Giả sử bạn muốn chọn một nồi hơi, bộ tản nhiệt và đường ống cho hệ thống sưởi ấm của một ngôi nhà riêng. Nhiệm vụ số 1 - để tính toán tải nhiệt để sưởi ấm, nói cách khác, để xác định tổng mức tiêu thụ nhiệt cần thiết để sưởi ấm tòa nhà đến nhiệt độ trong nhà thoải mái. Chúng tôi đề xuất nghiên cứu 3 phương pháp tính toán - khác nhau về độ phức tạp và độ chính xác của kết quả.
Phương pháp xác định tải
Đầu tiên, chúng tôi giải thích ý nghĩa của thuật ngữ này. Tải nhiệt là tổng lượng nhiệt mà hệ thống sưởi tiêu thụ để đốt nóng cơ sở đến nhiệt độ tiêu chuẩn trong thời kỳ lạnh nhất. Giá trị được tính theo đơn vị năng lượng - kilowatt, kilocalories (ít thường xuyên hơn - kilojoules) và được biểu thị trong các công thức với chữ Latinh Q.
Biết được tải trọng khi sưởi ấm một ngôi nhà riêng nói chung và nhu cầu của từng phòng nói riêng, không khó để chọn nồi hơi, lò sưởi và pin của hệ thống nước để cấp điện. Cách tính tham số này:
- Nếu chiều cao trần không đạt 3 m, một phép tính mở rộng được thực hiện theo diện tích của các phòng được sưởi ấm.
- Với chiều cao trần từ 3 m trở lên, mức tiêu thụ nhiệt được xem xét theo thể tích của cơ sở.
- Xác định tổn thất nhiệt qua hàng rào bên ngoài và chi phí sưởi ấm không khí thông gió theo SNiP.
Ghi chú. Trong những năm gần đây, các máy tính trực tuyến nằm trên các trang của các tài nguyên Internet khác nhau đã trở nên phổ biến rộng rãi. Với sự giúp đỡ của họ, việc xác định lượng năng lượng nhiệt nhanh chóng và không cần hướng dẫn thêm. Điểm trừ - độ tin cậy của kết quả cần được kiểm tra, bởi vì các chương trình được viết bởi những người không phải là kỹ sư nhiệt.
Hai phương pháp tính toán đầu tiên dựa trên việc áp dụng các đặc tính nhiệt cụ thể liên quan đến khu vực được làm nóng hoặc khối lượng của tòa nhà. Thuật toán rất đơn giản, nó được sử dụng ở mọi nơi, nhưng cho kết quả rất gần đúng và không tính đến mức độ cách nhiệt của ngôi nhà.
Theo SNiP, việc tính toán mức tiêu thụ năng lượng nhiệt theo SNiP khó khăn hơn nhiều. Bạn sẽ phải thu thập rất nhiều dữ liệu tham khảo và làm việc trên các tính toán, nhưng những con số cuối cùng sẽ phản ánh hình ảnh thực với độ chính xác 95%. Chúng tôi sẽ cố gắng đơn giản hóa phương pháp và làm cho việc tính toán tải nhiệt càng dễ tiếp cận càng tốt để hiểu.
Ví dụ, một dự án của một ngôi nhà một tầng 100 mét vuông
Để giải thích rõ ràng tất cả các phương pháp xác định lượng năng lượng nhiệt, chúng tôi khuyên bạn nên lấy ví dụ về một ngôi nhà một tầng với tổng diện tích 100 ô vuông (theo phép đo bên ngoài), được thể hiện trong bản vẽ. Chúng tôi liệt kê các đặc tính kỹ thuật của tòa nhà:
- khu vực xây dựng - một dải khí hậu ôn đới (Minsk, Moscow);
- độ dày của hàng rào bên ngoài là 38 cm, vật liệu là gạch silicat;
- cách nhiệt tường ngoài - polystyrene với độ dày 100 mm, mật độ - 25 kg / m³;
- sàn - bê tông trên mặt đất, không có tầng hầm;
- chồng chéo - tấm bê tông cốt thép cách nhiệt từ mặt bên của gác mái lạnh với 10 cm polystyrene;
- cửa sổ - kim loại-nhựa tiêu chuẩn trên 2 kính, kích thước - 1500 x 1570 mm (h);
- cửa trước là kim loại 100 x 200 cm, cách nhiệt bằng bọt polystyrene ép đùn 20 mm từ bên trong.
