Używanie wody jako nośnika ciepła w systemie grzewczym jest jedną z najpopularniejszych opcji utrzymywania ciepła w domu w zimnych porach roku. Konieczne jest tylko prawidłowe zaprojektowanie, a następnie zainstalowanie systemu. W przeciwnym razie ogrzewanie będzie nieefektywne przy wysokich kosztach paliwa, co, jak widzicie, jest niezwykle nieciekawe przy obecnych cenach energii.
Niemożliwe jest samodzielne obliczanie ogrzewania wody (dalej - ITS) bez użycia specjalistycznych programów, ponieważ obliczenia wykorzystują złożone wyrażenia, których nie można określić za pomocą standardowego kalkulatora. W tym artykule szczegółowo przeanalizujemy algorytm wykonywania obliczeń, podamy zastosowane formuły, po rozważeniu przebiegu obliczeń na podstawie konkretnego przykładu.
Uzupełnimy prezentowany materiał o tabele z wartościami i wskaźnikami referencyjnymi, które są potrzebne podczas obliczeń, zdjęcie tematyczne i klip wideo, który pokazuje dobry przykład obliczeń za pomocą programu.
Obliczanie bilansu cieplnego struktury mieszkaniowej
W celu wprowadzenia instalacji grzewczej, w której woda działa jako substancja krążąca, należy najpierw przeprowadzić dokładne obliczenia hydrauliczne.
Przy opracowywaniu i wdrażaniu jakiegokolwiek systemu grzewczego należy znać bilans cieplny (dalej - TB). Znając moc cieplną do utrzymania temperatury w pomieszczeniu, możesz wybrać odpowiedni sprzęt i prawidłowo rozłożyć jego obciążenie.
Zimą w pomieszczeniu występują pewne straty ciepła (dalej - TP). Większość energii przechodzi przez elementy otaczające i otwory wentylacyjne. Niewielkie koszty spadają na infiltrację, ogrzewanie przedmiotów itp.








TP zależy od warstw, które tworzą otaczające struktury (dalej - OK). Nowoczesne materiały budowlane, w szczególności izolacja, mają niski współczynnik przewodności cieplnej (zwany dalej CT), dzięki czemu mniej ciepła jest przez nie tracone. W przypadku domów tego samego obszaru, ale o innej strukturze OK, koszty ogrzewania będą różne.
Oprócz określenia TA ważne jest, aby obliczyć TB mieszkania. Wskaźnik bierze pod uwagę nie tylko ilość energii opuszczającej pomieszczenie, ale także ilość niezbędnej mocy do utrzymania pewnych stopni w domu.
Najdokładniejsze wyniki zapewniają specjalistyczne programy przeznaczone dla budowniczych. Dzięki nim możliwe jest uwzględnienie większej liczby czynników wpływających na TP.

Przy wysokiej dokładności możliwe jest obliczenie TP mieszkania za pomocą wzorów.
Całkowite koszty ogrzewania domu są obliczane za pomocą równania:
Q = Q ok + Q v,
Gdzie Q ok to ilość ciepła opuszczającego pomieszczenie przez OK; Q v - zużycie ciepła wentylacji.
Straty przez wentylację są brane pod uwagę, jeśli powietrze wpływające do pomieszczenia ma niższą temperaturę.
Obliczenia są zazwyczaj uwzględniane OK, wchodząc na jedną stronę ulicy. Są to ściany zewnętrzne, podłoga, dach, drzwi i okna.
Ogólne TP Q ok są równe sumie TP każdy OK, czyli:
Q ok = ∑Q st + ∑Q okn + ∑Q dv + ∑Q ptl + ∑Q pl,
Gdzie
- Q st - wartość TP ścian;
- Q okn - okna TP;
- Q dv - drzwi TP;
- Q ptl - pułap TP;
- Q pl - Podłoga TP.
Jeśli podłoga lub sufit mają inną strukturę na całym obszarze, TP jest obliczana dla każdej sekcji oddzielnie.
Obliczanie strat ciepła przez OK
Do obliczeń wymagane są następujące informacje:
- struktura ściany, użyte materiały, ich grubość, CT;
- temperatura zewnętrzna w wyjątkowo zimnej pięciodniowej zimie w mieście;
- obszar OK;
- orientacja OK;
- zalecana temperatura w mieszkaniu w zimie.
Aby obliczyć TP, należy znaleźć całkowity opór cieplny R ok . Aby to zrobić, musimy znać opór cieplny R 1, R 2, R 3, …, R n każdej warstwy OK.
Współczynnik R n oblicza się według wzoru:
Rn = B / k,
We wzorze: B to grubość warstwy OK w mm, k to skan CT każdej warstwy.
Całkowita R może być określona przez wyrażenie:
R = ∑R n
Producenci drzwi i okien zazwyczaj wskazują współczynnik R w paszporcie na produkt, więc nie ma potrzeby liczenia go osobno.

