Berekening van luchtverwarming: basisprincipes + voorbeeldberekening

De installatie van een verwarmingssysteem is onmogelijk zonder voorafgaande berekeningen. De verkregen gegevens moeten zo nauwkeurig mogelijk zijn, daarom wordt de berekening van luchtverwarming uitgevoerd door experts met behulp van gespecialiseerde programma's, rekening houdend met de nuances van de constructie.

Het luchtverwarmingssysteem (hierna – LVS) kan zelf worden berekend, met elementaire kennis van wiskunde en natuurkunde.

In dit materiaal leggen we uit hoe u het warmteverliesniveau van een huis en het LVS kunt berekenen. Om alles zo duidelijk mogelijk te maken, worden concrete rekenvoorbeelden gegeven.

Berekening van warmteverliezen van het huis

Om het LVS te kiezen, moet u de hoeveelheid lucht voor het systeem bepalen, de begintemperatuur van de lucht in het luchtkanaal voor optimale verwarming van de ruimte. Om deze gegevens te verkrijgen, moet u het warmteverlies van het huis berekenen en pas later met de hoofberekeningen beginnen.

Elk gebouw verliest tijdens de koude periode thermische energie. De maximale hoeveelheid verlaat de ruimte via muren, dak, ramen, deuren en andere omhullende elementen (hierna – OE), die aan één zijde naar buiten zijn gericht.

Om een bepaalde temperatuur in huis te garanderen, moet u het thermisch vermogen berekenen dat in staat is om de warmteverliezen te compenseren en de gewenste temperatuur in huis te handhaven.

Er bestaat de verkeerde opvatting dat het warmteverlies voor elk huis gelijk is. Sommige bronnen beweren dat 10 kW voldoende is voor het verwarmen van een klein huis van elke configuratie, anderen beperken zich tot cijfers van 7-8 kW per vierkante meter.

Volgens een vereenvoudigde berekeningsmethode moet elke 10 m² bruikbare oppervlakte in de noordelijke regio's en de gematigde zone worden voorzien van 1 kW thermisch vermogen. Dit getal, individueel voor elk gebouw, wordt vermenigvuldigd met een factor 1,15, waardoor een reserve aan thermisch vermogen wordt gecreëerd voor onvoorziene verliezen.

Deze schattingen zijn echter nogal ruw, en bovendien wordt geen rekening gehouden met de kwaliteit en eigenschappen van de materialen die bij de bouw van het huis worden gebruikt, de klimaatomstandigheden en andere factoren die van invloed zijn op de warmtekosten.

De hoeveelheid warmte die ontsnapt, hangt af van het oppervlak van het omhullende element en de thermische geleidbaarheid van elk van zijn lagen. De grootste hoeveelheid thermische energie verlaat de ruimte via muren, vloer, dak, ramen.

Als bij de bouw van het huis moderne bouwmaterialen zijn gebruikt waarvan de thermische geleidbaarheid laag is, dan zal het warmteverlies van de constructie kleiner zijn, en dus zal er minder thermisch vermogen nodig zijn.

Als u verwarmingsapparatuur neemt die een vermogen genereert dat het benodigde overschrijdt, dan ontstaat er een warmteoverschot, dat meestal wordt gecompenseerd door ventilatie. In dat geval ontstaan er extra financiële kosten.

Als voor het luchtverwarmingssysteem apparatuur met een laag vermogen wordt gekozen, zal er een warmtetekort in de ruimte worden gevoeld, omdat het apparaat niet de benodigde hoeveelheid energie kan opwekken, waardoor extra verwarmingsinstallaties moeten worden aangeschaft.

Het gebruik van polyurethaanschuim, glasvezel en andere moderne isolatiematerialen maakt het mogelijk om een maximale thermische isolatie van de ruimte te bereiken.

De warmtekosten van het gebouw zijn afhankelijk van:

• de structuur van de omhullende elementen (muren, plafonds, enz.), hun dikte;
• de oppervlakte van het te verwarmen oppervlak;
• de oriëntatie ten opzichte van de windstreken;
• van de minimale buitentemperatuur in de regio, stad gedurende 5 winterdagen;
• van de duur van het stookseizoen;
• van infiltratie- en ventilatieprocessen;
• van huishoudelijke warmtewinsten;
• van het warmteverbruik voor huishoudelijke doeleinden.

Het is onmogelijk om warmteverlies correct te berekenen zonder rekening te houden met infiltratie en ventilatie, die een aanzienlijke invloed hebben op de kwantitatieve component. Infiltratie – is een natuurlijk proces van luchtverplaatsing dat plaatsvindt tijdens het bewegen van mensen in de ruimte, het openen van ramen voor ventilatie en andere huishoudelijke processen.

