Calculul încălzirii cu aer: principii de bază + exemplu de calcul

Montarea sistemului de încălzire este imposibilă fără efectuarea calculelor preliminare. Informațiile obținute trebuie să fie cât mai exacte, de aceea calculul încălzirii cu aer este efectuat de experți folosind programe specializate, ținând cont de nuanțele construcției.

Puteți calcula singur sistemul de încălzire cu aer (denumit în continuare – SVO) având cunoștințe elementare de matematică și fizică.

În acest material, vă vom spune cum să calculați nivelul pierderilor de căldură ale casei și al SVO. Pentru a fi cât mai clar, vor fi date exemple concrete de calcule.

Calculul pierderilor de căldură ale casei

Pentru alegerea SVO, este necesar să se determine cantitatea de aer pentru sistem, temperatura inițială a aerului în conductă pentru încălzirea optimă a încăperii. Pentru a afla aceste informații, trebuie să calculați pierderile de căldură ale casei, iar calculele principale le veți face mai târziu.

Orice clădire pierde energie termică în perioada rece. Cantitatea maximă părăsește încăperea prin pereți, acoperiș, ferestre, uși și alte elemente de închidere (denumite în continuare – EI), care au o latură spre exterior.

Pentru a asigura o anumită temperatură în casă, trebuie să calculați puterea termică care poate compensa costurile termice și să mențină în casă temperatura dorită.

Există o opinie eronată că pierderile de căldură sunt aceleași pentru fiecare casă. Unele surse susțin că pentru încălzirea unei case mici de orice configurație sunt suficienți 10 kW, altele se limitează la cifre de 7-8 kW pe metru pătrat.

Conform schemei simplificate de calcul, fiecare 10 m² de suprafață utilă din regiunile nordice și zonele de centru trebuie alimentat cu 1 kW de putere termică. Această cifră, individuală pentru fiecare construcție, se înmulțește cu un coeficient de 1,15, creând astfel o rezervă de putere termică în cazul unor pierderi neprevăzute.

Cu toate acestea, astfel de estimări sunt destul de grosiere, iar pe deasupra, nu iau în considerare calitățile, particularitățile materialelor utilizate în construcția casei, condițiile climatice și alți factori care influențează cheltuielile termice.

Cantitatea de căldură pierdută depinde de suprafața elementului de închidere, de conductibilitatea termică a fiecărui strat al acestuia. Cea mai mare cantitate de energie termică părăsește încăperea prin pereți, podea, acoperiș, ferestre.

Dacă la construcția casei s-au folosit materiale de construcție moderne a căror conductibilitate termică este scăzută, atunci pierderile de căldură ale construcției vor fi mai mici, iar, prin urmare, puterea termică necesară va fi mai mică.

Dacă se ia un echipament termic care generează o putere mai mare decât cea necesară, va apărea un exces de căldură, care este de obicei compensat prin ventilație. În acest caz, apar cheltuieli financiare suplimentare.

Dacă pentru sistemul de încălzire cu aer (SIA) a fost selectat un echipament de putere mică, atunci în încăpere se va resimți un deficit de căldură, deoarece dispozitivul nu va putea genera cantitatea necesară de energie, motiv pentru care va fi nevoie să se achiziționeze instalații termice suplimentare.

Utilizarea poliuretanului spumos, a fibrei de sticlă și a altor izolatori moderni permite realizarea unei izolații termice maxime a încăperii.

Costurile termice ale clădirii depind de:

• elementele de închidere ale construcției (pereți, tavane etc.), de grosimea acestora;
• suprafața încălzită;
• orientarea față de punctele cardinale;
• temperatura minimă exterioară din regiune, oraș, pe parcursul a 5 zile de iarnă;
• durata sezonului de încălzire;
• proceselor de infiltrație și ventilație;
• aporturilor de căldură menajere;
• consumului de căldură pentru nevoi casnice.

Nu se poate calcula corect pierderea de căldură fără a lua în considerare infiltrația și ventilația, care influențează semnificativ componenta cantitativă. Infiltrația – procesul natural de deplasare a maselor de aer, care are loc în timpul deplasării oamenilor prin încăpere, deschiderii ferestrelor pentru aerisire și a altor procese casnice.

