Calcolo del riscaldamento dell'acqua: formule, regole, esempi di attuazione

L'uso dell'acqua come refrigerante in un sistema di riscaldamento è una delle opzioni più popolari per fornire calore alla tua casa durante la stagione fredda.Devi solo progettare correttamente e quindi installare il sistema. Altrimenti, il riscaldamento sarà inefficace con costi elevati del carburante, il che, come vedete, è estremamente poco interessante ai prezzi energetici odierni.

È impossibile calcolare in modo indipendente il riscaldamento dell'acqua (di seguito denominato WHE) senza utilizzare programmi specializzati, poiché i calcoli utilizzano espressioni complesse, i cui valori non possono essere determinati utilizzando un calcolatore convenzionale. In questo articolo analizzeremo in dettaglio l'algoritmo per eseguire i calcoli, presenteremo le formule utilizzate e considereremo lo stato di avanzamento dei calcoli utilizzando un esempio specifico.

Integreremo il materiale presentato con tabelle con valori e indicatori di riferimento necessari durante l'esecuzione di calcoli, foto tematiche e un video che mostra un chiaro esempio di calcoli utilizzando il programma.

Calcolo del bilancio termico di una struttura abitativa

Per realizzare un impianto di riscaldamento dove il mezzo circolante è l'acqua, è necessario prima fare delle precisazioni calcoli idraulici.

Quando si sviluppa e si implementa qualsiasi sistema di tipo riscaldamento, è necessario conoscere il bilancio termico (di seguito denominato TB).Conoscendo la potenza termica per mantenere la temperatura nella stanza, puoi scegliere l'attrezzatura giusta e distribuirne correttamente il carico.

In inverno l'ambiente subisce alcune perdite di calore (di seguito HL). La maggior parte dell'energia fuoriesce attraverso gli elementi di recinzione e le aperture di ventilazione. Costi minori sono sostenuti per infiltrazioni, riscaldamento di oggetti, ecc.

I TP dipendono dagli strati che compongono le strutture di contenimento (di seguito OK). I materiali da costruzione moderni, in particolare i materiali isolanti, hanno un basso livello coefficiente di conducibilità termica (di seguito denominato CT), grazie al quale viene perso meno calore attraverso di essi. Per le case della stessa zona, ma con strutture OK diverse, i costi del riscaldamento saranno diversi.

Oltre a determinare il TP, è importante calcolare la TB della casa. L'indicatore tiene conto non solo della quantità di energia che esce dalla stanza, ma anche della quantità di energia necessaria per mantenere determinati livelli di temperatura in casa.

I risultati più accurati sono forniti da programmi specializzati sviluppati per i costruttori. Grazie ad essi è possibile tenere conto di più fattori che influenzano il TP.

La maggior quantità di calore lascia la stanza attraverso le pareti, il pavimento, il tetto, la minima attraverso le porte, le aperture delle finestre

Con elevata precisione, puoi calcolare il TP di una casa utilizzando le formule.

I costi totali di riscaldamento della casa vengono calcolati utilizzando l'equazione:

Q = Q_OK + D_v,

Dove Q_OK - la quantità di calore in uscita dall'ambiente tramite OK; Q_v — costi di ventilazione termica.

Le perdite di ventilazione vengono prese in considerazione se l'aria che entra nella stanza ha una temperatura inferiore.

Di solito i calcoli tengono conto degli OK con un lato rivolto verso la strada. Queste sono le pareti esterne, il pavimento, il tetto, le porte e le finestre.

Generale TP Q_OK pari alla somma dei TP di ciascun OK, ovvero:

Q_OK = ∑Q_st +∑Q_ok +∑Q_dv +∑Q_ptl +∑Q_{per favore},

Dove:

• Q_st — valore di TP dei muri;
• Q_ok — finestre TP;
• Q_dv — porte TP;
  
• Q_ptl — soffitto TP;
  
• Q_{per favore} — Piano TP.

Se il pavimento o il soffitto hanno una struttura diversa nell'intera area, il TP viene calcolato separatamente per ciascuna sezione.

Calcolo della perdita di calore utilizzando OK

Per i calcoli avrai bisogno delle seguenti informazioni:

• struttura delle pareti, materiali utilizzati, loro spessore, CT;
• temperatura esterna durante un inverno estremamente freddo di cinque giorni in città;
• zona OK;
• orientamento OK;
• temperatura consigliata in casa in inverno.

