Thermische berekening van het verwarmingssysteem: hoe correct de belasting van het systeem berekenen.

Ontwerp en thermische berekening van het verwarmingssysteem – een verplichte fase bij het inrichten van de huisverwarming. De belangrijkste taak van de berekeningsactiviteiten – het bepalen van de optimale parameters van de ketel en het radiatorensysteem.

Geef toe, op het eerste gezicht lijkt het misschien dat het uitvoeren van een thermische berekening alleen voor een ingenieur is weggelegd. Maar het is niet zo ingewikkeld. Als u de stappen kent, kunt u zelf de benodigde berekeningen uitvoeren.

In het artikel wordt de berekeningsprocedure in detail beschreven en worden alle benodigde formules gegeven. Voor een beter begrip hebben we een voorbeeld van een warmteberekening voor een eengezinswoning voorbereid.

Warmteberekening van de verwarming: algemene procedure

Een klassieke warmteberekening van een verwarmingssysteem is een samenvattend technisch document dat de verplichte stapsgewijze standaardberekeningsmethoden omvat.

Maar voordat we deze berekeningen van de basisparameters bestuderen, moeten we het concept van het verwarmingssysteem zelf definiëren.

Het verwarmingssysteem wordt gekenmerkt door geforceerde aanvoer en onvrijwillige afvoer van warmte in de ruimte.

Belangrijkste taken van de berekening en het ontwerp van het verwarmingssysteem:

• de warmteverliezen het meest betrouwbaar bepalen;
• de hoeveelheid en gebruiksvoorwaarden van het verwarmingsmedium bepalen;
• de componenten voor opwekking, transport en afgifte van warmte zo nauwkeurig mogelijk selecteren.

Bij de bouw van een verwarmingssysteem is het noodzakelijk om eerst diverse gegevens te verzamelen over de ruimte/het gebouw waar het verwarmingssysteem zal worden gebruikt. Daarna berekent u de thermische parameters van het systeem en analyseert u de resultaten van de rekenkundige bewerkingen.

Op basis van de verkregen gegevens worden de componenten van het verwarmingssysteem geselecteerd, gevolgd door aanschaf, installatie en inbedrijfstelling.

Verwarming – is een systeem met meerdere componenten dat zorgt voor het vastgestelde temperatuurregime in een ruimte/gebouw. Het vormt een afzonderlijk onderdeel van het communicatiecomplex van een moderne woonruimte.

Opmerkelijk is dat de genoemde methode voor thermische berekening het mogelijk maakt om een groot aantal grootheden vrij nauwkeurig te berekenen die de toekomstige verwarmingsinstallatie specifiek beschrijven.

Na de thermische berekening zal de volgende informatie beschikbaar zijn:

• aantal warmteverliezen, vermogen van de ketel;
• aantal en type verwarmingsradiatoren voor elke ruimte afzonderlijk;
• hydraulische kenmerken van de leiding;
• volume, snelheid van het verwarmingsmedium, vermogen van de warmtepomp.

Een thermische berekening – is geen theoretische schets, maar een volledig nauwkeurig en onderbouwd resultaat, dat wordt aanbevolen om in de praktijk te gebruiken bij het selecteren van componenten van het verwarmingssysteem.

Normen voor temperatuurregimes van ruimtes

Voordat u berekeningen van systeemparameters uitvoert, is het noodzakelijk om ten minste de orde van grootte van de verwachte resultaten te kennen, en te beschikken over gestandaardiseerde kenmerken van enkele tabelwaarden die in formules moeten worden ingevuld of als richtlijn moeten dienen.

Na het uitvoeren van parameterberekeningen met dergelijke constanten, kunt u vertrouwen op de betrouwbaarheid van de gezochte dynamische of constante parameter van het systeem.

Voor ruimten met uiteenlopende bestemmingen bestaan er referentiestandaarden voor temperatuurregimes van woon- en niet-woonruimten. Deze normen zijn vastgelegd in de zogenaamde GOST-normen.

Voor het verwarmingssysteem is een van dergelijke globale parameters de ruimtetemperatuur, die constant moet zijn, ongeacht het seizoen en de omgevingsomstandigheden.

