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El diseño y el cálculo térmico del sistema de calefacción es una etapa obligatoria para organizar el calentamiento de una casa. La principal tarea de las medidas computacionales es determinar los parámetros óptimos de la caldera y el sistema del radiador.

De acuerdo, a primera vista puede parecer que el cálculo de la ingeniería térmica solo lo realiza un ingeniero. Sin embargo, no todo es tan difícil. Al conocer el algoritmo de acciones, resultará realizar independientemente los cálculos necesarios.

El artículo detalla el procedimiento para calcular y da todas las fórmulas necesarias. Para una mejor comprensión, hemos preparado un ejemplo de computación térmica para una casa privada.

Cálculo térmico de la calefacción: orden general.

El cálculo térmico clásico del sistema de calefacción es un documento técnico consolidado que incluye los métodos de cálculo estándar paso a paso obligatorios.

Pero antes de estudiar estos cálculos de los parámetros principales, debe decidir el concepto del sistema de calefacción en sí.

Los cálculos y el diseño competente de los circuitos de calefacción autónomos son necesarios para la selección de equipos que pueden calentar una casa de un área determinada Los cálculos se realizan con referencia al mes más frío del año, es decir, para el período de carga máxima del sistema Los cálculos tienen en cuenta las pérdidas que se producen a través de las aberturas de ventanas y puertas, así como a través del sistema de ventilación conectado a la calle. Las características térmicas de las estructuras de los edificios siempre se tienen en cuenta, una de cuyas tareas es preservar el calor. El sistema de calefacción independiente de una casa privada debe hacer frente al calentamiento del aire que ingresa por las rejillas de ventilación durante el período de ventilación y las puertas abiertas. La caldera de un sistema de calefacción independiente debe hacer frente a la recuperación de la pérdida de calor. Su potencia debe permitir mantener la temperatura en la casa + 20º С Después de determinar la potencia óptima de la caldera, elija la unidad más adecuada para la eficiencia y los costos operativos Para sistemas con movimiento de refrigerante forzado, se realizan cálculos hidráulicos para seleccionar la bomba y el diámetro óptimo de las tuberías

El sistema de calefacción se caracteriza por el flujo forzado y la disipación involuntaria del calor en la habitación.

Las principales tareas del cálculo y diseño del sistema de calefacción:

  • Determinar con mayor fiabilidad la pérdida de calor;
  • determinar el número y condiciones de uso del refrigerante;
  • Seleccione con mayor precisión los elementos de generación, movimiento y liberación de calor.

Al construir un sistema de calefacción, es necesario recopilar inicialmente una variedad de datos sobre la habitación / edificio donde se usará el sistema de calefacción. Después de calcular los parámetros térmicos del sistema, analice los resultados de las operaciones aritméticas.

En función de los datos obtenidos, los componentes del sistema de calefacción se seleccionan con la compra, instalación y puesta en marcha posteriores.

La calefacción es un sistema de múltiples componentes para garantizar una condición de temperatura aprobada en una habitación / edificio. Es una parte separada del complejo de comunicaciones de una vivienda moderna.

Cabe destacar que este método de cálculo térmico le permite calcular con bastante precisión una gran cantidad de cantidades que describen específicamente el futuro sistema de calefacción.

Como resultado del cálculo térmico, estará disponible la siguiente información:

  • el número de pérdidas de calor, potencia de la caldera;
  • el número y tipo de radiadores de calor para cada habitación por separado;
  • características hidráulicas de la tubería;
  • Volumen, velocidad del refrigerante, potencia de la bomba de calor.

El cálculo térmico no es bocetos teóricos, sino resultados bastante precisos y razonables, que se recomiendan para ser usados en la práctica al seleccionar componentes de un sistema de calefacción.

Estándares de condiciones de temperatura de las habitaciones.

Antes de realizar cualquier cálculo de los parámetros del sistema, es necesario, como mínimo, conocer el orden de los resultados esperados y también tener características estandarizadas de algunos valores de tabla que deben ser sustituidos en fórmulas o guiados por ellos.

