Розрахунок витрати теплоносія

При проектуванні систем опалення, теплоносієм в яких виступає вода, часто доводиться уточнювати обсяг теплоносія в системі опалення. Такі дані іноді потрібні для розрахунку обсягу розширювального бачка щодо відомих уже потужностей самої системи.

Таблиця для визначення витрати теплоносія.

Крім того, досить часто доводиться вираховувати цю саму потужність або ж шукати мінімально необхідну, щоб знати, чи здатна вона підтримувати необхідний тепловий режим в приміщенні. У такому випадку доводиться проводити розрахунок теплоносія в системі опалення, а також його витрата за одиницю часу.

Вибір циркуляційного насоса

Схема установки циркуляційного насоса.

Циркуляційний насос – елемент, без якого зараз вже навіть важко уявити будь-яку систему опалення, вибирається за двома основними критеріями, тобто двома параметрами:

• Q – це витрата теплоносія в системі опалення. Виражається витрата в кубометрах за 1 годину;
• Н – напір, який виражається в метрах.

Наприклад, Q для позначення витрати теплоносія в системі опалення застосовується в багатьох технічних статтях і деяких нормативних документах. Цією ж буквою користуються деякі виробники циркуляційних насосів для позначення того ж витрати. А ось заводи з виробництва запірної арматури як позначення витрати теплоносія в системі опалення застосовують букву «G».

Варто зауважити, що наведені позначення в деякій технічній документації можуть не збігатися.

Відразу варто обмовитися, що в наших розрахунках для позначення витрати буде застосована буква «Q».

Розрахунок витрати теплоносія (води) у системі опалення

Тепловтрати будинку з утепленням і без.

Отже, щоб правильно вибрати насос, слід відразу звернути увагу на таку величину, як тепловтрати будинку. Фізичний сенс зв’язку цього поняття і насоса полягає в наступному. Нагріте до певної температури деяка кількість води постійно циркулює по трубах в системі опалення. Циркуляцію здійснює насос. При цьому стіни будинку постійно віддають частину свого тепла в навколишнє середовище – це і є теплові втрати будинку. Необхідно дізнатися, яку мінімальну кількість води повинен перекачувати насос по системі опалення з певною температурою, тобто і з певною кількістю теплової енергії, щоб цієї самої енергії вистачило на компенсацію теплових втрат.

Фактично при вирішенні цього завдання вважається пропускна здатність насоса, або витрату води. Однак даний параметр має трохи іншу назву з тієї простої причини, що залежить він не тільки від самого насоса, але і від температури теплоносія в системі опалення, а крім того, від пропускної здатності труб.

Взявши до уваги все вищеописане, стає зрозумілим, що перед основним розрахунком теплоносія необхідно зробити розрахунок теплових втрат будинки. Таким чином, план розрахунку буде наступним:

• знаходження теплових втрат будинку;
• встановлення середньої температури теплоносія (води);
• розрахунок теплоносія в прив’язці до температури води щодо теплових втрат будинку.

Розрахунок теплових втрат

Такий розрахунок можна виконати самостійно, так як формула вже давно виведена. Однак розрахунок витрати тепла досить складний і вимагає розгляду відразу декількох параметрів.

Якщо говорити просто, то зводиться він тільки до визначення втрат теплової енергії, вираженої в потужності теплового потоку, яку в зовнішнє середовище випромінює кожен квадратний м площі стін, перекриттів, підлоги і дахів будівлі.

Якщо брати середнє значення таких втрат, то вони становитимуть:

• близько 100 Ватт на одиницю площі – для середньостатистичних стін, наприклад, цегляних стін нормальної товщини, з нормальною внутрішньою обробкою, з встановленими подвійними склопакетами;
• більше 100 Ватт або значно більше 100 Ватт на одиницю площі, якщо мова йде про стінах з недостатньою товщиною, неутеплених;
• близько 80 Ватт на одиницю площі, якщо мова йде про стінах з достатньою товщиною, що мають зовнішню і внутрішню теплоізоляцію, з встановленими склопакетами.

Для визначення цього показника з більшою точністю виведена спеціальна формула, в якій деякі змінні є табличними даними.

Точний розрахунок теплових втрат будинку

Для кількісного показника теплових втрат будинку існує спеціальна величина, яка називається тепловим потоком, а вимірюється вона в кКал / год. Ця величина фізично показує витрату тепла, яке віддається стінами в навколишнє середовище при даному тепловому режимі всередині будівлі.

Залежить ця величина безпосередньо від архітектури будівлі, від фізичних властивостей матеріалів стін, підлоги і стелі, а також від багатьох інших факторів, які можуть стати причиною вивітрювання теплого повітря, наприклад, неправильне влаштування теплоізоляційного шару.

