Usar el agua como transportador de calor en el sistema de calefacción es una de las opciones más populares para mantener su casa caliente durante la temporada de frío. Solo es necesario diseñar correctamente y luego instalar el sistema. De lo contrario, la calefacción será ineficiente a altos costos de combustible, lo que, como puede ver, es extremadamente interesante a los precios actuales de la energía.
Es imposible calcular de manera independiente el calentamiento de agua (en adelante, ITS) sin el uso de programas especializados, ya que los cálculos utilizan expresiones complejas, que no pueden determinarse utilizando una calculadora estándar. En este artículo examinaremos en detalle el algoritmo para realizar cálculos, le daremos las fórmulas utilizadas, habiendo considerado el curso de los cálculos utilizando un ejemplo específico.
Complementaremos el material presentado con tablas con valores e indicadores de referencia que se necesitan durante los cálculos, una foto temática y un videoclip, lo que demuestra un buen ejemplo de cálculo utilizando el programa.
Cálculo del balance térmico de la estructura de la vivienda.
Para la introducción de una instalación de calefacción, donde el agua actúa como una sustancia circulante, primero es necesario realizar cálculos hidráulicos precisos.
Al desarrollar e implementar cualquier tipo de sistema de calefacción, es necesario conocer el balance térmico (en adelante, TB). Al conocer la potencia térmica para mantener la temperatura en la habitación, puede elegir el equipo correcto y distribuir correctamente su carga.
En invierno, la habitación sufre una cierta pérdida de calor (en adelante, TP). La mayor parte de la energía pasa por los elementos de cierre y las aberturas de ventilación. Costes insignificantes caen sobre la infiltración, calentamiento de objetos, etc.
El cálculo competente del calentamiento de agua por analogía con otros tipos de sistemas es necesario para la selección de una unidad de calefacción que pueda compensar completamente la pérdida de calor 
Los cálculos resumen todo tipo de pérdidas a través de la envolvente del edificio, fugas a través de las aberturas de puertas y ventanas. 
Al calcular la potencia del equipo, es necesario tener en cuenta la necesidad de calentar el aire que ingresa a las instalaciones durante la ventilación y las ventanas de la hoja y las hojas de las puertas que no están bien cerradas. 
Es obligatorio tener en cuenta el calentamiento del flujo de aire suministrado por la ventilación forzada con la función de mezcla parcial de una porción fresca de aire. 
Cuando se enciende una caldera de doble circuito en el esquema de calefacción, el cálculo de la potencia real toma en cuenta la energía gastada en calentar el agua caliente. 
Los cálculos realizados correctamente implican la determinación de la eficiencia de la unidad de calefacción y el combustible utilizado. 
La mayoría de los circuitos de calefacción dentro de la sala climatizada se colocan abiertamente, excepto en el caso de estructuras ubicadas en el piso o las paredes de las opciones. En los circuitos cerrados es necesario tener en cuenta la energía para el calentamiento de estructuras. 
En los esquemas de calefacción abiertos que entran en contacto directo con la atmósfera a través del tanque de expansión, se tienen en cuenta las pérdidas de enfriamiento del refrigerante.
Los TP dependen de las capas que conforman las estructuras circundantes (en adelante, OK). Los materiales de construcción modernos, en particular, el aislamiento, tienen un bajo coeficiente de conductividad térmica (en adelante, CT), por lo que se pierde menos calor a través de ellos. Para casas de la misma área, pero con una estructura diferente, los costos de calefacción serán diferentes.
Además de determinar el TA, es importante calcular el TB de la vivienda. El indicador tiene en cuenta no solo la cantidad de energía que sale de la habitación, sino también la cantidad de energía necesaria para mantener ciertas medidas de grado en la casa.
Los resultados más precisos son proporcionados por programas especializados diseñados para constructores. Gracias a ellos, es posible tener en cuenta más factores que afectan al TP.
La mayor cantidad de calor sale de la habitación a través de las paredes, el piso, el techo, la menor, a través de las puertas, las aberturas de las ventanas.
Con alta precisión, es posible calcular el TP de una vivienda utilizando fórmulas.
Los costos totales de calefacción de la casa se calculan utilizando la ecuación:
Q = Q ok + Q v,
Donde Q ok es la cantidad de calor que sale de la habitación a través de OK; Q v - el consumo de calor de la ventilación.