Ventilația – sistemul instalat special, prin care are loc alimentarea cu aer, iar aerul poate intra în încăpere cu o temperatură mai scăzută.

Prin ventilație se pierde de 9 ori mai multă căldură decât prin infiltrație naturală

Căldura pătrunde în încăpere nu numai prin sistemul de încălzire, ci și prin aparatele electrice care se încălzesc, becurile cu incandescență, oameni. Este important să se ia în considerare și consumul de căldură pentru încălzirea obiectelor reci aduse din exterior, a hainelor.

Înainte de a alege echipamentul pentru SAV, proiectarea sistemului de încălzire, este important să se calculeze cu mare precizie pierderile de căldură ale casei. Acest lucru se poate face cu ajutorul programului gratuit Valtec. Pentru a nu intra în detalii ale aplicației, se pot folosi formule matematice care oferă o precizie ridicată a calculelor.

Pentru a calcula pierderile totale de căldură Q ale locuinței, este necesar să se calculeze pierderile de căldură ale elementelor de închidere Q_org.k, consumul de energie pentru ventilație și infiltrație Q_v, să se ia în considerare consumurile menajere Q_t. Pierderile se măsoară și se înregistrează în W.

Pentru calcularea pierderilor totale de căldură Q se folosește formula:

Q = Q_org.k + Q_v – Q_t

Mai departe vom analiza formulele pentru determinarea pierderilor de căldură:

Q_org.k , Q_v,  Q_t.

Determinarea pierderilor de căldură ale elementelor de închidere

Prin elementele de închidere ale casei (pereți, uși, ferestre, tavan și podea) iese cea mai mare cantitate de căldură. Pentru a determina Q_org.k este necesar să se calculeze separat pierderile de căldură pe care le suportă fiecare element al construcției.

Adică Q_org.k se calculează după formula:

Q_org.k = Q_pol + Q_st + Q_okn + Q_pt + Q_dv

Pentru a determina Q al fiecărui element al casei, este necesar să se cunoască structura acestuia și coeficientul de conductivitate termică sau coeficientul de rezistență termică, care este indicat în fișa tehnică a materialului.

Pentru calcularea consumurilor de căldură se iau în considerare straturile care influențează izolația termică. De exemplu, izolații, zidărie, placări etc.

Calculul pierderilor de căldură se efectuează pentru fiecare strat omogen al elementului de închidere. De exemplu, dacă peretele este format din două straturi eterogene (izolație și zidărie de cărămidă), atunci calculul se efectuează separat pentru izolație și pentru zidăria de cărămidă.

Consumurile de căldură ale stratului se calculează ținând cont de temperatura dorită în încăpere conform expresiei:

Q_st = S × (t_v – t_n) × B × l/k

În expresie, variabilele au următorul sens:

• S – suprafața stratului, m²;
• t_v – temperatura dorită în casă, °С; pentru camerele de colț, temperatura se ia cu 2 grade mai sus;
• t_n  –  temperatura medie a celei mai reci perioade de 5 zile din regiune, °С;
• k – coeficientul de conductivitate termică a materialului;
• B – grosimea fiecărui strat al elementului de închidere, m;
• l – parametru tabelar, ține cont de particularitățile pierderilor de căldură pentru elementele de închidere situate în diferite orientări.

Dacă în peretele pentru care se efectuează calculul sunt încorporate ferestre sau uși, atunci la calculul Q din suprafața totală a elementului de închidere trebuie scăzută suprafața ferestrei sau ușii, deoarece pierderile lor de căldură vor fi diferite.

În fișa tehnică a ferestrelor sau ușilor se indică uneori coeficientul de transfer termic D, datorită căruia se pot simplifica calculele.

Coeficientul de rezistență termică se calculează după formula:

D = B/k

Formula pierderilor de căldură pentru un strat individual poate fi prezentată astfel:

Q_st = S × (t_v – t_n) × D × l

În practică, pentru calculul Q al podelei, pereților sau tavanelor, se calculează separat coeficienții D ai fiecărui strat al elementului de închidere, se însumează și se introduc în formula generală, simplificând procesul de calcul.

