua các vết nứt trên kết cấu, hệ thống thông gió, máy hút mùi nhà bếp, cửa sổ và cửa ra vào mở. Nhưng sẽ không có ý nghĩa gì nếu tính đến khối lượng của chúng, vì chúng chiếm không quá 5% tổng số lần rò rỉ nhiệt chính.

Xác định công suất nồi hơi

Để duy trì sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và nhiệt độ bên trong ngôi nhà, cần có hệ thống sưởi ấm tự động, hệ thống này duy trì nhiệt độ mong muốn trong mỗi phòng của ngôi nhà riêng.

Hệ thống sưởi ấm dựa trên các loại khác nhau các loại nồi hơi: nhiên liệu lỏng hoặc rắn, điện hoặc khí đốt.

Nồi hơi là bộ phận trung tâm của hệ thống sưởi ấm tạo ra nhiệt. Đặc điểm chính của nồi hơi là công suất của nó, cụ thể là tốc độ chuyển đổi lượng nhiệt trên một đơn vị thời gian.

Sau khi tính toán tải nhiệt, chúng ta thu được công suất định mức cần thiết của lò hơi.

Đối với căn hộ nhiều phòng thông thường, công suất lò hơi được tính thông qua diện tích và công suất riêng:

R_{Nồi hơi}=(S_{cơ sở}*R_{cụ thể})/10, Ở đâu

• S_{cơ sở} - tổng diện tích của phòng được sưởi ấm;
• R_{cụ thể} - công suất cụ thể liên quan đến điều kiện khí hậu.

Nhưng công thức này không tính đến tổn thất nhiệt, lượng nhiệt này đủ trong một ngôi nhà riêng.

Có một tỷ lệ khác tính đến tham số này:

R_{Nồi hơi}=(Q_{lỗ vốn}*S)/100, Ở đâu

• R_{Nồi hơi} - công suất nồi hơi;
• Q_{lỗ vốn} - mất nhiệt;
• S - khu vực được sưởi ấm.

Công suất thiết kế của lò hơi cần được tăng lên. Dự trữ là cần thiết nếu bạn định sử dụng nồi hơi để đun nóng nước cho phòng tắm và nhà bếp.

Trong hầu hết các hệ thống sưởi ấm của nhà riêng, nên sử dụng bể giãn nở, trong đó nguồn cung cấp chất làm mát sẽ được lưu trữ. Mỗi nhà riêng đều cần cung cấp nước nóng

Để cung cấp năng lượng dự trữ cho lò hơi, hệ số an toàn K phải được bổ sung vào công thức cuối cùng:

R_{Nồi hơi}=(Q_{lỗ vốn}*S*K)/100, Ở đâu

ĐẾN — sẽ bằng 1,25, nghĩa là công suất thiết kế của lò hơi sẽ tăng thêm 25%.

Do đó, công suất lò hơi giúp duy trì nhiệt độ không khí tiêu chuẩn trong các phòng của tòa nhà, cũng như có một lượng nước nóng ban đầu và bổ sung trong nhà.

Các tính năng của việc lựa chọn bộ tản nhiệt

Các bộ phận tiêu chuẩn để cung cấp nhiệt trong phòng là bộ tản nhiệt, tấm pin, hệ thống sưởi dưới sàn, bộ đối lưu, v.v.Các bộ phận phổ biến nhất của hệ thống sưởi ấm là bộ tản nhiệt.

Bộ tản nhiệt là một cấu trúc kiểu mô-đun rỗng đặc biệt được làm bằng hợp kim có khả năng tản nhiệt cao. Nó được làm bằng thép, nhôm, gang, gốm sứ và các hợp kim khác. Nguyên lý hoạt động của bộ tản nhiệt sưởi ấm được giảm xuống thành bức xạ năng lượng từ chất làm mát vào không gian của căn phòng thông qua các “cánh hoa”.

Bộ tản nhiệt bằng nhôm và lưỡng kim đã thay thế những cục pin gang khổng lồ. Sự đơn giản trong sản xuất, truyền nhiệt cao, thiết kế và thiết kế thành công đã khiến sản phẩm này trở thành một công cụ phổ biến và rộng rãi để tỏa nhiệt trong nhà

Có một số phương pháp tính toán tản nhiệt trong căn phòng. Danh sách các phương pháp dưới đây được sắp xếp theo thứ tự tăng độ chính xác của phép tính.

