Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

С теплотехническими расчётами приходится сталкиваться владельцам частных домов, квартир или любых других объектов. Это основа основ проектирования зданий.

Понять суть этих расчётов в официальных бумагах, не так сложно, как кажется.

Для себя также можно научиться выполнять вычисления, чтобы решить, какой утеплитель применять, какой толщины он должен быть, какой мощности приобретать котёл и достаточно ли имеющихся радиаторов на данную площадь.

Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти, если понять, что такое тепловая мощность. Формула, определение и сферы применения – читайте в статье.

Что такое тепловой расчет?

Если говорить просто, тепловой расчёт помогает точно узнать, сколько тепла хранит и теряет здание, и сколько энергии должно вырабатывать отопление, чтобы поддерживать в жилье комфортные условия.

Оценивая теплопотери и степень теплоснабжения, учитываются следующие факторы:

  1. Какой это объект: сколько в нём этажей, наличие угловых комнат, жилой он или производственный и т. д.
  2. Сколько человек будет «обитать» в здании.
  3. Важная деталь – это площадь остекления. И размеры кровли, стен, пола, дверей, высота потолков и т. д.
  4. Какова продолжительность отопительного сезона, климатические характеристики региона.
  5. По СНиПам определяют нормы температур, которые должны быть в помещениях.
  6. Толщина стен, перекрытий, выбранные теплоизоляторы и их свойства.

Могут учитываться и другие условия и особенности, например, для производственных объектов считаются рабочие и выходные дни, мощность и тип вентиляции, ориентация жилья по сторонам света и др.

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Сохранившиеся купеческие дома показывают, что всё делалось просто с запасом: окна поменьше, стены – потолще. Получалось тепло, но экономически не выгодно.

Теплотехнический расчёт позволяет строить наиболее оптимально. Материалов берётся ни больше – ни меньше, а ровно столько, сколько нужно. Сокращаются габариты строения и расходы на его возведение.

Вычисление точки росы позволяет строить так, чтобы материалы не портились как можно дольше.

Для определения необходимой мощности котла также не обойтись без расчётов. Суммарная мощность его складывается из затрат энергии на обогрев комнат, нагрев горячей воды для хозяйственных нужд, и способности перекрывать теплопотери от вентиляции и кондиционирования. Прибавляется запас мощности, на время пиковых холодов.

При газификации объекта требуется согласование со службами. Рассчитывается годовой расход газа на отопление и общая мощность тепловых источников в гигакалориях.

Нужны расчёты при подборе элементов отопительной системы. Обсчитывается система труб и радиаторов – можно узнать, какова должна быть их протяжённость, площадь поверхности. Учитывается потеря мощности при поворотах трубопровода, на стыках и прохождении арматуры.

Расчет тепловой мощности: формула

Рассмотрим формулу и приведем примеры, как произвести расчет для зданий с разным коэффициентом рассеивания.

Vx(дельта)TxK= ккал/ч (тепловая мощность), где:

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

  • Первый показатель «V» – объем рассчитываемого помещения;
  • Дельта «Т» – разница температур – это та величина, которая показывает насколько градусов внутри помещения теплее, чем снаружи;
  • «К» – коэффициент рассеивания (его еще называют «коэффициент пропускания тепла»). Величина берется из таблицы. Обычно цифра колеблется от 4 до 0,6.

Примерные величины коэффициента рассеивания для упрощенного расчёта

  • Если это неутепленный металлопрофиль или доска то «К» будет = 3 – 4 единицы.
  • Одинарная кирпичная кладка и минимальное утепление – «К» = от 2 до 3-ёх.
  • Стена в два кирпича, стандартное перекрытие, окна и
  • двери – «К» = от 1 до 2.
  • Самый теплый вариант. Стеклопакеты, кирпичные стены с двойным утеплителем и т. п. – «К» = 0,6 – 0,9.

Более точный расчет можно произвести, высчитывая точные размеры отличающихся по свойствам поверхностей дома в м2 (окна, двери и т. д.), производя расчёт для них отдельно и складывая получившиеся показатели.

Пример расчета тепловой мощности

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового балансаВозьмем некое помещение 80 м2 с высотой потолков 2,5 м и посчитаем, какой мощности котел нам потребуется для его отопления.

Вначале высчитываем кубатуру: 80 х 2,5 = 200 м3. Дом у нас утеплен, но недостаточно – коэффициент рассеивания 1,2.

