Calculul termic al sistemului de încălzire: cum să faceți corect calculul sarcinii pe sistem

Proiectarea și calculul termic al sistemului de încălzire – o etapă obligatorie la amenajarea încălzirii casei. Sarcina principală a măsurilor de calcul – determinarea parametrilor optimi ai cazanului și ai sistemului de radiatoare.

Recunoașteți, la prima vedere poate părea că efectuarea calculului termotehnic este la îndemâna doar a unui inginer. Totuși, nu este atât de complicat. Cunoscând algoritmul acțiunilor, veți putea efectua singur calculele necesare.

În articol este prezentată în detaliu ordinea de calcul și sunt date toate formulele necesare. Pentru o mai bună înțelegere, am pregătit un exemplu de calcul termic pentru o casă privată.

Calculul termic al încălzirii: ordinea generală

Calculul termic clasic al sistemului de încălzire reprezintă un document tehnic sintetic, care include metode standard obligatorii de calcul în etape.

Dar înainte de a studia aceste calcule ale parametrilor de bază, trebuie să vă familiarizați cu conceptul sistemului de încălzire în sine.

Sistemul de încălzire se caracterizează prin alimentare forțată și evacuare involuntară a căldurii în încăpere.

Sarcinile principale ale calculului și proiectării sistemului de încălzire:

• determina cât mai precis pierderile de căldură;
• determina cantitatea și condițiile de utilizare a agentului termic;
• selecta cât mai exact elementele de generare, transport și cedare a căldurii.

La construirea sistemului de încălzire este necesar să se colecteze inițial diverse date despre încăperea/clădirea în care va fi utilizat sistemul de încălzire. Apoi, să se efectueze calculul parametrilor termici ai sistemului și să se analizeze rezultatele operațiilor aritmetice.

Pe baza datelor obținute, se aleg componentele sistemului de încălzire, urmate de achiziționare, instalare și punere în funcțiune.

Încălzirea – este un sistem multicomponent de asigurare a regimului termic stabilit într-o încăpere/clădire. Reprezintă o parte separată a complexului de comunicații al unei locuințe moderne.

Este de remarcat faptul că metoda indicată de calcul termic permite calcularea destul de precisă a unui număr mare de mărimi care descriu în mod concret viitorul sistem de încălzire.

În urma calculului termic, se va dispune de următoarele informații:

• numărul pierderilor de căldură, puterea cazanului;
• cantitatea și tipul radiatoarelor termice pentru fiecare cameră separat;
• caracteristicile hidraulice ale conductei;
• volumul, viteza agentului termic, puterea pompei de căldură.

Calculul termic – nu este o schiță teoretică, ci rezultate destul de precise și fundamentate, care se recomandă a fi utilizate în practică la selectarea componentelor sistemului de încălzire.

Norme ale regimurilor de temperatură ale încăperilor

Înainte de efectuarea oricăror calcule ale parametrilor sistemului, este necesar, cel puțin, să se cunoască ordinea rezultatelor așteptate, precum și să se dispună de caracteristici standardizate ale unor valori tabelare, care trebuie introduse în formule sau să se ghideze după ele.

Efectuând calculele parametrilor cu astfel de constante, se poate fi sigur de veridicitatea parametrului dinamic sau constant căutat al sistemului.

Pentru încăperi de diferite destinații, există standarde de referință ale regimurilor de temperatură pentru încăperi rezidențiale și nerezidențiale. Aceste norme sunt stabilite în așa-numitele GOST-uri.

Pentru sistemul de încălzire, unul dintre acești parametri globali este temperatura încăperii, care trebuie să fie constantă indiferent de perioada anului și de condițiile de mediu.

Conform reglementărilor sanitare și normelor, există diferențe de temperatură între perioada de vară și cea de iarnă. Pentru regimul de temperatură al încăperii în sezonul de vară răspunde sistemul de aer condiționat, principiul calculului său fiind detaliat în acest articol.