Volgens de regelgeving voor sanitaire normen en voorschriften zijn er verschillen in temperatuur tussen de zomer- en winterperiode. Het airconditioningsysteem zorgt voor het temperatuurregime in de zomer, het principe van de berekening wordt uitgebreid beschreven in dit artikel.

Maar de kamertemperatuur in de winter wordt verzorgd door het verwarmingssysteem. Daarom zijn wij geïnteresseerd in temperatuurbereiken en hun toleranties voor het winterseizoen.

In de meeste normatieve documenten worden de volgende temperatuurbereiken vermeld die het mogelijk maken dat een persoon comfortabel in een ruimte verblijft.

Voor niet-residentiële kantoorruimten met een oppervlakte tot 100 m²:

• 22-24°C – optimale luchttemperatuur;
• 1°C – toelaatbare schommeling.

Voor kantoorruimten met een oppervlakte van meer dan 100 m² bedraagt de temperatuur 21-23°C. Voor niet-residentiële industriële ruimten verschillen de temperatuurbereiken sterk, afhankelijk van het doel van de ruimte en de geldende arbeidsveiligheidsnormen.

De comfortabele kamertemperatuur is voor iedereen “anders”. Sommigen houden van een zeer warme kamer, anderen voelen zich comfortabel bij een koele kamer – dit is allemaal vrij individueel.

Wat betreft woonruimten: appartementen, particuliere huizen, landgoederen, enz., bestaan er bepaalde temperatuurbereiken die kunnen worden aangepast afhankelijk van de wensen van de bewoners.

En toch hebben we voor specifieke ruimten van een appartement of huis:

• 20-22°C – woonkamer, inclusief kinderkamer, tolerantie ±2°C –
• 19-21°C – keuken, toilet, tolerantie ±2°C;
• 24-26°C – badkamer, douche, zwembad, tolerantie ±1°C;
• 16-18°C – gangen, hallen, trappenhuizen, bergingen, tolerantie +3°C

Het is belangrijk op te merken dat er nog een aantal basisparameters zijn die de temperatuur in een ruimte beïnvloeden en waarmee rekening moet worden gehouden bij het berekenen van het verwarmingssysteem: luchtvochtigheid (40-60%), concentratie van zuurstof en kooldioxide in de lucht (250:1), snelheid van luchtbeweging (0.13-0.25 m/s), enz.

Berekening van warmteverliezen in huis

Volgens de tweede wet van de thermodynamica (middelbare school fysica) bestaat er geen spontane overdracht van energie van minder verwarmde naar meer verwarmde mini- of macro-objecten. Een bijzonder geval van deze wet is het “streven” naar temperatuurevenwicht tussen twee thermodynamische systemen.

Bijvoorbeeld, het eerste systeem – de omgeving met een temperatuur van -20°C, het tweede systeem – een gebouw met een binnentemperatuur van +20°C. Volgens de genoemde wet zullen deze twee systemen streven naar evenwicht door middel van energie-uitwisseling. Dit zal plaatsvinden via warmteverliezen van het tweede systeem en afkoeling in het eerste.

Zonder twijfel kan worden gesteld dat de omgevingstemperatuur afhangt van de breedtegraad waarop het particuliere huis zich bevindt. En het temperatuurverschil beïnvloedt de hoeveelheid warmteverlies van het gebouw (+).

Onder warmteverliezen wordt het onvrijwillige vrijkomen van warmte (energie) van een object (huis, appartement) verstaan. Voor een gewoon appartement is dit proces niet zo “merkbaar” in vergelijking met een vrijstaand huis, omdat het appartement zich in het gebouw bevindt en “grenst” aan andere appartementen.

In een vrijstaand huis “verdwijnt” warmte in meer of mindere mate via de buitenmuren, vloer, dak, ramen en deuren.

Door de omvang van de warmteverliezen voor de meest ongunstige weersomstandigheden en de kenmerken van deze omstandigheden te kennen, kan men het vermogen van het verwarmingssysteem met hoge precisie berekenen.

Dus, de omvang van de warmteverliezen van het gebouw wordt berekend met de volgende formule:

Q=Q_vloer+Q_muur+Q_raam+Q_dak+Q_deur+…+Q_i, waar

Qi – de omvang van de warmteverliezen van een homogeen type gebouwschil.