Отже, величина теплової втрати будівлі є сумою всіх теплових втрат окремих його елементів. Ця величина вираховується за формулою: G = S * 1 / Pо * (ТВ- Тн) до, де:

• G – шукана величина, виражена в кКал / год;
• Po – опір процесу обміну теплової енергії (теплопередачі), виражена в кКал / год, це є кв.м * год * температура;
• Тв, Тн – температура повітря всередині приміщення і зовні відповідно;
• до – зменшує коефіцієнт, який для кожного теплового загородження є своїм.

Варто зауважити, що оскільки розрахунок проводиться не щодня, а у формулі є показники температури, які змінюються постійно, то такі показники прийнято брати в усередненому вигляді.

Це означає, що показники температури беруться середні, причому для кожного окремого регіону такий показник буде своїм.

Отже, тепер формула не містить невідомих членів, що дозволяє здійснити досить точний розрахунок теплових втрат конкретного будинку. Залишається дізнатися тільки понижуючий коефіцієнт і значення величини Pо – опору.

Обидві ці величини залежно від кожного конкретного випадку можна дізнатися з відповідних довідкових даних.

Деякі значення понижуючого коефіцієнта:

• пол по грунту або дерев’яним лагам – значення 1;
• перекриття горищні, при наявності покрівлі з покрівельним матеріалом із сталі, черепиці на розрідженій обрешітці, а також покрівлі з азбестоцементу, безчердачною покриття з влаштованої вентиляцією, – значення 0,9;
• такі ж перекриття, як і в попередньому пункті, але влаштовані на суцільному настилі, – значення 0,8;
• перекриття горищні, з покрівлею, покрівельним матеріалом якої є будь рулонний матеріал, – значення 0,75;
• будь-які стіни, які розділяють між собою опалювальне приміщення з неопалюваним, яке, в свою чергу, має зовнішні стіни, – значення 0,7;
• будь-які стіни, які розділяють між собою опалювальне приміщення з неопалюваним, яке, в свою чергу, не має зовнішніх стін, – значення 0,4;
• підлоги, влаштовані над льохами, розташованими нижче рівня зовнішнього грунту, – значення 0,4;
• підлоги, влаштовані над льохами, розташованими вище рівня зовнішнього грунту, – значення 0,75;
• перекриття, які розташовані над підвальними приміщеннями, які розташовуються нижче рівня зовнішнього грунту або вище на максимум 1 м, – значення 0,6.

Виходячи з вищеописаних випадків, можна приблизно уявити собі масштаб, і для кожного конкретного випадку, який не увійшов до цього списку, самостійно вибрати понижуючий коефіцієнт.

Деякі значення для опору теплопередачі:

Значення опору для суцільної цегляної кладки одно 0,38.

• для звичайної суцільний цегляної кладки (товщина стіни приблизно дорівнює 135 мм) значення дорівнює 0,38;
• те ж, але з товщиною кладки в 265 мм – 0,57, 395 мм – 0,76, 525 мм – 0,94, 655 мм – 1,13;
• для суцільної кладки, що має повітряний прошарок, при товщині 435 мм – 0,9, 565 мм – 1,09, 655 мм – 1,28;
• для суцільної кладки з декоративного цегли для товщини в 395 мм – 0,89, 525 мм – 1,2, 655 мм – 1,4;
• для суцільної кладки з термоізоляційним шаром для товщини в 395 мм – 1,03, 525 мм – 1,49;
• для дерев’яних стін з окремих дерев’яних елементів (НЕ брус) для товщини в 20 см – 1,33, 22 см – 1,45, 24 см – 1,56;
• для стін із бруса з товщиною 15 см – 1,18, 18 см – 1,28, 20 см – 1,32;
• для горищного перекриття із залізобетонних плит з наявністю утеплювача при їх товщині в 10 см – 0,69, 15 см – 0,89.

Маючи такі табличні дані, можна приступати до виконання точного розрахунку.

Безпосередній розрахунок теплоносія, потужності насоса

Приймемо величину теплових втрат на одиницю площі, рівну 100 Ватт. Тоді, прийнявши загальну площу будинку, рівну 150 кв.м, можна обчислити загальну теплову втрату всього будинку – 150 * 100 = 15000 Ватт, або 15 кВт.

Робота циркуляційного насоса залежить від його правильної установки.

Тепер слід розібратися, яке відношення ця цифра має до насоса. Виявляється, саме пряме. З фізичного змісту випливає, що теплові втрати – це постійний процес витрати тепла. Щоб зберігати всередині приміщення необхідний мікроклімат, необхідно постійно компенсувати такий витрата, а щоб збільшити температуру в кімнаті, необхідно не просто компенсувати, а виробляти більше енергії, ніж потрібно на компенсацію втрат.