Per calcolare TC è necessario trovare la resistenza termica totale R_OK. Per fare questo è necessario scoprire la resistenza termica R₁, R₂, R₃, …, R_N ogni strato è OK.

Fattore R_N calcolato con la formula:

Rn = B/k,

Nella formula: B — spessore dello strato OK in mm, K — Scansione TC di ogni strato.

La R totale può essere determinata dall'espressione:

R = ∑R_N

I produttori di porte e finestre solitamente indicano il coefficiente R nella scheda prodotto, quindi non è necessario calcolarlo separatamente.

Non è possibile calcolare la resistenza termica delle finestre, poiché la scheda tecnica contiene già le informazioni necessarie, che semplificano il calcolo della resistenza termica

La formula generale per calcolare TP tramite OK è la seguente:

Q_OK = ∑S × (t_vnt -T_nar) × R × l,

Nell'espressione:

• S — zona OK, m²;
• T_vnt - temperatura ambiente desiderata;
• T_nar — temperatura dell'aria esterna;
• R — coefficiente di resistenza, calcolato separatamente o ricavato dalla scheda prodotto;
• l — un coefficiente chiarificatore che tiene conto dell'orientamento delle pareti rispetto alle direzioni cardinali.

Il calcolo della TB consente di selezionare l'apparecchiatura della potenza richiesta, che eliminerà la possibilità di carenza o eccesso di calore. Il deficit di energia termica viene compensato aumentando il flusso d'aria attraverso la ventilazione, l'eccesso installando ulteriori apparecchiature di riscaldamento.

Costi termici della ventilazione

La formula generale per calcolare la ventilazione TP è la seguente:

Q_v = 0,28 × L_N × pag_vnt × c × (t_vnt -T_nar),

In un'espressione, le variabili hanno il seguente significato:

• l_N — consumo dell'aria in ingresso;
• P_vnt — densità dell'aria ad una certa temperatura nella stanza;
• C — capacità termica dell'aria;
• T_vnt - temperatura in casa;
• T_nar — temperatura dell'aria esterna.

Se nell'edificio è installata la ventilazione, il parametro L_N tratto dalle specifiche tecniche del dispositivo. Se non è presente ventilazione, viene preso un tasso di ricambio d'aria specifico standard di 3 m.³ all'una.

Sulla base di ciò l_N calcolato con la formula:

l_N = 3×S_{per favore,}

Nell'espressione S_{per favore} - superficie del pavimento.

Il 2% delle dispersioni termiche sono dovute alle infiltrazioni, il 18% alla ventilazione. Se la stanza è dotata di un sistema di ventilazione, i calcoli tengono conto del TP attraverso la ventilazione, ma non tengono conto delle infiltrazioni

Successivamente è necessario calcolare la densità dell'aria p_vnt ad una data temperatura ambiente t_vnt.

Questo può essere fatto utilizzando la formula:

P_vnt = 353/(273+t_vnt),

Capacità termica specifica c = 1.0005.

Se la ventilazione o l'infiltrazione non è organizzata, oppure sono presenti crepe o buchi nei muri, allora il calcolo del TP attraverso i buchi dovrebbe essere affidato a programmi speciali.

Nel nostro altro articolo abbiamo fornito informazioni dettagliate esempio di calcolo termotecnico edifici con esempi e formule specifiche.

Esempio di calcolo del bilancio termico

Considera una casa alta 2,5 m, larga 6 me lunga 8 m, situata nella città di Okha nella regione di Sakhalin, dove in una giornata estremamente fredda di 5 giorni il termometro scende a -29 gradi.

Come risultato della misurazione, la temperatura del suolo è stata determinata pari a +5. La temperatura consigliata all'interno della struttura è di +21 gradi.

Il modo più comodo per disegnare la pianta di una casa è su carta, indicando non solo la lunghezza, la larghezza e l'altezza dell'edificio, ma anche l'orientamento rispetto ai punti cardinali, nonché la posizione e le dimensioni di finestre e porte

Le pareti della casa in questione sono costituite da:

• spessore muratura B=0,51 m, CT k=0,64;
• lana minerale B=0,05 m, k=0,05;
• fronte B=0,09 m, k=0,26.

Per determinare k è meglio utilizzare le tabelle presentate sul sito web del produttore o trovare informazioni nella scheda tecnica del prodotto.