Las pérdidas por ventilación se toman en cuenta si el aire que ingresa a la habitación tiene una temperatura más baja.
Los cálculos generalmente se tienen en cuenta en Aceptar, ingresando a un lado de la calle. Estas son las paredes exteriores, piso, techo, puertas y ventanas.
General TP Q ok son iguales a la suma de TP cada OK, es decir:
Q ok = ∑Q st + ∑Q okn + ∑Q dv + ∑Q ptl + ∑Q pl
Donde
- Q st - el valor de TP de las paredes;
- Q okn - ventanas de TP;
- Q dv - puertas de TP;
- Q ptl - techo de TP;
- Q pl - suelo de TP.
Si el piso o el techo tiene una estructura diferente en toda el área, entonces el TP se calcula para cada sección por separado.
Cálculo de la pérdida de calor mediante OK.
Para los cálculos, se requiere la siguiente información:
- estructura de la pared, materiales utilizados, su espesor, CT;
- Temperatura exterior en el frío invierno de cinco días en la ciudad;
- área OK;
- orientación OK;
- Temperatura recomendada en la vivienda en invierno.
Para calcular el TP debe encontrar la resistencia térmica total R aprox . Para hacer esto, necesitamos conocer la resistencia térmica R 1, R 2, R 3, …, R n de cada capa OK.
El coeficiente R n se calcula mediante la fórmula:
Rn = B / k,
En la fórmula: B es el grosor de la capa OK en mm, k es la exploración por TAC de cada capa.
La R total puede ser determinada por la expresión:
R = ∑R n
Los fabricantes de puertas y ventanas suelen indicar el coeficiente R en el pasaporte al producto, por lo que no es necesario contarlos por separado.
La resistencia térmica de las ventanas no se puede calcular porque la hoja de datos técnicos ya contiene la información necesaria, lo que simplifica el cálculo de TP.
La fórmula general para calcular el TP a través de OK es la siguiente:
Q ok = ∑S × (t vnt - t nar ) × R × l,
En términos de:
- S - área OK, m 2 ;
- t vnt es la temperatura ambiente deseada;
- t nar - temperatura del aire exterior;
- R : coeficiente de resistencia, calculado por separado o tomado del pasaporte del producto;
- l : especificación del coeficiente teniendo en cuenta la orientación de las paredes en relación con los puntos cardinales.
El cálculo de TB le permite elegir el equipo de la capacidad requerida, lo que elimina la probabilidad de deficiencia de calor o su exceso. La escasez de energía térmica se compensa al aumentar el flujo de aire a través de la ventilación, el excedente, mediante la instalación de equipos de calefacción adicionales.
Consumo de calor de la ventilación.
La fórmula general para calcular el TP de ventilación es la siguiente:
Q v = 0.28 × L n × p vnt × c × (t vnt - t nar ),
En la expresión, las variables tienen el siguiente significado:
- L n - el costo del aire entrante;
- p vnt - densidad del aire a cierta temperatura en la habitación;
- c es la capacidad calorífica del aire;
- t vnt - la temperatura en la casa;
- t nar - temperatura del aire exterior.
Si se instala ventilación en el edificio, el parámetro L n se toma de las características técnicas del dispositivo. Si no hay ventilación, se toma el indicador estándar de intercambio de aire específico, igual a 3 m 3 por hora.
En base a esto, L n se calcula por la fórmula:
L n = 3 × S pl ,
En términos de S pl - superficie del piso.
El 2% de todas las pérdidas de calor representaron la infiltración, el 18%, la ventilación. Si la sala está equipada con un sistema de ventilación, los cálculos tienen en cuenta el TP a través de la ventilación y no tienen en cuenta la infiltración.
A continuación, debe calcular la densidad del aire p vnt a una temperatura dada t vnt .
Esto se puede hacer por la fórmula:
p vnt = 353 / (273 + t vnt) ,
Capacidad calorífica específica c = 1.0005.
Si la ventilación o la infiltración no están organizadas, hay huecos u orificios en las paredes, entonces el cálculo de TP a través de los orificios se debe confiar a programas especiales.
En nuestro otro artículo, dimos un ejemplo detallado del diseño de ingeniería de calor de un edificio con ejemplos y fórmulas específicas.