  • Морозы бывают до -40 °C, а в помещении хочется иметь комфортные +22 градуса, разница температур (дельта «Т») получается 62 °C.
  • Подставляем в формулу мощности тепловых потерь цифры и перемножаем:
  • 200 х 62 х 1,2 = 14880 ккал/ч.
  • Полученные килокалории переводим в киловатты, пользуясь конвертером:
  • 1 кВт = 860 ккал;
  • 14880 ккал = 17302,3 Вт.

Округляем в большую сторону с запасом, и понимаем, что в самый сильный мороз -40 градусов нам потребуется 18 кВт энергии в час.

Можем посчитать теплопотери в Вт на каждый м2 стен и потолка. Высота потолков известна 2,5 м. Дом 80 м2 – это может быть 8 х 10 м.

Умножаем периметр дома на высоту стен:

(8 + 10) х 2 х 2,5 = 90 м2 поверхности стены + 80 м2 потолок = 170 м2 поверхности, контактирующей с холодом. Теплопотери, высчитанные нами выше, составили 18 кВт/ч, делим поверхность дома на расчетную израсходованную энергию получаем, что 1 м2 теряет примерно 0,1 кВт или 100 Вт ежечасно при температуре на улице -40 °C, а в помещении +22 °С.

Эти данные могут стать основой для расчёта требуемой толщины утеплителя на стены.

Приведем другой пример расчета, он в некоторых моментах сложнее, но более точный.

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Q = S x (дельта)T / R:

  • Q– искомая величина теплопотерь дома в Вт;
  • S– площадь охлаждающих поверхностей в м2;
  • T– разница температур в градусах Цельсия;
  • R– тепловое сопротивление материала (м2 х К/Вт) (Метры квадратные умноженные на Кельвин и делёный на Ватт).

Итак, чтобы найти «Q» того же дома, что и в примере выше, подсчитаем площадь его поверхностей «S» (пол и окна считать не будем).

  • «S» в нашем случае = 170 м2, из них 80 м2 потолок и 90 м2 – стены;
  • T = 62 °С;
  • R– тепловое сопротивление.

Ищем «R» по таблице тепловых сопротивлений или по формуле. Формула для расчета по коэффициенту теплопроводности такая:

R= H/ К.Т. (Н – толщина материала в метрах, К.Т. – коэффициент теплопроводности).

В этом случае, дом у нас имеет стены в два кирпича обшитые пенопластом толщиной 10 см. Потолок засыпан опилками толщиной 30 см.

Из таблицы коэффициентов теплопроводности (измеряется Вт / (м2 х К) Ватт делёный на произведение метра квадратного на Кельвин). Находим значения для каждого материала, они будут:

  • кирпич – 0,67;
  • пенопласт – 0,037;
  • опилки – 0,065.

Подставляем данные в формулу (R= H/ К.Т.):

  • R (потолка 30 см толщиной) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (м2 х К) / Вт;
  • R (кирпичной стены 50 см) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (м2 х К) / Вт;
  • R (пенопласт 10 см) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (м2 х К) / Вт;
  • R (стен) = R(кирпич) + R(пенопласт) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (м2 х К) / Вт.

Теперь можем приступить к расчету теплопотерь «Q»:

  • Q для потолка = 80 х 62 / 4,6 = 1078,2 Вт.
  • Q стен = 90 х 62 / 3,4 = 1641,1 Вт.
  • Остается сложить 1078,2 + 1641,1 и перевести в кВт, получается (если сразу округлить) 2,7 кВт энергии за 1 час.

Можно обратить внимание, насколько большая разница получилась в первом и втором случае, хотя объём домов и температура за окном в первом и втором случае были совершенно одинаковыми.

Всё дело в степени утомлённости домов (хотя, конечно, данные могли быть и иными, если бы мы рассчитывали пол и окна).

Заключение

Приведённые формулы и примеры показываю, что при теплотехнических расчётах очень важно учитывать как можно больше факторов, влияющих на теплопотери. Сюда входит и вентиляция, и площадь окон, степень их утомлённости и т. д.

А подход, когда на 10 м2 дома берётся 1 кВт мощности котла – слишком приблизительный, чтобы всерьёз опираться на него.

Видео на тему

Расчет систем отопления (часть 3 — Расчет радиаторов)

Итак, исходя из предыдущих статей стало ясно, что комфортные параметры внутреннего воздуха в помещениях в зимний период зависят напрямую от того соответствует ли мощность системы отопления здания количеству потерь тепла. В устоявшемся режиме здания все теплопотери должны быть равны мощности системы отопления. Это и называется тепловым балансом здания.