În schimb, temperatura aerului din cameră în perioada de iarnă este asigurată de sistemul de încălzire. De aceea, ne interesează intervalele de temperatură și toleranțele lor de abatere pentru sezonul de iarnă.

În majoritatea documentelor normative sunt stipulate următoarele intervale de temperatură care permit unei persoane să se afle confortabil într-o încăpere.

Pentru încăperile nerezidențiale de tip birou cu o suprafață de până la 100 m²:

• 22-24°C – temperatura optimă a aerului;
• 1°C – fluctuația admisibilă.

Pentru încăperile de tip birou cu o suprafață mai mare de 100 m², temperatura este de 21-23°C. Pentru încăperile nerezidențiale de tip industrial, intervalele de temperatură diferă semnificativ în funcție de destinația încăperii și de normele stabilite de protecție a muncii.

Temperatura confortabilă a încăperii este “proprie” fiecărei persoane. Unora le place să fie foarte cald în cameră, altora le este confortabil când este răcoare – totul este destul de individual.

În ceea ce privește încăperile rezidențiale: apartamente, case particulare, conace etc., există anumite intervale de temperatură care pot fi ajustate în funcție de dorințele locatarilor.

Și totuși, pentru încăperile specifice ale apartamentului și casei avem:

• 20-22°C – camera de locuit, inclusiv camera copiilor, toleranță ±2°C –
• 19-21°C – bucătărie, toaletă, toleranță ±2°C;
• 24-26°C – baie, duș, piscină, toleranță ±1°C;
• 16-18°C – coridoare, holuri, case de scară, cămară, toleranță +3°C

Este imortant de menționat că exisă încă câțiva parametri principali care influențează temperatura în încăpere și de care trebuie să se țină cont la calcularea sistemulu de încălzire: umiditatea (40-60%), concetrația de oxigen și dioxid de carbon în aer (250:1), viteza de deplasare a maselor de aer (0.13-0.25 m/s) etc.

Calculul pierderilor de căldură în casă

Conform celui de-al doilea principiu al termodinamicii (fizică școlară) nu exisă o transmiter spontană a energiei de la obiecte mini sau macro mai puțin încălzite către cele mai încălzite. Un caz particular al acestei legi este “tendința” de a crea un echilibru termic între două sisteme termodinamice.

De exemplu, primul sistem – mediul înconjurător cu o temperatură de -20°C, al doilea sistem – clădirea cu o temperatură interioară de +20°C. Conform legii menționate, cele două sisteme vor tinde să se echilibreze prin intermediul schimbului de energie. Aceasta se va produce prin pierderi de căldură de la al doilea sistem și răcirea în primul.

Cu siguranță se poate spune că temperatura mediul înconjurător depinde de latitudinea la care este situată casa particulară. Iar diferența de temperatură influențează cantiatea de pierderi de căldură din clădire (+).

Prin pierderi de căldură se înțelege ieșirea involuntară de căldură (energie) de la un obiect (casă, apartament). Pentru un apartament obișnuit, acest proces nu este atât de “vizibil” în comparație cu o casă privată, deoarece apartamentul se află în interiorul clădirii și “se învecinează” cu alte apartamente.

Într-o casă privată, prin pereții exteriori, podea, acoperiș, ferestre și uși, într-o măsură mai mare sau mai mică, “se pierde” căldură.

Cunoscând magnitudinea pierderilor de căldură pentru cele mai nefavorabile condiții meteorologice și caracteristicile acestor condiții, se poate calcula cu mare precizie puterea sistemului de încălzire.

Deci, volumul pierderilor de căldură ale clădirii se calculează după următoarea formulă:

Q=Q_podea+Q_perete+Q_fereastră+Q_acoperiș+Q_ușă+…+Q_i, unde

Qi – volumul pierderilor de căldură de la un tip omogen de anvelopă a clădirii.

Fiecare componentă a formulei se calculează după formula:

Q=S*∆T/R, unde

• Q – pierderi de căldură, W;
• S – suprafața unui tip specific de construcție, mp;
• ∆T – diferența de temperatură a aerului exterior și interior, °C;
• R – rezistența termică a unui anumit tip de construcție, m²*°C/W.

