Cálculo de la carga térmica en el calentamiento y cantidades

¿Cómo se calcula la carga térmica calculada en calefacción? ¿Qué factores afectan la necesidad de calor de la casa? ¿Cómo elegir los dispositivos de calefacción óptimos? En el artículo intentaremos responder estas y otras preguntas.

Más fácil, incluso más fácil

Inmediatamente haga una reserva: este artículo está dirigido a propietarios de casas privadas y apartamentos con calefacción independiente. Los métodos de cálculo de los sistemas de calefacción de edificios de apartamentos múltiples son bastante complejos y deben tener en cuenta muchos factores: el trabajo de ventilación, la rosa de los vientos, el grado de insolación del edificio y mucho más.

En el caso de calentar una casa pequeña, es más fácil recoger la salida de calor con un cierto margen. El precio de varias secciones adicionales de la batería apenas parece ruinoso en el contexto del costo total de la construcción.

Sin embargo, los costos operativos, con una organización adecuada, no aumentarán en absoluto: los termostatos y los estranguladores limitarán la capacidad térmica en los días cálidos cuando no habrá demanda.

Entonces, nuestro objetivo es aprender a calcular la carga de calefacción de la manera más sencilla y comprensible para un no especialista.

Lo que pensamos

Tenemos que aprender a contar:

• Salida de calor total (potencia total de los dispositivos de calefacción, y en el caso de un sistema autónomo, también la potencia de la caldera).
• Potencia del calentador separado En una habitación individual.

Además, nos referiremos a varios valores relacionados:

• Cálculo de la cantidad de refrigerante y el volumen del tanque de expansión del sistema de calefacción.

• Selección del rendimiento de la bomba de circulación.
• Selección del diámetro óptimo de llenado.

Salida de calor total

Por area

Hace medio siglo, los SNiP ofrecen el esquema de cálculo más simple que muchos usan hoy en día: se toman 100 vatios de calor por metro cuadrado de espacio calentado. En una casa de 100 plazas necesita 10 kW. Punto

Simple, comprensible y demasiado impreciso.

Las razones

1. Se desarrollaron SNiPs para edificios de apartamentos. Las fugas de calor en un apartamento rodeado de locales con calefacción y en una casa privada con aire de hielo más allá de las paredes son incomparables.
2. El cálculo es correcto para apartamentos con una altura de techo de 2,5 metros. Un techo más alto aumentará el volumen de la habitación y, en consecuencia, el costo del calor.

1. A través de ventanas y puertas, se pierde mucha más energía térmica que a través de las paredes.
2. Finalmente, será lógico suponer que las pérdidas de calor en Sochi y Yakutsk variarán enormemente. Aumentar la temperatura delta entre la habitación y la calle duplicará el consumo de calor para calefacción exactamente dos veces. La física, sin embargo.

Por volumen

Para instalaciones con resistencia térmica normalizada de paredes (para Moscú - 3.19 m2 * C / W), puede utilizar el cálculo de la potencia térmica por volumen de la habitación.

• Se toman 40 vatios de calor por metro cúbico de volumen de apartamento con calefacción. Por un metro cúbico de volumen de una casa privada sin paredes comunes con edificios adyacentes con calefacción - 60.

• Se agregan 100 vatios de energía térmica al valor base para cada ventana. Por cada puerta que conduce a la calle - 200.
• La potencia recibida se multiplica por el coeficiente regional:

Calculemos una vez más la necesidad de calentar la energía térmica para una casa con un área de 100 cuadrados, pero ahora especificamos la tarea:

1. La altura de los techos de 3,2 metros nos dará un volumen interno de la casa de 3,2 * 100 = 320 m3.
2. La potencia térmica básica será de 320 * 60 = 19200 vatios.
3. Las ventanas y las puertas funcionarán: 19200+ (100 * 8) + (200 * 2) = 20,400 vatios.
4. El frío vigorizante de enero nos obligará a utilizar un coeficiente climático de 1.7. 20400 * 1.7 = 34640 vatios.

Como es fácil de ver, la diferencia con el cálculo según el primer esquema no solo es excelente, sino que es sorprendente.

¿Qué hacer si la calidad del aislamiento de la casa es significativamente mejor o peor de lo que requieren las normas de construcción? ¿Protección térmica de los edificios?

Por volumen y coeficiente de calentamiento.

La instrucción para esta situación se reduce a usar una fórmula de la forma Q = V * Dt * K / 860, en la que:

• Q - el indicador preciado de la potencia térmica en kilovatios.
• V - Volumen de espacio calentado.
• Dt es el delta de temperaturas entre la habitación y la calle en la cima del frío.
• K - coeficiente en función del grado de aislamiento del edificio.

Dos variables requieren comentarios separados.