Contabilizarea costurilor de infiltrație și ventilație

În încăpere poate intra aer de temperatură scăzută din sistemul de ventilare, ceea ce influențează semnificativ pierderile de căldură. Formula generală pentru acest proces este:

Q_v = 0.28 × L_n × p_v × c × (t_v – t_n)

În expresie, simbolurile literale au următoarele semnificații:

• L_n – debitul de aer intrat, m³/h;
• p_v – densitatea aerului din încăpere la temperatura dată, kg/m³;
• t_v – temperatura din casă, °С;
• t_n –  temperatura medie a celei mai reci perioade de 5 zile din regiune, °С;
• c – capacitatea termică a aerului, kJ/(kg*°C).

Parametrul L_n se ia din caracteristicile tehnice ale sistemului de ventilare. În majoritatea cazurilor, schimbul de aer de alimentare are un debit specific de 3 m³/h, pe baza căruia L_n se calculează după formula:

L_n = 3 × S_pol

În formulă, S_pol – suprafața podelei, m².

Densitatea aerului din încăpere p_v se determină prin expresia:

p_v = 353/273+t_v

Aici t_v – temperatura setată în casă, măsurată în °С.

Capacitatea termică c este o mărime fizică constantă și este egală cu 1.005 kJ/(kg× °C).

La ventilarea naturală, aerul rece intră prin ferestre și uși, eliminând căldura prin coșul de fum.

Ventilarea neorganizată, sau infiltrația, se determină după formula:

Q_i = 0.28 × ∑G_h × c × (t_v – t_n) × k_t

În ecuație:

• G_h – debitul de aer prin fiecare element de închidere, este o valoare tabelară, kg/h;
• k_t – coeficientul de influență a fluxului de aer termic, se ia din tabel;
• t_v , t_n – temperaturile date în interior și exterior, °С.

La deschiderea ușilor au loc cele mai semnificative pierderi de căldură ale aerului, prin urmare, dacă intrarea este echipată cu perdele termice de aer, acestea trebuie, de asemenea, luate în considerare.

Perdeaua termică reprezintă un ventilator termic alungit, care formează un flux puternic în limitele deschiderii ferestrei sau ușii. Aceasta minimizează sau practic exclude pierderile de căldură și pătrunderea aerului din exterior chiar și atunci când ușa sau fereastra este deschisă.

Pentru calcularea pierderilor de căldură ale ușilor se utilizează formula:

Q_ot.d = Q_dv × j × H

În expresie:

• Q_dv – pierderile de căldură calculate ale ușilor exterioare;
• H – înălțimea clădirii, m;
• j – coeficient tabelar, dependent de tipul ușilor și de amplasarea acestora.

Dacă în casă există ventilație organizată sau infiltrare, atunci calculele se efectuează conform primei formule.

Suprafața elementelor de închidere ale construcției poate fi neomogenă – pe ea pot exista fisuri, neetanșeități prin care trece aerul. Aceste pierderi de căldură sunt considerate nesemnificative, dar pot fi, de asemenea, determinate. Acest lucru se poate face exclusiv prin metode software, deoarece efectuarea calculelor unor funcții fără utilizarea aplicațiilor este imposibilă.

Cea mai exactă imagine despre pierderile reale de căldură o oferă examinarea termovizuală a casei. Această metodă de diagnosticare permite identificarea erorilor ascunse de construcție, a fisurilor în izolația termică, a scurgerilor sistemului de alimentare cu apă, care reduc calitățile termotehnice ale clădirii și alte defecte.

Aporturile de căldură menajere

Prin aparate electrice, corpul uman, lampi, în încăpere ajunge căldură suplimentară, care este, de asemenea, luată în considerare la calcularea pierderilor de căldură.

S-a stabilit experimental că astfel de aporturi nu pot depăși pragul de 10 W pe 1 m². Prin urmare, formula de calcul poate avea forma:

Q_t = 10 × S_pol

În expresia S_pol – suprafața podelei, m².

Metodologia principală de calcul a SVO

Principiul de bază de funcționare a oricărui sistem de încălzire cu aer constă în transferul energiei termice prin aer prin răcirea agentului termic. Elementele sale principale – generatorul de căldură și conducta de căldură.

Aerul în încăpere este furnizat deja încălzit la temperatura t_r, pentru a menține temperatura dorită t_v. Prin urmare, cantitatea de energie acumulată trebuie să fie egală cu pierderile totale de căldură ale clădirii, adică Q. Are loc egalitatea:

Q = E_ot × c × (t_v – t_n)

În formula E – debitul de aer încălzit kg/s pentru încălzirea încăperii. Din egalitate putem exprima E_ot:

E_ot = Q/ (c × (t_v – t_n))

Reamintim că capacitatea termică a aerului c=1005 J/(kg×K).