Se recomandă să se ia valoarea rezistenței termice pentru materialele reale din tabele auxiliare.

În plus, rezistența termică poate fi obținută cu ajutorul următoarei relații:

R=d/k, unde

• R – rezistența termică, (m²*K)/W;
• k – coeficientul de conductivitate termică al materialului, W/(m²*K);
• d – grosimea acestui material, m.

În casele vechi cu o structură de acoperiș umedă, pierderile de căldură au loc prin partea superioară a clădirii, și anume prin acoperiș și pod. Efectuarea măsurilor de izolare termică a tavanului sau izolare termică a acoperișului mansardei rezolvă această problemă.

Dacă se izolează termic spațiul podului și acoperișul, pierderile totale de căldură ale casei pot fi reduse semnificativ

În casă mai există câteva tipuri de pierderi de căldură prin fisuri în construcții, sistemul de ventilație, hota de bucătărie, deschiderea ferestrelor și ușilor. Însă nu are sens să se ia în considerare volumul acestora, deoarece ele nu reprezintă mai mult de 5% din numărul total al pierderilor principale de căldură.

Determinarea puterii cazanului

Pentru menținerea diferenței de temperatură dintre mediul exterior și temperatura din interiorul casei, este necesar un sistem autonom de încălzire, care să mențină temperatura dorită în fiecare cameră a casei private.

Baza sistemului de încălzire o constituie diferite tipuri de cazane: cu combustibil lichid sau solid, electrice sau pe gaz.

Cazanul – este unitatea centrală a sistemului de încălzire, care generează căldură. Caracteristica principală a cazanului este puterea acestuia, și anume viteza de transformare a cantității de căldură pe unitatea de timp.

Efectuând calculele sarcinii termice pentru încălzire, obținem puterea nominală necesară a cazanului.

Pentru un apartament obișnuit cu mai multe camere, puterea cazanului se calculează prin suprafață și puterea specifică:

P_cazan=(S_încăpere*P_specifică)/10, unde

• S_încăpere – suprafața totală a încăperii încălzite;
• P_specifică – puterea specifică în raport cu condițiile climatice.

Dar această formulă nu ia în considerare pierderile de căldură, care sunt considerabile într-o casă particulară.

Există o altă relație care ia în considerare acest parametru:

P_cazan=(Q_pierderi*S)/100, unde

• P_cazan – puterea cazanului;
• Q_pierderi – pierderi de căldură;
• S – suprafața încălzită.

Puterea calculată a cazanului trebuie mărită. Rezerva este necesară dacă se intenționează utilizarea cazanului pentru încălzirea apei pentru baie și bucătărie.

În majoritatea sistemelor de încălzire ale caselor particulare, se recomandă utilizarea obligatorie a unui vas de expansiune în care se va stoca rezerva de agent termic. Fiecare casă particulară are nevoie de alimentare cu apă caldă

Pentru a prevedea o rezervă de putere a cazanului, în ultima formulă trebuie adăugat coeficientul de rezervă K:

P_cazan=(Q_pierderi*S*K)/100, unde

K – va fi egal cu 1.25,  adică puterea de calcul a cazanului va fi mărită cu 25%.

Astfel, puterea cazanului oferă posibilitatea de a menține temperatura normativă a aerului în camerele clădirii, precum și de a avea un volum inițial și suplimentar de apă caldă în casă.

Particularități ale alegerii radiatoarelor

Componentele standard pentru asigurarea căldurii într-o încăpere sunt radiatoarele, panourile, sistemele de “podea încălzită”, convectorii etc. Cele mai răspândite părți ale sistemului de încălzire sunt radiatoarele.

Radiatorul termic – este o construcție specială goală de tip modular dintr-un aliaj cu transfer termic ridicat. Acesta este fabricat din oțel, aluminiu, fontă, ceramică și alte aliaje. Principiul de funcționare al radiatorului de încălzire se reduce la emisia de energie de la agentul termic în spațiul încăperii prin “aripioare”.