Однак навіть якщо теплова енергія є, її ще потрібно доставити до того приладу, який здатний розсіювати цю енергію. Таким приладом є радіатор опалення. А ось доставку теплоносія (володаря енергії) до радіаторів здійснює саме циркуляційний насос.

З усього вищесказаного, можна зрозуміти, що суть даної задачі зводиться до одного простого питання: скільки ж потрібно води, нагрітої до певної температури (тобто з певним запасом теплової енергії) необхідно доставляти до радіаторів за певний проміжок часу, щоб компенсувати всі теплові втрати будинку ? Відповідно, відповідь буде отримана в обсязі перекачується води за одиницю часу, а це і є потужність циркуляційного насоса.

Для відповіді на це питання необхідно знати такі дані:

• то необхідна кількість тепла, яке потрібно для компенсації теплових втрат, тобто підсумок розрахунку, наведеного вище. Для прикладу було взято значення 100 Ватт при площі в 150 кв. м, тобто в нашому випадку ця величина складає 15 кВт;
• питому теплоємність води (це довідкові дані), чиє значення дорівнює 4200 джоулів енергії на кг води на кожен градус її температури;
• температурна різниця між тією водою, яка виходить з нагрівального котла, тобто первісна температура теплоносія, і тією водою, яка надходить в котел з зворотного трубопроводу, тобто кінцева температура теплоносія.

Варто зауважити, що при нормально працюючому котлі і всієї системи опалення, при нормальній циркуляції води різницю не перевищує 20 градусів. В якості середнього значення можна взяти 15 градусів.

Якщо врахувати всі вищеописані дані, то формула для розрахунку насоса прийме вигляд Q = G / (c * (Т1-Т2)), де:

• Q – витрата теплоносія (води) у системі опалення. Саме таку кількість води при певному температурному режимі повинен доставляти циркуляційний насос до радіаторів за одиницю часу, щоб компенсувати теплові втрати даного будинку. Якщо придбати насос, який буде володіти набагато більшими потужностями, то це просто підвищить витрату електричної енергії;
• G – теплові втрати, розраховані в попередньому пункті;
• Т2 – температура води, яка витікає з газового котла, тобто та температура, до якої потрібно нагріти певну кількість води. Як правило, ця температура дорівнює 80 градусам;
• Т1 – температура води, яка втікає в казан з зворотного трубопроводу, тобто температура води після процесу теплопередачі. Як правило, вона дорівнює 60-65 градусам .;
• с – питома теплоємність води, як уже було сказано, вона дорівнює 4200 джоулів на кг теплоносія.

Якщо підставити всі отримані дані в формулу і перетворити всі параметри до одних і тих же одиниць виміру, то отримаємо результат в 2,4 кг / с.

Переклад результату до нормального вигляду

Варто зауважити, що на практиці такого витрати води ніде не зустрінеш. Всі виробники насосів для води висловлюють потужність насоса в кубометрах за годину.

Слід провести деякі перетворення, згадавши курс шкільної фізики. Отже, 1 кг води, тобто теплоносія, це є 1 куб. дм води. Щоб дізнатися, скільки важить один кубометр теплоносія, потрібно дізнатися, скільки в одному кубічному метрі кубічних дециметрів.

Використовуючи деякі найпростіші розрахунки або просто скориставшись табличними даними, отримаємо, що в одному кубічному метрі міститься 1000 кубічних дециметрів. Це означає, що один кубометр теплоносія буде мати масу 1000 кг.

Тоді за одну секунду потрібно перекачувати воду об’ємом в 2,4 / 1000 = 0,0024 куб. м.

Тепер залишається перевести секунди в годинник. Знаючи, що в одному годині 3600 сек, отримаємо, що за одну годину насос повинен перекачувати 0,0024 * 3600 = 8,64 куб.м / год.

Підведення підсумків

Отже, розрахунок теплоносія в системі опалення показує, яку кількість води потрібно всій системі опалення, щоб підтримувати приміщення будинку в нормальному температурному режимі. Ця ж цифра умовно дорівнює потужності насоса, який, власне, і буде виконувати доставку теплоносія до радіаторів, де він буде віддавати частину своєї теплової енергії в приміщення.

Варто зауважити, що середня потужність насосів дорівнює приблизно 10 куб.м / год, що дає невеликий запас, так як тепловий баланс потрібно не тільки зберігати, але іноді, на вимогу власника, збільшувати температуру повітря, на що, власне, і потрібна додаткова потужність .

Досвідчені фахівці рекомендують купувати насос, який приблизно в 1,3 рази потужніша необхідного. Говорячи про газовий опалювальний котел, який, як правило, вже обладнаний таким насосом, слід звернути свою увагу на цей параметр.