Prin formulă se determină exclusiv cantitatea de aer furnizat, utilizat doar pentru încălzire numai în sistemele de recirculare (denumite în continuare – RSVO).

În sistemele de încălzire cu aer cu aport și recirculare, o parte din aer este preluată din exterior, iar cealaltă parte – din încăpere. Ambele părți se amestecă și, după încălzirea la temperatura necesară, sunt furnizate în încăpere.

Dacă SVO este utilizat ca ventilație, atunci cantitatea de aer furnizat se calculează după cum urmează:

• Dacă cantitatea de aer pentru încălzire depășește cantitatea de aer pentru ventilație sau este egală cu aceasta, atunci se ia în considerare cantitatea de aer pentru încălzire, iar sistemul se alege de tip flux direct (denumit în continuare – PSVO) sau cu recirculare parțială (denumit în continuare – ChRSVO).
• Dacă cantitatea de aer pentru încălzire este mai mică decât cantitatea de aer necesară pentru ventilație, atunci se ia în considerare doar cantitatea de aer necesară pentru ventilație, se implementează PSVO (uneori – ChRSVO), iar temperatura aerului furnizat se calculează cu formula: t_r = t_v + Q/c × E_vent.

În cazul depășirii parametrilor admisibili de către indicatorul t_r, trebuie mărită cantitatea de aer introdus prin ventilație.

Dacă în încăpere există surse constante de degajare de căldură, atunci temperatura aerului furnizat se reduce.

Aparatele electrice pornite generează aproximativ 1% din căldura din încăpere. Dacă unul sau mai multe dispozitive funcționează constant, puterea lor termică trebuie luată în considerare în calcule.

Pentru o încăpere anume, indicatorul t_r poate fi diferit. Tehnic, este posibil să se realizeze ideea furnizării unei temperaturi diferite în încăperi separate, dar este mult mai simplu să se furnizeze aer de aceeași temperatură în toate camerele.

În acest caz, temperatura totală t_r se ia ca fiind cea mai mică. Atunci cantitatea de aer furnizat se calculează conform formulei care determină E_ot.

În continuare, vom determina formula pentru calculul volumului de aer intrat V_ot la temperatura sa de încălzire t_r:

V_ot = E_ot/p_r

Răspunsul se scrie în m³/h.

Totuși, schimbul de aer din încăpere V_p va diferi de mărimea V_ot, deoarece acesta trebuie determinat pe baza temperaturii interioare t_v:

V_ot = E_ot/p_v

În formula pentru determinarea V_p și V_ot, indicatorii densității aerului p_r și p_v (kg/m³) se calculează ținând cont de temperatura aerului încălzit t_r și temperatura din încăpere t_v.

Temperatura furnizată în încăpere t_r trebuie să fie mai mare decât t_v. Aceasta va reduce cantitatea de aer furnizat și va permite reducerea dimensiunilor canalelor sistemelor cu mișcare naturală a aerului sau scăderea consumului de energie electrică în cazul în care se utilizează antrenare mecanică pentru circulația masei de aer încălzit.

În mod tradițional, temperatura limită a aerului care intră în încăpere atunci când este furnizat la o înălțime care depășește 3,5 m trebuie să fie de 70 °C. Dacă aerul este furnizat la o înălțime mai mică de 3,5 m, atunci temperatura sa este de obicei egalată cu 45 °C.

Pentru încăperile de locuit cu înălțimea de 2,5 m, limita de temperatură admisă este de 60 °C. Dacă temperatura este setată mai sus, atmosfera își pierde proprietățile și este improprie pentru respirație.

Dacă perdelele aerotermice sunt amplasate la porțile exterioare și la deschiderile care dau în exterior, temperatura aerului de intrare admisă este de 70 °C, iar pentru perdelele situate în ușile exterioare, până la 50 °C.

Temperatura furnizată este influențată de modurile de furnizare a aerului, direcția jetului (vertical, înclinat, orizontal etc.). Dacă în încăpere se află permanent persoane, atunci temperatura aerului furnizat trebuie redusă la 25 °C.