Ventilatie – is een speciaal geïnstalleerd systeem waardoor lucht wordt toegevoerd, waarbij de lucht de ruimte kan binnenkomen met een lagere temperatuur.

Via ventilatie gaat er 9 keer meer warmte verloren dan tijdens natuurlijke infiltratie

Warmte komt de ruimte niet alleen binnen via het verwarmingssysteem, maar ook via verwarmende elektrische apparaten, gloeilampen en mensen. Het is ook belangrijk om rekening te houden met het warmteverbruik voor het verwarmen van koude voorwerpen die van buiten zijn meegebracht, zoals kleding.

Voordat u de apparatuur voor het luchtverwarmingssysteem kiest, het ontwerpen van het verwarmingssysteem, is het belangrijk om het warmteverlies van de woning met hoge nauwkeurigheid te berekenen. Dit kunt u doen met behulp van het gratis programma Valtec. Om niet in de fijne kneepjes van de applicatie te duiken, kunt u wiskundige formules gebruiken die een hoge nauwkeurigheid van berekeningen geven.

Om het totale warmteverlies Q van de woning te berekenen, moet u de warmteverliezen van de omhullende constructies Q_org.k, de energieverbruiken voor ventilatie en infiltratie Q_v berekenen, en rekening houden met huishoudelijke verbruiken Q_t. De verliezen worden gemeten en genoteerd in W.

Voor het berekenen van het totale warmteverlies Q wordt de formule gebruikt:

Q = Q_org.k + Q_v – Q_t

Vervolgens bekijken we de formules voor het bepalen van de warmteverliezen:

Q_org.k , Q_v,  Q_t.

Bepaling van warmteverliezen van omhullende constructies

Via de omhullende elementen van de woning (muren, deuren, ramen, plafond en vloer) gaat de meeste warmte verloren. Om Q_org.k te bepalen, moet u afzonderlijk het warmteverlies berekenen dat elk constructie-element met zich meebrengt.

Dat wil zeggen, Q_org.k wordt berekend met de formule:

Q_org.k = Q_pol + Q_st + Q_okn + Q_pt + Q_dv

Om Q van elk element van de woning te bepalen, moet u de opbouw en de warmtegeleidingscoëfficiënt of de warmteweerstandscoëfficiënt kennen, die in het materiaalpaspoort wordt vermeld.

Voor de berekening van warmteverliezen worden de lagen meegenomen die de isolatie beïnvloeden. Bijvoorbeeld isolatiemateriaal, metselwerk, bekleding enz.

De berekening van warmteverlies vindt plaats voor elke homogene laag van het omhullende element. Als een muur bijvoorbeeld uit twee verschillende lagen bestaat (isolatie en baksteenmetselwerk), wordt de berekening afzonderlijk uitgevoerd voor de isolatie en voor het baksteenmetselwerk.

De warmteverliezen van de laag worden berekend rekening houdend met de gewenste temperatuur in de ruimte volgens de uitdrukking:

Q_st = S × (t_v – t_n) × B × l/k

In de uitdrukking hebben de variabelen de volgende betekenis:

• S – oppervlakte van de laag, m²;
• t_v – gewenste temperatuur in het huis, °C; voor hoekkamers wordt de temperatuur 2 graden hoger genomen;
• t_n – gemiddelde temperatuur van de koudste 5-daagse periode in de regio, °C;
• k – warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal;
• B – dikte van elke laag van het omhullende element, m;
• l – tabelparameter, houdt rekening met de kenmerken van warmteverliezen voor OK, gelegen aan verschillende windrichtingen.

Als er in de muur waarvoor de berekening wordt uitgevoerd ramen of deuren zijn ingebouwd, dan moet bij de berekening van Q het oppervlak van het raam of de deur worden afgetrokken van het totale oppervlak van de OK, omdat hun warmteverliezen anders zullen zijn.

In het technisch paspoort voor ramen of deuren wordt soms de warmteoverdrachtscoëfficiënt D vermeld, waarmee de berekeningen kunnen worden vereenvoudigd

De warmteweerstandscoëfficiënt wordt berekend met de formule:

D = B/k

De formule voor warmteverliezen voor een afzonderlijke laag kan worden weergegeven als:

Q_st = S × (t_v – t_n) × D × l

In de praktijk worden voor de berekening van Q van vloeren, muren of plafonds de coëfficiënten D van elke laag van de OK afzonderlijk berekend, opgeteld en ingevuld in de algemene formule, wat het rekenproces vereenvoudigt.