Ogólna formuła obliczania TP przez OK jest następująca:
Q ok = ∑S × (t vnt - t nar ) × R × l,
Pod względem:
- S - obszar OK, m 2 ;
- t vnt to żądana temperatura pokojowa;
- t nar - temperatura powietrza zewnętrznego;
- R - współczynnik oporu, obliczany oddzielnie lub pobierany z paszportu produktu;
- l - określenie współczynnika uwzględniającego orientację ścian względem punktów kardynalnych.
Obliczanie TB pozwala odebrać sprzęt o wymaganej pojemności, co eliminuje prawdopodobieństwo niedoboru ciepła lub jego nadmiar. Niedobór energii cieplnej jest kompensowany przez zwiększenie przepływu powietrza przez wentylację, nadwyżkę - przez zainstalowanie dodatkowego sprzętu grzewczego.
Zużycie ciepła wentylacji
Ogólna formuła obliczania TP wentylacji jest następująca:
Q v = 0, 28 × L n × p vnt × c × (t vnt - t nar ),
W wyrażeniu zmienne mają następujące znaczenie:
- L n - koszt przychodzącego powietrza;
- p vnt - gęstość powietrza przy określonej temperaturze w pomieszczeniu;
- c to pojemność cieplna powietrza;
- t vnt - temperatura w domu;
- t nar - temperatura powietrza zewnętrznego.
Jeśli w budynku zainstalowana jest wentylacja, wówczas parametr Ln pochodzi z charakterystyki technicznej urządzenia. Jeśli nie ma wentylacji, wówczas przyjmuje się standardowy wskaźnik wymiany powietrza, równy 3 m3 na godzinę.
Na tej podstawie Ln oblicza się według wzoru:
L n = 3 × S pl ,
Pod względem powierzchni - powierzchnia.

Następnie należy obliczyć gęstość powietrza p vnt w danej temperaturze t vnt .
Można to zrobić za pomocą wzoru:
p vnt = 353 / (273 + t vnt) ,
Pojemność cieplna właściwa c = 1.0005.
Jeśli wentylacja lub infiltracja jest niezorganizowana, w ścianach są luki lub dziury, a następnie obliczenie TP przez otwory należy powierzyć programom specjalnym.
W naszym innym artykule podaliśmy szczegółowy przykład projektu ciepłowniczego budynku z konkretnymi przykładami i wzorami.
Przykład obliczenia bilansu ciepła
Rozważmy dom o wysokości 2, 5 m, szerokości 6 mi długości 8 m, położony w mieście Okha w regionie Sachalin, gdzie termometr termometru spada o -29 stopni do wyjątkowo zimnego 5-dniowego okresu.
W wyniku pomiaru temperatura gleby została ustawiona na +5. Zalecana temperatura wewnątrz konstrukcji wynosi + 21 stopni.

Ściany przedmiotowego domu składają się z:
- grubość muru B = 0, 51 m, CT k = 0, 64;
- wełna mineralna B = 0, 05 m, k = 0, 05;
- licowanie B = 0, 09 m, k = 0, 26.
Przy określaniu k lepiej jest korzystać z tabel przedstawionych na stronie producenta lub znaleźć informacje w karcie danych produktu.

