Calcolo termico di un impianto di riscaldamento: come calcolare correttamente il carico dell'impianto

La progettazione e il calcolo termico di un sistema di riscaldamento è una fase obbligatoria quando si organizza il riscaldamento domestico.Il compito principale delle attività computazionali è determinare i parametri ottimali della caldaia e del sistema di radiatori.

D'accordo, a prima vista può sembrare che solo un ingegnere possa eseguire calcoli di ingegneria termica. Tuttavia, non tutto è così complicato. Conoscendo l'algoritmo delle azioni, sarai in grado di eseguire autonomamente i calcoli necessari.

L'articolo descrive in dettaglio la procedura di calcolo e fornisce tutte le formule necessarie. Per una migliore comprensione, abbiamo preparato un esempio di calcolo termico per un'abitazione privata.

Calcolo termico del riscaldamento: procedura generale

Il calcolo termico classico di un impianto di riscaldamento è un documento tecnico consolidato che comprende metodi di calcolo standard obbligatori passo dopo passo.

Ma prima di studiare questi calcoli dei parametri principali, è necessario decidere il concetto del sistema di riscaldamento stesso.

L'impianto di riscaldamento è caratterizzato da immissione forzata e rimozione involontaria di calore nell'ambiente.

I compiti principali del calcolo e della progettazione di un sistema di riscaldamento:

• determinare in modo più affidabile le perdite di calore;
• determinare la quantità e le condizioni di utilizzo del liquido refrigerante;
• selezionare gli elementi di generazione, movimento e trasferimento di calore nel modo più accurato possibile.

Durante la costruzione sistemi di riscaldamento È necessario raccogliere inizialmente una serie di dati relativi al locale/edificio in cui verrà utilizzato l'impianto di riscaldamento. Dopo aver calcolato i parametri termici del sistema, analizzare i risultati delle operazioni aritmetiche.

Sulla base dei dati ottenuti vengono selezionati i componenti dell'impianto di riscaldamento, seguiti dall'acquisto, dall'installazione e dalla messa in servizio.

Il riscaldamento è un sistema multicomponente per garantire un regime di temperatura approvato in una stanza/edificio.È una parte separata del complesso di comunicazioni di un moderno locale residenziale

È interessante notare che questo metodo di calcolo termico consente di calcolare con precisione un gran numero di quantità che descrivono specificamente il futuro sistema di riscaldamento.

Come risultato del calcolo termico, saranno disponibili le seguenti informazioni:

• numero di perdite di calore, potenza della caldaia;
• numero e tipologia di radiatori termici per ogni stanza separatamente;
• caratteristiche idrauliche della condotta;
• volume, velocità del liquido refrigerante, potenza della pompa di calore.

I calcoli termici non sono schizzi teorici, ma piuttosto risultati accurati e ragionevoli che si consiglia di utilizzare nella pratica nella scelta dei componenti del sistema di riscaldamento.

Standard per le condizioni di temperatura ambiente

Prima di eseguire qualsiasi calcolo dei parametri di sistema, è necessario, come minimo, conoscere l'ordine dei risultati attesi, nonché avere caratteristiche standardizzate di alcuni valori tabellari che devono essere sostituiti nelle formule o essere guidati da esse .

Calcolando i parametri con tali costanti, puoi essere sicuro dell'affidabilità del parametro dinamico o costante desiderato del sistema.

Per locali con scopi diversi, esistono standard di riferimento per le condizioni di temperatura nei locali residenziali e non residenziali. Questi standard sono sanciti nei cosiddetti GOST

Per un impianto di riscaldamento uno di questi parametri globali è la temperatura ambiente, che deve essere costante indipendentemente dalla stagione e dalle condizioni ambientali.

Secondo le norme e le norme sanitarie, ci sono differenze di temperatura rispetto ai periodi estivi e invernali dell'anno.Il sistema di climatizzazione è responsabile del regime di temperatura della stanza nella stagione estiva; il principio del suo calcolo è descritto in dettaglio in Questo articolo.