Читайте также:  Газовое отопление частного дома: схемы и способы организации

Тепловой баланс здания

Если в помещении есть много источников выделения тепла (тепловыделения от большого количества людей, от солнечной радиации или иных процессов, сопровождающихся выделением тепла), то данные показатели также должны быть учтены в тепловом балансе здания.

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Теплопотери и теплопоступления в помещении общественного здания.

Но, как правило, в условиях континентального климата для жилых зданий этими показателями пренебрегают, устанавливая системы автоматики на системы отопления здания или термостатические вентиля на приборы отопления.

Этими мероприятиями можно поддерживать постоянную температуру в помещениях независимо от колебаний температуры наружного воздуха или внутренних тепловых возмущений.

В производственных или административных зданиях такие теплопоступления обычно компенсируются системами вентиляции.

Итоговый тепловой баланс здания определяется следующим образом:

Qот=Qогр+Qвент(инф)+/-Qвнутр,

где, Qогр – теплопотери через ограждающие конструкции здания,

Qвент(инф) – потери тепла на нагрев инфильтрации или приточных систем вентиляции,

Qвнутр – поступления тепла от внутренних источников (люди, оборудование, солнечная радиация и пр.).

Тепловой баланс здания определяется по максимальным значениям потерь тепла в зимний период года при минимальных расчетных температурах наружного воздуха, влажности и скорости ветра для конкретного региона строительства. Все расчетные параметры регламентируются в нормативной документации, а, в частности, в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

Для рассматриваемого примера теплопотери здания, а конкретно нагрузка на систему отопления, могут значительно отличаться по каждому помещению, поэтому использование удельных показателей, рассчитанных ранее носит чисто информационный характер. На практике следует выполнить точный теплотехнический расчет.

Итак, тепловой баланс для помещения площадью 8,12 м? выглядит следующим образом:

Q=(Qуд+Qуд.инф)*8,12м?

Q100мм=(103+44)*8,12=1 194 Вт

Q150мм=(81+44)*8,12=1 015 Вт

Q200мм=(70+44)*8,12=926 Вт

Расчет и подбор радиаторов отопления

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Радиаторы или конвекторы являются главными элементами отопительной системы, так как их основной функцией является передача тепла от теплоносителя воздуху в помещении или поверхностям комнаты. Мощность радиаторов при этом должна четко соответствовать тепловым потерям по помещениям. Из предыдущих разделов цикла статей видно, что укрупнено мощность радиаторов можно определить по удельным показателям по площади или объему комнаты.

Так, для отопления помещения в 20 м? с одним окном требуется в среднем установить прибор отопления мощностью 2 кВт, а если учесть небольшой запас на поверхность в размере 10-15%, то мощность радиатора составит 2,2 кВт ориентировочно.

Этот метод подбора радиаторов является достаточно грубым, так как не учитывает много значимых особенностей и строительных характеристик здания.

Более точным является подбор радиаторов на основании теплотехнического расчета жилого дома, который выполняется специализированными проектными организациями.

Основным параметром для подбора типоразмера прибора отопления является его тепловая мощность. А в случае с секционными алюминиевыми или биметаллическими радиаторами указывается мощность одной секции.

Наиболее часто используемыми в системах отопления радиаторами являются приборы с межосевым расстоянием 350 или 500 мм, выбор которых основан, прежде всего на конструкции окна и отметке подоконника относительно финишного напольного покрытия.

Мощность 1 секции
радиатора
по паспорту, Вт
Площадь комнаты, м2
10 12 14 16 18 20 22
Количество секций
140 8 9 10 12 13 15 16
150 7 8 10 11 12 14 15
160 7 8 9 10 12 13 14
180 6 7 8 9 10 12 13
190 6 7 8 9 10 11 12
200 5 6 7 8 9 10 11

В техническом паспорте на приборы отопления производители указывают тепловую мощность применительно к каким-либо температурным условиям. Стандартными являются параметры теплоносителя 90-70 °C, в случае низкотемпературного отопления тепловую мощность следует корректировать согласно коэффициентам, указанных в технической документации.

В этом случае мощность приборов отопления определяется следующим образом:

Q=A*k*?T,

где

А – площадь теплоотдачи, м?

k – коэффициент теплопередачи радиатора, Вт/м?*°C.