După efectuarea calculelor preliminare, se pot determina cheltuielile termice necesare pentru încălzirea aerului.

Pentru RSVO, cheltuielile termice Q₁ se calculează conform expresiei:

Q₁ = E_ot × (t_r – t_v) × c

Pentru PSVO, calculul Q₂ se efectuează conform formulei:

Q₂ = E_vent × (t_r – t_v) × c

Consumul de căldură Q₃ pentru CRSVO se află prin ecuația:

Q₃ = [E_ot × (t_r – t_v) + E_vent × (t_r – t_v)]× c

În toate cele trei expresii:

• E_ot și E_vent – debitul de aer în kg/s pentru încălzire (E_ot) și ventilație (E_vent);
• t_n – temperatura aerului exterior în °C.

Celelalte caracteristici ale variabilelor sunt aceleași.

În CRSVO, cantitatea de aer de recirculare se determină prin formula:

E_rec = E_ot – E_vent

Variabila E_ot exprimă cantitatea de aer amestecat, încălzit la temperatura t_r.

În PSVO cu antrenare naturală există o particularitate – cantitatea de aer în mișcare se modifică în funcție de temperatura exterioară. Dacă temperatura exterioară scade, presiunea sistemului crește. Aceasta duce la creșterea cantității de aer care intră în casă. Dacă temperatura crește, are loc procesul invers.

De asemenea, în SVO, spre deosebire de sistemele de ventilație, aerul se deplasează cu o densitate mai mică și variabilă în comparație cu densitatea aerului care înconjoară conductele de aer.

Din cauza acestui fenomen, au loc următoarele procese:

1. Intrând din generator, aerul, trecând prin conductele de aer, se răcește considerabil în timpul deplasării
2. La mișcarea naturală, cantitatea de aer care intră în încăpere se modifică pe parcursul sezonului de încălzire.

Procesele enumerate mai sus nu sunt luate în considerare dacă în sistemul de încălzire cu aer se folosesc ventilatoare pentru circulația aerului, de asemenea, acesta are lungime și înălțime limitată.

Dacă sistemul are multe ramificații, este destul de extins, iar clădirea este mare și înaltă, atunci este necesar să se reducă procesul de răcire a aerului în conducte, să se diminueze redistribuirea aerului care intră sub influența presiunii naturale de circulație.

La calcularea puterii necesare a sistemelor de încălzire cu aer extinse și ramificate, trebuie luat în considerare nu numai procesul natural de răcire a masei de aer în timpul deplasării prin conductă, ci și efectul presiunii naturale a masei de aer la trecerea prin canal.

Pentru a controla procesul de răcire a aerului, se efectuează calculul termic al conductelor. Pentru aceasta, este necesar să se stabilească temperatura inițială a aerului și să se precizeze debitul acestuia cu ajutorul formulelor.

Pentru calcularea fluxului termic Q_ohl prin pereții conductei, a cărei lungime este l, se utilizează formula:

Q_ohl = q₁ × l

În expresie, mărimea q₁ desemnează fluxul termic care trece prin pereții conductei cu lungimea de 1 m. Parametrul se calculează prin expresia:

q₁ = k × S₁ × (t_sr – t_v) = (t_sr – t_v)/D₁

În ecuație, D₁ – rezistența la transferul de căldură de la aerul încălzit cu temperatura medie t_sr prin aria S₁ a pereților conductei cu lungimea de 1 m în încăpere la temperatura t_v.

Ecuația bilanțului termic arată astfel:

q₁l = E_ot × c × (t_nach – t_r)

În formulă:

• E_ot – cantitatea de aer necesară pentru încălzirea încăperii, kg/h;
• c – căldura specifică a aerului, kJ/(kg °C);
• t_nac – temperatura aerului la începutul conductei, °C;
• t_r – temperatura aerului evacuat în încăpere, °C.

Ecuația bilanțului termic permite stabilirea temperaturii inițiale a aerului în conductă pe baza temperaturii finale date și, invers, aflarea temperaturii finale pe baza celei inițiale date, precum și determinarea debitului de aer.