Ma la temperatura ambiente in inverno è garantita dal sistema di riscaldamento. Pertanto, siamo interessati agli intervalli di temperatura e alle loro tolleranze di deviazione per la stagione invernale.

La maggior parte dei documenti normativi stabilisce i seguenti intervalli di temperatura che consentono a una persona di rimanere comodamente nella stanza.

Per uffici non residenziali con una superficie fino a 100 m²:

• 22-24°C — temperatura dell'aria ottimale;
• 1°C — fluttuazione consentita.

Per uffici con una superficie superiore a 100 m² la temperatura è di 21-23°C. Per i locali industriali non residenziali, gli intervalli di temperatura variano notevolmente a seconda dello scopo della stanza e degli standard stabiliti per la protezione del lavoro.

Ogni persona ha la propria temperatura ambiente confortevole. Ad alcuni piace che la stanza sia molto calda, altri si sentono a proprio agio quando la stanza è fresca: è tutto abbastanza individuale

Per quanto riguarda i locali residenziali: appartamenti, case private, tenute, ecc., esistono determinati intervalli di temperatura che possono essere adattati a seconda dei desideri dei residenti.

Eppure, per i locali specifici di un appartamento e di una casa abbiamo:

• 20-22°С - soggiorno, compresa la camera dei bambini, tolleranza ±2°С -
• 19-21°С — cucina, bagno, tolleranza ±2°С;
• 24-26°C — bagno, doccia, piscina, tolleranza ±1°С;
• 16-18°С — corridoi, ingressi, scale, magazzini, tolleranza +3°С

È importante notare che ci sono molti altri parametri fondamentali che influenzano la temperatura nella stanza e su cui è necessario concentrarsi quando si calcola il sistema di riscaldamento: umidità (40-60%), concentrazione di ossigeno e anidride carbonica nell'aria ( 250:1), velocità di movimento dell'aria (0,13-0,25 m/s), ecc.

Calcolo della perdita di calore in casa

Secondo la seconda legge della termodinamica (fisica scolastica), non avviene alcun trasferimento spontaneo di energia dai mini o macro oggetti meno riscaldati a quelli più riscaldati. Un caso speciale di questa legge è il “sforzo” di creare un equilibrio di temperatura tra due sistemi termodinamici.

Ad esempio il primo impianto è un ambiente con temperatura di -20°C, il secondo impianto è un edificio con temperatura interna di +20°C. Secondo la legge di cui sopra, questi due sistemi cercheranno di equilibrarsi attraverso lo scambio di energia. Ciò avverrà con l'aiuto delle perdite di calore dal secondo sistema e del raffreddamento del primo.

Possiamo sicuramente dire che la temperatura ambiente dipende dalla latitudine alla quale si trova la casa privata. E la differenza di temperatura influisce sulla quantità di perdita di calore dall’edificio (+)

La perdita di calore si riferisce al rilascio involontario di calore (energia) da qualche oggetto (casa, appartamento). Per un appartamento normale, questo processo non è così “evidente” rispetto a una casa privata, poiché l'appartamento si trova all'interno dell'edificio e “adiacente” ad altri appartamenti.

In una casa privata, il calore si disperde in una certa misura attraverso le pareti esterne, il pavimento, il tetto, le finestre e le porte.

Conoscendo la quantità di perdita di calore per le condizioni meteorologiche più sfavorevoli e le caratteristiche di queste condizioni, è possibile calcolare la potenza del sistema di riscaldamento con elevata precisione.

Pertanto, il volume della perdita di calore dall'edificio viene calcolato utilizzando la seguente formula:

Q=Q_pavimento+Q_parete+Q_finestra+Q_tetto+Q_porta+…+Q_io, Dove

Qi — il volume della perdita di calore da un tipo omogeneo di involucro edilizio.

Ciascun componente della formula viene calcolato utilizzando la formula:

Q=S*∆T/R, Dove

• Q – dispersione di calore, V;
• S – area di un tipo specifico di struttura, mq. M;
• ∆T – differenza tra la temperatura dell'aria ambiente e quella interna, °C;
• R – resistenza termica di un certo tipo di struttura, m²*°C/W.

