Carga de calor en calefacción y otros parámetros de diseño:

El tema de este artículo es la definición de la carga de calor en la calefacción y otros parámetros que deben calcularse para un sistema de calefacción autónomo. El material se centra principalmente en los propietarios de casas particulares, lejos de equipos de calefacción y que necesitan las fórmulas y algoritmos más simples.

Así que ve

Redundancia y cálculo preciso.

Desde el principio, es necesario especificar una sutileza de los cálculos: los valores absolutamente exactos de pérdida de calor a través del piso, el techo y las paredes, que el sistema de calefacción debe compensar, son casi imposibles de calcular. Solo se puede hablar de un cierto grado de confiabilidad de las estimaciones.

La razón es que demasiados factores afectan la pérdida de calor:

• Resistencia térmica de paredes de capital y todas las capas de materiales de acabado.
• La presencia o ausencia de puentes fríos.
• Rosa de los vientos y la ubicación de la casa en el terreno.
• El trabajo de ventilación (que, a su vez, nuevamente depende de la fuerza y ​​dirección del viento).
• Grado de insolación de ventanas y paredes.

Hay algunas buenas noticias. Prácticamente todas las calderas de calefacción modernas y los sistemas de calefacción distribuidos (calefacción por suelo radiante, convectores eléctricos y de gas, etc.) se suministran con termostatos que miden el consumo de calor según la temperatura de la habitación.

En el aspecto práctico, esto significa que el exceso de salida de calor solo afectará el modo de calefacción: por ejemplo, 5 kWh de calor no se entregarán en una hora de funcionamiento continuo con una potencia de 5 kW, sino en 50 minutos de funcionamiento con una potencia de 6 kW. En los próximos 10 minutos, la caldera u otro dispositivo de calefacción se mantendrá en modo de espera, sin consumir electricidad ni energía.

Por lo tanto: en el caso de calcular la carga de calor, nuestra tarea es determinar su valor mínimo permitido.

La única excepción a la regla general está asociada con el funcionamiento de las calderas de combustible sólido clásicas y se debe al hecho de que la disminución de su producción de calor se asocia con una disminución importante de la eficiencia debido a la combustión incompleta del combustible. El problema se resuelve al instalar un acumulador de calor en el circuito y estrangular los calentadores con cabezas térmicas.

Después de encenderse, la caldera funciona a plena potencia y con la máxima eficiencia hasta la quema completa de carbón o leña; luego, el acumulador de calor acumulado que se consume se gasta en mantener la temperatura óptima en la habitación.

La mayoría de los otros parámetros que deben calcularse también permiten cierta redundancia. Sin embargo, sobre esto - en las secciones relevantes del artículo.

Lista de parametros

Entonces, ¿qué debemos considerar realmente?

• La carga térmica total sobre la calefacción de la vivienda. Corresponde a la potencia mínima requerida de la caldera o la potencia total de los aparatos en el sistema de calefacción distribuida.
• La necesidad de calor en una habitación separada.
• El número de secciones del radiador seccional y el tamaño del registro correspondiente a un cierto valor de salida de calor.

Tenga en cuenta que, para los calentadores listos para usar (convectores, radiadores de placas, etc.), los fabricantes generalmente indican la salida de calor total en la documentación adjunta.

• El diámetro de la tubería capaz en el caso de calentamiento de agua para proporcionar el flujo de calor necesario.
• Parámetros de la bomba de circulación, que impulsa el refrigerante en el circuito con los parámetros especificados.
• El tamaño del tanque de expansión para compensar la expansión térmica del refrigerante.

Vayamos a las fórmulas.

Carga de calor

Uno de los principales factores que influyen en su valor es el grado de aislamiento de la casa. SNiP 23-02-2003, que regula la protección térmica de edificios, normaliza este factor, derivando los valores recomendados de resistencia térmica de paredes para cada región del país.

Presentamos dos formas de realizar cálculos: para edificios que cumplen con SNiP 23-02-2003, y para casas con resistencia térmica no estandarizada.

Resistencia térmica normalizada

Las instrucciones para calcular la salida de calor en este caso se ven así:

• 60 vatios por 1 m3 de volumen total (incluidas las paredes) de la casa se toman como valor base.
• Para cada una de las ventanas, se añaden adicionalmente 100 vatios de calor a este valor.. Por cada puerta que conduce a la calle - 200 vatios.

• Se usa un factor adicional para compensar las pérdidas que aumentan en las regiones frías.

A modo de ejemplo, hagamos un cálculo para una casa que mide 12 * 12 * 6 metros con doce ventanas y dos puertas a la calle ubicada en Sebastopol (la temperatura promedio de enero es de + 3C).

1. El volumen calentado es 12 * 12 * 6 = 864 metros cúbicos.
2. La salida de calor de la base es 864 * 60 = 51,840 vatios.
3. Las ventanas y puertas lo aumentarán levemente: 51840+ (12 * 100) + (2 * 200) = 53440.
4. El clima excepcionalmente suave, debido a la proximidad del mar, nos obligará a utilizar un coeficiente regional de 0.7. 53440 * 0.7 = 37408 vatios. Está en este valor, y puede navegar.

