Розрахунок теплової енергії на опалення

Тепловий розрахунок для приладів опалення

Метод теплового розрахунку являє собою визначення площі поверхні кожної окремої опалювального приладу, який віддає в приміщення тепло. Розрахунок теплової енергії на опалення в даному випадку враховує максимальний рівень температури теплоносія, який призначений для тих опалювальних елементів, для яких і проводиться теплотехнічний розрахунок системи опалення. Тобто, в разі якщо теплоносій - вода, то береться середня її температура в опалювальній системі. При цьому враховується витрата теплоносія. Точно також, в разі якщо теплоносієм є пара, то розрахунок тепла на опалення використовує значення вищої температури пара при певному рівні тиску в опалювальному приладі.

Методика розрахунку

Щоб здійснити розрахунок теплоенергії на опалення, необхідно взяти показники теплопотребності окремого приміщення. При цьому з даних слід відняти тепловіддачу теплопроводу, який розташований в даному приміщенні.

Площа поверхні, що віддає тепло, буде залежати від декількох факторів - перш за все, від типу використовуваного приладу, від принципу з`єднання його з трубами і від того, як саме він розташовується в приміщенні. При цьому слід зазначити, що всі ці параметри впливають також на щільність потоку тепла, що виходить від приладу.

Розрахунок опалювальних приладів системи опалення - тепловіддачу опалювального приладу Q можна визначити за такою формулою:

Qпр = qпр * Ap.

Однак скористатися нею можна тільки в тому випадку, якщо відомий показник поверхневої густини теплового приладу qпр (Вт / м2).

Звідси ж можна обчислити і розрахункову площу Ар. При цьому важливо розуміти, що розрахункова площа будь-якого опалювального приладу не залежить від типу теплоносія.

Ар = Qnp / qnp,

в якій Qnp - рівень необхідної для певного приміщення тепловіддачі приладу.

Тепловий розрахунок опалення враховує, що для визначення тепловіддачі приладу для певного приміщення використовується формула:

Qпp = Qп - μтр * Qтр

при цьому показник Qп - це теплонеобхідністю кімнати, Qтр - сумарна тепловіддача всіх елементів опалювальної системи, розташованої в кімнаті. Розрахунок теплового навантаження на опалення має на увазі, що сюди відноситься не тільки радіатор, але і труби, які до нього підведені, і транзитний теплопровідності (якщо є). У цій формулі μтр - коефіцієнт поправки, який передбачає часткову тепловіддачу системи, розраховану на підтримку постійної температури в приміщенні. При цьому розмір поправки може коливатися в залежності від того, як саме прокладалися труби опалювальної системи в приміщенні. Зокрема - при відкритому методі - 0,9 в борозні стіни - 0,5 вмуровані в бетонну стіну - 1,8.

Розрахунок необхідної потужності опалення, тобто - сумарна тепловіддача (Qтр - Вт) всіх елементів опалювальної системи визначається за допомогою наступної формули:

Qтр = μkтр * μ * dн * l * (tг - tв) 

У ній Kтр - показник коефіцієнта тепловіддачі певного відрізка трубопроводу, розташованого в приміщенні, dн - зовнішній діаметр труби, l - довжина відрізка. Показники tг і tв показують температуру теплоносія і повітря в приміщенні.

Формула Qтр = q в * lв + qг * lг використовується для визначення рівня тепловіддачі теплопроводу, присутнього в приміщенні. Для визначення показників слід звернутися до спеціальної довідкової літератури. У ній можна знайти визначення теплової потужності системи опалення - визначення тепловіддачі вертикально (qв) і горизонтально (qг) прокладеного в приміщенні теплопроводу. Знайдені даними показують тепловіддачу 1м труби.