?T – температурный напор, °C

?T является средней величиной между температурой подающего и обратного теплоносителя и определяется  по формуле:

?T= (Тпод+Тобр)/2 — tпомещ

Паспортными данными является мощность радиатора Q и температурный напор, определенные в стандартных условиях. Произведение коэффициентов k*A является величиной постоянной и определяется сначала для стандартных условий, а затем можно подставить в формулу для определения фактической мощности радиатора, который будет работать в системе отопления с параметрами, отличающимися от принятых.

Для каркасного дома, рассматриваемого в качестве примера с толщиной изоляции 150 мм, подбор радиатора для помещения площадью 8,12 м2 будет выглядеть следующим образом.

Ранее мы определили, что удельные теплопотери для углового помещения с учетом инфильтрации 125 Вт/м2, значит, мощность радиатора должна составлять не менее 1 015 Вт, а с запасом в 15% 1 167 Вт.

Для установки доступен радиатор мощностью 1,4 кВт при параметрах теплоносителя 90/70 градусов, что соответствует температурному напору ?T= 60 градусов. Планируемая система отопления будет работать на параметрах воды 80/60 градусов (?T=50) Следовательно, чтобы удостовериться в том, что радиатор сможет полностью перекрыть теплопотери помещения необходимо определить его фактическую мощность.

  • Для этого, определив значение k*A=1400/60=23,3 Вт/град, определяем фактическую мощность Qфакт=23,3*50=1167 Вт, что полностью удовлетворяет требуемой тепловой мощности прибора отопления, который должен быть установлен в данном помещении.
  • Видео ролик на тему расчета мощности радиатора:

Влияние способов подключения и места установки на теплоотдачу радиаторов

При расчете фактической мощности радиаторов следует знать, что теплоотдача приборов также зависит и от способа размещения.

Фактическая мощность, полученная в результате расчетов, показывает какое количество тепла радиатор отдаст при расчетных параметрах теплоносителя, грамотной схеме подключения, сбалансированной системе отопления, а также при установке открыто на стене или под окном без использования декоративных экранов.

Как правило, оконные проемы являются строительными элементами с максимальными потерями тепла вне зависимости от количества камер и прочих  энергоэффективных показателей. Поэтому радиаторы отопления принято размещать в пространстве под окном.

В таком случае радиатор, нагревая воздух в зоне установки, создает некую душирующую завесу вдоль окна, направленную вверх помещения и позволяющую отсекать поток холодного воздуха.

При смешивании холодного воздуха с теплыми потоками от радиатора возникают конвективные потоки в помещении, которые позволяют увеличить скорость прогрева.

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Рекомендуется устанавливать радиаторы шириной не меньше половины ширины оконного проема.

Еще одним требованием увеличить эффективность обогрева комнаты является подбор габарита радиатора относительно ширины оконного проема. Длину радиатора рекомендуется подбирать не мене половины ширины оконного проема. В противном случае будет велика вероятность образования холодных зон в непосредственной близости к окну и будет заметно снижена конвективная составляющая обогрева помещения.

Если в здании присутствует большое количество угловых комнат, то следует размещать такое количество приборов отопления, равное количеству наружных ограждающих конструкций.

Например, для помещения 1-го этажа рассматриваемого в качестве примера жилого дома площадью 8, 12 м2 следует предусматривать по 2 радиатора. Один располагается под оконными конструкциями, второй или у противоположного окна или у глухой стены, но в максимальном приближении к углу помещения. Таким образом, будет соблюден максимально равномерный прогрев всех комнат.

Если система отопления дома проектируется по вертикальной схеме, то прокладку стояков для подводки к радиаторам угловых комнат следует производить непосредственно в угловых стыках стен. Это позволит дополнительно прогревать наружные строительные конструкции и предотвратить отсыревание и порчу отделочных материалов в углах.

В случае установки радиаторов под окнами с использованием дополнительных декоративных элементов (экранов, широких подоконников) или установки в нишах для расчета фактической мощности отопительных приборов необходимо пользоваться следующими поправочными коэффициентами:

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

  • Узкий подоконник не перекрывает радиатор по глубине, но лицевая панель прибора отопления закрыта декоративным экраном (расстояние между стеной и экраном не менее 250 мм) – Ккорр=0,9.
  • Широкий подоконник полностью перекрывает глубину радиатора, декоративный экран закрывает лицевую панель (расстояние между стеной и экраном не менее 250 мм), но в верхней части оставлена щель, равная 100 мм по вертикали – Ккорр=1,12.
  • Широкий подоконник полностью перекрывает радиатор по глубине, дополнительные декоративные конструкции отсутствуют – Ккорр=1,05.