Si consiglia di ricavare da tabelle ausiliarie il valore stesso della resistenza termica dei materiali realmente esistenti.

Inoltre, la resistenza termica può essere ottenuta utilizzando la seguente relazione:

R=d/k, Dove

• R – resistenza termica, (m²*K)/W;
• K – coefficiente di conducibilità termica del materiale, W/(m²*A);
• D – spessore di questo materiale, m.

Nelle vecchie case con strutture di copertura umide, le perdite di calore si verificano attraverso la parte superiore dell'edificio, cioè attraverso il tetto e il sottotetto. Svolgere attività su isolamento del soffitto O isolamento termico del tetto del sottotetto risolvi questo problema.

Se si isola la soffitta e il tetto, la perdita di calore complessiva dalla casa può essere notevolmente ridotta

Esistono molti altri tipi di perdita di calore in casa attraverso fessure nelle strutture, sistemi di ventilazione, cappe da cucina e finestre e porte che si aprono. Ma non ha senso tener conto del loro volume, poiché non costituiscono più del 5% del numero totale delle principali perdite di calore.

Determinazione della potenza della caldaia

Per mantenere la differenza di temperatura tra l'ambiente e la temperatura interna della casa è necessario un sistema di riscaldamento autonomo, che mantenga la temperatura desiderata in ogni stanza di un'abitazione privata.

Il sistema di riscaldamento si basa su diversi tipologie di caldaie: combustibile liquido o solido, elettrico o gas.

Una caldaia è l'unità centrale di un impianto di riscaldamento che genera calore. La caratteristica principale di una caldaia è la sua potenza, ovvero la velocità di conversione della quantità di calore per unità di tempo.

Dopo aver calcolato il carico di riscaldamento, otteniamo la potenza nominale richiesta della caldaia.

Per un comune plurilocale la potenza della caldaia si calcola attraverso la superficie e la potenza specifica:

R_caldaia=(S_premesse*R_specifica)/10, Dove

• S_premesse — superficie totale della stanza riscaldata;
• R_specifica — potenza specifica relativa alle condizioni climatiche.

Ma questa formula non tiene conto delle perdite di calore, che in una casa privata sono sufficienti.

Esiste un altro rapporto che tiene conto di questo parametro:

R_caldaia=(Q_perdite*S)/100, Dove

• R_caldaia — potenza della caldaia;
• Q_perdite - perdita di calore;
• S - zona riscaldata.

La potenza di progetto della caldaia deve essere aumentata. La riserva è necessaria se si prevede di utilizzare la caldaia per riscaldare l'acqua del bagno e della cucina.

Nella maggior parte degli impianti di riscaldamento delle case private, si consiglia di utilizzare un vaso di espansione in cui verrà immagazzinata la fornitura di refrigerante. Ogni casa privata ha bisogno della fornitura di acqua calda

Per garantire la riserva di potenza della caldaia è necessario aggiungere il fattore di sicurezza K all'ultima formula:

R_caldaia=(Q_perdite*S*K)/100, Dove

A — sarà pari a 1,25, ovvero la potenza di progetto della caldaia sarà aumentata del 25%.

Pertanto, la potenza della caldaia consente di mantenere la temperatura dell'aria standard nelle stanze dell'edificio, nonché di avere un volume iniziale e aggiuntivo di acqua calda in casa.

Caratteristiche della selezione di radiatori

I componenti standard per la fornitura di calore in una stanza sono radiatori, pannelli, sistemi di riscaldamento a pavimento, convettori, ecc.Le parti più comuni di un impianto di riscaldamento sono i radiatori.

Il radiatore termico è una speciale struttura cava di tipo modulare, realizzata in una lega ad elevata dissipazione del calore. È realizzato in acciaio, alluminio, ghisa, ceramica e altre leghe. Il principio di funzionamento di un radiatore di riscaldamento si riduce alla radiazione di energia dal liquido di raffreddamento nello spazio della stanza attraverso i “petali”.