Перед тим, як розрахувати Гкал на опалення, на протязі багатьох років обчислення, вироблені за формулою Ap = Qnp / qnp і вимірювання тепловіддаючим поверхонь опалювальної системи, проводилися з використанням умовної одиниці - еквівалентних квадратних метрах. При цьому ЕКМ був умовно дорівнює поверхні приладу опалення з тепловіддачею 435 ккал / ч (506 Вт). Розрахунок Гкал на опалення передбачає, що при цьому різниця температур теплоносія і повітря (tг - tв) в приміщенні становила 64,5 ° С, а відносний витрата води в системі дорівнював показнику Gотн = l, 0.

Розрахунок теплових навантажень на опалення має на увазі, що при цьому гладкотрубние і панельні опалювальні прилади, які мали велику тепловіддачу, ніж еталонні радіатори часів СРСР, мали площу ЕКМ, яка значно відрізнялася від показника їх фізичної площі. Відповідно, площа ЕКМ менш ефективних опалювальних приладів була значно нижче, ніж їх площа фізична.

Втім, такий подвійний завмер площі приладів опалення в 1984 році було спрощено, і ЕКМ скасували. Таким чином, з того моменту площа опалювального приладу вимірювалася тільки в м2.

Після того, як буде прорахована необхідна для приміщення площа опалювального приладу і розрахунок теплової потужності системи опалення, можна приступати до підбору необхідного радіатора по каталогу опалювальних елементів.

При цьому виходить, що найчастіше площа придбаного елемента виходить трохи більше тієї, яка була отримана шляхом обчислень. Це досить легко пояснити - адже подібна поправка враховується заздалегідь за допомогою введення в формули підвищувального коефіцієнта μ1.

Сьогодні дуже поширені секційні радіатори. Їх довжина безпосередньо залежить від кількості використовуваних секцій. Для того щоб зробити розрахунок кількості тепла на опалення - тобто, вирахувати оптимальну кількість секцій для певного приміщення, використовується формула:

N = (Ap / a1) (μ 4 / μ 3)

У ній а1 - це площа однієї секції радіатора, обраного для установки в приміщенні. Вимірюється в м2. μ 4 коефіцієнт поправки який вноситься на спосіб установки опалювального радіатора. μ 3 - коефіцієнт поправки, який вказує реальну кількість секцій в радіаторі (μ3 - 1,0 за умови, що Ар = 2,0 м2). Для стандартних радіаторів типу М-140 даний параметр визначається за формулою:

μ 3 = 0,97 + 0,06 / Ар

При теплових випробуваннях використовуються стандартні радіатори, що складаються в середньому, з 7-8 секцій. Тобто, певний нами розрахунок витрати тепла на опалення - тобто, коефіцієнт теплопередачі, є реальним тільки для радіаторів саме такого розміру.

Слід зазначити, що при застосуванні радіаторів з меншою кількістю секцій спостерігається незначне збільшення рівня тепловіддачі.

Це пов`язано з тим, що в крайніх секціях тепловий потік кілька більш активний. Крім того, відкриті торці радіатора сприяють більшій тепловіддачі в повітря приміщення. У разі якщо кількість секцій більше - спостерігається ослаблення струму в крайніх секціях. Відповідно, для досягнення необхідного рівня тепловіддачі найбільш раціональним є незначне збільшення довжини радіатора за рахунок додавання секцій, що не вплине на потужність системи опалення.

Для тих радіаторів, площа однієї секції в яких становить 0,25 м2, існує формула для визначення коефіцієнта μ3:

μ3 = 0,92 + 0,16 / Ар

Але слід враховувати, що вкрай рідко при використанні даної формули виходить ціле число секцій. Найчастіше шукана кількість виявляється дробовим. Розрахунок нагрівальних приладів системи опалення передбачає, що для отримання більш точного результату допустимо незначне (не більше ніж на 5) зниження коефіцієнта Ар. Така дія призводить до обмеження рівня відхилення температурного показника в приміщенні. Коли зроблено розрахунок тепла на опалення приміщення, після отримання результату встановлюється радіатор з максимально близьким до отриманого значення кількістю секцій.