Ngôi nhà có các phân vùng bên trong trong một nửa viên gạch (12 cm), phòng nồi hơi nằm trong một tòa nhà riêng biệt. Diện tích của các phòng được chỉ định trên bản vẽ, chiều cao của trần sẽ được lấy tùy thuộc vào phương pháp tính toán được giải thích - 2,8 hoặc 3 m.
Chúng tôi tính toán mức tiêu thụ nhiệt theo phương trình bậc hai
Để ước tính gần đúng tải trọng sưởi ấm, phép tính nhiệt đơn giản nhất thường được sử dụng: diện tích của tòa nhà được lấy theo phép đo bên ngoài và nhân với 100 W. Theo đó, mức tiêu thụ nhiệt của một ngôi nhà 100 mét vuông sẽ là 10.000 W hoặc 10 kW.Kết quả cho phép bạn chọn nồi hơi có hệ số an toàn 1,2-1,3, trong trường hợp này, công suất đơn vị được lấy bằng 12,5 kW.
Chúng tôi khuyên bạn nên thực hiện các tính toán chính xác hơn có tính đến vị trí của các phòng, số lượng cửa sổ và khu vực phát triển. Vì vậy, với trần nhà cao tới 3 m, nên sử dụng công thức sau:
Việc tính toán được thực hiện cho từng phòng riêng biệt, sau đó kết quả được tổng hợp và nhân với hệ số khu vực. Giải thích về ký hiệu của công thức:
- Q là tải mong muốn, W;
- Spom - hình vuông của phòng, m2;
- q là chỉ số của đặc tính nhiệt cụ thể liên quan đến diện tích phòng, W / m2;
- k - hệ số có tính đến khí hậu trong khu vực cư trú.
Để tham khảo. Nếu một ngôi nhà tư nhân nằm trong vùng ôn đới, hệ số k được lấy bằng một. Ở các khu vực phía Nam, k = 0,7; ở các khu vực phía bắc, các giá trị 1,5 sắt2 được sử dụng.
Một phép tính gần đúng của tổng chỉ số bậc hai q = 100 W / m2. Cách tiếp cận này không tính đến vị trí của các phòng và số lượng ánh sáng khác nhau. Hành lang bên trong ngôi nhà sẽ mất ít nhiệt hơn nhiều so với phòng ngủ ở góc có cửa sổ cùng khu vực. Chúng tôi đề xuất lấy giá trị của đặc tính nhiệt cụ thể q như sau:
- đối với các phòng có một bức tường bên ngoài và cửa sổ (hoặc cửa) q = 100 W / m2;
- phòng góc có một đèn mở - 120 W / m2;
- giống nhau với hai cửa sổ - 130 W / m2.
Cách chọn giá trị q được thể hiện rõ trên sơ đồ tầng. Ví dụ của chúng tôi, phép tính trông như thế này:
Q = (15,75 x 130 + 21 x 120 + 5 x 100 + 7 x 100 + 6 x 100 + 15,75 x 130 + 21 x 120) x 1 = 10935 W 11 kW.
Như bạn có thể thấy, các tính toán tinh tế đã cho một kết quả khác - trên thực tế, để sưởi ấm một ngôi nhà cụ thể, 100 mét vuông sẽ được sử dụng cho 1 kW năng lượng nhiệt nhiều hơn. Con số tính đến mức tiêu thụ nhiệt để sưởi ấm không khí ngoài trời xâm nhập vào nhà thông qua các lỗ và tường (thấm).