In aanmerking nemen van infiltratie- en ventilatieverliezen

In de ruimte kan vanuit het ventilatiesysteem lucht met een lage temperatuur binnenkomen, die een aanzienlijke invloed heeft op het warmteverlies. De algemene formule voor dit proces is als volgt:

Q_v = 0.28 × L_n × p_v × c × (t_v – t_n)

In de uitdrukking hebben de lettersymbolen de volgende betekenis:

• L_n – debiet van de binnenkomende lucht, m³/h;
• p_v – dichtheid van de lucht in de ruimte bij de gegeven temperatuur, kg/m³;
• t_v – temperatuur in het huis, °C;
• t_n – gemiddelde temperatuur van de koudste 5-daagse periode in de regio, °C;
• c – warmtecapaciteit van lucht, kJ/(kg*°C).

Parameter L_n wordt genomen uit de technische specificaties van het ventilatiesysteem. In de meeste gevallen heeft de toevoerluchtverversing een specifiek debiet van 3 m³/h, op basis waarvan L_n wordt berekend met de formule:

L_n = 3 × S_pol

In de formule is S_pol – oppervlakte van de vloer, m².

De dichtheid van de lucht in de ruimte p_v wordt bepaald door de uitdrukking:

p_v = 353/273+t_v

Hier is t_v – de ingestelde temperatuur in het huis, gemeten in °C.

De warmtecapaciteit c is een constante fysische grootheid en is gelijk aan 1.005 kJ/(kg× °C).

Bij natuurlijke ventilatie komt koude lucht binnen via ramen en deuren, en verdringt warmte via de schoorsteen

Ongeorganiseerde ventilatie, of infiltratie, wordt bepaald door de formule:

Q_i = 0.28 × ∑G_h × c × (t_v – t_n) × k_t

In de vergelijking:

• G_h – luchtdebiet door elke omheining, is een tabelwaarde, kg/u;
• k_t – invloedscoëfficiënt van de thermische luchtstroom, wordt uit de tabel genomen;
• t_v , t_n – de ingestelde temperaturen binnen en buiten, °C.

Bij het openen van deuren treden de meest significante warmteverliezen van lucht op, dus als de ingang is uitgerust met luchtgordijnen, moet u deze ook in aanmerking nemen.

Een luchtgordijn is een langwerpige luchtverhitter die een krachtige luchtstroom vormt binnen het raam- of deuropening. Het minimaliseert of elimineert vrijwel warmteverlies en luchtinfiltratie van buiten, zelfs bij een open deur of raam.

Voor de berekening van warmteverliezen van deuren wordt de formule gebruikt:

Q_ot.d = Q_dv × j × H

In de uitdrukking:

• Q_dv – berekende warmteverliezen van buitendeuren;
• H – hoogte van het gebouw, m;
• j – tabelcoëfficiënt, afhankelijk van het type deuren en hun locatie.

Als er in het huis georganiseerde ventilatie of infiltratie aanwezig is, worden de berekeningen uitgevoerd met de eerste formule.

Het oppervlak van de omhullende constructie-elementen kan inhomogeen zijn – er kunnen kieren en oneffenheden op voorkomen waardoor lucht passeert. Deze warmteverliezen worden als verwaarloosbaar beschouwd, maar kunnen ook worden bepaald. Dit kan uitsluitend met softwaremethoden worden gedaan, omdat sommige functies niet zonder toepassingen kunnen worden berekend.

Een thermografische inspectie van het huis geeft het meest nauwkeurige beeld van de werkelijke warmteverliezen. Deze diagnostische methode maakt het mogelijk verborgen constructiefouten, gaten in de isolatie, lekken in het waterleidingsysteem die de thermische kwaliteit van het gebouw verminderen, en andere defecten aan het licht te brengen.

Huishoudelijke warmteopbrengsten

Via elektrische apparaten, het menselijk lichaam, lampen komt extra warmte in de ruimte, die ook wordt meegenomen bij de berekeningen van warmteverliezen.

Empirisch is vastgesteld dat dergelijke warmtewinsten niet meer dan 10 W per 1 m² kunnen bedragen. Daarom kan de berekeningsformule er als volgt uitzien:

Q_t = 10 × S_pol

In de uitdrukking S_pol – vloeroppervlak, m².

Basisberekeningsmethode voor het LVS

Het basisprincipe van elk luchtverwarmingssysteem is de overdracht van thermische energie via lucht door koeling van het warmtemedium. De belangrijkste onderdelen zijn de warmtegenerator en de warmtegeleider.