Из рассмотренных выше вариантов установки приборов отопления видно, что для того чтобы уровень конвекции не был снижен следует оставлять воздушные зазоры со всех сторон приборов отопления.

Читайте также:  Чем обшить деревянный дом снаружи: обзор лучших материалов и технологий наружной отделки

Минимальными расстояниями от финишного уровня напольного покрытия и от подоконника до прибора отопления должно составлять не менее 100 мм, а зазор между стеной и задней поверхностью радиатора не менее 30 мм.

Способы подключения приборов отопления и варианты подвода подающего трубопровода также влияют на конечную мощность и теплоотдачу радиатора.

Различают одностороннее подключение радиаторов к системам отопления и разностороннее, когда трубопроводы подводят к прибору с противоположных сторон.

Односторонний способ является наиболее экономичным и удобным с точки зрения дальнейшей эксплуатации приборов отопления.

Подключение радиаторов с разных сторон немного увеличивает их теплоотдачу, но на практике этот способ используют при установке отопительных приборов более 15-ти секций или при подключении нескольких радиаторов в связке.

Теплосъем от радиаторов зависит также и от точки подвода подающего трубопровода.

При подключении по схеме «сверху-вниз», когда горячая вода подводится к верхнему патрубку, а обратка к нижнему, теплопередача от радиатора увеличивается.

При подключении «снизу-вверх» тепловой поток снижается, при этом прогрев радиаторов осуществляется неравномерно, а типоразмер приборов должен быть значительно увеличен для достижения расчетной мощности.

Расчет водяного отопления частного дома

После нахождения показателя ТП переходят к гидравлическому расчету (далее — ГР), на основе которого получают информацию о:

  • оптимальном диаметре труб, который при перепадах давления будет способен пропускать заданное количество теплоносителя;
  • расходе теплоносителя на определенном участке;
  • скорости движения воды;
  • значении удельного сопротивления.
  • Перед началом расчетов для упрощения вычислений изображают пространственную схему системы, на которой все ее элементы располагают параллельно друг другу.
  • На схеме изображена система отопления с верхней разводкой, движение теплоносителя — тупиковое ( )
  • Рассмотрим основные этапы расчетов водяного отопления.

Методика расчета ГР основывается на предположении, что во всех стояках и ветвях перепады температуры одинаковые.

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Алгоритм расчета следующий:

  1. На изображенной схеме, учитывая теплопотери, наносят тепловые нагрузки, действующие на отопительные приборы, стояки.
  2. Исходя из схемы, выбирают главное циркуляционное кольцо (далее — ГЦК). Особенность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает наименьшее значение.
  3. ГЦК разбивают на участки, имеющие постоянные расход тепла. Для каждого участка указывают номер, тепловую нагрузку, диаметр и длину.

В вертикальной системе однотрубного типа в качестве ГЦК берется то кольцо, через которое проходит наиболее нагруженный стояк при тупиковом или попутном движении воды по магистралям.

В вертикальных системах двухтрубного типа ГЦК проходит через нижнее отопительное устройство, имеющее максимальную нагрузку при тупиковом или попутном движении воды

В горизонтальной системе однотрубного типа ГЦК должно иметь наименьшее циркуляционное давление да единицу длины кольца. Для систем с естественной циркуляцией ситуация аналогична.

При ГР стояков вертикальной системы однотрубного типа проточные, проточно-регулируемые стояки, имеющие в своем составе унифицированные узлы, рассматривают в качестве единого контура. Для стояков с замыкающими участками производят разделение, учитывая распределение воды в трубопроводе каждого приборного узла.

  1. — добавочные табличные коэффициенты, учитывающие теплоотдачу в помещении;
  2. c — теплоемкость воды, равна 4,187;
  3. — температура воды в подающем магистрали;
  4. — температура воды в обратной магистрали.

Определив диаметр и количество воды, необходимо узнать скорость ее движения и значение удельного сопротивления R. Все расчеты удобнее всего осуществить с помощью специальных программ.

После ГР главного кольца определяют давление в малом циркуляционном кольце, образующееся через ближайшие его стояки, учитывая, что потери давления могут отличаться на не более чем 15 % при тупиковой схеме и не более, чем на 5%, при попутной.

Если невозможно увязать потери давления, устанавливают дроссельную шайбу, диаметр которой вычисляют с использованием программных методов.

Вернемся к плану дома, размещенного выше. Путем вычислений было выявлено, что для поддержания теплового баланса потребуется 16 кВт энергии. В рассматриваемом доме 6 помещений разного назначения – гостиная, санузел, кухня, спальня, коридор, прихожая.