Resistencia térmica no normalizada.

¿Qué hacer si la calidad del aislamiento del hogar es notablemente mejor o peor de lo recomendado? En este caso, para estimar la carga térmica, puede utilizar la fórmula de la forma Q = V * Dt * K / 860.

En ella

• Q - Salida de calor acariciada en kilovatios.
• V es el volumen calentado en metros cúbicos.
• Dt es la diferencia de temperatura entre la calle y la casa. Generalmente, el delta se toma entre el valor recomendado para uso interno del edificio (+18 - + 22С) y la temperatura mínima promedio en la calle en el mes más frío de los últimos años.

Aclaremos: contar con el mínimo absoluto es más correcto en principio; Sin embargo, esto significará costos excesivos para la caldera y los dispositivos de calefacción, cuya capacidad total será demandada solo una vez cada pocos años. El precio de una ligera subestimación de los parámetros calculados es una cierta caída de la temperatura en la habitación en el pico del clima frío, que puede compensarse fácilmente con la inclusión de calentadores adicionales.

• K - coeficiente de aislamiento, que puede tomarse de la tabla a continuación. Los valores intermedios del coeficiente se derivan por aproximación.

Repitamos los cálculos para nuestra casa en Sebastopol, especificando que sus paredes son de muros de mampostería de 40 cm de espesor (roca sedimentaria porosa) sin acabado externo, y el acristalamiento está hecho con ventanas de un solo vidrio.

1. El coeficiente de aislamiento térmico se supone que es 1.2.
2. Calculamos el volumen de la casa antes; es igual a 864 m3.
3. Tomaremos la temperatura interna igual a la SNiP recomendada para las regiones con un pico más bajo de temperaturas por encima de -31С - +18 grados. La información sobre el mínimo promedio generará la famosa enciclopedia de Internet: es igual a -0.4C.
4. El cálculo, por lo tanto, tendrá la forma Q = 864 * (18 - -0.4) * 1.2 / 860 = 22.2 kW.

Como es fácil de ver, el cálculo dio un resultado que difiere del obtenido por el primer algoritmo una vez y media. La razón, en primer lugar, es que el mínimo promedio utilizado por nosotros es notablemente diferente del mínimo absoluto (alrededor de -25 ° C). Aumentar la temperatura delta en una vez y media exactamente al mismo tiempo aumentará la demanda de calor estimada del edificio.

Gigacaloria

Al calcular la cantidad de energía térmica recibida por un edificio o una habitación, junto con los kilovatios-hora, se utiliza otro valor: gigacaloría. Corresponde a la cantidad de calor requerida para calentar 1000 toneladas de agua a 1 grado a una presión de 1 atmósfera.

¿Cómo recalcular los kilovatios de salida de calor en gigacalorías de calor consumido? Es simple: una gigacaloría es igual a 1162.2 kW / h. Por lo tanto, con una potencia de fuente de calor máxima de 54 KW, la carga máxima por hora en calefacción será de 54 / 1162.2 = 0.046 Gcal * hora.

Es útil: para cada región del país, las autoridades locales regulan el consumo de calor en gigcaloria por metro cuadrado de espacio durante el mes. El valor promedio en la Federación Rusa es de 0.0342 Gcal / m2 por mes.

Habitacion

¿Cómo calcular la necesidad de calefacción para una habitación individual? Aquí, se utilizan los mismos esquemas de cálculo que para la casa en su conjunto, con una sola enmienda. Si una habitación con calefacción se encuentra junto a una habitación sin sus propios dispositivos de calefacción, se incluye en el cálculo.

Entonces, si un corredor con un tamaño de 1.2 * 4 * 3 metros colinda con una habitación que mide 4 * 5 * 3 metros, la potencia de calefacción del calentador se calcula para un volumen de 4 * 5 * 3 + 1.2 * 4 * 3 = 60 + 14, 4 = 74.4 m3.

Aparatos de calefacción

Radiadores seccionales

En general, la información sobre el flujo de calor por sección siempre se puede encontrar en el sitio web del fabricante.

Si se desconoce, puede confiar en los siguientes valores aproximados:

• Sección de fundición de hierro - 160 vatios.
• Sección bimetálica - 180 vatios.
• Sección de aluminio - 200 vatios.

Como siempre, hay una serie de sutilezas. Con una conexión lateral de un radiador con 10 o más secciones, la variación de temperatura entre las secciones proximales al revestimiento y las secciones finales será bastante significativa.

Por cierto: el efecto será nulo si el forro está conectado en diagonal o de abajo hacia abajo.

Además, los fabricantes de calentadores generalmente especifican la potencia para un delta de temperatura muy específico entre el radiador y el aire, igual a 70 grados. La dependencia del flujo de calor en Dt es lineal: si la batería es 35 grados más caliente que el aire, la potencia térmica de la batería será exactamente la mitad de la declarada.