Elke component van de formule wordt berekend met de formule:

Q=S*∆T/R, waar

• Q – warmteverliezen, W;
• S – oppervlakte van een specifiek type constructie, m²;
• ∆T – het temperatuurverschil tussen de omgevingslucht en de binnenruimte, °C;
• R – thermische weerstand van een bepaald type constructie, m²*°C/W.

De waarde van de thermische weerstand voor werkelijk bestaande materialen wordt aanbevolen uit hulptabellen te halen.

Bovendien kan de thermische weerstand worden verkregen met behulp van de volgende verhouding:

R=d/k, waar

• R – thermische weerstand, (m²*K)/W;
• k – warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal, W/(m²*K);
• d – dikte van dit materiaal, m.

In oude huizen met een vochtig geworden dakconstructie vinden warmteverliezen plaats via het bovenste deel van het gebouw, namelijk via het dak en de zolder. Het uitvoeren van maatregelen voor het isoleren van het plafond of de thermische isolatie van een mansardedak lost dit probleem op.

Als men de zolderruimte en het dak isoleert, kunnen de totale warmteverliezen van het huis aanzienlijk worden verminderd.

In een huis bestaan er nog enkele soorten warmteverliezen via kieren in constructies, het ventilatiesysteem, de keukenafzuiging, het openen van ramen en deuren. Maar het heeft geen zin om hun omvang mee te rekenen, omdat ze niet meer dan 5% van het totale aantal hoofdwarmteverliezen uitmaken.

Bepaling van het ketelvermogen

Om het temperatuurverschil tussen de omgeving en de temperatuur in het huis te handhaven, is een autonoom verwarmingssysteem nodig dat de gewenste temperatuur in elke kamer van een vrijstaand huis handhaaft.

De basis van het verwarmingssysteem wordt gevormd door verschillende soorten ketels: vloeibare of vaste brandstof, elektrisch of gas.

De ketel – is het centrale knooppunt van het verwarmingssysteem dat warmte genereert. De belangrijkste eigenschap van de ketel is zijn vermogen, namelijk de snelheid van omzetting van warmte per tijdseenheid.

Door de berekeningen van de warmtebelasting voor verwarming uit te voeren, verkrijgt u het vereiste nominale vermogen van de ketel.

Voor een gewoon meerderkamersappartement wordt het ketelvermogen berekend via de oppervlakte en het specifieke vermogen:

P_ketel=(S_ruimte*P_specifiek)/10, waarbij

• S_ruimte – de totale oppervlakte van de verwarmde ruimte;
• P_specifiek – het specifieke vermogen ten opzichte van de klimatologische omstandigheden.

Maar deze formule houdt geen rekening met warmteverliezen, die in een eengezinswoning aanzienlijk zijn.

Er is een andere verhouding die deze parameter meeneemt:

P_ketel=(Q_verlies*S)/100, waarbij

• P_ketel – het vermogen van de ketel;
• Q_verlies – de warmteverliezen;
• S – de verwarmde oppervlakte.

Het berekende vermogen van de ketel moet worden verhoogd. Een reserve is nodig indien de ketel wordt gebruikt voor het verwarmen van water voor de badkamer en keuken.

In de meeste verwarmingssystemen van eengezinswoningen wordt aanbevolen om een expansievat te gebruiken, waarin een voorraad warmtedrager wordt bewaard. Elke eengezinswoning heeft behoefte aan warmwatervoorziening.

Om een vermogensreserve van de ketel te voorzien, moet aan de laatste formule een veiligheidscoëfficiënt K worden toegevoegd:

P_ketel=(Q_verlies*S*K)/100, waarbij

K – is gelijk aan 1,25, dat wil zeggen dat het berekende vermogen van de ketel met 25% wordt verhoogd.

Het vermogen van de ketel biedt dus de mogelijkheid om de normatieve luchttemperatuur in de kamers van het gebouw te handhaven en tevens een aanvankelijke en extra hoeveelheid warm water in huis te hebben.

Kenmerken van het kiezen van radiatoren

Standaard componenten voor warmtevoorziening in een ruimte zijn radiatoren, panelen, systemen van vloerverwarming, convectoren, enz. De meest voorkomende onderdelen van een verwarmingssysteem zijn radiatoren.