Розрахунок потужності опалення по площі передбачає, що певні умови на установку радіаторів накладає і архітектура будинку.

Зокрема, якщо є зовнішня ніша під вікном, то довжина радіатора повинна бути менше довжини ніші - не менше ніж на 0,4 м. Така умова дійсно лише при прямій підводці труби до радіатора. У разі якщо застосована підводка з качкою, різниця довжини ніші і радіатора повинна становити мінімум 0,6 м. При цьому зайві секції слід виділити як окремий радіатор.

Для окремих моделей радіаторів формула розрахунку тепла на опалення - тобто, визначення довжини, не застосовується, оскільки даний параметр заздалегідь визначений виробником. Це в повній мірі відноситься до радіаторів типу РСВ або РСГ. Однак нерідкі випадки, коли для збільшення площі приладу опалення даного типу використовується просто паралельна установка двох панелей поруч.

Якщо панельний радіатор визначено як єдиний допустимий для даного приміщення, то для визначення кількості необхідних радіаторів використовується:

N = Ap / a1.

При цьому площа радіатора - відомий параметр. У разі якщо буде встановлено два паралельних блоку радіаторів, показник Ар збільшують, визначаючи знижений коефіцієнт теплопередачі.

У разі використання конвекторів з кожухом розрахунок потужності опалення враховує, що їх довжина також визначається виключно існуючим модельним рядом. Зокрема, підлоговий конвектор «Ритм» представлено в двох моделях з довжиною кожуха 1 м і 1,5 м. Настінні конвектори також можуть незначно відрізняться один від одного.

У разі застосування конвектора без кожуха існує формула, яка допомагає визначити кількість елементів приладу, після чого можна реалізувати розрахунок потужності системи опалення:

N = Ap / (n * a1)

Тут n - кількість рядів і ярусів елементів, які і складають площа конвектора. При цьому a1 - площа однієї труби або елемента. При цьому при визначенні розрахункової площі конвектора необхідно враховувати не тільки кількість його елементів, але і метод їх з`єднання.

У разі застосування в опалювальній системі гладкотрубний приладу тривалість його гріє труби обчислюється таким чином:

l = Ар * μ4 / (n * a1)

μ4 - це коефіцієнт поправки, який вноситься при наявності декоративного укриття труби-n - кількість рядів або ярусів гріють труб- а1 - параметр, що характеризує площу одного метра горизонтальної труби при певному заздалегідь діаметрі.

Для отримання більш точного (а не дрібного числа), допускається незначне (не більше ніж на 0,1 м2ілі ж 5) зниження показника А.

приклад №1

Необхідно визначити правильну кількість секцій для радіатора М140-А, який буде встановлений в приміщенні, розташованому на верхньому поверсі. При цьому стіна зовнішня, під підвіконням ніша відсутня. А відстань від нього до радіатора становить всього 4 см. Висота приміщення 2,7 м. Qn = 1410 Вт, а tв = 18 ° С. Що для цього потрібно радіатора: під`єднання до однотрубної стояку проточно-регульованого типу (Dy20, кран КРТ з підведенням 0,4 м) - розводка опалювальної системи верхня, tг = 105 ° С, а витрата теплоносія по стояку становить Gст = 300 кг / год. Різниця температури теплоносія подає стояка і розглянутого становить 2 ° С.

Визначаємо середній показник температури в радіаторі:

tср = (105 - 2) - 0,5х1410х1,06х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,8 ° С.

Спираючись на отримані дані, обчислюємо щільність теплового потоку:

tср = 100,8 - 18 = 82,8 ° С

При цьому слід зазначити, що відбулося незначне зміна рівня витрат води (360 до 300 кг / год). Даний параметр практично ніяк не впливає на qnp.

Qпр = 650 (82,8 / 70) 1 + 0,3 = 809Вт / м2.

Далі визначаємо рівень тепловіддачі горизонтально (1г = 0,8 м) і вертикально (1в = 2,7 - 0,5 = 2,2 м) розташованих труб. Для цього слід скористатися формулою Qтр = qвхlв + qгхlг.

