Профессиональный расчет систем водяного отопления. Расчет теплопотерь водяного контура.

Купить программу

Я предлагаю свои методы расчета систем водяного отопления. Мои методы вы возможно не найдете в интернете. Потому что те, кто это понял, не будет делиться этими знаниями с другими. Да и высококлассные инженеры не будут на халяву, выкладывать свой хлеб.

Или данная информация, может быть изложена на не совсем доступном языке для Вас.

В этой статье я объясню на простом языке и постараюсь изложить все нюансы, касающиеся расчета и переноса тепла через водяные потоки. И данный процесс расчета будет, совсем упрощенный, не затрагивая лишних процессов и процедур.

По этим расчетам Вы легко сможете понять, из чего складывается весь процесс водяного отопления. Расчёт потребления тепла.

Вариант 1. Расчет радиаторов отопления. Рассмотрим теплопотери в радиаторном отоплении. Смотри изображение.

Вы задумывались над тем, с какой скоростью проходит вода в трубе? Или сколько литров проходит через ваш радиатор в час? И сколько же энергии потребляет ваш радиатор? Да и в каких единицах эту энергию тепла мерить?

Ниже я отвечу на эти вопросы! Будьте внимательны! Вы, возможно, получите новое представление и понимание данной темы!

Начнем с понимания теплоемкости.

Обладающий теплоемкостью материал – это материал обладающий способностью, накапливать в себе количество теплоты. В нашем случае это будет вода, которая имеет наибольшую величину теплоемкости. Имейте в виду, что если использовать незамерзающую жидкость для систем отопления, то эта незамерзающая жидкость будет иметь меньшую величину теплоемкости в отличие от чистой воды на разницу в пределах 20-30%. А это значит, что незамерзающая жидкость будет меньше переносить теплоту.

Теплоемкость – это отношение единицы количество теплоты на единицу температуры.

График теплоемкости:

Теплоемкость воды имеет феноменальный график теплоемкости. В районе около 36, 6 °С, теплоемкость воды самая минимальная. Но эта разница не такая большая и на расчетах тепла не будет сильно влиять. И поэтому, среднюю величину теплоемкости, будем принимать за 4, 2 кДж/(кг•°С).

Количество теплоты – это понятие стоит понимать интуитивно. Что тепло мы понимаем как тепловую энергию или можно понимать как термическую (Температурную) энергию.

Это во первых, а во вторых существует единица измерения, которая через отношения величин показывает из чего состоит данная величина.

Количество теплоты измеряется в калориях. Одна калория это количество теплоты затраченная для того, чтобы нагреть один грамм воды на один градус цельсия при атмосферном давлении (101325 Па). Везде пишут в Кельвинах и вы можете утверждать так же. Но скажу лишь то, что изменение на один градус цельсия, приведет разницу в один градус по Кельвину. Разница между Кельвина и Цельсия лишь в разнице сдвига на 273, 15 единиц. То есть, °С=Кельвин-273, 15 .

Если вода находится в неких других условиях, например при давлении в 30 атмосфер, то тут не стоит замарачиваться. Вода как и жидкость практически не сжимается. Если скажем на воду надавить 100 атмосфер, то объем самой воды уменьшиться на 0, 5%. Также существует температурное расширение, которое тоже очень маленькое и практически не влияет на расчеты. Скажу лишь, если изменить температуру воды на 100 градусов цельсия, то объем воды измениться на 1, 5%. Это в идеале для воды без воздуха. Для систем отопления такой расчет не идет, так как в системе отопления существуют в каждом радиаторе воздушная прослойка, что при нагреве воздуха приводит к расширению воздушных масс. Там рассчитывают расширение 10% от всего объема воды.

Также скажу еще то, что один литр воды весит один килограмм. Это означает, что масса воды в один килограмм соответствует одному литру воды в жидком состоянии.