Een verwarmingsradiator – is een speciale holle constructie van modulair type, gemaakt van een legering met hoge warmteafgifte. Het wordt vervaardigd van staal, aluminium, gietijzer, keramiek en andere legeringen. Het werkingsprincipe van een verwarmingsradiator komt neer op het uitstralen van energie van de warmtedrager naar de ruimte via “lamellen”.

Aluminium en bimetaal verwarmingsradiatoren hebben de massieve gietijzeren radiatoren vervangen. Eenvoud van productie, hoge warmteafgifte, geslaagde constructie en design hebben dit product tot een populair en wijdverbreid instrument voor warmtestraling in de ruimte gemaakt.

Er bestaan verschillende methoden voor het berekenen van verwarmingsradiatoren in een kamer. De onderstaande lijst van methoden is gesorteerd in volgorde van toenemende nauwkeurigheid van de berekeningen.

Berekeningsopties:

1. Per oppervlakte. N=(S*100)/C, waarbij N – aantal secties, S – oppervlakte van de ruimte (m²), C – warmteafgifte van één sectie van de radiator (W, uit het technisch gegevensblad of certificaat van het product), 100 W – de benodigde warmtestroom om 1 m² te verwarmen (empirische waarde). De vraag rijst: hoe wordt de plafondhoogte van de kamer meegenomen?
2. Per volume. N=(S*H*41)/C, waarbij N, S, C als hierboven. H – hoogte van de ruimte, 41 W – de benodigde warmtestroom om 1 m³ te verwarmen (empirische waarde).
3. Per coëfficiënten. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, waarbij N, S, C en 100 als hierboven. k1 – rekening houdend met het aantal kamers in het dubbele glas van het raam van de kamer, k2 – warmte-isolatie van muren, k3 – verhouding van raamoppervlak tot vloeroppervlak, k4 – gemiddelde negatieve temperatuur in de koudste week van de winter, k5 – aantal buitenmuren van de kamer (die “naar buiten” gaan), k6 – type ruimte erboven, k7 – plafondhoogte.

Dit is de meest nauwkeurige manier om het aantal secties te berekenen. Uiteraard worden breukresultaten altijd naar het volgende gehele getal afgerond.

Hydraulische berekening van de watervoorziening

Uiteraard kan het “beeld” van de warmteberekening voor verwarming niet compleet zijn zonder het berekenen van eigenschappen zoals het volume en de snelheid van het koelmiddel. In de meeste gevallen is het koelmiddel gewoon water in vloeibare of gasvormige toestand.

Het werkelijke volume van het koelmiddel wordt aanbevolen te berekenen door het optellen van alle holtes in het verwarmingssysteem. Bij gebruik van een enkelcircuitketel is dit de optimale optie. Bij toepassing van dubbelcircuitketels in het verwarmingssysteem moet rekening worden gehouden met het warmwaterverbruik voor hygiënische en andere huishoudelijke doeleinden.

De berekening van het watervolume dat door een dubbelcircuitketel wordt verwarmd om bewoners van warm water te voorzien en het koelmiddel te verwarmen, gebeurt door het optellen van het interne volume van het verwarmingscircuit en de werkelijke behoeften van gebruikers aan warm water.

Het volume warm water in het verwarmingssysteem wordt berekend met de formule:

W=k*P, waarbij

• W – volume van de warmtedrager;
• P – vermogen van de verwarmingsketel;
• k – vermogenscoëfficiënt (aantal liters per eenheid vermogen, gelijk aan 13.5, bereik – 10-15 L).

Uiteindelijk ziet de definitieve formule er als volgt uit:

W = 13.5*P

De snelheid van het koelmiddel is de laatste dynamische beoordeling van het verwarmingssysteem, die de circulatiesnelheid van de vloeistof in het systeem kenmerkt.

Deze waarde helpt bij het bepalen van het type en de diameter van de leiding:

V=(0.86*P*μ)/∆T, waarbij

• P – vermogen van de ketel;
• μ – rendement van de ketel;
• ∆T – temperatuurverschil tussen het toevoerwater en het water in het retourcircuit.

Met behulp van de bovengenoemde methoden van hydraulische berekening, zult u de werkelijke parameters verkrijgen die het “fundament” van het toekomstige verwarmingssysteem vormen.

Voorbeeld van een warmteberekening

Als voorbeeld van een warmteberekening is er een gewoon huis van één verdieping met vier woonkamers, een keuken, een toilet, een “wintertuin” en bijkeukens.

