Küttesüsteemi soojusarvutus: kuidas õigesti arvutada süsteemi koormust

Küttesüsteemi projekteerimine ja soojusarvutus – kohustuslik etapp kodu kütte korraldamisel. Arvutusmeetmete peamine ülesanne – katla ja radiaatorite süsteemi optimaalsete parameetrite määramine.

Nõustuge, esmapilgul võib tunduda, et soojustehnilise arvutuse teostamine on jõukohane ainult insenerile. Kuid kõik pole nii keeruline. Teades tegevusalgoritmi, on võimalik iseseisvalt teostada vajalikud arvutused.

Artiklis on üksikasjalikult kirjeldatud arvutuse järjekord ja esitatud kõik vajalikud valemid. Paremaks mõistmiseks oleme koostanud näite soojusarvutusest eramaja kohta.

Kütte soojusarvutus: üldine järjekord

Klassikaline küttesüsteemi soojusarvutus on koondtehniline dokument, mis sisaldab kohustuslikke etapiviisilisi standardseid arvutusmeetodeid.

Kuid enne nende põhiparameetrite arvutuste uurimist tuleb selgeks teha küttesüsteemi mõiste ise.

Küttesüsteemi iseloomustab sundtoide ja tahtmatu soojuse ärajuhtimine ruumis.

Küttesüsteemi arvutuse ja projekteerimise põhiülesanded:

• kõige usaldusväärsemalt määrata soojuskaod;
• määrata soojuskandja kogus ja kasutustingimused;
• maksimaalselt täpselt valida soojuse tootmise, liikumise ja üleandmise elemendid.

Küttesüsteemi rajamisel küttesüsteemi on vaja esmalt koguda mitmesuguseid andmeid ruumi/hoone kohta, kus küttesüsteemi kasutatakse. Seejärel teostada süsteemi soojusparameetrite arvutus ja analüüsida aritmeetiliste tehete tulemusi.

Saadud andmete põhjal valitakse küttesüsteemi komponendid koos järgneva ostu, paigalduse ja kasutuselevõtuga.

Küte – on mitmekomponentne süsteem, mis tagab kinnitatud temperatuurirežiimi ruumis/hoones. See kujutab endast eraldiseisvat osa kaasaegse eluruumi kommunikatsioonikompleksist.

Tähelepanuväärne on, et nimetatud soojusarvutuse metoodika võimaldab piisavalt täpselt arvutada suure hulga suurusi, mis konkreetselt kirjeldavad tulevast küttesüsteemi.

Soojusarvutuse tulemusena on kättesaadav järgmine teave:

• soojuskadude arv, katla võimsus;
• soojusradiaatorite kogus ja tüüp iga ruumi kohta eraldi;
• torustiku hüdraulilised omadused;
• soojuskandja maht, kiirus, soojuspumba võimsus.

Soojusarvutus – ei ole teoreetilised visandid, vaid üsna täpsed ja põhjendatud tulemused, mida soovitatakse praktikas kasutada küttesüsteemi komponentide valikul.

Ruumide temperatuurirežiimide normid

Enne süsteemi parameetrite arvutuste tegemist on vaja vähemalt teada oodatavate tulemuste suurusjärku, samuti omada standardiseeritud omadusi mõnede tabelisuuruste jaoks, mis tuleb valemitesse asendada või neile tugineda.

Olles sooritanud parameetrite arvutused selliste konstantidega, võib olla kindel otsitava dünaamilise või püsiva parameetri usaldusväärsuses.

Erineva otstarbega ruumide jaoks on olemas etalonstandardid elu- ja mitteeluruumide temperatuurirežiimidele. Need normid on fikseeritud nn GOSTides.

Küttesüsteemi jaoks on üheks selliseks globaalseks parameetriks ruumitemperatuur, mis peab olema konstantne sõltumata aastaajast ja keskkonnatingimustest.

Vastavalt sanitaarnormide ja -eeskirjade määrustikule on temperatuurierinevused suve- ja talveaastaaja suhtes. Ruumi temperatuurirežiimi eest suvehooajal vastutab konditsioneerimissüsteem, mille arvutamise põhimõte on üksikasjalikult esitatud selles artiklis.