De lucht wordt al verwarmd tot temperatuur t_r in de ruimte gevoerd om de gewenste temperatuur t_v te handhaven. Daarom moet de hoeveelheid opgeslagen energie gelijk zijn aan de totale warmteverliezen van het gebouw, dus Q. Er geldt de gelijkheid:

Q = E_ot × c × (t_v – t_n)

In de formule E – het debiet van verwarmde lucht kg/s voor het verwarmen van de ruimte. Uit de gelijkheid kunnen we E_ot uitdrukken:

E_ot = Q/ (c × (t_v – t_n))

Houd er rekening mee dat de warmtecapaciteit van lucht c=1005 J/(kg×K) is.

Volgens de formule wordt uitsluitend de hoeveelheid toegevoerde lucht bepaald, die alleen wordt gebruikt voor verwarming in recirculatiesystemen (hierna – RSVO).

In toevoer-recirculatiesystemen wordt een deel van de lucht van buiten genomen, en een ander deel – uit de ruimte. Beide delen worden gemengd en na opwarming tot de vereiste temperatuur aan de ruimte toegevoerd.

Als het SVO als ventilatie wordt gebruikt, wordt de hoeveelheid toegevoerde lucht als volgt berekend:

• Als de hoeveelheid lucht voor verwarming groter is dan of gelijk aan de hoeveelheid lucht voor ventilatie, wordt de hoeveelheid lucht voor verwarming in aanmerking genomen, en wordt het systeem gekozen als een doorstroomsysteem (hierna – PSVO) of met gedeeltelijke recirculatie (hierna – TSJRSVO).
• Als de hoeveelheid lucht voor verwarming kleiner is dan de hoeveelheid lucht die nodig is voor ventilatie, wordt alleen de hoeveelheid lucht die nodig is voor ventilatie in aanmerking genomen, wordt PSVO (soms – TSJRSVO) toegepast, en wordt de temperatuur van de toegevoerde lucht berekend met de formule: t_r = t_v + Q/c × E_vent.

In het geval dat de waarde t_r de toegestane parameters overschrijdt, dient u de hoeveelheid via ventilatie ingebrachte lucht te verhogen.

Als er in de ruimte bronnen van constante warmteafgifte zijn, wordt de temperatuur van de toegevoerde lucht verlaagd.

Ingeschakelde elektrische apparaten genereren ongeveer 1% warmte in de ruimte. Als een of meer apparaten constant werken, moet hun thermische vermogen in de berekeningen worden meegenomen.

Voor een afzonderlijke ruimte kan de waarde t_r verschillend zijn. Technisch is het mogelijk om het idee van het toevoeren van verschillende temperaturen in afzonderlijke ruimtes te realiseren, maar het is veel eenvoudiger om lucht van dezelfde temperatuur naar alle kamers te voeren.

In dit geval wordt de totale temperatuur t_r genomen als de laagste. Vervolgens wordt de hoeveelheid toegevoerde lucht berekend met de formule die E_ot bepaalt.

Vervolgens bepaalt u de formule voor het berekenen van het volume van de binnenkomende lucht V_ot bij de verwarmingstemperatuur t_r:

V_ot = E_ot/p_r

Het antwoord wordt genoteerd in m³/h.

Echter, de luchtverversing in de ruimte V_p zal verschillen van de waarde V_ot, omdat deze moet worden bepaald op basis van de binnentemperatuur t_v:

V_ot = E_ot/p_v

In de formule voor het bepalen van V_p en V_ot worden de luchtmassadichtheden p_r en p_v (kg/m³) berekend rekening houdend met de temperatuur van de verwarmde lucht t_r en de temperatuur in de ruimte t_v.

De aanvoertemperatuur in de ruimte t_r moet hoger zijn dan t_v. Dit vermindert de hoeveelheid toegevoerde lucht en maakt het mogelijk de afmetingen van de kanalen van systemen met natuurlijke luchtbeweging te verkleinen of de elektriciteitskosten te verlagen indien mechanische aandrijving wordt gebruikt voor de circulatie van de verwarmde luchtmassa.

Traditioneel moet de maximale temperatuur van de lucht die de ruimte binnenkomt bij toevoer op een hoogte van meer dan 3,5 m 70 °C bedragen. Als de lucht wordt toegevoerd op een hoogte van minder dan 3,5 m, wordt de temperatuur doorgaans gesteld op 45 °C.

Voor woonruimten met een hoogte van 2,5 m is de toegestane temperatuurgrens 60 °C. Bij een hogere temperatuur verliest de lucht haar eigenschappen en is ze ongeschikt om in te ademen.

Als luchtgordijnen bij externe poorten en openingen naar buiten zijn geplaatst, is een temperatuur van de binnenkomende lucht van 70 °C toegestaan; voor gordijnen in buitendeuren is dit tot 50 °C.

De toevoertemperatuur wordt beïnvloed door de wijze van luchttoevoer en de straalrichting (verticaal, hellend, horizontaal, enz.). Als er zich permanent mensen in de ruimte bevinden, moet de temperatuur van de toevoerlucht worden verlaagd tot 25 °C.