отримуємо:

Qтр = 93х2,2 + 115х0,8 = 296 Вт.

Розраховуємо площу необхідного радіатора по формулі Ap = Qnp / qnp і Qпp = Qп - μ трхQтр:

Ар = (1410-0,9х296) / 809 = 1,41м2.

Розраховуємо необхідну кількість секцій радіатора М140-А, враховуючи, що площа однієї секції становить 0,254 м2:

м2 (μ4 = 1,05, μ 3 = 0,97 + 0,06 / 1,41 = 1,01, скористаємося формулою μ 3 = 0,97 + 0,06 / Арі визначаємо:

N = (1,41 / 0,254) х (1,05 / 1,01) = 5,8.
Тобто, розрахунок споживання тепла на опалення показав, що в приміщенні для досягнення максимально комфортної температури слід встановити радіатор, що складається з 6 секцій.

приклад №2

Необхідно визначити марку відкритого настінного конвектора з кожухом КН-20к «Універсал-20», який встановлюється на однотрубний стояк проточного типу. Кран біля встановлюваного приладу відсутня.

Визначає середню температуру води в конвекторі:

tcp = (105 - 2) - 0,5х1410х1,04х1,02х3,6 / (4,187х300) = 100,9 ° С.

У конвекторах «Універсал-20» щільність теплового потоку дорівнює 357 Вт / м2.імеющіеся дані: μtcp = 100,9-18 = 82,9 ° С, Gnp = 300кг / ч. За формулою qпр = Qном (μ tср / 70) 1 + n (Gпр / 360) p перераховуємо дані:

qnp = 357 (82,9 / 70) 1 + 0,3 (300/360) 0,07 = 439 Вт / м2.

Визначаємо рівень тепловіддачі горизонтальних (1г- = 0,8 м) і вертикальних (? В = 2,7 м) труб (з урахуванням Dy20) використовуючи формулу Qтр = qвхlв + qгхlг. отримуємо:

Qтр = 93х2,7 + 115х0,8 = 343 Вт.

Скориставшись формулою Ap = Qnp / qnp і Qпp = Qп - μ трхQтр, визначаємо розрахункову площу конвектора:

Ар = (1410 - 0,9х343) / 439 = 2,51 м2.

Тобто, до установки прийнятий конвектор «Універсал-20» довжина кожуха якого становить 0,845 м (модель КН 230-0,918, площа якої 2,57м2).

приклад №3

Для системи парового опалення необхідно визначити кількість і довжину чавунних ребристих труб за умови, що установка відкритого типу і проводиться в два яруси. При цьому надлишковий тиск пара становить 0,02 МПа.

Додаткові характеристики: tнac = 104,25 ° С, t в = 15 ° С, Qп = 6500 Вт, Qтр = 350 Вт.

Скориставшись формулою μ tн = tнас - tв, визначимо різницю температур:

μ tн = 104,25- 15 = 89,25 ° С.

Визначаємо щільність теплового потоку, скориставшись відомим коефіцієнтом передачі даного типу труб у разі, коли вони встановлюються паралельно одна над іншою - до = 5,8 Вт / (м2- ° С). отримуємо:

qnp = knpх μ tн = 5,8-89,25 = 518 Вт / м2.

Формула Ap = Qnp / qnp допомагає визначити необхідну площу приладу:

Ар = (6500 - 0,9х350) / 518 = 11,9м2.

Щоб визначити кількість необхідних труб, N = Ap / (nхa1). При цьому слід скористатися такими даними: довжина однієї туби - 1,5 м, площа нагрівальної поверхні - 3м2.

Рахуємо: N = 11,9 / (2х3,0) = 2 шт.

Тобто, в кожному ярусі необхідно встановити по дві труби довжиною 1,5 м. Кожна. При цьому обчислимо загальну площу даного опалювального приладу: А = 3,0х * 2х2 = 12,0 м2.