Kuid ruumi õhutemperatuur talvisel perioodil tagatakse küttesüsteemiga. Seetõttu huvitavad meid temperatuurivahemikud ja nende kõrvalekaldetolerantsid talvehooajal.

Enamikus normdokumentides käsitletakse järgmisi temperatuurivahemikke, mis võimaldavad inimesel toas mugavalt viibida.

Mitteeluruumide puhul, mis on kontoritüüpi ja pindalaga kuni 100 m²:

• 22-24°C – optimaalne õhutemperatuur;
• 1°C – lubatud kõikumine.

Kontoritüüpi ruumide puhul, mille pindala on üle 100 m², on temperatuur 21-23°C. Tööstustüüpi mitteeluruumide puhul erinevad temperatuurivahemikud olenevalt ruumi otstarbest ja kehtestatud töökaitse normidest.

Ruumi mugav temperatuur on iga inimese jaoks “oma”. Keegi armastab, et toas oleks väga soe, kellelegi on mugav, kui toas on jahe – see on kõik üsna individuaalne.

Mis puudutab eluruume: kortereid, eramaju, mõisaid jne, siis on olemas kindlad temperatuurivahemikud, mida saab korrigeerida elanike soovide järgi.

Kuid konkreetsete korteri- ja majaruumide kohta on meil:

• 20-22°C – elutuba, sh lastetuba, lubatud hälve ±2°C –
• 19-21°C – köök, tualett, lubatud hälve ±2°C;
• 24-26°C – vannituba, duširuum, bassein, lubatud hälve ±1°C;
• 16-18°C – koridorid, esikud, trepikojad, panipaigad, lubatud hälve +3°C

Oluline on märkida, et on veel mitmeid põhiparameetreid, mis mõjutavad ruumi temperatuuri ja millele tuleb küttesüsteemi arvutamisel tähelepanu pöörata: niiskus (40-60%), hapniku ja süsihappegaasi kontsentratsioon õhus (250:1), õhumasside liikumiskiirus (0.13-0.25 m/s) jms.

Soojuskadude arvutus majas

Vastavalt termodünaamika teisele algusele (koolifüüsika) ei esine spontaanset energia ülekandmist vähem soojendatud objektidelt rohkem soojendatud mini- või makroobjektidele. Selle seaduse erijuhtum on “püüdlus” luua temperatuuri tasakaal kahe termodünaamilise süsteemi vahel.

Näiteks esimene süsteem – keskkond temperatuuriga -20°C, teine süsteem – hoone sisetemperatuuriga +20°C. Vastavalt toodud seadusele püüavad need kaks süsteemi tasakaalustuda energiavahetuse teel. See toimub soojuskadude abil teisest süsteemist ja jahutuse kaudu esimeses.

Kindlasti võib öelda, et ümbritseva õhu temperatuur sõltub laiuskraadist, kus eramaja asub. Temperatuuride erinevus mõjutab hoone soojalekete hulka (+)

Soojuskadude all mõeldakse soojuse (energia) tahtmatut väljumist mingist objektist (majast, korterist). Tavalise korteri puhul pole see protsess nii “märgatav” võrreldes eramajaga, kuna korter asub hoone sees ja “naaberdub” teiste korteritega.

Eramajas “väljub” soojus mingil määral läbi välisseinte, põranda, katuse, akende ja uste.

Teades soojuskadude suurust kõige ebasoodsamate ilmastikutingimuste ja nende tingimuste karakteristiku puhul, saab suure täpsusega välja arvutada küttesüsteemi võimsuse.

Seega arvutatakse hoone soojuslekete maht järgmise valemi abil:

Q=Q_põrand+Q_sein+Q_aken+Q_katus+Q_uks+…+Q_i, kus

Qi – soojuskadude maht homogeenset tüüpi hoone piirdest.

