Veekütte arvutus: valemid, reeglid, teostusnäited

Vee kasutamine soojuskandjana küttesüsteemis – üks populaarsemaid võimalusi oma kodu soojaga varustamiseks külmal aastaajal. Tuleb ainult õigesti projekteerida ja seejärel süsteem paigaldada. Vastasel juhul on küte ebaefektiivne suurte kütusekulude juures, mis, nõustute, on tänapäevaste energiaressursside hindade juures äärmiselt ebasoodne.

Ilma profiprogrammideta ei ole võimalik iseseisvalt teostada veeküttesüsteemi arvutust (edaspidi – VKS), kuna arvutustes kasutatakse keerukaid väljendeid, mille väärtusi ei saa tavalise kalkulaatoriga määrata. Selles artiklis analüüsime üksikasjalikult arvutuste tegemise algoritmi, esitame kasutatavad valemid, käsitledes arvutuste kulgu konkreetsel näitel.

Esitatud materjali täiendame tabelitega väärtuste ja teatmeteabe näitajatega, mida on vaja arvutuste tegemisel, temaatiliste fotode ja videoklipiga, kus on demonstreeritud selge arvutuse näide programmi abil.

Elukonstruktsiooni soojusbilansi arvutus

Küttepaigaldise rakendamiseks, kus tsirkulatsiooniainena kasutatakse vett, on vaja eelnevalt teha täpsed hüdraulilised arvutused.

Igasuguse kütte tüüpi süsteemi väljatöötamisel ja rakendamisel on vaja teada soojusbilanssi (edaspidi – SB). Teades soojusvõimsust ruumi temperatuuri hoidmiseks, saab õigesti valida seadmed ja asjatundlikult jaotada nende koormust.

Talvel on ruumil teatud soojuskaod (edaspidi – SK). Põhiosa energiast väljub läbi piirdeelementide ja ventilatsiooniavade. Väikesed kulud tulevad infiltratsioonist, esemete soojendamisest jne.

Soojuskadud sõltuvad kihtidest, millest piirdekonstruktsioonid (edaspidi – PK) koosnevad. Kaasaegsed ehitusmaterjalid, eriti isolatsioonimaterjalid, omavad madalat soojusjuhtivustegurit (edaspidi – SJT), tänu millele nende kaudu lahkub vähem soojust. Sama pindalaga, kuid erineva PK ehitusega majade soojuskulud erinevad.

Lisaks soojuskadude määramisele on oluline arvutada eluaseme soojusbilanss. Näitaja arvestab mitte ainult ruumist lahkuva energia hulka, vaid ka vajalikku võimsust teatud temperatuuri säilitamiseks majas.

Kõige täpsemaid tulemusi annavad ehitajatele loodud profiilprogrammid. Tänu neile on võimalik arvesse võtta rohkem soojuskadusid mõjutavaid tegureid.

Suurim soojuse hulk lahkub ruumist läbi seinte, põranda, katuse, väikseim – läbi uste ja aknaavade.

Suure täpsusega saab eluaseme soojuskadusid arvutada valemite abil.

Maja üldised soojuskulud arvutatakse võrrandi järgi:

Q = Q_ok + Q_v,

Kus Q_ok – soojuse hulk, mis lahkub ruumist läbi piirdekonstruktsioonide; Q_v – ventilatsiooni soojuskulud.

Kaod ventilatsiooni kaudu võetakse arvesse juhul, kui ruumi sattuv õhk on madalama temperatuuriga.

Arvutustes võetakse tavaliselt arvesse piirdekonstruktsioone, mis on ühe küljega tänava poole. Need on välisseinad, põrand, katus, uksed ja aknad.

Üldised soojuskadud Q_ok on võrdsed iga piirdekonstruktsiooni soojuskadude summaga, see tähendab:

Q_ok = ∑Q_st + ∑Q_okn + ∑Q_dv +∑Q_ptl + ∑Q_pl,

Kus:

• Q_st – seinte soojuskadude väärtus;
• Q_okn – akende soojuskadud;
• Q_dv – uste soojuskadud;
  
• Q_ptl – lae soojuskadu;
  
• Q_pl – põranda soojuskadu.

Kui põrandal või laes on kogu ala ulatuses erinev konstruktsioon, arvutatakse soojuskadu iga lõigu kohta eraldi.