Después de realizar los cálculos de los parámetros con tales constantes, uno puede estar seguro de la confiabilidad del parámetro dinámico o constante deseado del sistema.

Para instalaciones de diversos propósitos, existen normas de referencia para los regímenes de temperatura de instalaciones residenciales y no residenciales. Estos estándares están consagrados en el llamado GOST.

Para el sistema de calefacción, uno de estos parámetros globales es la temperatura ambiente, que debe ser constante independientemente del período del año y las condiciones ambientales.

De acuerdo con las regulaciones de las normas y normas sanitarias, existen diferencias en la temperatura con respecto al verano y el invierno en el año. La condición de temperatura de la habitación en la temporada de verano es responsabilidad del sistema de aire acondicionado, el principio de su cálculo se detalla en este artículo.

Pero la temperatura del aire de la habitación en invierno es proporcionada por el sistema de calefacción. Por lo tanto, estamos interesados en los rangos de temperatura y sus tolerancias de desviaciones para la temporada de invierno.

La mayoría de los documentos reglamentarios especifican los siguientes rangos de temperatura que permiten a una persona estar cómodamente en una habitación.

Para oficinas no residenciales tipo hasta 100 m 2 :

  • 22-24 ° С - temperatura óptima del aire;
  • 1 ° С - oscilación permisible.

Para locales tipo oficina con un área de más de 100 m 2, la temperatura es de 21-23 ° C. Para el tipo industrial no residencial, los rangos de temperatura varían mucho según el propósito de las instalaciones y los estándares establecidos de protección laboral.

Cada persona tiene una temperatura ambiente "cómoda". A alguien le gusta ser muy cálido en la habitación, alguien se siente cómodo cuando la habitación está fresca, todo es bastante individual

Con respecto a los locales residenciales: apartamentos, casas privadas, fincas, etc. Hay ciertos rangos de temperatura que pueden ajustarse según los deseos de los residentes.

Y sin embargo, para los locales específicos de un apartamento y casa tenemos

  • 20-22 ° С - vida, incluidos los niños, habitación, tolerancia ± 2 ° С -
  • 19-21 ° С - cocina, aseo, tolerancia ± 2 ° С;
  • 24-26 ° С - baño, ducha, piscina, tolerancia ± 1 ° С;
  • 16-18 ° С - pasillos, pasillos, escaleras, almacenes, tolerancia + 3 ° С

Es importante tener en cuenta que hay varios parámetros básicos que afectan la temperatura en la habitación y que deben ser guiados al calcular el sistema de calefacción: humedad (40-60%), concentración de oxígeno y dióxido de carbono en el aire (250: 1), velocidad del aire Masas (0.13-0.25 m / s), etc.

Cálculo de la pérdida de calor en la casa.

De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica (física escolar), no hay una transferencia espontánea de energía de los mini objetos o macro objetos más calientes. Un caso especial de esta ley es el "deseo" de crear un equilibrio de temperatura entre dos sistemas termodinámicos.

Por ejemplo, el primer sistema es un entorno con una temperatura de -20 ° С, el segundo sistema es un edificio con una temperatura interna de + 20 ° С. De acuerdo con la ley anterior, estos dos sistemas se esforzarán por equilibrarse a través del intercambio de energía. Esto ocurrirá a través de la pérdida de calor del segundo sistema y el enfriamiento en el primero.

Definitivamente podemos decir que la temperatura ambiente depende de la latitud en la que se encuentra la casa privada. Y la diferencia de temperatura afecta la cantidad de fugas de calor del edificio (+)

La pérdida de calor significa la liberación involuntaria de calor (energía) de algún objeto (casa, apartamento). Para un apartamento normal, este proceso no es tan "notable" en comparación con una casa privada, ya que el apartamento está ubicado dentro del edificio y se "une" con otros apartamentos.

En una casa privada, a través de las paredes exteriores, el piso, el techo, las ventanas y las puertas, hasta cierto punto u otro, el calor "se va".