Temperatura t_nach poate fi găsită și prin formula:

t_nach = t_v + ((Q + (1 – η) × Q_ohl)) × (t_r – t_v)

Aici, η – partea din Q_ohl care ajunge în încăpere, în calcule se consideră egală cu zero. Caracteristicile celorlalte variabile au fost menționate mai sus.

Formula rafinată a debitului de aer cald va arăta astfel:

Eot = (Q + (1 – η) × Q_ohl)/(c × (t_sr – t_v))

Toate valorile literelor din expresie au fost determinate mai sus. Să trecem la examinarea unui exemplu de calcul al încălzirii cu aer pentru o casă specifică.

Exemplu de calcul al pierderilor de căldură ale casei

Casa luată în considerare este situată în orașul Kostroma, unde temperatura de afară în cea mai rece perioadă de cinci zile atinge -31 de grade, temperatura solului – +5 °C. Temperatura dorită în încăpere – +22 °C.

Vom considera o casă cu următoarele dimensiuni:

• lățimea – 6.78 m;
• lungimea – 8,04 m;
• înălțimea – 2,8 m.

Valorile vor fi utilizate pentru calcularea ariei elementelor de închidere.

Pentru calcule, cel mai convenabil este să desenați planul casei pe hârtie, indicând pe acesta lățimea, lungimea, înălțimea clădirii, amplasarea ferestrelor și ușilor, dimensiunile acestora.

Pereții clădirii sunt alcătuiți din:

• beton celular cu grosimea B=0,21 m, coeficientul de conductivitate termică k=2,87;
• polistiren expandat B=0,05 m, k=1,678;
• cărămidă de fațadă B=0,09 m, k=2,26.

La determinarea lui k, trebuie utilizate informațiile din tabele sau, mai bine – informațiile din fișa tehnică, deoarece compoziția materialelor de la diferiți producători poate diferi, prin urmare, având caracteristici diferite.

Betonul armat are cea mai mare conductivitate termică, plăcile din vată minerală – cea mai mică, de aceea sunt cele mai eficiente de utilizat în construcția caselor calde.

Podeaua casei este alcătuită din următoarele straturi:

• nisip, B=0,10 m, k=0,58;
• piatră spartă, B=0,10 m, k=0,13;
• beton, B=0,20 m, k=1,1;
• izolație din ecovată, B=0,20 m, k=0,043;
• șapă armată, B=0,30 m k=0,93.

În planul casei prezentat, podeaua are aceeași structură pe toată suprafața, iar subsolul lipsește.

Plafonul este alcătuit din:

• vată minerală, B=0,10 m, k=0,05;
• gips-carton, B=0,025 m, k= 0,21;
• scânduri de pin, B=0,05 m, k=0,35.

Plafonul nu are ieșiri la mansardă.

În casă sunt 8 ferestre în total, toate cu geam termopan, cu K-sticlă, argon, parametrul D=0,6. Șase ferestre au dimensiunile 1,2×1,5 m, una – 1,2×2 m, una – 0,3×0,5 m. Ușile au dimensiunile 1×2,2 m, parametrul D conform fișei tehnice este 0,36.

Calculul pierderilor termice ale pereților

Vom efectua calculul pierderilor de căldură pentru fiecare perete în parte.

Pentru început, vom afla aria peretelui nordic:

S_sev = 8,04 × 2,8 = 22,51

Pe perete nu există goluri de ușă și ferestre, prin urmare, în calcule vom utiliza această valoare S.

Pentru calculul pierderilor de căldură ale elementelor de închidere orientate către unul dintre punctele cardinale, este necesar să se țină cont de coeficienții de corecție.

Pe baza compoziției peretelui, vom afla rezistența sa termică totală, care este:

D_s.sten = D_gb + D_pn + D_kr

Pentru a afla D, vom folosi formula:

D = B/k

Apoi, înlocuind valorile inițiale, obținem:

D_s.sten = 0,21/2,87 + 0,05/1,678 + 0,09/2,26 = 0,14

Pentru calcule, vom folosi formula:

Q_st = S × (t_v – t_n) × D × l

Având în vedere că coeficientul l pentru peretele nordic este 1,1, obținem:

Q_sev.st = 22,51 × (22 + 31) × 0,14 × 1,1 = 184

În peretele sudic se află o fereastră cu aria:

S_ok3 = 0,5 × 0,3 = 0,15

Prin urmare, în calcule, din S-ul peretelui sudic trebuie scăzut S-ul ferestrei, pentru a obține cele mai exacte rezultate.