Na het uitvoeren van voorlopige berekeningen kunnen de benodigde warmteverliezen voor het verwarmen van de lucht worden bepaald.

Voor RSVO worden de warmteverliezen Q₁ berekend met de uitdrukking:

Q₁ = E_ot × (t_r – t_v) × c

Voor PSVO wordt de berekening van Q₂ uitgevoerd met de formule:

Q₂ = E_vent × (t_r – t_v) × c

Het warmteverbruik Q₃ voor ChRSVO wordt bepaald door de vergelijking:

Q₃ = [E_ot × (t_r – t_v) + E_vent × (t_r – t_v)]× c

In alle drie de uitdrukkingen:

• E_ot en E_vent – luchtdebiet in kg/s voor verwarming (E_ot) en ventilatie (E_vent);
• t_n – buitenluchttemperatuur in °C.

De overige variabele kenmerken blijven gelijk.

In ChRSVO wordt de hoeveelheid recirculatielucht bepaald door de formule:

E_rec = E_ot – E_vent

De variabele E_ot geeft de hoeveelheid gemengde lucht aan die is verwarmd tot temperatuur t_r.

Bij PSVO met natuurlijke aandrijving is er een bijzonderheid – de hoeveelheid bewegende lucht varieert afhankelijk van de buitentemperatuur. Als de buitentemperatuur daalt, neemt de systeemdruk toe. Dit leidt tot een toename van de lucht die het huis binnenkomt. Als de temperatuur stijgt, vindt het omgekeerde proces plaats.

Ook in SVO beweegt de lucht, in tegenstelling tot ventilatiesystemen, met een lagere en variërende dichtheid vergeleken met de dichtheid van de lucht die de luchtkanalen omringt.

Door dit verschijnsel vinden de volgende processen plaats:

1. Bij het verlaten van de generator wordt de lucht tijdens het passeren van de luchtkanalen aanzienlijk afgekoeld.
2. Bij natuurlijke beweging verandert de hoeveelheid lucht die de ruimte binnenkomt gedurende het stookseizoen.

Bovengenoemde processen worden niet in aanmerking genomen indien in het luchtverwarmingssysteem ventilatoren worden gebruikt voor de luchtcirculatie; bovendien hebben ze een beperkte lengte en hoogte.

Als het systeem echter veel vertakkingen heeft, vrij lang is en het gebouw groot en hoog is, dan is het nodig om het koelproces van de lucht in de luchtkanalen te verkorten en de herverdeling van lucht die onder invloed van natuurlijke circulatiedruk binnenkomt, te verminderen.

Bij het berekenen van het benodigde vermogen van lange en vertakte luchtverwarmingssystemen moet niet alleen rekening worden gehouden met het natuurlijke koelproces van de luchtmassa tijdens het transport door het luchtkanaal, maar ook met de invloed van de natuurlijke druk van de luchtmassa bij het passeren van het kanaal.

Om het koelproces van de lucht te controleren, wordt een thermische berekening van de luchtkanalen uitgevoerd. Hiervoor moet de begintemperatuur van de lucht worden vastgesteld en het debiet worden verduidelijkt met behulp van formules.

Voor de berekening van de warmtestroom Q_ohl door de wanden van het luchtkanaal, waarvan de lengte gelijk is aan l, wordt de formule gebruikt:

Q_ohl = q₁ × l

In de uitdrukking geeft de grootheid q₁ de warmtestroom aan die door de wanden van een luchtkanaal met een lengte van 1 m gaat. De parameter wordt berekend met de uitdrukking:

q₁ = k × S₁ × (t_sr – t_v) = (t_sr – t_v)/D₁

In de vergelijking is D₁ – de warmteoverdrachtsweerstand van de verwarmde lucht met gemiddelde temperatuur t_sr door het oppervlak S₁ van de wanden van een luchtkanaal van 1 m lengte in de ruimte bij temperatuur t_v.

De warmtebalansvergelijking ziet er als volgt uit:

q₁l = E_ot × c × (t_nach – t_r)

In de formule:

• E_ot – de hoeveelheid lucht die nodig is voor het verwarmen van de ruimte, kg/uur;
• c – de soortelijke warmtecapaciteit van lucht, kJ/(kg °C);
• t_nac – de luchttemperatuur aan het begin van het luchtkanaal, °C;
• t_r – de temperatuur van de in de ruimte uitgestoten lucht, °C.

De warmtebalansvergelijking maakt het mogelijk om de begintemperatuur van de lucht in het luchtkanaal te bepalen aan de hand van de opgegeven eindtemperatuur en, omgekeerd, de eindtemperatuur te achterhalen bij een opgegeven begintemperatuur, en ook het luchtdebiet te bepalen.

