Siltuma aprēķins apkures sistēmai: kā pareizi aprēķināt slodzi sistēmai

Apkures sistēmas projektēšana un siltuma aprēķins – obligāts posms, iekārtojot mājas apkuri. Galvenais aprēķinu pasākumu uzdevums – optimālo katla un radiatoru sistēmas parametru noteikšana.

Piekrītiet, no pirmā acu uzmetiena var šķist, ka siltumtehnisko aprēķinu veikšana ir pa spēkam tikai inženierim. Tomēr viss nav tik sarežģīti. Zinot darbību algoritmu, varēsiet patstāvīgi veikt nepieciešamos aprēķinus.

Rakstā ir detalizēti aprakstīta aprēķina kārtība un uzskaitītas visas nepieciešamās formulas. Labākai izpratnei esam sagatavojuši siltuma aprēķina piemēru privātmājai.

Apkures siltuma aprēķins: vispārējā kārtība

Klasiskais apkures sistēmas siltuma aprēķins ir kopsavilkuma tehnisks dokuments, kas ietver obligātas pakāpeniskas standarta aprēķinu metodes.

Bet pirms šo galveno parametru aprēķinu izpētes ir jānosaka pašas apkures sistēmas jēdziens.

Apkures sistēmu raksturo piespiedu padeve un brīva siltuma atvadīšana telpā.

Apkures sistēmas aprēķina un projektēšanas galvenie uzdevumi:

• visdrošāk noteikt siltuma zudumus;
• noteikt siltumnesēja daudzumu un lietošanas apstākļus;
• maksimāli precīzi izvēlēties siltuma ģenerēšanas, pārvietošanas un atdošanas elementus.

Būvējot apkures sistēmu, sākotnēji ir jāapkopo dažādi dati par telpu/ēku, kurā tiks izmantota apkures sistēma. Pēc tam jāveic sistēmas siltuma parametru aprēķins un jāanalizē aritmētisko darbību rezultāti.

Pamatojoties uz iegūtajiem datiem, tiek izvēlēti apkures sistēmas komponenti, kam seko iegāde, uzstādīšana un nodošana ekspluatācijā.

Apkure – tā ir daudzkomponentu sistēma, kas nodrošina noteikto temperatūras režīmu telpā/ēkā. Tā ir atsevišķa mūsdienīgas dzīvojamās telpas komunikāciju kompleksa daļa.

Ievērības cienīgi, ka norādītā siltuma aprēķina metode ļauj diezgan precīzi aprēķināt lielu skaitu lielumu, kas konkrēti apraksta nākotnes apkures sistēmu.

Siltuma aprēķina rezultātā būs pieejama šāda informācija:

• siltuma zudumu lielums, katla jauda;
• siltuma radiatoru skaits un veids katrai telpai atsevišķi;
• cauruļvada hidrauliskās īpašības;
• siltumnesēja tilpums, ātrums, siltumsūkņa jauda.

Siltuma aprēķins – tie nav teorētiski skices, bet gan diezgan precīzi un pamatoti rezultāti, kurus ieteicams izmantot praksē, izvēloties apkures sistēmas komponentus.

Telpu temperatūras režīmu normas

Pirms jebkādu sistēmas parametru aprēķinu veikšanas ir nepieciešams vismaz zināt sagaidāmo rezultātu kārtību, kā arī pieejami standartizēti dažu tabulas lielumu raksturlielumi, kas jāievieto formulās vai jāorientējas uz tiem.

Veicot parametru aprēķinus ar šādām konstantēm, var būt pārliecināts par meklētā dinamiskā vai nemainīgā sistēmas parametra ticamību.

Dažāda mērķa telpām ir etalonstandarti dzīvojamo un nedzīvojamo telpu temperatūras režīmiem. Šīs normas ir noteiktas tā sauktajos GOST.

Apkures sistēmai viens no šādiem globāliem parametriem ir telpas temperatūra, kurai jābūt nemainīgai neatkarīgi no gada perioda un apkārtējās vides apstākļiem.

Saskaņā ar sanitāro normatīvu un noteikumu regulējumu temperatūrā ir atšķirības attiecībā pret vasaras un ziemas periodu. Par telpas temperatūras režīmu vasaras sezonā atbild gaisa kondicionēšanas sistēma, tās aprēķina princips ir detalizēti izklāstīts šajā rakstā.