Conociendo la magnitud de la pérdida de calor para las condiciones climáticas más adversas y las características de estas condiciones, es posible calcular con precisión la potencia del sistema de calefacción.

Por lo tanto, el volumen de fugas de calor del edificio se calcula mediante la siguiente fórmula:

Q = Q piso + Q pared + Q ventana + Q techo + Q puerta + … + Q i, donde

Qi es el volumen de pérdida de calor de un tipo uniforme de envolvente de edificio.

Cada componente de la fórmula se calcula por la fórmula:

Q = S * ∆T / R, donde

  • Q - fuga de calor, V;
  • S - el área de un tipo particular de construcción, cuadrado. m;
  • ∆T es la diferencia de temperatura entre el aire ambiente y el interior de la habitación, ° C;
  • R - resistencia térmica de un determinado tipo de construcción, m 2 * ° C / W.

Se recomienda tomar la cantidad de resistencia térmica de los materiales existentes en las mesas auxiliares.

Además, la resistencia térmica se puede obtener utilizando la siguiente relación:

R = d / k, donde

  • R - resistencia térmica, (m 2 * K) / W;
  • k es el coeficiente de conductividad térmica del material, W / (m 2 * K);
  • d es el espesor de este material, m.

En casas antiguas con techos húmedos, las fugas de calor ocurren en la parte superior del edificio, es decir, a través del techo y el ático. La realización de actividades para aislar el techo o el aislamiento térmico del techo de mansarda resuelve este problema.

Si calienta el espacio del ático y el techo, la pérdida total de calor de la casa se puede reducir significativamente

En la casa hay varios tipos de pérdida de calor a través de las grietas en las estructuras, sistema de ventilación, campana de cocina, ventanas y puertas que se abren. Pero tener en cuenta su volumen no tiene sentido, ya que no constituyen más del 5% del número total de fugas de calor principales.

Determinación de la potencia de la caldera.

Para soportar la diferencia de temperatura entre el ambiente y la temperatura dentro de la casa, se necesita un sistema de calefacción autónomo, que mantenga la temperatura adecuada en cada habitación de una casa privada.

La base del sistema de calefacción son los diferentes tipos de calderas: combustible líquido o sólido, eléctrico o de gas.

La caldera es la unidad central del sistema de calefacción que genera calor. La característica principal de la caldera es su potencia, es decir, la tasa de conversión, la cantidad de calor por unidad de tiempo.

Habiendo calculado la carga de calor en la calefacción, obtenemos la potencia nominal requerida de la caldera.

Para un apartamento de varias habitaciones, la potencia de la caldera se calcula a través del área y la potencia específica:

Caldera P = (S habitaciones * P específica ) / 10, donde

  • S habitaciones - el área total de la sala climatizada;
  • P longitudinal : potencia específica relativa a las condiciones climáticas.

Pero esta fórmula no tiene en cuenta la pérdida de calor, que es suficiente en una casa privada.

Hay otra relación que tiene en cuenta este parámetro:

P caldera = ( pérdida Q * S) / 100, donde

  • P caldera - potencia de la caldera;
  • Q pérdida - pérdida de calor;
  • S - zona climatizada.

Se debe aumentar la capacidad de diseño de la caldera. El stock es necesario si planea usar la caldera para calentar el agua del baño y la cocina.

En la mayoría de los sistemas de calefacción de casas particulares, se recomienda utilizar un tanque de expansión en el que se almacenará el suministro de refrigerante. Cada casa particular necesita agua caliente.

Para proporcionar una reserva de potencia de caldera en la última fórmula, debe agregar el factor de seguridad K:

P caldera = ( pérdida Q * S * K) / 100, donde

K - será igual a 1, 25, es decir, la potencia calculada de la caldera se incrementará en un 25%.

Por lo tanto, la capacidad de la caldera proporciona la capacidad de mantener la temperatura del aire estándar en las habitaciones del edificio, así como de tener un volumen inicial y adicional de agua caliente en la casa.

Características de la selección de radiadores.