Un radiatore di riscaldamento in alluminio e bimetallico ha sostituito le massicce batterie in ghisa. Semplicità di produzione, elevato trasferimento di calore, design e design di successo hanno reso questo prodotto uno strumento popolare e diffuso per irradiare il calore negli ambienti interni

Esistono diversi metodi calcoli dei radiatori di riscaldamento nella stanza. L'elenco dei metodi riportato di seguito è ordinato in ordine crescente di precisione del calcolo.

Opzioni di calcolo:

1. Per zona. N=(S*100)/C, dove N è il numero di sezioni, S è l'area della stanza (m²), C - trasferimento di calore di una sezione del radiatore (W, preso dal passaporto o certificato del prodotto), 100 W - la quantità di flusso di calore necessaria per riscaldare 1 m² (valore empirico). La domanda sorge spontanea: come tenere conto dell'altezza del soffitto della stanza?
2. In volume. N=(S*H*41)/C, dove N, S, C sono simili. H - altezza della stanza, 41 W - quantità di flusso di calore necessaria per riscaldare 1 m³ (valore empirico).
3. Per probabilità. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, dove N, S, C e 100 sono uguali. k1 - tenendo conto del numero di camere in una finestra con doppi vetri di una stanza, k2 - isolamento termico delle pareti, k3 - rapporto tra l'area della finestra e l'area della stanza, k4 - temperatura media inferiore allo zero nella settimana più fredda dell'inverno, k5 - numero di pareti esterne di una stanza (che “si estendono” verso la strada), k6 - tipo di stanza sopra, k7 - altezza del soffitto.

Questa è l'opzione più accurata per calcolare il numero di sezioni. Naturalmente, i risultati dei calcoli frazionari vengono sempre arrotondati all'intero successivo.

Calcolo idraulico dell'approvvigionamento idrico

Naturalmente, il "quadro" del calcolo del calore per il riscaldamento non può essere completo senza il calcolo di caratteristiche quali il volume e la velocità del liquido di raffreddamento. Nella maggior parte dei casi, il liquido di raffreddamento è acqua normale allo stato aggregato liquido o gassoso.

Si consiglia di calcolare il volume effettivo del liquido di raffreddamento sommando tutte le cavità del sistema di riscaldamento. Quando si utilizza una caldaia a circuito singolo, questa è l'opzione migliore. Quando si utilizzano caldaie a doppio circuito in un sistema di riscaldamento, è necessario tenere conto del consumo di acqua calda per scopi igienici e altri scopi domestici

Il calcolo del volume di acqua riscaldata da una caldaia a doppio circuito per fornire acqua calda ai residenti e riscaldare il liquido di raffreddamento viene effettuato sommando il volume interno del circuito di riscaldamento e le effettive esigenze degli utenti per l'acqua riscaldata.

Il volume di acqua calda nell'impianto di riscaldamento è calcolato con la formula:

W=k*P, Dove

• W — volume del liquido di raffreddamento;
• P — potenza della caldaia di riscaldamento;
• K - fattore di potenza (numero di litri per unità di potenza, pari a 13,5, intervallo - 10-15 litri).

Di conseguenza, la formula finale è simile alla seguente:

L = 13,5*P

La velocità del liquido di raffreddamento è la valutazione dinamica finale del sistema di riscaldamento, che caratterizza la velocità di circolazione del fluido nel sistema.

Questo valore aiuta a valutare il tipo e il diametro della tubazione:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Dove

• P — potenza della caldaia;
• µ — efficienza della caldaia;
• ∆T - differenza di temperatura tra acqua di mandata e acqua di ritorno.

Utilizzando i metodi di cui sopra calcolo idraulico, sarà possibile ottenere parametri reali che saranno il “fondamento” del futuro sistema di riscaldamento.

Esempio di calcolo termico

Come esempio di calcolo termico, abbiamo una normale casa a 1 piano con quattro soggiorni, una cucina, un bagno, un “giardino d'inverno” e locali tecnici.