Conoscendo la conduttività termica è possibile selezionare i materiali più efficaci dal punto di vista dell'isolamento termico. Sulla base della tabella sopra, è consigliabile utilizzare pannelli in lana minerale e polistirolo espanso nella costruzione

La pavimentazione è composta dai seguenti strati:

• Pannelli OSB B=0,1 m, k=0,13;
• lana minerale B=0,05 m, k=0,047;
• massetti cementizi B=0,05 m, k=0,58;
• polistirene espanso B=0,06 m, k=0,043.

Nella casa non c'è un seminterrato e il pavimento ha la stessa struttura in tutta l'area.

Il soffitto è costituito da strati:

• lastre di cartongesso B=0,025 m, k= 0,21;
• isolamento B=0,05 m, k=0,14;
• copertura B=0,05 m, k=0,043.

La casa ha solo 6 finestre a doppia camera con vetro I e argon. Dalla scheda tecnica del prodotto si sa che R=0,7. Le finestre hanno dimensioni di 1,1x1,4 m.

Le porte hanno dimensioni di 1x2,2 m, R = 0,36.

Passaggio n. 1: calcolo della perdita di calore della parete

Le pareti di tutta l'area sono costituite da tre strati. Innanzitutto, calcoliamo la loro resistenza termica totale.

Perché utilizzare la formula:

R = ∑R_N,

e l'espressione:

R_N = B/k

Tenendo conto delle informazioni iniziali, otteniamo:

R_st = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14

Dopo aver scoperto R, puoi iniziare a calcolare il TP delle mura settentrionale, meridionale, orientale e occidentale.

Ulteriori coefficienti tengono conto delle peculiarità della posizione delle pareti rispetto alle direzioni cardinali. Di solito nella parte settentrionale durante la stagione fredda si forma una "rosa dei venti", per cui il TP su questo lato sarà più alto che sugli altri

Calcoliamo l'area del muro nord:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Quindi, sostituendo nella formula Q_OK = ∑S × (t_vnt -T_nar) × R × l e tenendo conto che l=1.1, otteniamo:

Q_sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Area del muro meridionale S_yuch.st =S_sev.st = 20.

Nella parete non sono presenti finestre o porte incassate, pertanto, tenendo conto del coefficiente l=1, si ottiene il seguente TP:

Q_yuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

Per i muri occidentale ed orientale il coefficiente è l=1,05. Pertanto, puoi trovare l'area totale di questi muri, ovvero:

S_zap.st +S_vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

Ci sono 6 finestre e una porta incassate nelle pareti. Calcoliamo l'area totale di finestre e porte S:

S_ok = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Definiamo S pareti senza tenere conto di S finestre e porte:

S_vost+zap = 30 — 9.24 — 2.2 = 18.56

Calcoliamo il TP totale delle mura orientali e occidentali:

Q_vost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Dopo aver ricevuto i risultati, calcoliamo la quantità di calore che fuoriesce attraverso le pareti:

Qst = Q_sev.st + D_yuch.st +Q_vost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

In totale, il TP totale delle pareti è di 6 kW.

Passaggio n.2: calcolo del TP di finestre e porte

Le finestre si trovano sulle pareti est e ovest, quindi nel calcolo il coefficiente è l=1,05. È noto che la struttura di tutte le strutture è la stessa e R = 0,7.

Utilizzando i valori dell'area sopra indicati, otteniamo:

Q_ok = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Sapendo che per le porte R=0.36 e S=2.2, determiniamo il loro TP:

Q_dv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42

Di conseguenza, dalle finestre escono 340 W di calore e dalle porte 42 W.

Passaggio n. 3: determinare il TP del pavimento e del soffitto

Ovviamente l'area del soffitto e del pavimento sarà la stessa e si calcola come segue:

S_pol =S_ptl = 6 × 8 = 48

Calcoliamo la resistenza termica totale del pavimento, tenendo conto della sua struttura.

R_pol = 0.1/0.13 + 0.05/0.047 + 0.05/0.58 + 0.06/0.043 = 0.77 + 1.06 + 0.17 + 1.40 = 3.4

Sapendo che la temperatura del suolo t_nar=+5 e tenendo conto del coefficiente l=1, calcoliamo Q del solaio:

Q_pol = 48 × (21 — 5) × 1 × 3.4 = 2611

Arrotondando per eccesso troviamo che la dispersione termica del pavimento è di circa 3 kW.

Nei calcoli TP è necessario tenere conto degli strati che influiscono sull'isolamento termico, ad esempio calcestruzzo, pannelli, muratura, isolamento, ecc.

Determiniamo la resistenza termica del soffitto R_ptl e la sua domanda:

• R_ptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
• Q_ptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Ne consegue che quasi 6 kW passano attraverso il soffitto e il pavimento.