Los componentes estándar para proporcionar calor en una habitación son los radiadores, paneles, sistemas de calefacción por suelo radiante, convectores, etc. Las partes más comunes de un sistema de calefacción son los radiadores.

El radiador de calor es una construcción de tipo modular hueco especial hecha de una aleación con alta transferencia de calor. Está hecho de acero, aluminio, hierro fundido, cerámica y otras aleaciones. El principio de funcionamiento del radiador de calefacción se reduce a la radiación de energía del refrigerante en el espacio de la habitación a través de los "pétalos".

El radiador de aluminio y bimetálico de calefacción reemplazó las enormes baterías de hierro fundido. La facilidad de producción, la alta transferencia de calor, el buen diseño y el diseño hicieron de este producto una herramienta popular y popular para irradiar calor en una habitación.

Hay varios métodos para calcular los radiadores en la habitación. La siguiente lista de métodos se clasifica por orden de precisión cada vez mayor.

Opciones de cálculo:

  1. Por zona . N = (S * 100) / C, donde N es el número de secciones, S es el área de la habitación (m 2 ), C es la salida de calor de una sección del radiador (W, tomada de ese pasaporte o certificado del producto), 100 W es la cantidad de flujo de calor Lo cual es necesario para calentar 1 m 2 (valor empírico). Surge la pregunta: ¿cómo tener en cuenta la altura del techo de la habitación?
  2. Por volumen N = (S * H * 41) / C, donde N, S, C es similar. H - altura de la habitación, 41 W - la cantidad de flujo de calor, que es necesaria para calentar 1 m 3 (valor empírico).
  3. Por coeficientes . N = (100 * S * K1 * K2 * K3 * K4 * K5 * K6 * K7) / C, donde N, S, C y 100 son similares. K1: representa el número de cámaras en la ventana de la unidad de vidrio de la habitación, K2: aislamiento de las paredes, K3: la relación entre el área de las ventanas y el área de la habitación, K4: la temperatura promedio bajo cero en la semana más fría del invierno, K5: el número de paredes externas de la habitación (que "salen de la habitación") K6 - el tipo de habitación arriba, K7 - la altura del techo.

Esta es la versión más precisa del cálculo del número de secciones. Naturalmente, el redondeo de los resultados fraccionarios de los cálculos siempre se realiza al siguiente entero.

Cálculo hidráulico del suministro de agua.

Por supuesto, la "imagen" del cálculo del calor para el calentamiento no se puede completar sin calcular características tales como el volumen y la velocidad del refrigerante. En la mayoría de los casos, el refrigerante es agua ordinaria en estado líquido o agregado gaseoso.

Se recomienda calcular el volumen real del portador de calor mediante la suma de todas las cavidades en el sistema de calefacción. Cuando se utiliza una caldera de un solo circuito, esta es la mejor opción. Cuando se utilizan calderas de doble circuito en el sistema de calefacción, es necesario tener en cuenta los costos del agua caliente para fines higiénicos y otros fines domésticos.

El cálculo del volumen de agua calentada por una caldera de doble circuito para proporcionar a los residentes agua caliente y calor, el refrigerante se realiza al resumir el volumen interno del circuito de calefacción y las necesidades reales de los usuarios de agua caliente.

El volumen de agua caliente en el sistema de calefacción se calcula mediante la fórmula:

W = k * P, donde

  • W es el volumen del portador de calor;
  • P es la potencia de la caldera de calefacción;
  • k - factor de potencia (el número de litros por unidad de potencia, igual a 13.5, rango - 10-15 litros).

Como resultado, la fórmula final se ve así:

W = 13.5 * P

La velocidad del refrigerante: la evaluación dinámica final del sistema de calefacción, que caracteriza la velocidad de circulación del fluido en el sistema.

Este valor ayuda a evaluar el tipo y el diámetro de la tubería:

V = (0.86 * P * μ) / ∆T, donde

  • P - potencia de la caldera;
  • μ - eficiencia de la caldera;
  • ∆T es la diferencia de temperatura entre el agua de alimentación y el circuito de agua de retorno.