Savukārt istabas gaisa temperatūru ziemas periodā nodrošina apkures sistēma. Tāpēc mūs interesē temperatūras diapazoni un to noviržu pielaides ziemas sezonai.

Lielākajā daļā normatīvo dokumentu tiek noteikti šādi temperatūras diapazoni, kas ļauj cilvēkam ērti uzturēties telpā.

Nedzīvojamām biroja tipa telpām ar platību līdz 100 m²:

• 22-24°C – optimālā gaisa temperatūra;
• 1°C – pieļaujamā svārstība.

Biroja tipa telpām ar platību virs 100 m² temperatūra ir 21-23°C. Nedzīvojamām rūpnieciskā tipa telpām temperatūras diapazoni ievērojami atšķiras atkarībā no telpas mērķa un noteiktajām darba aizsardzības normām.

Komfortabla telpas temperatūra katram cilvēkam ir “sava”. Kāds mīl, kad telpā ir ļoti silts, citam ir ērti, kad telpā ir vēss – tas viss ir diezgan individuāli.

Attiecībā uz dzīvojamām telpām: dzīvokļiem, privātmājām, savrupmājām utt. pastāv noteikti temperatūras diapazoni, kurus var pielāgot atkarībā no iedzīvotāju vēlmēm.

Tomēr konkrētām dzīvokļa un mājas telpām ir:

• 20-22°C – dzīvojamā, tostarp bērnu, istaba, pielaide ±2°C –
• 19-21°C – virtuve, tualete, pielaide ±2°C;
• 24-26°C – vannas istaba, dušas telpa, baseins, pielaide ±1°C;
• 16-18°C – gaiteņi, priekštelpas, kāpņu telpas, pieliekamie, pielaide +3°C

Ir svarīgi atzīmēt, ka ir vēl vairāki galvenie parametri, kas ietekmē temperatūru telpā un uz kuriem jāorientējas, aprēķinot apkures sistēmu: mitrums (40-60%), skābekļa un oglekļa dioksīda koncentrācija gaisā (250:1), gaisa masu kustības ātrums (0.13-0.25 m/s) un tml.

Siltuma zudumu aprēķins mājā

Saskaņā ar otro termodinamikas likumu (skolas fizika) nepastāv spontāna enerģijas pārnese no mazāk uzkarsētiem uz vairāk uzkarsētiem mini- vai makroobjektiem. Šī likuma īpašs gadījums ir “tiekšanās” izveidot temperatūras līdzsvaru starp divām termodinamiskām sistēmām.

Piemēram, pirmā sistēma – apkārtējā vide ar temperatūru -20°C, otrā sistēma – ēka ar iekšējo temperatūru +20°C. Saskaņā ar minēto likumu šīs divas sistēmas centīsies līdzsvaroties, apmainoties ar enerģiju. Tas notiks, izmantojot siltuma zudumus no otrās sistēmas un dzesēšanu pirmajā.

Viennozīmīgi var teikt, ka apkārtējās vides temperatūra ir atkarīga no platuma, uz kura atrodas privātmāja. Un temperatūras starpība ietekmē siltuma noplūdes no ēkas (+)

Ar siltuma zudumiem saprot neviļus siltuma (enerģijas) izplūdi no kāda objekta (mājas, dzīvokļa). Parastam dzīvoklim šis process nav tik “manāms” salīdzinājumā ar privātmāju, jo dzīvoklis atrodas ēkas iekšienē un “robežojas” ar citiem dzīvokļiem.

Privātmājā caur ārsienām, grīdu, jumtu, logiem un durvīm kādā mērā “izplūst” siltums.

Zinot siltuma zudumu apjomu vissliktākajiem laikapstākļiem un šo apstākļu raksturlielumu, ar augstu precizitāti var aprēķināt apkures sistēmas jaudu.

Tātad, siltuma noplūdes apjoms no ēkas tiek aprēķināts pēc šādas formulas:

Q=Q_grīda+Q_siena+Q_logs+Q_jumts+Q_durvis+…+Q_i, kur

Qi – siltuma zudumu apjoms no viendabīga ēkas apvalka veida.