Las temperaturas delta se toman entre la temperatura de vivienda SNiP prescrita (+18 para regiones con temperaturas invernales más bajas hasta -31 ° C y +20 para áreas con heladas más fuertes) y un promedio mínimo del mes más frío. No vale la pena centrarse en el mínimo absoluto: el frío de la grabación es raro y, lamento el juego de palabras involuntario, el clima no lo hace.

El coeficiente de aislamiento térmico se puede derivar aproximando los datos de la siguiente tabla:

Permítanos nuevamente realizar el cálculo de las cargas de calor en la calefacción de nuestra casa en Tynda, especificando que está aislada con una capa de espuma plástica de 150 mm de espesor y protegida del clima por ventanas de triple acristalamiento.

En realidad, de lo contrario no se construyen casas modernas en las condiciones del Extremo Norte.

1. Se asume que la temperatura dentro de la casa es de +20 C.
2. El promedio mínimo de enero será provocado por la conocida enciclopedia de Internet. Es -33C.
3. Por lo tanto, Dt = 53 grados.
4. Tomamos el coeficiente de aislamiento térmico igual a 0.7: el aislamiento térmico descrito por nosotros está cerca del límite superior de eficiencia.

Q = 320 * 53 * 0.7 / 860 = 13.8 kW. Este es el valor por el que vale la pena guiarse al elegir una caldera.

Selección de potencia del dispositivo de calefacción.

¿Cómo calcular la carga térmica en la sección de contorno correspondiente a una habitación individual?

Simplemente simple: realice el cálculo en uno de los esquemas anteriores, pero para el volumen de la sala. Por ejemplo, una sala de 10 m2 tendrá exactamente 1/10 de la producción total de calor; De acuerdo con el cálculo según el último esquema, es igual a 1380 vatios.

¿Cómo elegir un calentador con las características deseadas?

En el caso general, simplemente examinando la documentación del radiador o convector que ha observado. Los fabricantes generalmente indican el valor del flujo de calor para una sola sección o para todo el instrumento.

Matiz: el flujo de calor generalmente se indica para el delta de temperatura de 70 grados entre el refrigerante y el aire en la habitación. Reducir este delta a la mitad causará una caída doble en el poder.

Si, por algún motivo, la documentación y el sitio web del fabricante no están disponibles, puede utilizar los siguientes valores promedio:

Por separado, es necesario especificar el cálculo del registro de transferencia de calor.

Para un tubo horizontal de sección circular, se calcula mediante la fórmula Q = Pi * Dn * L * k * Dt, en la que:

• Q - potencia térmica en vatios;
• Pi es el número pi que se toma para ser 3.1415;
• Dí es el diámetro exterior de la sección de registro en metros.
• L - longitud del tubo en metros.
• k es el coeficiente de conductividad térmica, que para la tubería de acero se toma como 11,63 W / m2 * C;
• Dt es la temperatura delta entre el refrigerante y el aire en la habitación.

Un registro típico consta de varias secciones. Al mismo tiempo, todos ellos, excepto el primero, se encuentran en el flujo ascendente de aire caliente, lo que reduce el parámetro Dt y afecta directamente la transferencia de calor. Es por eso que se usa un factor adicional de 0.9 para la segunda y otras secciones.

Sigamos el ejemplo de este cálculo.

Calculemos la capacidad térmica de un registro de cuatro secciones con una longitud de tres metros, hecho de una tubería con un diámetro exterior de 208 mm, a una temperatura del refrigerante de 70 grados y una temperatura del aire en la habitación de 20 grados.

1. La potencia de la primera sección será 3.1415 * 0.208 * 3 * 11.63 * 50 = 1140 vatios (redondeado al número entero).
2. La potencia de la segunda y otras secciones es igual a 1140 * 0.9 = 1026 vatios.
3. La potencia térmica total del registro es de 1140+ (1026 * 3) = 4218 vatios.

Capacidad del tanque de expansión.

Este es uno de los parámetros que deben calcularse en un sistema de calefacción autónomo. El tanque de expansión debe contener el exceso de refrigerante durante su expansión térmica. El precio de su volumen insuficiente - funcionamiento constante de la válvula de seguridad.

Sin embargo: el volumen sobreestimado del tanque no tiene consecuencias negativas.

En la versión más simple del cálculo, el tanque se toma igual al 10% de la cantidad total de refrigerante en el circuito. ¿Cómo saber la cantidad de refrigerante?

Aquí hay un par de soluciones simples:

• El sistema se llena de agua, después de lo cual se fusiona en cualquier plato dimensional.
• Además, en un sistema equilibrado, el volumen de refrigerante en litros es aproximadamente igual a 13 veces la potencia de la caldera en kilovatios.

Una fórmula de cálculo de tanques más compleja (pero que también da un resultado más preciso) se ve así:

V = (Vt x E) / D.

En ella

• V es el volumen requerido del tanque en litros.
• Vt es el volumen de refrigerante en litros.
• E es el coeficiente de expansión del refrigerante a la temperatura máxima de funcionamiento del circuito.
• D - relación de eficiencia del tanque.