Por ejemplo, cuando la temperatura del aire en la habitación es + 20C y la temperatura del refrigerante en + 55C, la potencia de la sección de aluminio del tamaño estándar será 200 / (70/35) = 100 vatios. Para proporcionar una potencia de 2 kW, necesita 2000/100 = 20 secciones.

Registros

Los registros de fabricación propia destacan en la lista de dispositivos de calefacción.

Los fabricantes por razones obvias no pueden especificar su capacidad térmica; Sin embargo, es fácil calcularlo usted mismo.

• Para la primera sección del registro (tubería horizontal de dimensiones conocidas), la potencia es igual al producto de su diámetro exterior y longitud en metros, el delta de temperatura entre el refrigerante y el aire en grados, y un coeficiente constante de 36.5356.
• Para las secciones subsiguientes que se encuentran en el flujo ascendente de aire caliente, se usa un factor adicional de 0.9.

Analicemos otro ejemplo: calculamos el flujo de calor para un registro de cuatro filas con un diámetro de sección de 159 mm, una longitud de 4 metros y una temperatura de 60 grados en una habitación con una temperatura interna de + 20 ° C.

1. Las temperaturas del delta en nuestro caso son 60-20 = 40C.
2. Convertimos el diámetro del tubo en metros. 159 mm = 0,159 m.
3. Calcula la potencia térmica de la primera sección. Q = 0.159 * 4 * 40 * 36.5356 = 929.46 vatios.
4. Para cada sección subsiguiente, la potencia será igual a 929.46 * 0.9 = 836.5 vatios.
5. La potencia total será de 929.46 + (836.5 * 3) = 3500 vatios (redondeados).

Diámetro de la tubería

¿Cómo determinar el valor mínimo del diámetro interno del relleno de tubería o el revestimiento del dispositivo de calentamiento? No nos subiremos a la naturaleza y usaremos la tabla que contiene los resultados finales para la diferencia entre el flujo y el flujo de retorno de 20 grados. Este valor es típico de los sistemas autónomos.

La velocidad de flujo máxima del refrigerante no debe exceder de 1,5 m / s para evitar el ruido; más a menudo son guiados por la velocidad de 1 m / s.

Por ejemplo, para una caldera de 20 kW, el diámetro interno mínimo del llenado a un caudal de 0,8 m / s será igual a 20 mm.

Tenga en cuenta que el diámetro interno está cerca del control remoto (paso condicional) de la tubería de acero. Los tubos de plástico y metal-plástico suelen estar marcados con un diámetro exterior, que es de 6 a 10 mm más grande que el interno. Por lo tanto, un tubo de polipropileno con un tamaño de 26 mm tiene un diámetro interno de 20 mm.

Bomba de circulacion

Dos parámetros de la bomba son importantes para nosotros: su cabeza y rendimiento. En una casa privada, a cualquier longitud razonable del circuito, la presión mínima para las bombas más baratas es de 2 metros (0,2 kgf / cm2): es este valor diferencial el que circula el sistema de calefacción de los edificios de apartamentos.

El rendimiento requerido se calcula mediante la fórmula G = Q / (1.163 * Dt).

En ella

• G - productividad (m3 / hora).
• Q es la potencia del circuito en el que está instalada la bomba (KW).
• Dt es la diferencia de temperatura entre las tuberías directas y de retorno en grados (en un sistema independiente, el valor típico es Dt = 20С).

Para un circuito con una carga térmica de 20 kilovatios, con un delta de temperatura estándar, la capacidad de diseño será de 20 / (1.163 * 20) = 0.86 m3 / hora.

Tanque de expansion

Uno de los parámetros que deben calcularse para un sistema autónomo es el volumen del tanque de expansión.

El cálculo exacto se basa en una serie bastante larga de parámetros:

• Temperatura y tipo de refrigerante. El coeficiente de expansión depende no solo del grado de calentamiento de las baterías, sino también de con qué se llenan: las mezclas de agua y glicol se expanden más.
• Presión máxima de trabajo en el sistema.
• La presión de carga del tanque depende, a su vez, de la presión hidrostática del circuito (la altura del punto superior del circuito sobre el tanque de expansión).

Sin embargo, hay un matiz que permite simplificar enormemente el cálculo. Si una subestimación del volumen del tanque en el mejor de los casos conducirá a una activación constante de la válvula de seguridad, y en el peor de los casos, a la destrucción del circuito, entonces su exceso de volumen no dañará nada.

Es por eso que generalmente se toma un tanque con un desplazamiento igual a 1/10 de la cantidad total de refrigerante en el sistema.

Consejo: para averiguar el volumen del circuito, basta con llenarlo con agua y escurrirlo en un recipiente de medición.

Conclusión

Esperamos que los esquemas de cálculo anteriores simplifiquen la vida del lector y lo alivien de muchos problemas. Como de costumbre, el video adjunto al artículo ofrecerá información adicional a su atención.

¡Éxitos!