Katrs formulas elements tiek aprēķināts pēc formulas:

Q=S*∆T/R, kur

• Q – siltuma noplūdes, W;
• S – konkrēta konstrukcijas veida platība, kv. m;
• ∆T – apkārtējās vides un telpas iekšpuses gaisa temperatūru starpība, °C;
• R – noteikta konstrukcijas veida siltuma pretestība, m²*°C/W.

Pašu siltuma pretestības lielumu reāli esošiem materiāliem ieteicams ņemt no palīgtabulām.

Turklāt siltuma pretestību var iegūt, izmantojot šādu sakarību:

R=d/k, kur

• R – siltuma pretestība, (m²*K)/W;
• k – materiāla siltumvadītspējas koeficients, W/(m²*K);
• d – šī materiāla biezums, m.

Vecās mājās ar samirkušu jumta konstrukciju siltuma noplūdes notiek caur ēkas augšējo daļu, proti, caur jumtu un bēniņiem. Pasākumu veikšana griestu siltināšanai vai mansarda jumta siltumizolācijai atrisina šo problēmu.

Ja izolē bēniņu telpu un jumtu, tad kopējos siltuma zudumus no mājas var ievērojami samazināt

Mājā pastāv vēl vairāki siltuma zudumu veidi caur spraugām konstrukcijās, ventilācijas sistēmu, virtuves nosūcēju, logu un durvju atvēršanu. Bet to apjomu ņemt vērā nav jēgas, jo tie veido ne vairāk kā 5% no kopējā galveno siltuma noplūžu skaita.

Katla jaudas noteikšana

Lai uzturētu temperatūras starpību starp apkārtējo vidi un temperatūru mājas iekšienē, ir nepieciešama autonoma apkures sistēma, kas uztur vajadzīgo temperatūru katrā privātmājas telpā.

Apkures sistēmas pamatu veido dažādi katlu veidi: šķidrā vai cietā kurināmā, elektriskie vai gāzes.

Katls – ir apkures sistēmas centrālais mezgls, kas ģenerē siltumu. Katla galvenā īpašība ir tā jauda, proti, siltuma daudzuma pārveidošanas ātrums laika vienībā.

Veicot apkures siltumslodzes aprēķinus, iegūsim nepieciešamo katla nominālo jaudu.

Parastā daudzistabu dzīvoklī katla jaudu aprēķina pēc platības un īpatnējās jaudas:

P_katla=(S_telpas*P_īpatnējā)/10, kur

• S_telpas – apsildāmās telpas kopējā platība;
• P_īpatnējā – īpatnējā jauda atkarībā no klimatiskajiem apstākļiem.

Bet šī formula neņem vērā siltuma zudumus, kuru privātmājā ir pietiekami.

Pastāv cita sakarība, kas ņem vērā šo parametru:

P_katla=(Q_zudumi*S)/100, kur

• P_katla – katla jauda;
• Q_zudumi – siltuma zudumi;
• S – apsildāmā platība.

Aprēķinātā katla jauda ir jāpalielina. Rezerve ir nepieciešama, ja plānots izmantot katlu ūdens sildīšanai vannas istabā un virtuvē.

Lielākajā daļā privātmāju apkures sistēmu ieteicams obligāti izmantot izplešanās rezervuāru, kurā tiks glabāts siltumnesēja krājums. Katra privātmāja ir nepieciešama karstā ūdens apgāde.

Lai nodrošinātu katla jaudas rezervi, pēdējā formulā jāpievieno rezerves koeficients K:

P_katla=(Q_zudumi*S*K)/100, kur

K – būs vienāds ar 1.25, tas ir, katla aprēķinātā jauda tiks palielināta par 25%.

Tādējādi katla jauda nodrošina iespēju uzturēt normatīvo gaisa temperatūru ēkas telpās, kā arī nodrošināt sākotnējo un papildu karstā ūdens daudzumu mājā.

Radiatoru izvēles īpatnības

Standarta siltuma nodrošināšanas komponenti telpā ir radiatori, paneļi, “silto” grīdu sistēmas, konvektori utt. Visizplatītākās apkures sistēmas detaļas ir radiatori.