Tính toán tải nhiệt theo thể tích phòng
Khi khoảng cách giữa các tầng và trần đạt 3 m trở lên, tùy chọn tính toán trước đó không thể được sử dụng - kết quả sẽ không chính xác. Trong những trường hợp như vậy, tải nhiệt được coi là theo các chỉ số tổng hợp cụ thể về mức tiêu thụ nhiệt trên 1 m³ thể tích của căn phòng.
Công thức và thuật toán tính toán vẫn giữ nguyên, chỉ có tham số vùng S thay đổi thành âm lượng - V:
Theo đó, một chỉ số khác về mức tiêu thụ cụ thể q được thực hiện, được gọi là công suất khối của mỗi phòng:
- một căn phòng bên trong tòa nhà hoặc có một bức tường bên ngoài và một cửa sổ - 35 W / m³;
- phòng góc có một cửa sổ - 40 W / m³;
- giống nhau với hai khe hở ánh sáng - 45 W / m³.
Ghi chú. Tăng và giảm hệ số khu vực k được áp dụng trong công thức mà không thay đổi.
Bây giờ, ví dụ, chúng tôi xác định tải trọng trên hệ thống sưởi của ngôi nhà của chúng tôi, lấy chiều cao trần bằng 3 m:
Q = (47,25 x 45 + 63 x 40 + 15 x 35 + 21 x 35 + 18 x 35 + 47,25 x 45 + 63 x 40) x 1 = 11182 W 11,2 kW.
Đáng chú ý là công suất nhiệt cần thiết của hệ thống sưởi ấm tăng 200 watt so với tính toán trước đó. Nếu chúng ta lấy chiều cao của các phòng 2,7 .2,8 m và tính toán chi phí năng lượng thông qua công suất khối, thì các số liệu sẽ xấp xỉ như nhau. Đó là, phương pháp này khá phù hợp để tính toán tổn thất nhiệt trong các phòng ở mọi độ cao.
Thuật toán tính toán theo SNiP
Phương pháp này là chính xác nhất trong tất cả các hiện có. Nếu bạn sử dụng hướng dẫn của chúng tôi và thực hiện chính xác tính toán, bạn có thể chắc chắn 100% về kết quả và bình tĩnh chọn thiết bị sưởi ấm. Thủ tục trông như thế này:
- Đo bình phương của các bức tường, sàn và trần bên ngoài riêng biệt trong mỗi phòng. Xác định diện tích cửa sổ và cửa trước.
- Tính toán tổn thất nhiệt trên tất cả các hàng rào ngoài trời.
- Tìm hiểu mức tiêu thụ năng lượng nhiệt được sử dụng để làm nóng không khí thông gió (xâm nhập).
- Tóm tắt kết quả và nhận được một chỉ số thực sự của tải nhiệt.
Một điểm quan trọng. Trong một ngôi nhà hai tầng, trần nội bộ không được tính đến, vì chúng không giáp môi trường.
Bản chất của việc tính toán tổn thất nhiệt tương đối đơn giản: bạn cần tìm hiểu xem mỗi loại cấu trúc tòa nhà mất bao nhiêu năng lượng, bởi vì cửa sổ, tường và sàn được làm bằng các vật liệu khác nhau. Khi xác định phương trình bậc hai của các bức tường bên ngoài, trừ đi diện tích của các lỗ được tráng men - phần sau cho phép thông lượng nhiệt lớn hơn và do đó được xem xét riêng.
Khi đo chiều rộng của các phòng, thêm một nửa độ dày của phân vùng bên trong vào đó và chụp góc bên ngoài, như thể hiện trong sơ đồ. Mục tiêu là tính đến toàn bộ hình cầu của hàng rào bên ngoài, mất nhiệt trên toàn bộ bề mặt.