Iga valemi komponent arvutatakse valemiga:

Q=S*∆T/R, kus

• Q – soojusleked, W;
• S – konkreetse konstruktsioonitüübi pindala, ruutmeetrit;
• ∆T – ümbritseva õhu ja siseruumi õhu temperatuuride erinevus, °C;
• R – kindla konstruktsioonitüübi soojustakistus, m²*°C/W.

Tegelike materjalide soojustakistuse väärtus on soovitatav võtta abitabelitest.

Lisaks saab soojustakistuse saada järgmise seose abil:

R=d/k, kus

• R – soojustakistus, (m²*K)/W;
• k – materjali soojusjuhtivuse koefitsient, W/(m²*K);
• d – selle materjali paksus, m.

Vanades majades, kus katusekonstruktsioon on märg, toimuvad soojusleked läbi hoone ülemise osa, nimelt läbi katuse ja pööningu. Meetmete rakendamine lae soojustamiseks või mansardkatuse soojustamiseks lahendab selle probleemi.

Kui soojustada pööninguruum ja katus, saab maja üldist soojuskadu oluliselt vähendada.

Majas esineb veel mitut tüüpi soojuskadusid läbi konstruktsioonide pragude, ventilatsioonisüsteemi, köögikubu, akende ja uste avamise. Kuid nende mahu arvestamine ei ole mõttekas, kuna need moodustavad mitte rohkem kui 5% põhiliste soojuslekete koguhulgast.

Katla võimsuse määramine

Temperatuuride erinevuse säilitamiseks keskkonna ja majasisese temperatuuri vahel on vajalik autonoomne küttesüsteem, mis hoiab vajalikku temperatuuri igas eramaja ruumis.

Küttesüsteemi aluseks on erinevad katlatüübid: vedel- või tahkekütuse, elektrilised või gaasilised.

Katel – on küttesüsteemi keskne sõlm, mis toodab soojust. Katla peamine omadus on selle võimsus, nimelt soojushulga muundamise kiirus ajaühikus.

Kütte soojuskoormuse arvutuste tulemusel saame katla vajaliku nimivõimsuse.

Tavalise mitmetoalise korteri korral arvutatakse katla võimsus pinna ja erivõimsuse kaudu.

P_katla=(S_ruumi*P_eri)/10, kus

• S_ruumi – köetava ruumi kogupindala;
• P_eri – erivõimsus kliimatingimuste suhtes.

Kuid see valem ei arvesta soojuskadudega, mis eramajas on märkimisväärsed.

Leidub teine seos, mis seda parameetrit arvestab.

P_katla=(Q_kadude*S)/100, kus

• P_katla – katla võimsus;
• Q_kadude – soojuskadud;
• S – köetav pindala.

Katla arvutusvõimsust tuleb suurendada. Varu on vajalik, kui plaanitakse kasutada katelt vee soojendamiseks vannitoas ja köögis.

Enamikes eramajade küttesüsteemides on soovitatav kasutada paisupaaki, milles hoitakse soojuskandja varu. Iga eramaja vajab sooja veevarustust.

Katla võimsusvaru tagamiseks tuleb viimasesse valemisse lisada varutegur K:

P_katla=(Q_kadude*S*K)/100, kus

K – võrdub 1.25, see tähendab, et katla arvutusvõimsust suurendatakse 25% võrra.

Seega võimaldab katla võimsus säilitada normatiivset õhutemperatuuri hoone ruumides ning tagada esmase ja täiendava sooja vee mahu majas.

Radiaatorite valiku eripärad

Tavapärasteks soojuse tagamise komponentideks ruumis on radiaatorid, paneelid, süsteemid “soe põrand”, konvektorid jne. Kõige levinumateks küttesüsteemi osadeks on radiaatorid.

Kütteradiaator – see on spetsiaalne õõnes konstruktsioon modulaarset tüüpi, valmistatud kõrge soojusülekandega sulamist. Seda valmistatakse terasest, alumiiniumist, malmist, keraamikast ja muudest sulamitest. Kütteradiaatori tööpõhimõte seisneb energia kiirgamises soojuskandjalt ruumi läbi “lehtede”.