Ejemplo de cálculo de balance de calor
Considere una casa con una altura de 2, 5 m, una anchura de 6 my una longitud de 8 m, ubicada en la ciudad de Okha en la región de Sajalín, donde el termómetro termómetro cae en -29 grados hasta un período extremadamente frío de 5 días.
Como resultado de la medición, la temperatura del suelo se estableció en +5. La temperatura recomendada dentro de la estructura es de +21 grados.
Es más conveniente representar el esquema de la casa en papel, indicando no solo la longitud, el ancho y la altura del edificio, sino también la orientación con respecto a los puntos cardinales, así como la ubicación, las dimensiones de las ventanas y puertas.
Las paredes de la casa en cuestión consisten en:
- espesor de albañilería B = 0.51 m, CT k = 0.64;
- lana mineral B = 0.05 m, k = 0.05;
- frente a B = 0.09 m, k = 0.26.
Al determinar k, es mejor usar las tablas presentadas en el sitio web del fabricante o buscar información en la hoja de datos del producto.
Conociendo la conductividad térmica, es posible elegir los materiales más eficientes desde el punto de vista del aislamiento térmico. Sobre la base de la tabla anterior, es más apropiado utilizar en la construcción de lana mineral y espuma de poliestireno.
El suelo consta de las siguientes capas:
- Placas OSB B = 0, 1 m, k = 0, 13;
- minwats B = 0.05 m, k = 0.047;
- solera de cemento B = 0, 05 m, k = 0, 58;
- poliestireno expandido B = 0.06 m, k = 0.043.
En la casa no hay sótano, y el piso tiene la misma estructura en toda el área.
El techo consta de capas:
- láminas de paneles de yeso B = 0.025 m, k = 0.21;
- aislamiento B = 0.05 m, k = 0.14;
- solapamiento del techo B = 0.05 m, k = 0.043.
No hay salidas al ático.
Solo hay 6 ventanas de dos cámaras con vidrio I y argón en la casa. Del pasaporte técnico a los productos se sabe que R = 0.7. Las ventanas tienen unas dimensiones de 1.1x1.4 m.
Las puertas tienen dimensiones de 1x2.2 m, R = 0.36.
Paso # 1 - calculando la pérdida de calor de la pared
Las paredes en toda la zona constan de tres capas. En primer lugar, calculamos su resistencia térmica total.
¿Por qué usar la fórmula?
R = ∑R n ,
y la expresión:
R n = b / k
Teniendo en cuenta la información inicial, obtenemos:
R st = 0.51 / 0.64 + 0.05 / 0.05 + 0.09 / 0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14
Después de haber aprendido R, se puede proceder a los cálculos de los TS de las paredes norte, sur, este y oeste.
Factores adicionales tienen en cuenta las peculiaridades de la ubicación de las paredes en relación con los puntos cardinales. Por lo general, en la parte norte, durante el clima frío, se forma una "rosa de vientos", como resultado de lo cual la TA de este lado será más alta que la de otros
Calcula el área de la pared norte:
S sev.sten = 8 × 2.5 = 20
Luego, sustituyendo Q ok = ∑S × (t vnt −t nar ) × R × l en la fórmula y teniendo en cuenta que l = 1.1, obtenemos:
Q sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354
El área de la pared sur S yuch.st = S sev.st = 20.
No hay ventanas o puertas integradas en la pared, por lo tanto, teniendo en cuenta el coeficiente l = 1, obtenemos el siguiente TP:
Q yuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140
Para las paredes occidental y oriental, el coeficiente es l = 1.05. Por lo tanto, puedes encontrar el área total de estas paredes, es decir:
S zap.st + S vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30
Hay 6 ventanas y una puerta construida en las paredes. Calcula el área total de ventanas y puertas S:
S okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24
S dv = 1 × 2.2 = 2.2
Definir paredes S sin ventanas y puertas S:
S vost + zap = 30 - 9.24 - 2.2 = 18.56
Calculamos el TP general de los muros este y oeste:
Q vost + zap = 18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085
Una vez obtenidos los resultados, calculamos la cantidad de calor que se escapa a través de las paredes:
Qst = Q sev.st + Q yuch.st + Q vost + zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579
El total de paredes de TP total es de 6 kW.
Paso # 2 - Cálculo de ventanas y puertas de TP
Las ventanas están ubicadas en los muros este y oeste, por lo que al calcular, el coeficiente es l = 1.05. Se sabe que la estructura de todas las estructuras es la misma y R = 0.7.