Siltuma radiators ir īpaša modulāra tipa doba konstrukcija no sakausējuma ar augstu siltuma atdevi. Tas tiek izgatavots no tērauda, alumīnija, čuguna, keramikas un citiem sakausējumiem. Apkures radiatora darbības princips ir enerģijas izstarošana no siltumnesēja telpas telpā caur “ziedlapiņām”.

Alumīnija un bimetāla apkures radiators aizstāja masīvās čuguna baterijas. Ražošanas vienkāršība, augsta siltuma atdeve, veiksmīga konstrukcija un dizains padarīja šo izstrādājumu par populāru un izplatītu siltuma izstarošanas instrumentu telpā.

Pastāv vairākas metodes apkures radiatoru aprēķināšanai telpā. Turpmāk uzskaitītās metodes ir sakārtotas pieaugošas aprēķinu precizitātes secībā.

Aprēķinu varianti:

1. Pēc platības. N=(S*100)/C, kur N – sekciju skaits, S – telpas platība (m²), C – vienas radiatora sekcijas siltuma atdeve (W, ņemts no izstrādājuma tehniskās pases vai sertifikāta), 100 W – siltuma plūsmas daudzums, kas nepieciešams, lai uzsildītu 1 m² (empīriska vērtība). Rodas jautājums: kā ņemt vērā telpas griestu augstumu?
2. Pēc tilpuma. N=(S*H*41)/C, kur N, S, C – analogiski. H – telpas augstums, 41 W – siltuma plūsmas daudzums, kas nepieciešams, lai uzsildītu 1 m³ (empīriska vērtība).
3. Pēc koeficientiem. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, kur N, S, C un 100 – analogiski. k1 – ņem vērā kameru skaitu telpas loga stikla paketē, k2 – sienu siltumizolācija, k3 – logu platības attiecība pret telpas platību, k4 – vidējā mīnus temperatūra aukstākajā ziemas nedēļā, k5 – telpas ārējo sienu skaits (kas “iziet” uz ielu), k6 – telpas tips virsū, k7 – griestu augstums.

Šis ir maksimāli precīzs sekciju skaita aprēķina variants. Protams, ka daļēju aprēķinu rezultātu noapaļošana vienmēr tiek veikta līdz nākamajam veselajam skaitlim.

Ūdensapgādes hidrauliskais aprēķins

Protams, “aina” siltuma aprēķinā apkurei nevar būt pilnvērtīga, neaprēķinot tādas īpašības kā siltumnesēja tilpums un ātrums. Vairumā gadījumu siltumnesējs ir parasts ūdens šķidrā vai gāzveida agregātstāvoklī.

Reālo siltumnesēja tilpumu ieteicams aprēķināt, summējot visus dobumus apkures sistēmā. Izmantojot vienkontūras katlu – tas ir optimāls variants. Izmantojot divkontūras katlus apkures sistēmā, jāņem vērā karstā ūdens patēriņš higiēnas un citiem sadzīves mērķiem.

Ūdens tilpuma aprēķins, ko silda divkontūras katls, lai nodrošinātu iedzīvotājus ar karsto ūdeni un siltumnesēja uzsildīšanu, tiek veikts, summējot apkures kontūra iekšējo tilpumu un lietotāju reālās vajadzības pēc uzsildīta ūdens.

Karstā ūdens tilpums apkures sistēmā tiek aprēķināts pēc formulas:

W=k*P, kur

• W – siltuma nesēja tilpums;
• P – apkures katla jauda;
• k – jaudas koeficients (litru skaits uz jaudas vienību, vienāds ar 13.5, diapazons – 10-15 l).

Galu galā galīgā formula izskatās šādi:

W = 13.5*P

Siltumnesēja ātrums – noslēdzošais dinamiskais apkures sistēmas novērtējums, kas raksturo šķidruma cirkulācijas ātrumu sistēmā.

Šī vērtība palīdz novērtēt cauruļvada tipu un diametru:

V=(0.86*P*μ)/∆T, kur

• P – katla jauda;
• μ – katla lietderības koeficients;
• ∆T – temperatūras starpība starp padodamo ūdeni un ūdeni atgaitas kontūrā.

Izmantojot iepriekš minētās metodes hidrauliskajam aprēķinam, būs iespējams iegūt reālus parametrus, kas ir “pamats” nākotnes apkures sistēmai.