Utilizando los métodos anteriores de cálculo hidráulico, será posible obtener parámetros reales que son la "base" del futuro sistema de calefacción.

Ejemplo de cálculo térmico

Como ejemplo de un cálculo térmico, hay una casa ordinaria de una planta con cuatro salas de estar, una cocina, un baño, un "jardín de invierno" y cuartos de servicio.

La base está hecha de losa de hormigón armado monolítico (20 cm), las paredes externas son de hormigón (25 cm) con yeso, el techo es de vigas de madera, el techo es de teja metálica y lana mineral (10 cm)

Indique los parámetros iniciales de la casa, necesarios para los cálculos.

Dimensiones del edificio:

  • altura del suelo - 3 m;
  • una pequeña ventana de la parte delantera y trasera del edificio 1470 * 1420 mm;
  • ventanal de la fachada 2080 * 1420 mm;
  • puertas de entrada 2000 * 900 mm;
  • Puertas traseras (acceso a la terraza) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

El ancho total del edificio es de 9.5 m 2, longitud 16 m 2 . Solo las salas de estar (4 piezas), un baño y una cocina se calientan.

Para calcular con precisión la pérdida de calor en las paredes del área de las paredes externas, reste el área de todas las ventanas y puertas: este es un tipo de material completamente diferente con su resistencia térmica.

Comenzamos calculando las áreas de materiales homogéneos:

  • superficie construida - 152 m 2 ;
  • el área del techo es de 180 m 2, teniendo en cuenta la altura del ático de 1, 3 my el ancho de la viga de 4 m;
  • el área de las ventanas es 3 * 1.47 * 1.42 + 2.08 * 1.42 = 9.22 m 2 ;
  • el área de las puertas es 2 * 0.9 + 2 * 2 * 1.4 = 7.4 m 2 .

El área de las paredes externas será 51 * 3-9.22-7.4 = 136.38 m 2 .

Procedemos al cálculo de la pérdida de calor en cada material:

  • Q piso = S * ∆T * k / d = 152 * 20 * 0.2 / 1.7 = 357.65 W;
  • Q techo = 180 * 40 * 0.1 / 0.05 = 14400 W;
  • Q ventana = 9.22 * 40 * 0.36 / 0.5 = 265.54 W;
  • Q puerta = 7.4 * 40 * 0.15 / 0.75 = 59.2 W;

Y también la pared Q es equivalente a 136.38 * 40 * 0.25 / 0.3 = 4546. La suma de todas las pérdidas de calor será de 19628.4 vatios.

Como resultado, calculamos la potencia de la caldera: P caldera = P pérdida * S calefacción_cámara * 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

Calcule el número de secciones de radiadores que producirá una de las habitaciones. Para todos los demás cálculos son similares. Por ejemplo, la habitación de la esquina (a la izquierda, la esquina inferior del diagrama) tiene un área de 10, 4 m2.

Esto significa que 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.

Esta sala requiere 9 secciones de un radiador con una potencia calorífica de 180 vatios.

Pasamos al cálculo de la cantidad de refrigerante en el sistema - W = 13.5 * P = 13.5 * 21 = 283.5 l. Esto significa que la velocidad del refrigerante será: V = (0.86 * P * μ) / ∆T = (0.86 * 21000 * 0.9) /20=812.7 l.

Como resultado, una rotación completa del volumen total del refrigerante en el sistema será equivalente a 2, 87 veces en una hora.

Una selección de artículos sobre cálculo térmico ayudará a determinar los parámetros exactos de los elementos del sistema de calefacción:

  1. Cálculo del sistema de calefacción de una casa particular: las reglas y ejemplos de cálculo
  2. Cálculo de ingeniería térmica de un edificio: especificidad y fórmulas para realizar cálculos + ejemplos prácticos

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Простой расчёт отопительной системы для частного дома представлен в следующем обзоре:

Все тонкости и общепринятые методики просчёта теплопотерь здания показаны ниже:

Ещё один вариант расчёта утечек тепла в типичном частном доме:

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Categoría:

Calefacción