Alumiinium- ja bimetallkütteradiaatorid tulid massiivsete malmpatareide asemele. Tootmise lihtsus, kõrge soojusülekanne, õnnestunud konstruktsioon ja disain on muutnud selle toote populaarseks ja laialt levinud soojuse kiirgamise vahendiks ruumis.

Leidub mitu metoodikat kütteradiaatorite arvutamiseks ruumis. Alljärgnev meetodite loend on sorteeritud arvutuste täpsuse kasvu järjekorras.

Arvutusvariandid:

1. Pindala järgi. N=(S*100)/C, kus N – sektsioonide arv, S – ruumi pindala (m²), C – ühe radiaatorisektsiooni soojusülekanne (W, võetakse toote tehnilisest passist või sertifikaadist), 100 W – soojusvoo hulk, mis on vajalik 1 m² kütmiseks (empiiriline suurus). Tekib küsimus: kuidas arvestada ruumi lae kõrgusega?
2. Mahu järgi. N=(S*H*41)/C, kus N, S, C – analoogselt. H – ruumi kõrgus, 41 W – soojusvoo hulk, mis on vajalik 1 m³ kütmiseks (empiiriline suurus).
3. Koefitsientide järgi. N=(100*S*к1*к2*к3*к4*к5*к6*к7)/C, kus N, S, C ja 100 – analoogselt. к1 – ruumi akna klaaspaketi kambrite arvu arvestamine, к2 – seinte soojusisolatsioon, к3 – akende pindala ja ruumi pindala suhe, к4 – keskmine miinustemperatuur kõige külmemal talvenädalal, к5 – ruumi välisseinte arv (mis “on suunatud” tänavale), к6 – ülalpool asuva ruumi tüüp, к7 – lae kõrgus.

See on maksimaalselt täpne variant sektsioonide arvu arvutamiseks. Loomulikult ümardatakse arvutuste murdosa tulemused alati järgmise täisarvuni.

Veevarustuse hüdroarvutus

Kindlasti ei saa “pilt” kütte soojuse arvutamisest olla täielik ilma selliste karakteristikute nagu soojuskandja maht ja kiirus arvutamiseta. Enamikul juhtudel on soojuskandjaks tavaline vesi vedelas või gaasilises agregaatolekus.

Soojuskandja tegelikku mahtu soovitatakse arvutada kõigi küttesüsteemi õõnsuste summeerimise teel. Üheahelalise katla kasutamisel on see optimaalne variant. Kaheahelaliste katelde kasutamisel küttesüsteemis tuleb arvestada kuuma vee tarbimist hügieenilistel ja muudel majapidamise eesmärkidel.

Kaheahelalise katla poolt soojendatava vee mahu arvutamine elanike kuuma veega varustamiseks ja soojuskandja soojendamiseks toimub kütteringi sisemahu ja kasutajate tegelike kuumaveevajaduste summeerimise teel.

Kuuma vee maht küttesüsteemis arvutatakse valemiga:

W=k*P, kus

• W – soojuskandja maht;
• P – küttekatla võimsus;
• k – võimsustegur (liitrite arv võimsusühiku kohta, võrdub 13.5, vahemik – 10-15 l).

Lõppkokkuvõttes näeb lõplik valem välja nii:

W = 13.5*P

Soojuskandja kiirus – küttesüsteemi lõplik dünaamiline hinnang, mis iseloomustab vedeliku tsirkulatsiooni kiirust süsteemis.

See suurus aitab hinnata torustiku tüüpi ja läbimõõtu:

V=(0.86*P*μ)/∆T, kus

• P – katla võimsus;
• μ – katla kasutegur;
• ∆T – temperatuuride erinevus pealevooluvee ja tagasivooluringi vee vahel.

Kasutades eespool kirjeldatud hüdraulilise arvutuse meetodeid, on võimalik saada reaalsed parameetrid, mis on tulevase küttesüsteemi “aluseks”.

Soojusarvutuse näide

Soojusarvutuse näitena on tegemist tavalise ühekorruselise majaga, milles on neli elutuba, köök, vannituba, “talveaed” ja abiruumid.