Soojuskadude arvutus läbi piirdekonstruktsioonide

Arvutusteks on vaja järgmisi andmeid:

• seinte ehitus, kasutatud materjalid, nende paksus, soojusjuhtivustegur;
• välisõhu temperatuur talve kõige külmema viiepäevase perioodi jooksul;
• piirdetarindi pindala;
• piirdetarindi orientatsioon;
• soovitatav temperatuur elamus talveperioodil.

Soojuskadude arvutamiseks tuleb leida kogusoojustakistus R_ok. Selleks tuleb teada iga piirdetarindi kihi soojustakistust R₁, R₂, R₃, …, R_n.

Tegur R_n arvutatakse valemiga:

Rn = B/k,

Valemis: B – piirdetarindi kihi paksus millimeetrites, k – iga kihi soojusjuhtivustegur.

Kogutakistuse R saab määrata avaldisega:

R = ∑R_n

Uste ja akende tootjad märgivad tavaliselt R-teguri toote passi, seega pole vaja seda eraldi arvutada.

Akende soojustakistust ei ole vaja arvutada, sest tehnilises passis on juba olemas vajalikud andmed, mis lihtsustab soojuskadude arvutamist.

Soojuskadude arvutamise üldvalem läbi piirdetarindite on järgmine:

Q_ok = ∑S × (t_vnt – t_nar) × R × l,

Avaldises:

• S – piirdetarindi pindala, m²;
• t_vnt – soovitud temperatuur ruumis;
• t_nar – välisõhu temperatuur;
• R – takistustegur, arvutatakse eraldi või võetakse toote passist;
• l – parandustegur, mis võtab arvesse seinte orientatsiooni ilmakaarte suhtes.

Soojusbilansi arvutamine võimaldab valida vajaliku võimsusega seadmed, mis välistab soojapuuduse või selle liia tekkimise tõenäosuse. Soojusenergia puudust kompenseeritakse õhuvoolu suurendamisega läbi ventilatsiooni, liig – täiendava kütteseadme paigaldamisega.

Ventilatsiooni soojuskulud

Ventilatsiooni soojuskadude arvutamise üldvalem on järgmine:

Q_v = 0.28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt – t_nar),

Avaldises on muutujatel järgmine tähendus:

• L_n – sissetuleva õhu hulk;
• p_vnt – õhu tihedus teatud temperatuuril ruumis;
• c – õhu soojusmahtuvus;
• t_vnt – temperatuur majas;
• t_nar – välisõhu temperatuur.

Kui hoones on ventilatsioon, siis võetakse parameeter L_n seadme tehnilistest andmetest. Kui ventilatsioon puudub, siis võetakse standardne õhuvahetuse näitaja, mis on 3 m³ tunnis.

Sellest lähtuvalt arvutatakse L_n valemiga:

L_n = 3 × S_pl,

Avaldises S_pl – põranda pindala.

2% kõigist soojuskadudest on infiltreerumine, 18% – ventilatsioon. Kui ruum on varustatud ventilatsioonisüsteemiga, siis arvutustes arvestatakse soojuskadusid läbi ventilatsiooni, infiltreerumist aga ei võeta arvesse.

Järgmisena tuleb arvutada õhu tihedus p_vnt ruumi antud temperatuuri t_vnt juures.

Seda saab teha valemiga:

p_vnt = 353/(273+t_vnt),

Erisoojus c = 1.0005.

Kui ventilatsioon või infiltreerumine on organiseerimata, seintes on pragusid või auke, siis tuleks soojuskadude arvutamine läbi avade usaldada spetsiaalsetele programmidele.

Oma teises artiklis esitasime üksikasjaliku näite soojatehnilisest arvutusest hoone kohta konkreetsete näidete ja valemitega.

Soojusbilansi arvutamise näide

Vaatleme maja kõrgusega 2.5 m, laiusega 6 m ja pikkusega 8 m, mis asub Oha linnas Sahhalini oblastis, kus äärmiselt külma 5-päevase perioodi jooksul langeb termomeetri näit -29 kraadini.

Mõõtmise tulemusena määrati pinnase temperatuuriks +5. Soovitatav temperatuur konstruktsiooni sees on +21 kraadi.

Kõige mugavam on maja skeem joonistada paberile, märkides mitte ainult ehitise pikkuse, laiuse ja kõrguse, vaid ka orientatsiooni ilmakaarte suhtes, samuti akende ja uste asukoha ja mõõtmed.

Vaadeldava maja seinad koosnevad:

• telliskivimüüritise paksusega B=0.51 m, soojusjuhtivus k=0.64;
• mineraalvilla paksusega B=0.05 m, k=0.05;
• voodri paksusega B=0.09 m, k=0.26.