Usando los valores de área dados arriba, obtenemos:
Q okn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340
Sabiendo que para las puertas R = 0.36 y S = 2.2, las definimos TP:
Q dv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42
Como resultado, 340 W de calor salen por las ventanas y 42 W a través de las puertas.
Paso # 3 - determinación del piso y techo de TP
Obviamente, el área del techo y el piso será la misma, y se calcula de la siguiente manera:
S pol = S ptl = 6 × 8 = 48
Calcule la resistencia térmica total del suelo, teniendo en cuenta su estructura.
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
Sabiendo que la temperatura del suelo t nar = + 5 y teniendo en cuenta el coeficiente l = 1, calculamos la Q del piso:
Q pol = 48 × (21 - 5) × 1 × 3.4 = 2611
Para redondear, conseguimos que la pérdida de calor del suelo sea de unos 3 kW.
En los cálculos de TP, es necesario tener en cuenta las capas que afectan el aislamiento térmico, por ejemplo, hormigón, tableros, ladrillos, aislamiento, etc.
Determine la resistencia térmica del techo R ptl y su 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
De ello se desprende que a través del techo y del piso pasa casi 6 kW.
Paso # 4 - Cálculo de la ventilación TP.
La ventilación interior está organizada, calculada por la fórmula:
Q v = 0.28 × L n × p vnt × c × (t vnt - t nar )
Según las características técnicas, el intercambio de calor específico es de 3 metros cúbicos por hora, es decir:
L n = 3 × 48 = 144.
Para calcular la densidad, utilizamos la fórmula:
p vnt = 353 / (273 + t vnt ).
La temperatura ambiente de diseño es de +21 grados.
La ventilación TP no se calcula si el sistema está equipado con un dispositivo para calentar el aire
Sustituyendo los valores conocidos, obtenemos:
p vnt = 353 / (273 + 21) = 1.2
Sustituye las figuras resultantes en la fórmula anterior:
Q v = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21 - 29) = 2431
Dado el TP para la ventilación, la Q total del edificio será:
Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.
Traducido en kW, obtenemos una pérdida de calor total de 16 kW.
En los cálculos de una unidad de calentamiento para calentamiento de agua caliente, se debe tener en cuenta el valor calorífico del combustible: la cantidad de calor liberado durante su combustión. 
Durante la combustión de 1 kg de carbón, se liberan 5, 600–7, 000 kcal / kg de energía térmica, y solo se liberan 2, 200–3, 200 kcal / kg durante la combustión del análogo marrón 
Un poco más eficiente que el carbón marrón es la leña, que suministra solo 2700–3200 kcal / kg. Sin embargo, es uno de los combustibles más baratos y asequibles. 
Lo más beneficioso para su uso en el hogar privado que emite 8400 kcal / Nm³ cuando se quema un metro cúbico. Sin embargo, cuando se usa gas de cilindros o de gasholder, los precios serán más altos.
Características del cálculo de CBO.
Después de encontrar el indicador TP, proceden al cálculo hidráulico (en lo sucesivo, GR).
Sobre su base, recibir información sobre los siguientes indicadores:
- Diámetro óptimo de las tuberías que, con caídas de presión, podrán pasar una cantidad determinada de refrigerante;
- flujo de refrigerante en un área particular;
- velocidades del agua;
- valor de resistividad.
Antes de iniciar los cálculos, para simplificarlos, representan el esquema espacial del sistema, en el que todos sus elementos están dispuestos en paralelo entre sí.
El diagrama muestra el sistema de calefacción con el cableado superior, el movimiento del refrigerante - callejón sin salida
Considerar las principales etapas del cálculo del calentamiento del agua.
Anillo de circulación principal GR
El método de cálculo de GR se basa en el supuesto de que en todas las canalizaciones ascendentes y en las ramas las caídas de temperatura son las mismas.
El algoritmo de cálculo es el siguiente:
- En el diagrama que se muestra, teniendo en cuenta las pérdidas de calor, se aplican las cargas de calor que actúan sobre los dispositivos de calentamiento y los elevadores.
- Sobre la base del esquema, elija el anillo de circulación principal (en adelante, FCC). La peculiaridad de este anillo es que en él la presión de circulación por unidad de longitud del anillo toma el valor más pequeño.
- FCC se divide en áreas con consumo constante de calor. Para cada sitio indique el número, carga térmica, diámetro y longitud.