Tùy chọn tính toán:

1. Theo khu vực. N=(S*100)/C, trong đó N là số phần, S là diện tích phòng (m²), C - truyền nhiệt của một phần của bộ tản nhiệt (W, lấy từ hộ chiếu hoặc giấy chứng nhận cho sản phẩm), 100 W - lượng nhiệt cần thiết để làm nóng 1 m² (giá trị thực nghiệm). Câu hỏi đặt ra: làm thế nào để tính đến chiều cao của trần phòng?
2. Bởi âm lượng. N=(S*H*41)/C, trong đó N, S, C tương tự nhau. H - chiều cao phòng, 41 W - lượng nhiệt cần thiết để sưởi ấm 1 m³ (giá trị thực nghiệm).
3. Theo tỷ lệ cược. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, trong đó N, S, C và 100 giống nhau. k1 - có tính đến số lượng buồng trong cửa sổ lắp kính hai lớp của phòng, k2 - khả năng cách nhiệt của tường, k3 - tỷ lệ diện tích cửa sổ so với diện tích phòng, k4 - nhiệt độ trung bình dưới 0 trong tuần lạnh nhất của mùa đông, k5 - số bức tường bên ngoài của một căn phòng (kéo dài ra đường), k6 - loại phòng phía trên, k7 - chiều cao trần.

Đây là tùy chọn chính xác nhất để tính toán số phần. Đương nhiên, kết quả tính toán phân số luôn được làm tròn đến số nguyên tiếp theo.

Tính toán thủy lực cấp nước

Tất nhiên, “bức tranh” tính toán nhiệt để sưởi ấm không thể hoàn thiện nếu không tính toán các đặc tính như thể tích và tốc độ của chất làm mát. Trong hầu hết các trường hợp, chất làm mát là nước thông thường ở trạng thái tổng hợp lỏng hoặc khí.

Nên tính toán thể tích thực tế của chất làm mát bằng cách tính tổng tất cả các khoang trong hệ thống sưởi. Khi sử dụng nồi hơi một mạch, đây là lựa chọn tốt nhất. Khi sử dụng nồi hơi hai mạch trong hệ thống sưởi ấm, cần tính đến việc tiêu thụ nước nóng cho mục đích vệ sinh và các mục đích sinh hoạt khác.

Việc tính toán thể tích nước được làm nóng bằng nồi hơi hai mạch để cung cấp nước nóng và làm nóng chất làm mát cho cư dân được thực hiện bằng cách tính tổng thể tích bên trong của mạch sưởi và nhu cầu thực tế của người sử dụng đối với nước nóng.

Thể tích nước nóng trong hệ thống sưởi ấm được tính theo công thức:

W=k*P, Ở đâu

• W - thể tích chất làm mát;
• P - công suất sưởi ấm của nồi hơi;
• k - hệ số công suất (số lít trên một đơn vị công suất, bằng 13,5, phạm vi - 10-15 lít).

Kết quả là công thức cuối cùng trông như thế này:

W = 13,5*P

Vận tốc chất làm mát là đánh giá động học cuối cùng của hệ thống sưởi ấm, đặc trưng cho tốc độ lưu thông chất lỏng trong hệ thống.

Giá trị này giúp đánh giá loại và đường kính của đường ống:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Ở đâu

• P - công suất nồi hơi;
• μ - hiệu suất nồi hơi;
• ∆T - Chênh lệch nhiệt độ giữa nước cấp và nước về.

Sử dụng các phương pháp trên tính toán thủy lực, sẽ có thể thu được các thông số thực tế là “nền tảng” của hệ thống sưởi ấm trong tương lai.

Ví dụ về tính toán nhiệt

Để làm ví dụ về tính toán nhiệt, chúng ta có một ngôi nhà 1 tầng bình thường với 4 phòng khách, một nhà bếp, một phòng tắm, một “khu vườn mùa đông” và các phòng tiện ích.

Nền móng bằng tấm bê tông cốt thép nguyên khối (20 cm), tường ngoài bằng bê tông (25 cm) trát vữa, mái bằng dầm gỗ, mái lợp ngói kim loại và bông khoáng (10 cm)

Hãy để chúng tôi chỉ định các thông số ban đầu của ngôi nhà cần thiết cho việc tính toán.