Passaggio n. 4: calcolo della ventilazione TP

La ventilazione nella stanza è organizzata e calcolata utilizzando la formula:

Q_v = 0,28 × L_N × pag_vnt × c × (t_vnt -T_nar)

In base alle caratteristiche tecniche la portata termica specifica è di 3 metri cubi orari ovvero:

l_N = 3 × 48 = 144.

Per calcolare la densità utilizziamo la formula:

P_vnt = 353/(273+t_vnt).

La temperatura ambiente stimata è di +21 gradi.

La ventilazione TP non viene calcolata se il sistema è dotato di un dispositivo di riscaldamento dell'aria

Sostituendo i valori noti, otteniamo:

P_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Sostituiamo i numeri risultanti nella formula sopra:

Q_v = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21  — 29) = 2431

Tenendo conto del TP per la ventilazione, la Q totale dell'edificio sarà:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Convertendo in kW, otteniamo una perdita di calore totale di 16 kW.

Caratteristiche del calcolo SVO

Dopo aver individuato l'indicatore TP, si procede al calcolo idraulico (di seguito denominato GR).

Sulla base di esso, si ottengono informazioni sui seguenti indicatori:

• il diametro ottimale dei tubi che, durante le cadute di pressione, potranno far passare una determinata quantità di liquido refrigerante;
• flusso di refrigerante in una determinata area;
• velocità di movimento dell'acqua;
• valore di resistività.

Prima di iniziare i calcoli, per semplificare i calcoli, disegna uno schema spaziale del sistema, sul quale tutti i suoi elementi sono disposti parallelamente tra loro.

Lo schema mostra un sistema di riscaldamento con cablaggio aereo, il movimento del liquido di raffreddamento è un vicolo cieco

Consideriamo le fasi principali dei calcoli sul riscaldamento dell'acqua.

GR dell'anello di circolazione principale

Il metodo per calcolare GR si basa sul presupposto che le differenze di temperatura siano le stesse in tutte le colonne montanti e diramazioni.

L'algoritmo di calcolo è il seguente:

1. Nello schema riportato, tenendo conto delle dispersioni termiche, vengono applicati i carichi termici agenti sui dispositivi di riscaldamento e sulle colonne montanti.
2. In base allo schema viene selezionato l'anello di circolazione principale (di seguito denominato MCC). La particolarità di questo anello è che in esso la pressione di circolazione per unità di lunghezza dell'anello assume il valore più basso.
3. L'FCC è suddiviso in sezioni con consumo di calore costante. Per ogni sezione indicare il numero, il carico termico, il diametro e la lunghezza.

In un sistema verticale di tipo monotubo, l'anello attraverso il quale passa il montante più caricato durante il vicolo cieco o il movimento associato dell'acqua lungo la rete viene preso come circuito di circolazione principale.Abbiamo parlato più in dettaglio del collegamento degli anelli di circolazione in un sistema monotubo e della scelta di quello principale nel prossimo articolo. Abbiamo prestato particolare attenzione all'ordine dei calcoli, utilizzando un esempio specifico per chiarezza.

Negli impianti a due tubi verticali, il fluido di circolazione principale passa attraverso il dispositivo di riscaldamento inferiore, che ha un carico massimo durante il vicolo cieco o il movimento dell'acqua associato

In un sistema di tipo monotubo orizzontale, il circuito di circolazione principale deve avere la pressione di circolazione più bassa e una lunghezza unitaria dell'anello. Per sistemi con circolazione naturale la situazione è simile.

Quando si sviluppano colonne montanti di un sistema verticale di tipo monotubo, le colonne montanti a flusso continuo e regolate dal flusso, che incorporano componenti unificati, sono considerate come un unico circuito. Per le colonne montanti con tratti di chiusura viene effettuata la separazione tenendo conto della distribuzione dell'acqua nella tubazione di ciascun gruppo strumento.

Il consumo di acqua in una determinata area viene calcolato utilizzando la formula:

G_kont = (3,6 × Q_kont ×β₁ ×β₂)/((T_R -T₀) × c)

Nell'espressione i caratteri alfabetici assumono i seguenti significati:

• Q_kont — carico termico del circuito;
• β_1, β₂ — coefficienti tabellari aggiuntivi che tengono conto del trasferimento di calore nella stanza;
• C — capacità termica dell'acqua, pari a 4,187;
• T_R — temperatura dell'acqua nella linea di alimentazione;
• T₀ — temperatura dell'acqua nella linea di ritorno.