S_yuj.s = 22.51 – 0.15 = 22.36

Parametrul l pentru direcția sudică este 1. Atunci:

Q_sev.st = 22.36 × (22 + 31) × 0.14 × 1 = 166

Pentru pereții estic și vestic, factorul de corecție l=1.05, deci este suficient să calculăm aria suprafeței OK fără a lua în considerare aria ferestrelor și a ușii.

S_ok1 = 1.2 × 1.5 × 6 = 10.8

S_ok2 = 1.2 × 2 = 2.4

S_d = 1 × 2.2 = 2.2

S_zap+vost = 2 × 6.78 × 2.8 – 2.2 – 2.4 – 10.8 = 22.56

Atunci:

Q_zap+vost = 22.56 × (22 + 31) × 0.14 × 1.05 = 176

În final, Q total al pereților este suma Q-urilor tuturor pereților, adică:

Q_sten = 184 + 166 + 176 = 526

Total, căldura se pierde prin pereți în cantitate de 526 W.

Pierderi de căldură prin ferestre și uși

În planul casei se vede că ușile și 7 ferestre sunt orientate spre est și vest, prin urmare, parametrul l=1.05. Suprafața totală a celor 7 ferestre, ținând cont de calculele de mai sus, este:

S_okn = 10.8 + 2.4 = 13.2

Pentru ele, Q, ținând cont că D=0.6, se va calcula astfel:

Q_ok4 = 13.2 × (22 + 31) × 0.6 × 1.05 = 630

Calculăm Q al ferestrei sudice (l=1).

Q_ok5 = 0.15 × (22 + 31) × 0.6 × 1 = 5

Pentru uși D=0.36, iar S=2.2, l=1.05, atunci:

Q_dv = 2.2 × (22 + 31) × 0.36 × 1.05 = 43

Însumăm pierderile de căldură obținute și obținem:

Q_ok+dv = 630 + 43 + 5 = 678

Apoi determinăm Q pentru tavan și podea.

Calculul pierderilor de căldură ale tavanului și podelei

Pentru tavan și podea l=1. Calculăm aria lor.

S_pol = S_pot = 6.78 × 8.04 = 54.51

Ținând cont de compoziția podelei, determinăm D total.

D_pol = 0.10/0.58 + 0.10/0.13 + 0.2/1.1 + 0.2/0.043 + 0.3/0.93 =61

Atunci pierderile de căldură prin podea, ținând cont că temperatura solului este de +5, sunt:

Q_pol = 54.51 × (21 – 5) × 6.1 × 1 = 5320

Calculăm D total al tavanului:

D_pot = 0.10/0.05 + 0.025/0.21 + 0.05/0.35 = 2.26

Atunci Q al tavanului va fi:

Q_pot = 54.51 × (22 + 31) × 2.26 = 6530

Pierderile totale de căldură prin OK vor fi:

Q_ogr.k = 526 + 678 +6530 + 5320 = 13054

Total, pierderile de căldură ale casei vor fi de 13054 W sau aproape 13 kW.

Calculul pierderilor de căldură prin ventilație

În încăpere funcționează o ventilație cu un debit de aer specific de 3 m³/h, intrarea este echipată cu o perdea termică de aer, așadar pentru calcule este suficient să folosim formula:

Q_v = 0.28 × L_n × p_v × c × (t_v – t_n)

v

p_v = 353/(272 + 22) = 1.2

Parametrul L_n este egal cu produsul dintre debitul specific și aria podelei, adică:

L_n = 3 × 54.51 = 163.53

Capacitatea termică a aerului c este de 1.005 kJ/(kg× °C).

Ținând cont de toate informațiile, aflăm Q al ventilației:

Q_v = 0.28 × 163.53 × 1.2 × 1.005 × (22 + 31) = 3000

Total, costurile termice pentru ventilație vor fi de 3000 W sau 3 kW.

Aporturile de căldură menajere

Aporturile de natură menajeră se calculează conform formulei.

Q_t = 10 × S_pol

Adică, înlocuind valorile cunoscute, obținem:

Q_t = 54.51 × 10 = 545

Rezumând, se poate observa că pierderile totale de căldură Q ale casei vor fi egale cu:

Q = 13054 + 3000 – 545 = 15509

Să luăm ca valoare de lucru Q=16000 W sau 16 kW.