Розрахунок та Підбір Лічильника тепла

Підбір лічильника тепла здійснюється з урахуванням технічних умов теплопостачальної організації та вимог нормативних документів. Зазвичай, вимоги ставляться до:

• схеми обліку
• складу вузла обліку
• похибки вимірювань
• складу та глибини архіву
• динамічного діапазону датчика витрати
• наявності пристроїв зняття та передачі даних

Тільки сертифіковані лічильники теплової енергії, зареєстровані в Державному реєстрі засобів вимірювальної техніки, дозволяються для комерційних розрахунків. Заборонено використовувати датчики витрати, динамічний діапазон яких менше ніж 1:10, для комерційних розрахунків у складі лічильників теплової енергії.

Розрахунок лічильника тепла

Розрахунок лічильника тепла полягає у виборі типорозміру витратоміра. Багато людей помилково вважають, що діаметр витратоміра повинен відповідати діаметру труби, на якій він встановлений.

Діаметр витратоміра лічильника тепла треба обирати на основі його технічних характеристик.

• Qmin – мінімальна витрата води, м³/год
• Qt – перехідна витрата води, м³/год
• Qn – номінальна витрата води, м³/год
• Qmax – максимально допустимна витрата води, м³/год

Рекомендується підбирати витратоміри у слкаді лічильників тепла таким чином, щоб розрахункова витрата теплоносія потрапляла у діапазон від Qt до Qn, а для витратомірів другого класу точності (для яких значення Qt не вказано) – у діапазон витрат від Qmin до Qn.

При цьому слід враховувати можливість зменшення витрати теплоносія через лічильник тепла пов’язану з роботою регулюючої арматури, та можливість збільшення витрати теплоносія через теплолічильник, пов’язану з нестабільністю температурного та гідравлічного режиму теплової мережі. Нормативними документами рекомендується підбирати лічильник тепла з найближчим у більшу сторону значенням номінальної витрати Qn до розрахункової витрати теплоносія. Такий підхід до вибору лічильника тепла практично виключає можливість збільшення витрати теплоносія понад розрахункове значення, що доволі часто доводиться робити в реальних умовах теплопостачання.

Вищезазначений алгоритм виводить список лічильників тепла, які з заявленою точністю зможуть врахувати витрату теплоносія у півтора рази вище за розрахункову та у три рази менше від розрахункової.

Розрахунок витрати через лічильник тепла

Розрахунок витрати теплоносія виконується за наступною формулою:

G = (3.6 · Q)/(4,19 · (t1 – t2)), кг/год

• Q – теплова потужність системи, Вт
• t1 – температура теплоносія на вході в систему, °C
• t2 – температура теплоносія на виході з системи, °C
• 3,6 – коефіцієнт переведення з Вт в Дж
• 4,19 – теплоємність води, кДж/(кг K)

Розрахунок лічильника тепла для системи опалення

Розрахунок витрати теплоносія для системи опалення виконується за наведеною вище формулою, при цьому в неї підставляються розрахункове теплове навантаження системи опалення та розрахунковий температурний .

Розрахункове теплове навантаження системи опалення, як правило, вказується в договорі у (Гкал/год) з теплопостачальною організацією, та відповідає тепловій потужності системи опалення при розрахунковій температурі зовнішнього повітря (для Києва -22°C).

Розрахунковий температурний режим вказується в тому ж договорі з теплопостачальною організацією та відповідає температурам теплоносія в подаючому та зворотньому трубопроводі при тій же розрахунковій температурі зовнішнього повітря. Найчастіше використовуються температурні графіки 150-70, 130-70, 110-70, 95-70 та 90-70, хоча можливі й інші параметри.

Розрахунок лічильника тепла для системи гарячого водопостачання

Закрита схема підігріву води (через теплообмінний апарат) лічильник тепла встановлюється в контурі води що гріє

Q – Теплове навантаження на систему гарячого водопостачання береться з договору на теплопостачання.

t1 – Приймається рівною мінімальній температурі теплоносія в подаючому трубопроводі і також вказана в договорі на теплопостачання. Зазвичай вона становить 70 або 65°C.

t2 – Температура теплоносія у зворотньому трубопроводі приймається рівною 30°C.

Закрита схема підігріву води (через теплообмінний апарат) лічильник тепла встановлений в контурі води що нагрівається

Q – Теплове навантаження на систему гарячого водопостачання береться з договору на теплопостачання.

t1 – Приймається рівною температурі нагрітої води на виході з теплообмінного апарату, зазвичай це 55°C.

t2 – Приймається рівною температурі води на вході в теплообмінний апарат у зимовий період, зазвичай приймають 5°C.

Розрахунок лічильника тепла для кількох систем

При встановленні одного лічильника тепла на кілька систем, витрату через нього розраховують сумму витрат теплоносія розрахованих для кожної системи окремо.

Витратомір вибирається таким чином, щоб він міг ураховувати як сумарний витрату води при одночасній роботі всіх систем, так і мінімальну витрату при роботі однієї з систем.

питання : коментар : відгук