Dopo aver determinato il diametro e la quantità di acqua, è necessario scoprire la velocità del suo movimento e il valore della resistenza specifica R. Tutti i calcoli vengono eseguiti nel modo più conveniente utilizzando programmi speciali.

Anello di circolazione secondaria GR

Dopo GR dell'anello principale, viene determinata la pressione nel piccolo anello di circolazione formato attraverso i montanti più vicini, tenendo conto che le perdite di pressione possono differire al massimo del 15% in un circuito senza uscita e al massimo del 5% in un circuito senza uscita. un circuito di passaggio.

Se è impossibile correlare la perdita di pressione, installare una rondella dell'acceleratore, il cui diametro viene calcolato utilizzando metodi software.

Calcolo delle batterie dei radiatori

Torniamo alla pianta della casa sopra. Dai calcoli è emerso che per mantenere l'equilibrio termico saranno necessari 16 kW di energia. La casa in questione dispone di 6 stanze con scopi diversi: soggiorno, bagno, cucina, camera da letto, corridoio e ingresso.

In base alle dimensioni della struttura è possibile calcolare il volume V:

V=6×8×2,5=120 m³

Successivamente è necessario trovare la quantità di potenza termica per m³. Per fare ciò occorre dividere Q per il volume trovato, ovvero:

P=16000/120=133 W al metro³

Successivamente, è necessario determinare la potenza di riscaldamento necessaria per una stanza. Nel diagramma è già stata calcolata l'area di ogni stanza.

Determiniamo il volume:

• bagno – 4.19×2.5=10.47;
• soggiorno – 13.83×2.5=34.58;
• cucina – 9.43×2.5=23.58;
• camera da letto – 10.33×2.5=25.83;
• corridoio – 4.10×2.5=10.25;
• corridoio – 5.8×2.5=14.5.

I calcoli devono tenere conto anche delle stanze in cui non sono presenti termosifoni, ad esempio un corridoio.

Il corridoio è riscaldato passivamente; il calore fluirà al suo interno grazie alla circolazione dell'aria termica durante il movimento delle persone, attraverso le porte, ecc.

Determiniamo la quantità di calore richiesta per ogni stanza moltiplicando il volume della stanza per l'indice R.

Otteniamo la potenza richiesta:

• per il bagno — 10,47×133=1392 W;
• per soggiorno — 34,58×133=4599 W;
• per cucina — 23,58×133=3136 W;
• per la camera da letto — 25,83×133=3435 W;
• per il corridoio — 10,25×133=1363 W;
• per il corridoio — 14,5×133=1889 L.

Iniziamo a calcolare le batterie dei radiatori. Utilizzeremo radiatori in alluminio, la cui altezza è di 60 cm, la potenza a una temperatura di 70 è di 150 W.

Calcoliamo il numero richiesto di batterie del radiatore:

• bagno — 1392/150=10;
• soggiorno — 4599/150=31;
• cucina — 3136/150=21;
• camera da letto — 3435/150=23;
• corridoio — 1889/150=13.

Totale richiesto: 10+31+21+23+13=98 batterie per radiatori.

Abbiamo anche altri articoli sul nostro sito in cui abbiamo esaminato in dettaglio la procedura per eseguire i calcoli termici di un impianto di riscaldamento, calcoli passo passo della potenza dei radiatori e dei tubi di riscaldamento. E se il tuo sistema richiede pavimenti riscaldati, dovrai eseguire calcoli aggiuntivi.

Tutti questi problemi sono trattati in modo più dettagliato nei nostri articoli seguenti:

• Calcolo termico di un impianto di riscaldamento: come calcolare correttamente il carico dell'impianto
• Calcolo dei radiatori di riscaldamento: come calcolare il numero e la potenza richiesti delle batterie
• Calcolo del volume del tubo: principi di calcolo e regole per effettuare calcoli in litri e metri cubi
• Come calcolare un pavimento riscaldato utilizzando un sistema idrico come esempio
• Calcolo tubazioni per pavimenti riscaldati: tipologie di tubazioni, modalità e fase di posa + calcolo della portata

Conclusioni e video utile sull'argomento

Nel video puoi vedere un esempio di calcolo del riscaldamento dell'acqua, che viene eseguito utilizzando il programma Valtec:

I calcoli idraulici vengono eseguiti al meglio utilizzando programmi speciali che garantiscono un'elevata precisione dei calcoli e tengono conto di tutte le sfumature del progetto.

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