Chúng tôi xác định sự mất nhiệt của tường và mái nhà
Công thức tính thông lượng nhiệt đi qua một cấu trúc cùng loại (ví dụ: tường) như sau:
Giải mã ký hiệu:
- lượng tổn thất nhiệt qua một hàng rào chúng tôi chỉ định Qi, W;
- A - bình phương của bức tường trong cùng một phòng, m2;
- tv - nhiệt độ thoải mái trong phòng, thường là +22 ° С;
- tн - nhiệt độ tối thiểu của không khí đường phố kéo dài trong 5 ngày mùa đông lạnh nhất (lấy giá trị thực cho khu vực của bạn);
- R là điện trở của độ dày của hàng rào bên ngoài đối với sự truyền nhiệt, ² ° C / W.
Một tham số không chắc chắn vẫn còn trong danh sách trên - R. Giá trị của nó phụ thuộc vào vật liệu của cấu trúc tường và độ dày của hàng rào. Để tính toán điện trở truyền nhiệt, tiến hành như sau:
- Xác định độ dày của phần đỡ của tường ngoài và, riêng biệt, lớp cách nhiệt. Chữ cái trong các công thức -, được xem xét bằng mét.
- Tìm ra các hệ số dẫn nhiệt của vật liệu kết cấu λ từ các bảng tham chiếu và đơn vị đo là W / (mºС).
- Thay thế các giá trị tìm thấy trong công thức từng cái một:
- Xác định R cho từng lớp tường riêng biệt, thêm kết quả, sau đó sử dụng trong công thức đầu tiên.
Lặp lại các tính toán riêng cho cửa sổ, tường và trần trong cùng một phòng, sau đó chuyển sang phòng tiếp theo. Tổn thất nhiệt qua các tầng được xem xét riêng, như được mô tả dưới đây.
Tiền boa. Các hệ số dẫn nhiệt chính xác của các vật liệu khác nhau được chỉ định trong tài liệu quy phạm. Đối với Nga, đây là Bộ quy tắc SP 50.13330.2012, dành cho Ukraine - DBN V.2.6 Vang31 ~ 2006. Chú ý! Trong các tính toán, sử dụng giá trị được quy định trong cột "B" cho các điều kiện hoạt động.
Ví dụ tính toán cho phòng khách của ngôi nhà một tầng của chúng tôi (trần cao 3 m):
- Diện tích của các bức tường bên ngoài cùng với các cửa sổ: (5.04 + 4.04) x 3 = 27,24 mét vuông. Hình vuông của các cửa sổ là 1,5 x 1,57 x 2 = 4,71 mét vuông. Diện tích hàng rào ròng: 27,24 - 4,71 = 22,53 mét vuông.
- Độ dẫn nhiệt để đặt gạch silicat là 0,87 W / (m º C), bọt 25 kg / m ³ - 0,044 W / (m º C). Độ dày lần lượt là 0,38 và 0,1 m, chúng tôi xem xét điện trở truyền nhiệt: R = 0,38 / 0,87 + 0,1 / 0,044 = 2,71 m² ° C / W.
- Nhiệt độ bên ngoài - âm 25 ° С, bên trong phòng khách - cộng với 22 ° С. Chênh lệch là 25 + 22 = 47 ° C.
- Chúng tôi xác định tổn thất nhiệt qua các bức tường của phòng khách: Q = 1 / 2,71 x 47 x 22,53 = 391 watt.
Tương tự, dòng nhiệt qua cửa sổ và sàn nhà được xem xét. Khả năng chịu nhiệt của các cấu trúc mờ thường được chỉ định bởi nhà sản xuất, các đặc tính của sàn bê tông cốt thép có độ dày 22 cm được tìm thấy trong tài liệu quy phạm hoặc tài liệu tham khảo:
- R của sàn cách nhiệt = 0,22 / 2,04 + 0,1 / 0,044 = 2,38 mét vuông C / W, tổn thất nhiệt qua mái là 1 / 2,38 x 47 x 5,04 x 4,04 = 402 W.
- Tổn thất qua cửa sổ mở: Q = 0,32 x 47 x71 = 70,8 W.