Fundering van een massieve gewapende betonplaat (20 cm), buitenmuren – beton (25 cm) met pleisterwerk, dak – houten balkenconstructie, dakbedekking – metalen dakpannen en minerale wol (10 cm)

We geven de initiële parameters van het huis aan die nodig zijn voor de berekeningen.

Afmetingen van het gebouw:

• hoogte van de verdieping – 3 m;
• klein raam aan de voor- en achterzijde van het gebouw 1470*1420 mm;
• groot raam aan de voorzijde 2080*1420 mm;
• ingangsdeuren 2000*900 mm;
• deuren aan de achterzijde (uitgang naar het terras) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Totale breedte van het gebouw is 9.5 m², lengte 16 m². Alleen de woonkamers (4 stuks), het toilet en de keuken zullen worden verwarmd.

Voor een nauwkeurige berekening van het warmteverlies via de muren moet u van het oppervlak van de buitenmuren het oppervlak van alle ramen en deuren aftrekken – dit is een heel ander type materiaal met zijn eigen warmteweerstand.

We beginnen met de berekening van de oppervlakken van homogene materialen:

• vloeroppervlak – 152 m²;
• dakoppervlak – 180 m², rekening houdend met de hoogte van de zolder 1.3 m en de breedte van de nok – 4 m;
• raamoppervlak – 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 m²;
• deuroppervlak – 2*0.9+2*2*1.4=7.4 m².

Het oppervlak van de buitenmuren zal gelijk zijn aan 51*3-9.22-7.4=136.38 m².

We gaan over tot de berekening van het warmteverlies per materiaal:

• Q_vloer=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 W;
• Q_dak=180*40*0.1/0.05=14400 W;
• Q_raam=9.22*40*0.36/0.5=265.54 W;
• Q_deur=7.4*40*0.15/0.75=59.2 W;

En ook Q_muur is gelijk aan 136.38*40*0.25/0.3=4546. De som van alle warmteverliezen bedraagt 19628.4 W.

Uiteindelijk berekenen we het vermogen van de ketel: P_ketel=Q_verlies*S_{verwarmde_kamers}*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.

We berekenen het aantal radiatorelementen voor een van de kamers. Voor alle andere kamers zijn de berekeningen vergelijkbaar. Bijvoorbeeld, een hoekkamer (links, onderste hoek van de plattegrond) heeft een oppervlakte van 10.4 m2.

Dus 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.

Voor deze kamer zijn 9 elementen van de verwarmingsradiator nodig met een warmteafgifte van 180 W.

We gaan over tot de berekening van de hoeveelheid warmtedrager in het systeem – W=13.5*P=13.5*21=283.5 l. De stroomsnelheid van de warmtedrager zal zijn: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 l.

Als gevolg zal de volledige omloop van het totale volume warmtedrager in het systeem overeenkomen met 2.87 keer per uur.

Een selectie van artikelen over thermische berekening helpt u bij het bepalen van de exacte parameters van de elementen van het verwarmingssysteem:

1. Berekening van het verwarmingssysteem van een privéwoning: regels en voorbeelden van berekening
2. Thermotechnische berekening van een gebouw: specificatie en formules voor het uitvoeren van berekeningen + praktijkvoorbeelden

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Een eenvoudige berekening van het verwarmingssysteem voor een eengezinswoning wordt gepresenteerd in het volgende overzicht:

Alle fijne kneepjes en algemeen aanvaarde methoden voor het berekenen van warmteverlies van het gebouw worden hieronder getoond:

Nog een variant van het berekenen van warmteverliezen in een typisch eengezinswoning:

In deze video worden de bijzonderheden van de circulatie van het energiedragermedium voor het verwarmen van de woning uitgelegd:

Thermische berekening van het verwarmingssysteem is individueel van aard; het moet vakkundig en nauwkeurig worden uitgevoerd. Hoe nauwkeuriger de berekeningen worden gemaakt, des te minder hoeven de eigenaren van een buitenhuis te veel te betalen tijdens het gebruik.

Heeft u ervaring met het uitvoeren van een thermische berekening van een verwarmingssysteem? Of heeft u nog vragen over het onderwerp? Deel alstublieft uw mening en laat reacties achter. Het feedbackblok bevindt zich hieronder.