Podłoga składa się z następujących warstw:
- Płyty OSB B = 0, 1 m, k = 0, 13;
- minwats B = 0, 05 m, k = 0, 047;
- jastrych cementowy B = 0, 05 m, k = 0, 58;
- ekspandowany polistyren B = 0, 06 m, k = 0, 043.
W domu nie ma piwnicy, a podłoga ma taką samą strukturę na całym obszarze.
Sufit składa się z warstw:
- arkusze suchej zabudowy B = 0, 025 m, k = 0, 21;
- izolacja B = 0, 05 m, k = 0, 14;
- zakładka pokrycia dachowego B = 0, 05 m, k = 0, 043.
Nie ma wyjść na strych.
W domu jest tylko 6 okien dwukomorowych ze szkłem I i argonem. Od paszportu technicznego do produktów wiadomo, że R = 0, 7. Okna mają wymiary 1, 1x1, 4 m.
Drzwi mają wymiary 1x2.2 m, R = 0.36.
Krok 1 - obliczanie strat ciepła na ścianie
Ściany w całym obszarze składają się z trzech warstw. Najpierw obliczamy ich całkowity opór cieplny.
Po co używać wzoru:
R = ∑R n ,
i wyrażenie:
Rn = b / k
Biorąc pod uwagę początkowe informacje, otrzymujemy:
Rst = 0, 51 / 0, 64 + 0, 05 / 0, 05 + 0, 09 / 0, 26 = 0, 79 + 1 + 0, 35 = 2, 14
Po opanowaniu R można przystąpić do obliczeń TS ścian północnych, południowych, wschodnich i zachodnich.

Oblicz obszar północnej ściany:
S sev.sten = 8 × 2, 5 = 20
Następnie, zastępując formułę Q ok = ∑S × (t vnt −t nar ) × R × l, biorąc pod uwagę, że l = 1, 1, otrzymujemy:
Q sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1, 1 × 2, 14 = 2354
Obszar południowej ściany S yuch.st = S sev.st = 20.
W ścianie nie ma wbudowanych okien ani drzwi, dlatego biorąc pod uwagę współczynnik l = 1, otrzymujemy następującą TP:
Q yuch.st = 20 x (21 + 29) x 1 x 2, 14 = 2140
Dla ścian zachodnich i wschodnich współczynnik wynosi l = 1, 05. Dlatego można znaleźć całkowitą powierzchnię tych ścian, to znaczy:
S zap.st + S vost.st = 2 × 2, 5 × 6 = 30
W ścianach jest 6 okien i jedna brama. Oblicz całkowitą powierzchnię okien i drzwi S:
S okn = 1, 1 x 1, 4 x 6 = 9, 24
S dv = 1 × 2, 2 = 2, 2
Zdefiniuj ściany S bez okien i drzwi S:
S vost + zap = 30 - 9, 24 - 2, 2 = 18, 56
Obliczamy ogólny TP ścian wschodnich i zachodnich:
Q vost + zap = 18, 56 × (21 + 29) × 2, 14 × 1, 05 = 2085
Po uzyskaniu wyników obliczamy ilość ciepła uciekającego przez ściany:
Qst = Q sest.st + Q yuch.st + Q vost + zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579
Całkowita całkowita ściana TP wynosi 6 kW.
Krok 2 - Obliczanie okien i drzwi TP
Okna znajdują się na ścianach wschodniej i zachodniej, więc przy obliczaniu współczynnik wynosi l = 1, 05. Wiadomo, że struktura wszystkich struktur jest taka sama, a R = 0, 7.
Korzystając z podanych powyżej wartości powierzchni, otrzymujemy:
Q okn = 9, 24 × (21 + 29) × 1, 05 × 0, 7 = 340
Wiedząc, że dla drzwi R = 0, 36 i S = 2, 2, definiujemy je TP:
Q dv = 2, 2 × (21 + 29) × 1, 05 × 0, 36 = 42
W rezultacie przez okna wydobywa się 340 W ciepła, a przez drzwi 42 W.
Krok 3 - określenie podłogi i sufitu TP
Oczywiście powierzchnia sufitu i podłogi będzie taka sama i jest obliczana w następujący sposób:
S pol = S ptl = 6 × 8 = 48
Oblicz całkowity opór cieplny podłogi, biorąc pod uwagę jej strukturę.
R pol = 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
Wiedząc, że temperatura gleby t nar = + 5 i biorąc pod uwagę współczynnik l = 1, obliczamy Q podłogi:
Q pol = 48 × (21 - 5) × 1 × 3, 4 = 2611
Uzupełniamy, że straty ciepła na podłodze wynoszą około 3 kW.