Vundament monoliitsest raudbetoonplaadist (20 cm), välisseinad – betoon (25 cm) krohviga, katus – puitpalkidest vahelaed, katusekate – metallkivi ja mineraalvill (10 cm)

Märgime maja lähteparameetrid, mis on arvutuste tegemiseks vajalikud.

Hoone mõõtmed:

• korruse kõrgus – 3 m;
• hoone esi- ja tagakülje väike aken 1470*1420 mm;
• fassaadi suur aken 2080*1420 mm;
• sissepääsuuksed 2000*900 mm;
• tagakülje uksed (väljapääs terrassile) 2000*1400 (700 + 700) mm.

Hoone kogulaius 9.5 m², pikkus 16 m². Kütmist saavad ainult eluruumid (4 tk), vannituba ja köök.

Täpse soojuskadude arvutamiseks seintel tuleb välisseinte pindalast lahutada kõikide akende ja uste pindala – see on hoopis teistsugune materjal oma soojustakistusega.

Alustame homogeensete materjalide pindalade arvutamisega:

• põranda pindala – 152 m²;
• katuse pindala – 180 m², arvestades pööningu kõrgust 1,3 m ja kandetala laiust 4 m;
• akende pindala – 3*1.47*1.42+2.08*1.42=9.22 m²;
• uste pindala – 2*0.9+2*2*1.4=7.4 m².

Välisseinte pindala on 51*3-9.22-7.4=136.38 m².

Liigume edasi iga materjali soojuskadude arvutamise juurde:

• Q_põrand=S*∆T*k/d=152*20*0.2/1.7=357.65 W;
• Q_katus=180*40*0.1/0.05=14400 W;
• Q_aken=9.22*40*0.36/0.5=265.54 W;
• Q_uks=7.4*40*0.15/0.75=59.2 W;

Samuti on Q_sein võrdne 136.38*40*0.25/0.3=4546. Kõigi soojuskadude summa on 19628.4 W.

Lõpuks arvutame katla võimsuse: Р_katel=Q_kadud*S_{köetavad_toad}*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.

Radiaatorite sektsioonide arvu arvutame ühe toa jaoks. Kõigi ülejäänud tubade arvutused on sarnased. Näiteks nurgatuba (vasakul, skeemi alumine nurk) pindalaga 10.4 m2.

Seega, 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.

Selle toa jaoks on vaja 9 kütteradiaatori sektsiooni soojusülekandega 180 W.

Liigume edasi süsteemis oleva soojuskandja koguse arvutamise juurde – W=13.5*P=13.5*21=283.5 l. Seega on soojuskandja kiirus: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 l.

Tulemusena võrdub kogu soojuskandja täielik ringlus süsteemis 2,87 korda tunnis.

Artiklite valik soojusarvutuse kohta aitab määrata küttesüsteemi elementide täpsed parameetrid:

1. Eramaja küttesüsteemi arvutamine: reeglid ja arvutusnäited
2. Hoone soojustehniline arvutus: arvutuste eripära ja valemid + praktilised näited

Järeldused ja kasulik video teemal

Eramu küttesüsteemi lihtne arvutus on esitatud järgmises ülevaates:

Kõik hoone soojuskadude arvutamise nüansid ja üldtunnustatud meetodid on näidatud allpool:

Veel üks võimalus soojuslekke arvutamiseks tüüpilises eramajas:

Selles videos räägitakse eluruumide kütmiseks mõeldud energiakandja tsirkulatsiooni eripäradest:

Küttesüsteemi soojusarvutus on individuaalne, seda tuleb teha asjatundlikult ja hoolikalt. Mida täpsemini arvutused tehakse, seda vähem peavad maamaja omanikud käitamise ajal üle maksma.

Kas teil on kogemusi küttesüsteemi soojusarvutuse teostamisel? Või on teil teemaga seoses küsimusi? Palun jagage oma arvamust ja jätke kommentaare. Tagasiside plokk asub allpool.