En el sistema de tipo de una tubería vertical, el fcc se toma como el anillo a través del cual pasa el tubo ascendente más cargado durante el callejón sin salida o siguiendo el movimiento del agua a lo largo de las carreteras. Discutimos con más detalle el enlace de los anillos circulantes en un sistema de un solo tubo y la elección del principal en el siguiente artículo. Por separado, prestamos atención al procedimiento para realizar cálculos, utilizando un ejemplo concreto para mayor claridad.
En sistemas verticales del tipo de dos tuberías, el HCC pasa a través del dispositivo de calefacción inferior, que tiene una carga máxima durante el período sin salida o después del movimiento del agua.
En el sistema de tipo de una tubería horizontal, el fcc debe tener la presión de circulación más baja y una unidad de la longitud del anillo. Para los sistemas con circulación natural, la situación es similar.
Con un GH de elevadores verticales de un solo tipo de tubería, los elevadores de flujo, ajustables, que tienen en su composición unidades unificadas, se consideran como un solo contorno. Para las canalizaciones verticales con secciones de cierre, se produce una separación, teniendo en cuenta la distribución de agua en la tubería de cada nodo del instrumento.
El consumo de agua en un área determinada se calcula mediante la fórmula:
G kont = (3.6 × Q kont × β 1 × β 2 ) / ((t r - t 0 ) × c)
En la expresión, los símbolos literales aceptan los siguientes valores:
- Q kont - circuito de carga térmica;
- β 1, β 2 : coeficientes de tabla adicionales que tienen en cuenta la transferencia de calor en la habitación;
- c es la capacidad calorífica del agua, igual a 4.187;
- t r - temperatura del agua en la línea de suministro;
- t 0 - temperatura del agua en la línea de retorno.
Habiendo determinado el diámetro y la cantidad de agua, es necesario averiguar la velocidad de su movimiento y el valor de la resistividad R. Todos los cálculos se realizan de manera más conveniente utilizando programas especiales.
Anillo de circulación secundaria de GH
Después del anillo principal GH, la presión en el anillo de circulación pequeño se determina a través de los tubos ascendentes más cercanos, teniendo en cuenta que las pérdidas de presión pueden diferir en no más del 15% con un circuito sin salida y no más del 5% con un paso.
Si no es posible vincular la pérdida de presión, instale una arandela del acelerador, cuyo diámetro se calcula utilizando métodos de software.
Cálculo de baterías del radiador.
Volvemos al plano de la casa, situado arriba. Por cálculo, se encontró que para mantener el balance de calor se requieren 16 kW de energía. En esta casa hay 6 habitaciones para diferentes propósitos: una sala de estar, un baño, una cocina, un dormitorio, un pasillo, una antesala.
Sobre la base de las dimensiones de la estructura, es posible calcular el volumen V:
V = 6 × 8 × 2.5 = 120 m 3
A continuación, debe encontrar la cantidad de salida de calor por m 3 . Para hacer esto, Q debe dividirse por el volumen encontrado, es decir:
P = 16000/120 = 133 W por m 3
Далее необходимо определить, сколько тепловой мощности потребуется для одной комнаты. На схеме площадь каждого помещения уже рассчитана.
Определим объем:
- санузел – 4.19×2.5=10.47;
- гостиная – 13.83×2.5=34.58;
- кухня – 9.43×2.5=23.58;
- спальня – 10.33×2.5=25.83;
- коридор – 4.10×2.5=10.25;
- прихожая – 5.8×2.5=14.5.
В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.
Коридор отапливается пассивным способом, в него тепло будет поступать за счет циркуляции теплового воздуха при передвижении людей, через дверные проемы и др
Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р.
Получим требуемую мощность:
- для санузла – 10.47×133=1392 Вт;
- для гостиной – 34.58×133=4599 Вт;
- для кухни – 23.58×133=3136 Вт;
- для спальни – 25.83×133=3435 Вт;
- для коридора – 10.25×133=1363 Вт;
- для прихожей – 14.5×133=1889 Вт.
Приступим к расчету радиаторных батарей. Будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт.
Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей:
- санузел – 1392/150=10;
- гостиная – 4599/150=31;
- кухня – 3136/150=21;
- спальня – 3435/150=23;
- прихожая – 1889/150=13.
Итого потребуется: 10+31+21+23+13=98 радиаторных батарей.
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