Siltuma aprēķina piemērs

Kā siltuma aprēķina piemēru mums ir parasta 1-stāvu māja ar četrām dzīvojamām istabām, virtuve, vannasistaba, “ziemas dārzs” un saimniecības telpas.

Pamati no monolītas dzelzsbetona plātnes (20 cm), ārsienas – betons (25 cm) ar apmetumu, jumts – pārsegumi no koka sijām, jumta segums – metāla dakstiņi un minerālvate (10 cm)

Apzīmēsim mājas sākotnējos parametrus, kas nepieciešami aprēķinu veikšanai.

Ēkas izmēri:

• stāva augstums – 3 m;
• mazais logs fasādes un aizmugurējās daļas 1470*1420 mm;
• lielais fasādes logs 2080*1420 mm;
• ieejas durvis 2000*900 mm;
• aizmugurējās daļas durvis (izeja uz terasi) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Kopējais ēkas platums 9.5 m², garums 16 m². Tiks apsildītas tikai dzīvojamās istabas (4 gab.), vannasistaba un virtuve.

Lai precīzi aprēķinātu siltuma zudumus uz sienām, no ārējo sienu laukuma jāatskaita visu logu un durvju laukums – tas ir pavisam cits materiāla veids ar savu siltumizturību.

Sākam ar viendabīgo materiālu laukumu aprēķināšanu:

• grīdas laukums – 152 m²;
• jumta laukums – 180 m², ņemot vērā bēniņu augstumu 1.3 m un pārseguma platumu – 4 m;
• logu laukums – 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 m²;
• durvju laukums – 2*0.9+2*2*1.4=7.4 m².

Ārsienu laukums būs 51*3-9.22-7.4=136.38 m².

Pārejam pie siltuma zudumu aprēķina katram materiālam:

• Q_grīda=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 W;
• Q_jumts=180*40*0.1/0.05=14400 W;
• Q_logs=9.22*40*0.36/0.5=265.54 W;
• Q_durvis=7.4*40*0.15/0.75=59.2 W;

Un arī Q_siena ir vienāds ar 136.38*40*0.25/0.3=4546. Visu siltuma zudumu summa būs 19628.4 W.

Beigās aprēķināsim katla jaudu: P_katls=Q_zudumi*S_{apsild_telpas}*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.

Radiatoru sekciju skaita aprēķinu veiksim vienai no istabām. Visām pārējām aprēķini ir līdzīgi. Piemēram, stūra istaba (pa kreisi, shēmas apakšējais stūris) platība 10.4 m2.

Tātad 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.

Šai istabai nepieciešamas 9 apkures radiatora sekcijas ar siltuma izdalīšanu 180 W.

Pārejam pie siltumnesēja daudzuma aprēķina sistēmā – W=13.5*P=13.5*21=283.5 l. Tātad siltumnesēja ātrums būs: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 l.

Rezultātā pilns siltumnesēja apjoma apgrozījums sistēmā būs līdzvērtīgs 2.87 reizēm stundā.

Rakstu izlase par siltuma aprēķinu palīdzēs noteikt precīzus apkures sistēmas elementu parametrus:

1. Privātmājas apkures sistēmas aprēķins: noteikumi un aprēķina piemēri
2. Ēkas siltumtehniskais aprēķins: aprēķinu veikšanas specifika un formulas + praktiski piemēri

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Vienkāršs apkures sistēmas aprēķins privātmājai ir parādīts nākamajā apskatā:

Visas nianses un vispārpieņemtās siltuma zudumu aprēķināšanas metodes ir parādītas zemāk:

Vēl viens siltuma noplūdes aprēķina variants tipiskā privātmājā:

Šajā video tiek stāstīts par siltumnesēja cirkulācijas īpatnībām mājokļa apsildei:

Apkures sistēmas siltuma aprēķins ir individuāls raksturs, tas ir jāveic prasmīgi un rūpīgi. Jo precīzāk tiks veikti aprēķini, jo mazāk būs jāpārmaksā lauku mājas īpašniekiem ekspluatācijas laikā.

Vai jums ir pieredze apkures sistēmas siltuma aprēķina veikšanā? Vai ir palikuši jautājumi par tēmu? Lūdzu, dalieties ar savu viedokli un atstājiet komentārus. Atsauksmju bloks atrodas zemāk.