Radiatorul de încălzire din aluminiu și bimetalic a înlocuit bateriile masive din fontă. Simplitatea producției, transferul termic ridicat, construcția și designul reușit au făcut acest produs un instrument popular și răspândit de emisie a căldurii în încăpere

Există câteva metode de calcul al radiatoarelor de încălzire într-o cameră. Lista de mai jos a metodelor este sortată în ordinea creșterii preciziei calculelor.

Variante de calcul:

1. Pe suprafață. N=(S*100)/C, unde N reprezintă numărul de secțiuni, S – suprafața încăperii (m²), C – transferul termic al unei secțiuni de radiator (W, se ia din pașaportul tehnic sau certificatul produsului), 100 W – cantitatea de flux termic necesară pentru încălzirea a 1 m² (valoare empirică). Apare întrebarea: cum se ia în considerare înălțimea tavanului camerei?
2. Pe volum. N=(S*H*41)/C, unde N, S, C – analog. H – înălțimea încăperii, 41 W – cantitatea de flux termic necesară pentru încălzirea a 1 m³ (valoare empirică).
3. Pe coeficienți. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, unde N, S, C și 100 – analog. k1 – numărul de camere din geamul termopan al ferestrei camerei, k2 – izolația termică a pereților, k3 – raportul dintre suprafața ferestrelor și suprafața încăperii, k4 – temperatura medie negativă în cea mai rece săptămână de iarnă, k5 – numărul de pereți exteriori ai camerei (care „dau” în stradă), k6 – tipul încăperii de deasupra, k7 – înălțimea tavanului.

Aceasta este varianta cea mai precisă de calcul a numărului de secțiuni. Desigur, rotunjirea rezultatelor fracționare ale calculelor se face întotdeauna la următorul număr întreg.

Calculul hidraulic al alimentării cu apă

Desigur, „imaginea” calculului căldurii pentru încălzire nu poate fi completă fără calcularea unor caracteristici precum volumul și viteza fluidului termic. În majoritatea cazurilor, fluidul termic este apa obișnuită în stare lichidă sau gazoasă.

Volumul real al fluidului termic se recomandă a fi calculat prin însumarea tuturor cavităților din sistemul de încălzire. La utilizarea unui cazan cu un singur circuit, aceasta este varianta optimă. La utilizarea cazanelor cu dublu circuit în sistemul de încălzire, este necesar să se ia în considerare consumurile de apă caldă pentru scopuri igienice și alte scopuri casnice.

Calculul volumului de apă încălzită de cazanul cu dublu circuit pentru a asigura locuitorii cu apă caldă și încălzirea fluidului termic se realizează prin însumarea volumului intern al circuitului de încălzire și a necesităților reale ale utilizatorilor de apă încălzită.

Volumul apei calde din sistemul de încălzire se calculează conform formulei:

W=k*P, unde

• W – volumul fluidului termic;
• P – puterea cazanului de încălzire;
• k – coeficientul de putere (numărul de litri pe unitatea de putere, este egal cu 13.5, interval – 10-15 l).

În final, formula finală arată astfel:

W = 13.5*P

Viteza fluidului termic – evaluarea dinamică finală a sistemului de încălzire, care caracterizează viteza de circulație a lichidului în sistem.

Această valoare ajută la evaluarea tipului și diametrului conductei:

V=(0.86*P*μ)/∆T, unde

• P – puterea cazanului;
• μ – randamentul cazanului;
• ∆T – diferența de temperatură dintre apa furnizată și apa din circuitul de retur.

Folosind metodele menționate mai sus de calcul hidraulic, se vor obține parametri reali, care reprezintă „fundamentul” viitorului sistem de încălzire.

Exemplu de calcul termic

Ca exemplu de calcul termic, avem o casă obișnuită cu un etaj, având patru camere de locuit, bucătărie, baie, „grădină de iarnă” și încăperi auxiliare.