Нам для нормального расчета не нужны тонкости в мельчайших цифрах. Температурное расширение очень маленькое. Разница при давлении хотя бы в 10 атмосфер тоже не значительное. Так что для расчета теплопотерь будем использовать средние показатели без лишних мелких расчетов. И Вы сможете вычислитель количества теплоты в любом конкретном случае.

P.S. Мельчайшие показатели, будете вводить в формулу, когда будете защищать докторскую диссертацию. :-)

1 калория = 4, 1868 Дж.

1 Джоуль = 0, 2388 калорий.

1 Калория = 0, 001163 Ватт • час

1 кКалория = 1, 163 Ватт • час

Приведем грубый пример с электрочайником: Если представить, что чайник потребляет 0, 001163 ватт, и налить туда один грамм и включить, то нагреет он воду за один час и всего на один градус.

Сделав некоторые, превращения получаем: Чтобы изменить 1 литр воды на один градус требуется 1, 163 Ватт • час.

А сейчас задача из реального примера:

Решение: Разница температур достигает 90 °С.

( (1, 163 • 90) / 1800 ) • 60 = 3, 489 минут.

Реальные результаты могут отличиться на 5-10%, тут еще есть фактор потери тепла в окружающую среду и потеря полезной энергии в сети 220 В. Также рассеивание электричества через магнитные поля и многое другое. Можете сами проверить…

Также я проверял, расход электрического водонагревателя на практике, ошибся всего на 5 процентов. Но это стоит того! Значит расчет верный, и цифры внушают доверие.

И так вернемся к этому изображению:

Если мы знаем расход воды в радиаторе и знаем температуры на подаче и на обратке, то мы легко можем посчитать, какое количество теплоты расходует данный радиатор.

Задача:

Решение: Переводим расход 5 литр/мин. = 300 литр/час.

Разница температур t = 75 – 65 = 10°С.

1, 163 • 10 • 300 = 3489 Ватт • час.

Ответ: Радиатор теряет за один час времени 3489 Ватт. Или можно сказать радиатор при данных условиях потребляет 3, 489 кВатт.

Очень важно при расчетах соблюдать единицы измерения! Константа 1, 163 это измеряется Ватт • час. Соблюдайте время! Переводите минуты в часы, а кубометры или миллилитры в литры. Так как выше было описано, при воздействии 1, 163 Ватт в течение одного часа нагревается один литр воды на один градус кельвина или цельсия.

Для тех, кто не знает. В одном кубическом метре 1000 литров. 1 м³ = 1000 литр.

Обратная задача:

По опыту скажу, что разница температур 10 секционного радиатора между подачей и обраткой будет равна от 10 до 20 °С.

Решение: Расход = 2000 / ( 1, 163 • 20 ) = 85, 98 литров / час.

Вариант 2. Как узнать, сколько Ватт тепла выдает котел? Расчет котлов отопления.

Ситуация аналогична расчету по радиаторному отоплению. Это просто! Смотрите, сколько качает циркуляционный насос. Измеряете температуру на подающей трубе и на трубе обратного потока. Подставляете в формулу и считаете!

Задача:

Решение: Переводим расход 20 литр/мин. = 1200 литр/час.

Разница температур t = 75 – 55 = 20°С.

1, 163 • 20 • 1200 = 27912 Ватт • час.

Ответ: Котел выдает мощность 27, 912 кВатт.

В будущих статьях обязательно рассмотрим обратные задачи, как считать теплопотери здания и как узнать, сколько мощности необходимо котлу.

Вариант 3. С теплым полом ситуация как с потерей тепла в радиаторном отоплении.

Что касается скорости потока в теплом поле, то вот формулы, которые помогут найти скорость.

Задача:

Решение: Внутренний диаметр трубы равен 12 мм переводим в метры. 0, 012 м.

D = 0, 012 м

S = π • r2 = π • (D/2)² = 3, 14 • ( 0, 012/2 )² = 0, 00011304 мм2

Q = 5 л/мин = 0, 0000833 м³/с

V = Q / S = 0, 0000833 / 0, 00011304 = 0, 73 м/с.

Ответ: Средняя скорость потока составляет 0, 73 м/с.