Określ opór cieplny ptl R sufitu i jego Q:
- R ptl = 0, 025 / 0, 21 + 0, 05 / 0, 14 + 0, 05 / 0, 043 = 0, 12 + 0, 71 + 0, 35 = 1, 18
- Q ptl = 48 × (21 + 29) × 1 × 1, 18 = 2832
Wynika to z sufitu i podłogi wynosi prawie 6 kW.
Krok 4 - Obliczanie TP wentylacji
Wentylacja wewnętrzna jest zorganizowana, obliczona według wzoru:
Q v = 0, 28 × L n × p vnt × c × (t vnt - t nar )
W oparciu o charakterystykę techniczną określona wymiana ciepła wynosi 3 metry sześcienne na godzinę, czyli:
L n = 3 x 48 = 144.
Aby obliczyć gęstość, używamy wzoru:
p vnt = 353 / (273 + t vnt ).
Projektowa temperatura pomieszczenia wynosi +21 stopni.

Zastępując znane wartości otrzymujemy:
p vnt = 353 / (273 + 21) = 1, 2
Zastąp wynikowe liczby w powyższym wzorze:
Q v = 0, 28 × 144 × 1, 2 × 1, 005 × (21–29) = 2431
Biorąc pod uwagę TP dla wentylacji, całkowita Q budynku będzie:
Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.
Przetłumaczone na kW, otrzymujemy całkowitą stratę ciepła 16 kW.




Cechy obliczania CBO
Po znalezieniu wskaźnika TP przystępują do obliczeń hydraulicznych (zwanych dalej GR).
Na jego podstawie otrzymuj informacje o następujących wskaźnikach:
- optymalna średnica rur, które przy spadkach ciśnienia będą w stanie przepuścić określoną ilość chłodziwa;
- przepływ chłodziwa w określonym obszarze;
- prędkości wody;
- wartość oporu.
Przed rozpoczęciem obliczeń, aby uprościć obliczenia, przedstawiają one schemat przestrzenny systemu, w którym wszystkie jego elementy są ułożone równolegle do siebie.

Rozważ główne etapy obliczania ogrzewania wody.
Główny pierścień cyrkulacji GR
Metoda obliczania GR opiera się na założeniu, że we wszystkich pionach i gałęziach spadki temperatury są takie same.
Algorytm obliczania jest następujący:
- Na przedstawionym schemacie, biorąc pod uwagę straty ciepła, stosuje się obciążenia cieplne działające na urządzenia grzewcze i piony.
- Na podstawie schematu wybierz główny pierścień obiegowy (dalej - FCC). Osobliwością tego pierścienia jest to, że w nim ciśnienie cyrkulacji na jednostkę długości pierścienia przyjmuje najmniejszą wartość.
- FCC dzieli się na obszary o stałym zużyciu ciepła. Dla każdego miejsca należy podać liczbę, obciążenie cieplne, średnicę i długość.
W pionowym systemie jednoprzewodowym fcc jest traktowany jako pierścień, przez który najbardziej obciążony pion przechodzi podczas ślepej uliczki lub po ruchu wody wzdłuż autostrad. Bardziej szczegółowo omówiliśmy połączenie pierścieni obiegowych w systemie jednoprzewodowym i wybór głównego pierścienia w następnym artykule. Oddzielnie zwracaliśmy uwagę na procedurę wykonywania obliczeń, wykorzystując konkretny przykład dla jasności.