K määramisel on parem kasutada tootja veebisaidil esitatud tabeleid või leida teave toote tehnilisest passist.

Teades soojusjuhtivust, saab valida soojusisolatsiooni seisukohast kõige tõhusamad materjalid. Eeltoodud tabelist lähtudes on kõige otstarbekam kasutada ehituses mineraalvillaplaate ja vahtpolüstüreeni.

Põrandakate koosneb järgmistest kihtidest:

• OSB-plaatide paksusega B=0.1 m, k=0.13;
• mineraalvilla paksusega B=0.05 m, k=0.047;
• tsemendist tasanduskihi paksusega B=0.05 m, k=0.58;
• vahtpolüstüreeni paksusega B=0.06 m, k=0.043.

Majal puudub keldriruum ning põrand on kogu pinna ulatuses sama ehitusega.

Lagi koosneb kihtidest:

• kipsplaadi lehtede paksusega B=0.025 m, k=0.21;
• isolatsioonimaterjali paksusega B=0.05 m, k=0.14;
• katuselae paksusega B=0.05 m, k=0.043.

Teie majal on kokku 6 kahekambrilist akent I-klaasi ja argooniga. Toote tehnilisest passist on teada, et R=0.7. Akende mõõtmed on 1.1×1.4 m.

Teie uste mõõtmeteks on 1×2.2 m ja näitaja R=0.36.

Samm #1 – seina soojuskadude arvutus

Teie seinad koosnevad kogu pindalalt kolmest kihist. Kõigepealt arvutame nende summaarse soojustakistuse.

Selleks kasutame valemit:

R = ∑R_n,

ja väljend:

R_n = B/k

Arvestades algandmeid, saame:

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

Teades R-i, võib alustada põhja-, lõuna-, ida- ja lääneseina soojuskadude arvutamist.

Lisakoefitsiendid arvestavad seinte paiknemise iseärasusi ilmakaarte suhtes. Tavaliselt tekib külmaperioodil põhjaosas “tuulteroos”, mille tulemusena on selle külje soojuskadud suuremad kui teistel külgedel.

Arvutame põhjaseina pindala:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Siis, asendades valemisse Q_ok = ∑S × (t_vnt – t_nar) × R × l ja arvestades, et l=1.1, saame:

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

Lõunaseina pindala S_yuch.st = S_sev.st = 20.

Seinas puuduvad sisseehitatud aknad või uksed, seega, võttes arvesse koefitsienti l=1, saame järgmised soojuskadud:

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

Lääne- ja idaseina puhul on koefitsient l=1.05. Seega võib leida nende seinte kogupindala, see tähendab:

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

Seintesse on paigaldatud 6 akent ja üks uks. Arvutame akende ja uste kogupindala:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Määrame seinte pindala S ilma akende ja uste pindalata:

S_vost+zap = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56

Arvutame ida- ja lääneseina kogusoojuskadud:

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

Olles saanud tulemused, arvutame seinte kaudu lahkuva soojuse koguse:

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

Kokku moodustavad seinte üldised soojuskadud 6 kW.

Samm #2 – akende ja uste soojuskadude arvutamine

Akend asuvad ida- ja lääneseinal, seega on arvutustes koefitsient l=1.05. On teada, et kõikide konstruktsioonide ehitus on ühesugune ja R=0.7.

Kasutades eespool toodud pindala väärtusi, saame:

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

Teades, et uste R=0.36 ja S=2.2, määrame nende soojuskadud:

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

Lõpuks väljub akende kaudu 340 W soojust ja uste kaudu – 42 W.

Samm #3 – põranda ja lae soojuskadude määramine

Ilmselt on lae ja põranda pindala sama ning see arvutatakse järgmiselt:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Arvutame põranda summaarse soojustakistuse, arvestades selle ehitusega.

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

Teades, et pinnase temperatuur t_nar=+5 ja arvestades koefitsienti l=1, arvutame põranda Q:

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

Ümardades saame, et põranda soojuskaod on umbes 3 kW.

Soojuskao arvutamisel tuleb arvestada kihte, mis mõjutavad soojusisolatsiooni, näiteks betoon, lauad, telliskivimüüritis, soojustusmaterjalid jne.

Määrame lae soojustakistuse R_ptl ja selle Q:

• 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

Sellest järeldub, et läbi lae ja põranda kaob peaaegu 6 kW.