Fundația din placă monolită de beton armat (20 cm), pereții exteriori – beton (25 cm) cu tencuială, acoperișul – planșeu din grinzi de lemn, învelitoarea – țiglă metalică și vată minerală (10 cm)

Să notăm parametrii inițiali ai casei, necesari pentru efectuarea calculelor.

Dimensiunile clădirii:

• înălțimea etajului – 3 m;
• fereastra mică a fațadei și a părții din spate a clădirii 1470*1420 mm;
• fereastra mare a fațadei 2080*1420 mm;
• ușile de intrare 2000*900 mm;
• ușile părții din spate (ieșire pe terasă) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Lățimea totală a clădirii este de 9.5 m², iar lungimea de 16 m². Vor fi încălzite doar camerele de locuit (4 buc.), baia și bucătăria.

Pentru un calcul exact al pierderilor de căldură prin pereți, din aria pereților exteriori trebuie scăzută aria tuturor ferestrelor și ușilor – acesta este un tip complet diferit de material, cu propria sa rezistență termică.

Începem cu calculul ariilor materialelor omogene:

• aria podelei – 152 m²;
• aria acoperișului – 180 m², ținând cont de înălțimea mansardei de 1.3 m și lățimea coamei – 4 m;
• aria ferestrelor – 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 m²;
• aria ușilor – 2*0.9+2*2*1.4=7.4 m².

Aria pereților exteriori va fi 51*3-9.22-7.4=136.38 m².

Trecem la calculul pierderilor de căldură pentru fiecare material:

• Q_podea=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 W;
• Q_acoperiș=180*40*0.1/0.05=14400 W;
• Q_fereastră=9.22*40*0.36/0.5=265.54 W;
• Q_ușă=7.4*40*0.15/0.75=59.2 W;

De asemenea, Q_perete este echivalent cu 136.38*40*0.25/0.3=4546. Suma tuturor pierderilor de căldură va fi de 19628.4 W.

În final, calculăm puterea cazanului: P_cazan=Q_pierderi*S_{camere_încălzite}*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.

Calculul numărului de secțiuni de radiatoare îl vom efectua pentru una dintre camere. Pentru toate celelalte, calculele sunt similare. De exemplu, camera de colț (stânga, colțul inferior al schemei) are o suprafață de 10.4 m².

Prin urmare, 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.

Pentru această cameră sunt necesare 9 secțiuni de radiator de încălzire cu o putere termică de 180 W.

Trecem la calculul cantității de agent termic din sistem – W=13.5*P=13.5*21=283.5 l. Așadar, viteza agentului termic va fi: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 l.

Ca urmare, rotația completă a întregului volum de agent termic din sistem va fi echivalentă cu 2.87 ori într-o oră.

O selecție de articole despre calculul termic vă va ajuta să determinați parametrii exacti ai elementelor sistemului de încălzire:

1. Calculul sistemului de încălzire al unei case private: reguli și exemple de calcul
2. Calculul termotehnic al clădirii: specificații și formule de efectuare a calculelor + exemple practice

Concluzii și material video util pe această temă

Un calcul simplu al sistemului de încălzire pentru o casă privată este prezentat în următorul articol:

Toate subtilitățile și metodologiile general acceptate pentru calcularea pierderilor de căldură ale clădirii sunt prezentate mai jos:

Încă o variantă de calcul al pierderilor de căldură într-o casă privată tipică:

În acest videoclip se vorbește despre particularitățile circulației agentului energetic pentru încălzirea locuinței:

Calculul termic al sistemului de încălzire are un caracter individual, trebuie efectuat competent și cu atenție. Cu cât calculele sunt mai precise, cu atât mai puțin vor trebui să plătească în plus proprietarii casei de la țară în timpul exploatării.

Aveți experiență în efectuarea unui calcul termic al sistemului de încălzire? Sau aveți întrebări pe această temă? Vă rugăm să vă împărtășiți părerea și să lăsați comentarii. Blocul de feedback este situat mai jos.