W układzie poziomym jednoprzewodowym fcc powinien mieć najniższe ciśnienie cyrkulacyjne i jednostkę długości pierścienia. W systemach z naturalnym obiegiem sytuacja jest podobna.
Przy GH pionowych pionów typu pojedynczej rury, przepływowe, regulowane piony, mające w swoim składzie zespolone jednostki, są uważane za pojedynczy kontur. W przypadku pionów z sekcjami zamykającymi tworzą separację, biorąc pod uwagę rozkład wody w rurociągu każdego węzła instrumentu.
Zużycie wody na danym obszarze oblicza się według wzoru:
G kont = (3, 6 × Q kont × β 1 × β 2 ) / ((t r - t 0 ) × c)
W wyrażeniu symbole literalne akceptują następujące wartości:
- Q kont - obwód obciążenia termicznego;
- β 1, β 2 - dodatkowe współczynniki tabeli, które uwzględniają wymianę ciepła w pomieszczeniu;
- c to pojemność cieplna wody równa 4, 187;
- t r - temperatura wody w linii zasilającej;
- t 0 - temperatura wody w przewodzie powrotnym.
Po określeniu średnicy i ilości wody konieczne jest ustalenie prędkości jej ruchu i wartości rezystywności R. Wszystkie obliczenia są najwygodniej wykonywane przy użyciu specjalnych programów.
Wtórny pierścień cyrkulacyjny GH
Po pierścieniu głównym GH ciśnienie w małym pierścieniu cyrkulacyjnym jest określane przez najbliższe piony, biorąc pod uwagę, że straty ciśnienia mogą różnić się o nie więcej niż 15% od obwodu martwego i nie więcej niż o 5% przy przejściu.
Jeśli nie można połączyć spadku ciśnienia, należy zainstalować podkładkę przepustnicy, której średnicę oblicza się za pomocą metod programowych.
Obliczanie baterii chłodnicy
Wracamy do planu domu, znajdującego się powyżej. Obliczenia wykazały, że utrzymanie równowagi cieplnej będzie wymagać 16 kW energii. W tym domu znajduje się 6 pomieszczeń do różnych celów - salon, łazienka, kuchnia, sypialnia, korytarz, przedpokój.
Na podstawie wymiarów konstrukcji możliwe jest obliczenie objętości V:
V = 6 x 8 x 2, 5 = 120 m3
Następnie musisz znaleźć ilość mocy cieplnej na m 3 . Aby to zrobić, Q musi zostać podzielone przez znaleziony wolumin, czyli:
P = 16000/120 = 133 W na m3
Następnie musisz określić, jaka pojemność cieplna będzie wymagana dla jednego pomieszczenia. Na diagramie obszar każdego pokoju jest już obliczony.
Określ głośność:
- łazienka ma 4, 19 x 2, 5 = 10, 47;
- pokój dzienny - 13, 83 × 2, 5 = 34, 58;
- kuchnia - 9, 43 × 2, 5 = 23, 58;
- sypialnia - 10, 33 × 2, 5 = 25, 83;
- коридор – 4.10×2.5=10.25;
- прихожая – 5.8×2.5=14.5.
В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.

Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р.
Получим требуемую мощность:
- для санузла – 10.47×133=1392 Вт;
- для гостиной – 34.58×133=4599 Вт;
- для кухни – 23.58×133=3136 Вт;
- для спальни – 25.83×133=3435 Вт;
- для коридора – 10.25×133=1363 Вт;
- для прихожей – 14.5×133=1889 Вт.
Приступим к расчету радиаторных батарей. Будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт.
Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей:
- санузел – 1392/150=10;
- гостиная – 4599/150=31;
- кухня – 3136/150=21;
- спальня – 3435/150=23;
- прихожая – 1889/150=13.
Итого потребуется: 10+31+21+23+13=98 радиаторных батарей.
У нас на сайте также есть другие статьи, в которых мы подробно рассмотрели порядок выполнения теплового расчета системы отопления, пошаговый расчет мощности радиаторов и труб отопления. А если ваша система предполагает наличие теплых полов, то вам понадобится выполнить дополнительные вычисления.
Более подробно все эти вопросы освещены в следующих наших статьях:
- Obliczenia termiczne systemu grzewczego: jak poprawnie obliczyć obciążenie systemu
- Расчет радиаторов отопления: как рассчитать необходимое количество и мощность батарей
- Расчет объема трубы: принципы вычислений и правила производства расчетов в литрах и кубических метрах
- Jak obliczyć ogrzewaną podłogę na przykładzie systemu wodnego
- Расчёт труб для тёплого пола: виды труб, способы и шаг укладки + расчет расхода
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
В видео можно ознакомиться с примером расчета водяного отопления, который осуществляется средствами программы Valtec:
Гидравлические расчеты лучше всего осуществлять с помощью специальных программ, которые гарантируют высокую точность вычислений, учитывают все нюансы конструкции .
Вы специализируетесь на выполнении расчета систем отопления с использованием воды в качестве теплоносителя и хотите дополнить нашу статью полезными формулами, поделиться профессиональными секретами?
А может хотите акцентировать внимание на дополнительных расчетах или указать на неточность в наших вычислениях? Пишите, пожалуйста, свои замечания и рекомендации в блоке под статьей.