Exemple de calcule pentru SVO

Fie temperatura aerului furnizat (t_r) – 55 °C, temperatura dorită în încăpere (t_v) – 22 °C, pierderile de căldură ale casei (Q) – 16000 W.

Determinarea cantității de aer pentru RSVO

Pentru determinarea masei aerului furnizat la temperatura t_r se folosește formula:

E_ot = Q/(c × (t_r – t_v))

Înlocuind valorile parametrilor în formulă, obținem:

E_ot = 16000/(1.005 × (55 – 22)) = 483

Cantitatea volumetrică de aer furnizat se calculează prin formula:

V_ot = E_ot /p_r,

unde:

p_r = 353/(273 + t_r)

Pentru început, calculăm densitatea p:

p_r = 353/(273 + 55) = 1.07

Atunci:

V_ot = 483/1.07 = 451.

Schimbul de aer din încăpere se determină prin formula:

Vp = E_ot /p_v

Determinăm densitatea aerului din încăpere:

p_v = 353/(273 + 22) = 1.19

Înlocuind valorile în formulă, obținem:

V_p = 483/1.19 = 405

Astfel, schimbul de aer din încăpere este de 405 m³ pe oră, iar volumul aerului furnizat trebuie să fie de 451 m³ pe oră.

Calculul cantității de aer pentru ChRSVO

Pentru calcularea cantității de aer pentru CRSVO, vom lua datele obținute din exemplul anterior, precum și t_r = 55 °C, t_v = 22 °C; Q=16000 W. Cantitatea de aer necesară pentru ventilație, E_vent=110 m³/h. Temperatura exterioară de calcul t_n=-31 °C.

Pentru calculul CRSVO folosim formula:

Q₃ = [E_ot × (t_r – t_v) + E_vent × p_v × (t_r – t_v)] × c

Înlocuind valorile, obținem:

Q₃ = [483 × (55 – 22) + 110 × 1.19 × (55 – 31)] × 1.005 = 27000

Volumul aerului de recirculare va fi de 405-110=296 m³ pe oră. Consumul suplimentar de căldură este de 27000-16000=11000 W.

Determinarea temperaturii inițiale a aerului

Rezistența conductei mecanice de aer D=0.27 și este luată din caracteristicile sale tehnice. Lungimea conductei în afara încăperii încălzite l=15 m. S-a determinat că Q=16 kW, temperatura aerului interior este de 22 de grade, iar temperatura necesară pentru încălzirea încăperii este de 55 de grade.

Determinăm E_ot conform formulelor de mai sus. Obținem:

E_ot = 10 × 3.6 × 1000/ (1.005 × (55 – 22)) = 1085

Mărimea fluxului termic q₁ va fi:

q₁ = (55 – 22)/0.27 = 122

Temperatura inițială la abaterea η = 0 va fi:

t_nach = 22 + (16 × 1000 + 137 × 15) × (55 – 22)/ 1000 × 16 = 60

Precizăm temperatura medie:

t_sr = 0.5 × (55 + 60) = 57.5

Atunci:

Q_otkl = ((574 -22)/0.27) × 15 = 1972

Ținând cont de informațiile obținute, găsim:

t_nach = 22 + (16 × 1000 + 1972) × (55 – 22)/(1000 × 16) = 59

De aici rezultă concluzia că, la deplasarea aerului, se pierd 4 grade de căldură. Pentru a reduce pierderile de căldură, este necesar să izolați termic țevile. De asemenea, vă recomandăm să citiți un alt articol al nostru, în care este descris în detaliu procesul de amenajare a sistemului de încălzire cu aer.

Concluzii și material video util pe această temă

Video informativ despre calculele sistemului de încălzire cu aer cu ajutorul programului Excel:

Este necesar să încredințați calculele sistemului de încălzire cu apă profesioniștilor, deoarece numai specialiștii au experiența, cunoștințele corespunzătoare și vor ține cont de toate nuanțele în calcule.

Dacă aveți întrebări, ați găsit inexactități în calculele prezentate sau doriți să completați materialul cu informații valoroase? Vă rugăm să lăsați comentariile dumneavoastră în blocul de mai jos.