Tổng tổn thất nhiệt trong phòng khách (không bao gồm các tầng) sẽ là 391 + 402 + 70,8 = 863,8 watt. Tính toán tương tự được thực hiện cho các phòng còn lại, kết quả được tóm tắt.
Xin lưu ý: hành lang bên trong tòa nhà không tiếp xúc với lớp vỏ bên ngoài và chỉ mất nhiệt qua mái và sàn nhà. Những hàng rào nào cần được tính đến trong phương pháp tính toán, xem video.
Phân chia tầng thành khu
Để tìm ra lượng nhiệt bị mất bởi các tầng trên mặt đất, tòa nhà được chia thành các khu vực rộng 2 m trong kế hoạch, như thể hiện trong sơ đồ. Dải đầu tiên bắt đầu từ bề mặt bên ngoài của cấu trúc tòa nhà.
Thuật toán tính toán như sau:
- Phác thảo sơ đồ nhà tranh, chia thành dải rộng 2 m. Số lượng khu tối đa là 4.
- Tính diện tích sàn rơi riêng trong từng khu vực, bỏ qua các phân vùng bên trong. Xin lưu ý: hình cầu ở các góc được tính hai lần (được tô bóng trong bản vẽ).
- Sử dụng công thức tính toán (để thuận tiện, chúng tôi cung cấp lại), xác định tổn thất nhiệt ở tất cả các khu vực, tóm tắt các số liệu.
- Điện trở truyền nhiệt R cho vùng I được lấy là 2,1 mét vuông C / W, II - 4.3, III - 8.6, phần còn lại của sàn - 14,2 mét vuông C / W.
Ghi chú. Nếu chúng ta đang nói về một tầng hầm nóng, dải đầu tiên nằm ở phần ngầm của bức tường, bắt đầu từ mặt đất.
Các sàn được cách nhiệt bằng len khoáng hoặc bọt polystyrene được tính toán giống hệt nhau, chỉ có điện trở nhiệt của lớp cách nhiệt, được xác định theo công thức δ /, được thêm vào các giá trị R cố định.
Ví dụ tính toán trong phòng khách của một ngôi nhà nông thôn:
- Diện tích của khu vực I là (5.04 + 4.04) x 2 = 18.16 m², lô II - 3.04 x 2 = 6.08 m². Các khu còn lại không vào phòng khách.
- Mức tiêu thụ năng lượng cho vùng 1 sẽ là 1 / 2.1 x 47 x 18.16 = 406.4 W, cho lần thứ hai - 1 / 4.3 x 47 x 6.08 = 66.5 W.
- Lượng nhiệt truyền qua sàn phòng khách là 406,4 + 66,5 = 473 watt.
Bây giờ có thể dễ dàng hạ gục toàn bộ tổn thất nhiệt trong phòng theo câu hỏi: 863.8 + 473 = 1336.8 W, làm tròn - 1.34 kW.
Thông gió sưởi ấm
Phần lớn các nhà và căn hộ tư nhân có thông gió tự nhiên. Không khí đường phố xâm nhập qua các cửa sổ và cửa ra vào, cũng như cung cấp không khí mở. Khối lạnh đến được làm nóng bởi hệ thống sưởi ấm, tiêu tốn thêm năng lượng. Làm thế nào để tìm ra số tiền của những mất mát này:
- Do việc tính toán xâm nhập quá phức tạp, các tài liệu quy định cho phép phân bổ 3 m³ không khí mỗi giờ cho mỗi mét vuông nhà ở. Tổng cung cấp không khí L được coi là đơn giản: bình phương phòng được nhân với 3.
- L là thể tích và khối lượng m của luồng không khí là cần thiết. Tìm ra bằng cách nhân với mật độ của khí lấy từ bảng.
- Khối lượng không khí m được thay thế trong công thức của khóa học vật lý học, cho phép xác định lượng năng lượng tiêu hao.