Samm #4 – ventilatsiooni soojuskadude arvutamine

Ruumis on ventilatsioon korraldatud, arvutatakse valemiga:

Q_v = 0.28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt – t_nar)

Lähtudes tehnilistest omadustest, on erisoojusvahetus 3 kuupmeetrit tunnis, see tähendab:

L_n = 3 × 48 = 144.

Tiheduse arvutamiseks kasutame valemit:

p_vnt = 353/(273+t_vnt).

Ruumi arvutuslik temperatuur on +21 kraadi.

Ventilatsiooni soojuskadu ei arvutata, kui süsteemil on õhu soojendusseade

Asendades teadaolevad väärtused, saame:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Asendame ülaltoodud valemisse saadud arvud:

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

Arvestades ventilatsiooni soojuskadu, on hoone Q kokku:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Teisendades kW-ks, saame soojuskadudeks 16 kW.

Veeküttesüsteemi arvutamise eripärad

Pärast soojuskao näitaja leidmist minnakse üle hüdraulilisele arvutusele (edaspidi – HR).

Selle alusel saadakse teavet järgmiste näitajate kohta:

• torude optimaalne läbimõõt, mis rõhuerinevuste korral suudab läbi lasta etteantud koguse soojuskandjat;
• soojuskandja kulust kindlal lõigul;
• vee liikumiskiirus;
• eritakistuse väärtus.

Arvutuste lihtsustamiseks kujutatakse enne arvutuste alustamist süsteemi ruumiline skeem, kus kõik selle elemendid paiknevad üksteisega paralleelselt.

Skeemil on kujutatud ülemise jaotusega küttesüsteem, soojuskandja liikumine – tupik-tüüpi

Vaatleme veekütte arvutuste põhietappe.

Peamise tsirkulatsiooniringi hüdrauliline arvutus

GR arvutamise metoodika põhineb eeldusel, et kõigis püstikutes ja harudes on temperatuuride erinevused ühesugused.

Arvutusalgoritm on järgmine:

1. Kujutatud skeemil, arvestades soojuskadusid, kantakse soojuskoormused, mis mõjuvad kütteseadmetele ja püstikutele.
2. Skeemi alusel valitakse peamine tsirkulatsiooniring (edaspidi – GTSK). Selle ringi eripära on see, et tsirkulatsioonirõhk ringi pikkuseühiku kohta on väikseim.
3. GTSK jaotatakse lõikudeks, millel on püsiv soojuskulu. Iga lõigu kohta märgitakse number, soojuskoormus, läbimõõt ja pikkus.

Vertikaalses ühetorusüsteemis võetakse GTSK-ks see ring, mille läbib kõige rohkem koormatud püstik tupik- või kaasvoolulise vee liikumise korral magistraalides. Täpsemalt tsirkulatsiooniringide sidumisest ühetorusüsteemis ja peamise valikust rääkisime järgmises artiklis. Eraldi pöörasime tähelepanu arvutuste teostamise järjekorrale, kasutades selguse huvides konkreetset näidet.

Vertikaalsetes kahetorusüsteemides läbib GTSK alumist kütteseadet, millel on maksimaalne koormus tupik- või kaasvoolulise vee liikumise korral

Horisontaalses ühetorusüsteemis peab GTSK-l olema väikseim tsirkulatsioonirõhk ringi pikkuseühiku kohta. Süsteemide puhul, millel on looduslik tsirkulatsioon, on olukord sarnane.

Vertikaalse ühetorusüsteemi püstikute GR korral käsitletakse läbivoolu- ja läbivoolureguleeritavaid püstikuid, millel on ühtsed sõlmed, ühtse kontuurina. Sulgemislõikudega püstikute puhul tehakse eraldus, arvestades vee jaotust iga seadmesõlme torustikus.

Vee kulu antud lõigul arvutatakse valemiga:

G_kont = (3.6 × Q_kont × β₁ × β₂)/((t_r – t₀) × c)

Avaldises tähistavad tähesümbolid järgmisi väärtusi:

• Q_kont – kontuuri soojuskoormus;
• β_1, β₂ – täiendavad tabelikoefitsiendid, mis arvestavad soojusülekannet ruumis;
• c – vee erisoojusmahtuvus, võrdne 4,187;
• t_r – vee temperatuur toite magistraalis;
• t₀ – vee temperatuur tagasivoolu magistraalis.

Olles määranud läbimõõdu ja veekoguse, tuleb teada saada selle liikumiskiirus ja eritakistuse väärtus R. Kõige mugavam on kõik arvutused teostada spetsiaalsete programmide abil.