Y en este caso, un par de parámetros necesitan comentarios.

El coeficiente de expansión del agua, que a menudo actúa como refrigerante, cuando se calienta a partir de la temperatura inicial de + 10 ° C puede tomarse de la siguiente tabla:

Útil: las mezclas de agua y glicol utilizadas como anticongelantes para los circuitos de calefacción se expanden cuando se calientan ligeramente más fuertes. La diferencia alcanza el 0,45% cuando se calienta a 100 grados de una solución de glicol al 30 por ciento.

El coeficiente de eficiencia del tanque de expansión se calcula utilizando la siguiente fórmula: D = (Pv - Ps) / (Pv + 1).

En ella

• Pv es la presión de trabajo máxima permitida en el circuito. Está configurado para activar la válvula de seguridad. Como regla general, se elige igual a 2.5 atmósferas.
• Ps - presión de carga del tanque. Por lo general, corresponde a la altura de la columna de agua en el circuito sobre el tanque. Por ejemplo, en el sistema de calefacción, donde la parte superior de los radiadores en el segundo piso se eleva por encima de un tanque montado en el sótano, 5 metros, el tanque se carga con una presión de 0,5 atmósfera (que corresponde a una cabeza de cinco metros).

A modo de ejemplo, hagamos un cálculo de tanque de bricolaje para las siguientes condiciones:

• El volumen de refrigerante en el circuito es de 400 litros.
• Portador de calor: agua calentada por la caldera de 10 a 70 grados.
• La válvula de seguridad se fija en 2,5 kgf / cm2.
• El tanque de expansión se infla con aire a una presión de 0.5 kgf / cm2.

Entonces

1. La relación de eficiencia del tanque es (2.5-0.5) / (2.5 + 1) = 0.57.

1. El coeficiente de expansión del agua cuando se calienta a 60 grados es de 2.25%, o 0.0225.
2. El tanque debe tener un volumen mínimo de 400 * 0.0225 / 0.57 = 16 (redondeado al valor más cercano desde el rango de tamaño del tanque) litros.

Bomba

¿Cómo elegir la presión óptima y el rendimiento de la bomba?

Con toda la presión es simple. Su valor mínimo de 2 metros (0.2 kgf / cm2) es suficiente para el contorno de cualquier longitud razonable.

Referencia: el sistema de calefacción de un edificio de apartamentos funciona cuando la diferencia entre la mezcla y el flujo de retorno es exactamente de dos metros.

El rendimiento se puede calcular de acuerdo con el esquema más simple: todo el volumen del contorno debe girar tres veces por hora. Por lo tanto, para la cantidad de refrigerante mencionada anteriormente en 400 litros, el rendimiento mínimo razonable de la bomba de circulación del sistema de calefacción con un cabezal de operación debe ser igual a 0.4 * 3 = 1.2 m3 / hora.

Para las secciones individuales del circuito, equipadas con su propia bomba, su rendimiento se puede calcular mediante la fórmula G = Q / (1.163 * Dt).

En ella

• G - Valor de rendimiento preciado en metros cúbicos por hora.
• Q es la salida de calor de la sección del sistema de calefacción en kilovatios.
• 1.163 - Capacidad de calor promedio constante del agua.
• Dt es la diferencia de temperatura entre las líneas de suministro y retorno en grados Celsius.

Sugerencia: en sistemas autónomos, por lo general se toma igual a 20 grados.

Por lo tanto, para un circuito con una potencia térmica de 5 kilovatios a una delta de 20 grados entre el flujo y el flujo de retorno, se necesita una bomba con una capacidad de al menos 5 / (1.163 * 20) = 0.214 m3 / h.

Diámetro del tubo

¿Cómo elegir el diámetro de llenado óptimo en el circuito con una salida de calor conocida?

La fórmula D = 354 * (0.86 * Q / Dt) / v ayudará aquí.

En ella

• D es el diámetro interno del tubo en centímetros.
• Q es la potencia térmica del circuito en kilovatios.
• Dt es la temperatura delta entre el flujo y el tubo de retorno. Recuerde que el valor típico de Dt para un sistema de calefacción autónomo es 20 C.
• v es el caudal. El rango de sus valores es de 0.6 a 1.5 m / s. A velocidades más bajas, la diferencia de temperatura entre los radiadores primero y último en el circuito aumenta; En niveles más altos, el ruido hidráulico se hace notable.

Calculemos el diámetro mínimo para el contorno notorio con una capacidad de 5 kW a una velocidad del agua en las tuberías de 1 m / s.

D = 354 * (0,86 * 5/20) / 1 = 4,04 mm. En el lado práctico, esto significa que puede tomar las tuberías del tamaño mínimo disponible y no tener miedo de la lenta circulación en ellas.

Conclusión

Esperamos que la abundancia de fórmulas y números secos no esté cansada de un lector respetado. Como de costumbre, el video adjunto ofrecerá su atención a información temática adicional. ¡Éxitos!