Kích thước tòa nhà:

• chiều cao sàn - 3 m;
• cửa sổ nhỏ phía trước và phía sau tòa nhà 1470*1420 mm;
• cửa sổ mặt tiền lớn 2080*1420 mm;
• cửa ra vào 2000*900 mm;
• cửa sau (lối ra sân thượng) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Tổng chiều rộng của tòa nhà là 9,5 m², chiều dài 16 m². Chỉ có phòng khách (4 căn), phòng tắm và nhà bếp mới được sưởi ấm.

Để tính toán chính xác sự mất nhiệt trên tường, bạn cần trừ diện tích của tất cả các cửa sổ và cửa ra vào khỏi diện tích của các bức tường bên ngoài - đây là một loại vật liệu hoàn toàn khác với khả năng chịu nhiệt riêng

Chúng tôi bắt đầu bằng cách tính diện tích của vật liệu đồng nhất:

• diện tích sàn - 152 m²;
• diện tích mái - 180 m² , xét chiều cao tầng gác là 1,3 m, chiều rộng xà gồ là 4 m;
• diện tích cửa sổ - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• diện tích cửa - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

Diện tích tường ngoài sẽ là 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Hãy chuyển sang tính toán tổn thất nhiệt cho từng vật liệu:

• Q_{sàn nhà}=S*∆T*k/d=152*20*0,2/1,7=357,65 W;
• Q_{mái nhà}=180*40*0,1/0,05=14400 W;
• Q_{cửa sổ}=9,22*40*0,36/0,5=265,54 W;
• Q_{cửa ra vào}=7,4*40*0,15/0,75=59,2 W;

Và cả Q._tường tương đương với 136,38*40*0,25/0,3=4546. Tổng tổn thất nhiệt sẽ là 19628,4 W.

Kết quả tính được công suất lò hơi: P_{Nồi hơi}=Q_{lỗ vốn}*S_{sưởi_phòng}*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.

Chúng tôi sẽ tính toán số lượng bộ phận tản nhiệt cho một trong các phòng. Đối với tất cả những người khác, các tính toán là tương tự. Ví dụ: căn phòng ở góc (bên trái, góc dưới sơ đồ) có diện tích 10,4 m2.

Điều này có nghĩa là 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.

Căn phòng này cần 9 bộ phận tản nhiệt sưởi ấm với công suất tỏa nhiệt 180 W.

Hãy chuyển sang tính lượng chất làm mát trong hệ thống - W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Điều này có nghĩa là tốc độ chất làm mát sẽ là: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Do đó, tốc độ quay hoàn toàn của toàn bộ thể tích chất làm mát trong hệ thống sẽ tương đương với 2,87 lần mỗi giờ.

Tuyển tập các bài viết về tính toán nhiệt sẽ giúp bạn xác định các thông số chính xác của các bộ phận của hệ thống sưởi:

1. Tính toán hệ thống sưởi ấm của một ngôi nhà riêng: quy tắc và ví dụ tính toán
2. Tính toán kỹ thuật nhiệt của tòa nhà: chi tiết cụ thể và công thức thực hiện tính toán + ví dụ thực tế

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Một tính toán đơn giản về hệ thống sưởi ấm cho một ngôi nhà riêng được trình bày trong phần đánh giá sau:

Tất cả sự tinh tế và các phương pháp được chấp nhận chung để tính toán tổn thất nhiệt của tòa nhà được trình bày dưới đây:

Một lựa chọn khác để tính toán rò rỉ nhiệt trong một ngôi nhà riêng điển hình:

Video này mô tả các tính năng của sự lưu thông của các chất mang năng lượng để sưởi ấm ngôi nhà:

Tính toán nhiệt của hệ thống sưởi ấm có tính chất riêng lẻ và phải được thực hiện một cách thành thạo và cẩn thận. Tính toán càng chính xác thì chủ sở hữu của một ngôi nhà ở nông thôn sẽ càng ít phải trả quá nhiều tiền trong quá trình vận hành.

Bạn có kinh nghiệm thực hiện tính toán nhiệt của hệ thống sưởi ấm không? Hoặc vẫn còn thắc mắc về chủ đề này? Hãy chia sẻ ý kiến ​​​​của bạn và để lại ý kiến. Khối phản hồi nằm ở bên dưới.