De temperatuur t_nach kan ook worden gevonden met de formule:

t_nach = t_v + ((Q + (1 – η) × Q_ohl)) × (t_r – t_v)

Hier is η het deel van Q_ohl dat de ruimte binnenkomt; in de berekeningen wordt dit gelijk aan nul gesteld. De kenmerken van de overige variabelen zijn hierboven genoemd.

De aangepaste formule voor het debiet van hete lucht ziet er als volgt uit:

Eot = (Q + (1 – η) × Q_ohl)/(c × (t_sr – t_v))

Alle letterwaarden in de uitdrukking zijn hierboven bepaald. Laten we overgaan tot het bekijken van een voorbeeld van een berekening van luchtverwarming voor een specifiek huis.

Voorbeeld van een berekening van warmteverliezen van een huis

Het betreffende huis bevindt zich in de stad Kostroma, waar de buitentemperatuur in de koudste vijfdaagse periode -31 graden bereikt, de grondtemperatuur +5 °C. De gewenste temperatuur in de ruimte is +22 °C.

We zullen een huis beschouwen met de volgende afmetingen:

• breedte – 6.78 m;
• lengte – 8,04 m;
• hoogte – 2,8 m.

De waarden worden gebruikt om de oppervlakte van de omhullende elementen te berekenen.

Voor de berekeningen is het het handigst om een plattegrond van het huis op papier te tekenen, met daarop de breedte, lengte, hoogte van het gebouw, de locatie van ramen en deuren en hun afmetingen.

De muren van het gebouw bestaan uit:

• cellenbeton met een dikte B=0,21 m, warmtegeleidingscoëfficiënt k=2,87;
• piepschuim B=0,05 m, k=1,678;
• gevelsteen B=0,09 m, k=2,26.

Bij het bepalen van k moet u de gegevens uit tabellen gebruiken, of beter – informatie uit het technische paspoort, omdat de samenstelling van materialen van verschillende fabrikanten kan verschillen en dus verschillende eigenschappen kan hebben.

Gewapend beton heeft de hoogste warmtegeleiding, minerale wolplaten – de laagste, daarom is het het meest efficiënt om deze te gebruiken bij de bouw van warme huizen.

De vloer van het huis bestaat uit de volgende lagen:

• zand, B=0,10 m, k=0,58;
• grind, B=0,10 m, k=0,13;
• beton, B=0,20 m, k=1,1;
• isolatie van ecowol, B=0,20 m, k=0,043;
• gewapende dekvloer, B=0,30 m, k=0,93.

In de getoonde plattegrond van het huis heeft de vloer over het gehele oppervlak dezelfde opbouw; er is geen kelder.

Het plafond bestaat uit:

• minerale wol, B=0,10 m, k=0,05;
• gipsplaat, B=0,025 m, k=0,21;
• grenen platen, B=0,05 m, k=0,35.

Het plafond heeft geen toegang tot de zolder.

Het huis heeft in totaal 8 ramen, allemaal met dubbele beglazing met K-glas, argon, factor D=0,6. Zes ramen hebben afmetingen 1,2×1,5 m, één – 1,2×2 m, één – 0,3×0,5 m. De deuren hebben afmetingen 1×2,2 m, factor D volgens het paspoort is 0,36.

Berekening van warmteverliezen van muren

De berekening van het warmteverlies wordt voor elke muur afzonderlijk uitgevoerd.

Laten we eerst de oppervlakte van de noordelijke muur berekenen:

S_sev = 8,04 × 2,8 = 22,51

Er zijn geen deuropeningen en raamopeningen in de muur, daarom wordt deze S-waarde in de berekeningen gebruikt.

Voor de berekening van de warmteverliezen van constructies die op een van de windstreken zijn georiënteerd, moet u rekening houden met correctiefactoren.

Op basis van de samenstelling van de muur wordt de totale warmteweerstand berekend, die gelijk is aan:

D_s.sten = D_gb + D_pn + D_kr

Om D te vinden wordt de formule gebruikt:

D = B/k

Dan, door de oorspronkelijke waarden in te vullen, krijgen we:

D_s.sten = 0,21/2,87 + 0,05/1,678 + 0,09/2,26 = 0,14

Voor de berekeningen wordt de formule gebruikt:

Q_st = S × (t_v – t_n) × D × l

Rekening houdend met het feit dat de coëfficiënt l voor de noordelijke muur gelijk is aan 1,1, krijgen we:

Q_sev.st = 22,51 × (22 + 31) × 0,14 × 1,1 = 184

In de zuidelijke muur bevindt zich een raam met een oppervlakte van:

S_ok3 = 0,5 × 0,3 = 0,15

Daarom moet in de berekeningen de S van het raam worden afgetrokken van de S van de zuidelijke muur om de meest nauwkeurige resultaten te verkrijgen.