Teisese tsirkulatsiooniringi hüdrauliline arvutus

Pärast pearingi hüdraulilist arvutust määratakse rõhk väikeses tsirkulatsiooniringis, mis tekib selle lähimate tõusutorude kaudu, arvestades, et rõhukaod võivad erineda kuni 15% umbtoru skeemi puhul ja kuni 5% läbivoolu skeemi puhul.

Kui rõhukadusid ei ole võimalik ühtlustada, paigaldatakse drosselseib, mille läbimõõt arvutatakse programmimeetodite abil.

Radiaatorpatareide arvutus

Pöördume tagasi ülal paikneva majaplaani juurde. Arvutuste abil selgus, et soojusbilansi säilitamiseks on vaja 16 kW energiat. Vaadeldavas majas on 6 erineva otstarbega ruumi – elutuba, vannituba, köök, magamistuba, koridor, esik.

Konstruktsiooni mõõtmete põhjal saab arvutada ruumala V:

V=6×8×2.5=120 m³

Järgmisena tuleb leida soojusvõimsuse kogus ühe m³ kohta. Selleks tuleb Q jagada leitud ruumalaga, see tähendab:

P=16000/120=133 W per m³

Järgmisena tuleb määrata, kui palju soojusvõimsust on vaja ühe ruumi jaoks. Skeemil on iga ruumi pindala juba välja arvutatud.

Määrame ruumala:

• vannituba – 4.19×2.5=10.47;
• elutuba – 13.83×2.5=34.58;
• köök – 9.43×2.5=23.58;
• magamistuba – 10.33×2.5=25.83;
• koridor – 4.10×2.5=10.25;
• esik – 5.8×2.5=14.5.

Arvutustes tuleb arvesse võtta ka ruume, kus kütteradiaatoreid pole, näiteks koridor.

Koridor köetakse passiivsel viisil, sinna jõuab soojus sooja õhu tsirkulatsiooni tõttu inimeste liikumisel, läbi ukseavade jne

Määrame iga ruumi jaoks vajaliku soojushulga, korrutades ruumi ruumala näitajaga Р.

Saame vajaliku võimsuse:

• vannitoa jaoks – 10.47×133=1392 W;
• elutoa jaoks – 34.58×133=4599 W;
• köögi jaoks – 23.58×133=3136 W;
• magamistoa jaoks – 25.83×133=3435 W;
• koridori jaoks – 10.25×133=1363 W;
• esiku jaoks – 14.5×133=1889 W.

Asume radiaatorite arvutamise juurde. Kasutame alumiiniumradiaatoreid, mille kõrgus on 60 cm, võimsus temperatuuril 70 on 150 W.

Arvutame vajaliku radiaatorite arvu:

• vannituba – 1392/150=10;
• elutuba – 4599/150=31;
• köök – 3136/150=21;
• magamistuba – 3435/150=23;
• esik – 1889/150=13.

Kokku on vaja: 10+31+21+23+13=98 radiaatorit.

Meie veebisaidil on ka teisi artikleid, milles oleme üksikasjalikult käsitlenud küttesüsteemi soojusarvutuse teostamise korda, radiaatorite ja kütteringide võimsuse samm-sammult arvutust. Kui teie süsteem hõlmab põrandakütet, tuleb teil teha täiendavaid arvutusi.

Kõiki neid teemasid käsitletakse üksikasjalikumalt meie järgmistes artiklites:

• Küttesüsteemi soojusarvutus: kuidas õigesti arvutada süsteemi koormust
• Kütteradiaatorite arvutus: kuidas arvutada vajalik kogus ja võimsus
• Toru mahu arvutamine: arvutuspõhimõtted ja arvutuste tegemise reeglid liitrites ja kuupmeetrites
• Kuidas teha põrandakütte arvutus vesiküttesüsteemi näitel
• Põrandaküttetorude arvutus: torude tüübid, paigaldusviisid ja samm + kulu arvutamine

Järeldused ja kasulik video teemal

Videost saate tutvuda veekütte arvutuse näitega, mis teostatakse programmi Valtec abil:

Hüdraulilised arvutused on kõige parem teostada spetsiaalsete programmide abil, mis tagavad arvutuste suure täpsuse, võttes arvesse kõiki konstruktsiooni nüansse.

Teie spetsialiseerute veekütte süsteemide arvutamisele ja soovite täiendada meie artiklit kasulike valemitega ning jagada professionaalseid saladusi?

Või soovite rõhutada täiendavaid arvutusi või osutada meie arvutuste ebatäpsusele? Palun kirjutage oma märkused ja soovitused artikli all olevasse blokki.