Chúng tôi tính toán lượng nhiệt cần thiết trên ví dụ về một phòng khách khổ sở với diện tích 15,75 mét vuông. Khối lượng dòng vào L = 15,75 x 3 = 47,25 m³ / giờ, khối lượng - 47,25 x 1,422 = 67,2 kg / giờ. Giả sử công suất nhiệt của không khí (được biểu thị bằng chữ C) bằng 0,28 W / (kg ºС), chúng ta thấy mức tiêu thụ năng lượng: Qvent = 0,28 x 67,2 x 47 = 884 W. Như bạn có thể thấy, con số này khá ấn tượng, đó là lý do tại sao phải làm nóng khối không khí.
Tính toán cuối cùng về tổn thất nhiệt của tòa nhà cộng với mức tiêu thụ nhiệt cho thông gió được xác định bằng cách tổng hợp tất cả các kết quả thu được trước đó. Cụ thể, tải trên hệ thống sưởi của phòng khách sẽ dẫn đến con số 0,88 + 1,34 = 2,22 kW. Tương tự, tất cả các phòng của ngôi nhà được tính toán, vào cuối chi phí năng lượng cộng thêm một chữ số.
Giải quyết cuối cùng
Nếu bộ não của bạn chưa bắt đầu sôi do sự phong phú của các công thức, thì chắc chắn sẽ rất thú vị khi xem kết quả trong toàn bộ ngôi nhà một tầng. Trong các ví dụ trước, chúng tôi đã làm công việc chính, nó vẫn chỉ đi qua các phòng khác và tìm ra sự mất nhiệt của toàn bộ lớp vỏ bên ngoài của tòa nhà. Tìm thấy dữ liệu thô:
- khả năng chịu nhiệt của tường - 2,71, cửa sổ - 0,32, sàn - 2,38 mét vuông ° / W;
- chiều cao trần - 3 m;
- R cho cửa trước cách nhiệt bằng bọt polystyrene ép đùn là 0,65 m² ° C / W;
- nhiệt độ bên trong - 22, bên ngoài - âm 25 ° С.
Để đơn giản hóa các tính toán, chúng tôi đề xuất tạo một bảng trong Exel, sau đó chúng tôi sẽ đưa vào đó các kết quả trung gian và cuối cùng.
Vào cuối các tính toán và điền vào bảng, các giá trị tiêu thụ năng lượng nhiệt sau đây cho các cơ sở đã thu được:
- phòng khách - 2,22 kW;
- bếp - 2.536 mã lực;
- hành lang - 745 W;
- hành lang - 586 W;
- phòng tắm - 676 W;
- phòng ngủ - 2,22 kW;
- trẻ em - 2.536 kW.
Tổng tải trên hệ thống sưởi ấm của một ngôi nhà tư nhân 100 mét vuông là 11,518 W, làm tròn - 11,6 mã lực.Đáng chú ý là kết quả khác với các phương pháp tính gần đúng 5% theo nghĩa đen.
Cách sử dụng kết quả tính toán
Biết được nhu cầu nhiệt của tòa nhà, chủ nhà có thể:
- lựa chọn rõ ràng sức mạnh của thiết bị nhiệt điện để sưởi ấm ngôi nhà;
- quay số phần mong muốn của bộ tản nhiệt;
- xác định độ dày cần thiết của vật liệu cách nhiệt và thực hiện cách nhiệt của tòa nhà;
- tìm ra tốc độ dòng chảy của chất làm mát trên bất kỳ phần nào của hệ thống và, nếu cần, thực hiện tính toán thủy lực cho các đường ống;
- Tìm ra mức tiêu thụ nhiệt trung bình hàng ngày và hàng tháng.
Đoạn cuối được đặc biệt quan tâm. Chúng tôi đã tìm thấy giá trị của tải nhiệt trong 1 giờ, nhưng nó có thể được tính toán lại trong một thời gian dài hơn và tính toán mức tiêu thụ nhiên liệu ước tính - gas, củi hoặc viên.