S_yuj.s = 22.51 – 0.15 = 22.36

Parameter l voor de zuidelijke richting is gelijk aan 1. Dan:

Q_sev.st = 22.36 × (22 + 31) × 0.14 × 1 = 166

Voor de oostelijke en westelijke muur is de correctiefactor l=1.05, dus het is voldoende om het oppervlak van de OK te berekenen zonder rekening te houden met S van ramen en deur.

S_ok1 = 1.2 × 1.5 × 6 = 10.8

S_ok2 = 1.2 × 2 = 2.4

S_d = 1 × 2.2 = 2.2

S_zap+vost = 2 × 6.78 × 2.8 – 2.2 – 2.4 – 10.8 = 22.56

Dan:

Q_zap+vost = 22.56 × (22 + 31) × 0.14 × 1.05 = 176

Uiteindelijk is de totale Q van de muren gelijk aan de som van Q van alle muren, dat wil zeggen:

Q_sten = 184 + 166 + 176 = 526

In totaal gaat er 526 W aan warmte verloren via de muren.

Warmteverliezen via ramen en deuren

Uit de plattegrond van het huis blijkt dat de deur en 7 ramen op het oosten en westen uitkomen, dus is de parameter l=1.05. De totale oppervlakte van 7 ramen, rekening houdend met de bovenstaande berekeningen, is:

S_okn = 10.8 + 2.4 = 13.2

Voor hen wordt Q, rekening houdend met D=0.6, als volgt berekend:

Q_ok4 = 13.2 × (22 + 31) × 0.6 × 1.05 = 630

We berekenen Q van het zuidelijke raam (l=1).

Q_ok5 = 0.15 × (22 + 31) × 0.6 × 1 = 5

Voor deuren is D=0.36, S=2.2, l=1.05, dan:

Q_dv = 2.2 × (22 + 31) × 0.36 × 1.05 = 43

We sommeren de verkregen warmteverliezen en krijgen:

Q_ok+dv = 630 + 43 + 5 = 678

Vervolgens bepalen we Q voor het plafond en de vloer.

Berekening van warmteverliezen van plafond en vloer

Voor plafond en vloer is l=1. We berekenen hun oppervlakte.

S_pol = S_pot = 6.78 × 8.04 = 54.51

Rekening houdend met de samenstelling van de vloer, bepalen we de totale D.

D_pol = 0.10/0.58 + 0.10/0.13 + 0.2/1.1 + 0.2/0.043 + 0.3/0.93 =61

Dan zijn de warmteverliezen van de vloer, rekening houdend met dat de grondtemperatuur +5 is, gelijk aan:

Q_pol = 54.51 × (21 – 5) × 6.1 × 1 = 5320

We berekenen de totale D van het plafond:

D_pot = 0.10/0.05 + 0.025/0.21 + 0.05/0.35 = 2.26

Dan is Q van het plafond gelijk aan:

Q_pot = 54.51 × (22 + 31) × 2.26 = 6530

De totale warmteverliezen via de OK zijn gelijk aan:

Q_ogr.k = 526 + 678 +6530 + 5320 = 13054

In totaal zijn de warmteverliezen van het huis 13054 W of bijna 13 kW.

Berekening van warmteverliezen door ventilatie

In de ruimte werkt ventilatie met een specifieke luchtverversing van 3 m³/h, de ingang is uitgerust met een lucht-warmtegordijn, dus voor de berekeningen is het voldoende om de formule te gebruiken:

Q_v = 0.28 × L_n × p_v × c × (t_v – t_n)

We berekenen de dichtheid van de lucht in de ruimte bij de gegeven temperatuur van +22 graden:

p_v = 353/(272 + 22) = 1.2

Parameter L_n is gelijk aan het product van het specifieke debiet en het vloeroppervlak, dat wil zeggen:

L_n = 3 × 54.51 = 163.53

De soortelijke warmte van lucht c is gelijk aan 1.005 kJ/(kg× °C).

Rekening houdend met alle gegevens, vinden we de Q van de ventilatie:

Q_v = 0.28 × 163.53 × 1.2 × 1.005 × (22 + 31) = 3000

In totaal bedragen de warmteverliezen voor ventilatie 3000 W of 3 kW.

Huishoudelijke warmteopbrengsten

De warmtewinsten van huishoudelijke aard worden berekend met de formule.