La fondazione è costituita da una soletta monolitica in cemento armato (20 cm), le pareti esterne sono in cemento (25 cm) con intonaco, la copertura è in travi di legno, la copertura è in tegole metalliche e lana minerale (10 cm).

Designiamo i parametri iniziali della casa necessari per i calcoli.

Dimensioni dell'edificio:

• altezza del pavimento - 3 m;
• piccola finestra sul fronte e sul retro dell'edificio 1470*1420 mm;
• grande finestra sulla facciata 2080*1420 mm;
• porte d'ingresso 2000*900 mm;
• porte posteriori (uscita sul terrazzo) 2000*1400 (700 + 700) mm.

La larghezza totale dell'edificio è di 9,5 m², lunghezza 16 mt². Verranno riscaldati solo i soggiorni (4 unità), un bagno e una cucina.

Per calcolare con precisione la perdita di calore sulle pareti, è necessario sottrarre l'area di tutte le finestre e le porte dall'area delle pareti esterne: si tratta di un tipo di materiale completamente diverso con una propria resistenza termica

Iniziamo calcolando le aree dei materiali omogenei:

• superficie - 152 mq²;
• superficie del tetto - 180 m² , tenendo conto che l'altezza del solaio è di 1,3 me la larghezza dell'arcareccio è di 4 m;
• area finestra - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• area della porta - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

L'area dei muri esterni sarà 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Passiamo al calcolo delle dispersioni termiche per ciascun materiale:

• Q_pavimento=S*∆T*k/d=152*20*0,2/1,7=357,65 W;
• Q_tetto=180*40*0,1/0,05=14400 W;
• Q_finestra=9,22*40*0,36/0,5=265,54 W;
• Q_porte=7,4*40*0,15/0,75=59,2 W;

E anche Q_parete equivalente a 136,38*40*0,25/0,3=4546. La somma di tutte le perdite di calore sarà 19628,4 W.

Di conseguenza, calcoliamo la potenza della caldaia: P_caldaia=Q_perdite*S_{ambienti_riscaldamento}*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.

Calcoleremo il numero di sezioni del radiatore per una delle stanze. Per tutti gli altri i calcoli sono simili. Ad esempio, una stanza d'angolo (a sinistra, nell'angolo inferiore del diagramma) ha una superficie di 10,4 m2.

Ciò significa 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.

Questa stanza richiede 9 sezioni di radiatori di riscaldamento con una potenza termica di 180 W.

Passiamo al calcolo della quantità di liquido refrigerante nel sistema: W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Ciò significa che la velocità del liquido refrigerante sarà: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Di conseguenza, il ricambio completo dell'intero volume del liquido di raffreddamento nel sistema sarà equivalente a 2,87 volte all'ora.

Una selezione di articoli sui calcoli termici ti aiuterà a determinare i parametri esatti degli elementi del sistema di riscaldamento:

1. Calcolo dell'impianto di riscaldamento di una casa privata: regole ed esempi di calcolo
2. Calcolo termotecnico di un edificio: specifiche e formule per eseguire i calcoli + esempi pratici

Conclusioni e video utile sull'argomento

Un semplice calcolo di un sistema di riscaldamento per una casa privata è presentato nella seguente recensione:

Di seguito sono mostrate tutte le sottigliezze e i metodi generalmente accettati per il calcolo della perdita di calore di un edificio:

Un'altra opzione per calcolare le perdite di calore in una tipica casa privata:

In questo video vengono descritte le caratteristiche della circolazione dei vettori energetici per il riscaldamento di una casa:

Il calcolo termico di un sistema di riscaldamento è di natura individuale e deve essere eseguito con competenza e attenzione. Quanto più accuratamente vengono effettuati i calcoli, tanto meno i proprietari di una casa di campagna dovranno pagare più del dovuto durante il funzionamento.

Hai esperienza nell'esecuzione di calcoli termici di un impianto di riscaldamento? Oppure hai ancora domande sull'argomento? Per favore condividi la tua opinione e lascia commenti. Il blocco di feedback si trova di seguito.