Q_t = 10 × S_pol

Dat wil zeggen, door de bekende waarden in te vullen, krijgen we:

Q_t = 54.51 × 10 = 545

Samenvattend kunt u zien dat het totale warmteverlies Q van het huis gelijk zal zijn aan:

Q = 13054 + 3000 – 545 = 15509

Neem als werkwaarde Q=16000 W of 16 kW.

Rekenvoorbeelden voor het LVS

Stel dat de temperatuur van de toevoerlucht (t_r) 55 °C is, de gewenste ruimtetemperatuur (t_v) 22 °C, en het warmteverlies van het huis (Q) 16000 W.

Bepaling van de hoeveelheid lucht voor het RLVS

Voor het bepalen van de massa van de toevoerlucht bij temperatuur t_r wordt de volgende formule gebruikt:

E_ot = Q/(c × (t_r – t_v))

Door de parameterwaarden in de formule in te vullen, verkrijgt u:

E_ot = 16000/(1.005 × (55 – 22)) = 483

Het volumetrische debiet van de toevoerlucht wordt berekend met de formule:

V_ot = E_ot /p_r,

waarbij:

p_r = 353/(273 + t_r)

Bereken eerst de dichtheid p:

p_r = 353/(273 + 55) = 1.07

Dan:

V_ot = 483/1.07 = 451.

De luchtverversing in de ruimte wordt bepaald door de formule:

Vp = E_ot /p_v

Bepaal de dichtheid van de lucht in de ruimte:

p_v = 353/(273 + 22) = 1.19

Vult u de waarden in de formule in, dan verkrijgt u:

V_p = 483/1.19 = 405

De luchtverversing in de ruimte is dus 405 m³ per uur, en het volume van de toevoerlucht moet gelijk zijn aan 451 m³ per uur.

Berekening van de hoeveelheid lucht voor het PRLVS

Voor het berekenen van de luchthoeveelheid voor TsjRSVO nemen we de verkregen gegevens uit het vorige voorbeeld, evenals t_r=55 °C, t_v=22 °C; Q=16000 W. De voor ventilatie benodigde luchthoeveelheid E_vent=110 m³/h. De berekende buitentemperatuur t_n=-31 °C.

Voor de berekening van TsjRSVO gebruiken we de formule:

Q₃ = [E_ot × (t_r – t_v) + E_vent × p_v × (t_r – t_v)] × c

Vult u de waarden in, dan verkrijgt u:

Q₃ = [483 × (55 – 22) + 110 × 1.19 × (55 – 31)] × 1.005 = 27000

Het volume van de recirculatielucht bedraagt 405-110=296 m³ per uur. Het extra warmteverbruik is 27000-16000=11000 W.

Bepaling van de begintemperatuur van de lucht

De weerstand van het mechanische luchtkanaal D=0.27 en wordt gehaald uit zijn technische specificaties. De lengte van het luchtkanaal buiten de verwarmde ruimte l=15 m. Er is vastgesteld dat Q=16 kW, de binnentemperatuur 22 graden is, en de benodigde temperatuur voor het verwarmen van de ruimte 55 graden is.

Bepaal E_ot met de bovengenoemde formules. U krijgt:

E_ot = 10 × 3.6 × 1000/ (1.005 × (55 – 22)) = 1085

De warmtestroom q₁ bedraagt:

q₁ = (55 – 22)/0.27 = 122

De begintemperatuur bij afwijking η = 0 bedraagt:

t_nach = 22 + (16 × 1000 + 137 × 15) × (55 – 22)/ 1000 × 16 = 60

Verfijn de gemiddelde temperatuur:

t_sr = 0.5 × (55 + 60) = 57.5

Dan:

Q_otkl = ((574 -22)/0.27) × 15 = 1972

U vindt met de verkregen gegevens:

t_nach = 22 + (16 × 1000 + 1972) × (55 – 22)/(1000 × 16) = 59

Hieruit volgt de conclusie dat bij luchtbeweging 4 graden warmte verloren gaat. Om warmteverlies te verminderen, moeten de leidingen worden geïsoleerd. Ook raden wij u aan om ons andere artikel te lezen, waarin het proces van het inrichten van een luchtverwarmingssysteem in detail wordt beschreven.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Informatieve video over berekeningen van luchtverwarmingssystemen met behulp van het programma Ecxel:

Het toevertrouwen van berekeningen van luchtverwarmingssystemen aan professionals is noodzakelijk, omdat alleen specialisten de ervaring, de juiste kennis hebben en alle nuances in de berekeningen in acht nemen.

Heeft u vragen, onjuistheden gevonden in de gegeven berekeningen of wilt u het materiaal aanvullen met waardevolle informatie? Laat dan uw opmerkingen achter in het onderstaande blok.