Исходя из габаритов конструкции, можно вычислить объем V:

  • санузел – 4.19*2.5=10.47;

Расчет систем отопления (часть 3 — Расчет радиаторов)

Он указывает на то, сколько тепла может отдать одна секция чугунной батареи за время, в течение которого температура входящей воды уменьшается до температуры выходной воды.

Производители всегда указывают этот показатель в технической документации. Например, они отмечают, что теплоотдачей радиатора М-140 является 155 Вт/м². При этом температура воды на входе составляет 90 °С, а на выходе – 70 °С.

Теплоотдача таких приборов отопления – 80-160 Вт/м².

На практике теплоотдача радиатора М-140 меньше, поскольку подать воду с температурой 90 °С могут только очень мощные паровые котлы. В частных домах владельцы обычно устанавливают менее мощные котлы. Поэтому, если не проводить перерасчет теплоотдачи радиатора отопления в соответствии с конкретной ситуацией, в помещении с новой батареей может стать прохладно.

На общую теплоотдачу радиатора отопления влияют:

  1. Коэффициент теплопередачи.
  2. Площадь нагревательной поверхности.
  3. Температурный напор.
  4. Потери тепла воды или другого теплоносителя во время перемещения по трубам.
  5. Форма устройства.

Последний фактор влияет на площадь нагревательной поверхности. Его влияние можно увидеть на радиаторах советских времен. Их форма такова, что в одной секции отдается тепло только 0,23 м².

Современные чугунные радиаторы отопления имеют большую теплоотдачу. Это благодаря иной форме секций. Например, современное устройство отопления 1К60П-500 имеет вдвое меньший от М-140 вес, а также секции с меньшей площадью нагрева. Она составляет 0,116 м². Мощность измеряется 70 Вт.

Однако отдача тепла больше потому, что форма каждого ребра секции напоминает длинный широкий прямоугольник. Более широкой стороной он «смотрит» внутрь помещения и на прилегающую стену. Благодаря такой особенности батарея превращается в нагревательную, способную дать широкий поток тепла, панель.

Такой возможностью ребристые батареи не обладают.

  Разбираем и чистим чугунную батарею

Расчет теплоотдачи

Он будет проводиться на основе модели М-140-АО. Она имеет следующие параметры:

  1. Определенная производителем теплоотдача – 175 Вт/м².
  2. Площадь нагрева – 0,299 м².
  • Формула расчета теплоотдачи такова:
  • Q = K x F x Δ t, где
  • K – коэффициент теплопередачи,
  • F – площадь нагревательной поверхности,
  • Δ t – температурный напор (измеряется °С).
  • Формула определения температурного напора такова:

Δ t = 0,5 х ( (tвх. + tвых.) – tвн.), где

tвх. – температура теплоносителя на входе,

tвых. – температура теплоносителя на выходе,

tвн. – желаемая температура воздуха помещения.

В примере будет учитываться, что обычный котел подает воду температурой меньше 90 °С. Пусть теплоноситель будет нагреваться до температуры 70 °С, а на выходе его температурой будет 50 °С. Температура воздуха в помещении должна составлять 21 °С.

В таком случае Δ t = 0,5 х ((70 + 50) – 21) = 49,5. Округлив, Δ t будет составлять 50 °С. Далее надо смотреть на специальную таблицу, в которой указаны значения теплового напора и соответствующих коэффициентов теплопередачи.В ней тепловой напор и коэффициент теплопередачи высоких радиаторов соотносятся так:

  • 50-60 °С – 7,0.
  • 60-70 °С – 7,5.
  • 70-80 °С – 8,0.
  • 80-100 °С – 8,5.
  1. Смотря на эти соотношения, видно, что К = 7,0.
  2. В результате общая теплоотдача секции будет такой:
  3. Q = 7,0 x 0,299 x 50 = 104,65 Вт.

Теплоотдачу всегда указывают с 30% запасом. Поэтому полученную цифру стоит умножить на 1,3.

Конечной теплоотдачей будет 104,65 х 1,3 = 136,05 Вт/м². Окончательный результат не похож на заявленную производителем цифру из-за подачи более холодного теплоносителя. Поэтому нужно определять рабочие параметры своей отопительной системы.

При подборе чугунного радиатора нужно отталкиваться от Δ t. Чем он меньше, тем большую площадь нагрева должна иметь батарея.

Если этот показатель составляет 60, то размер устройства должен составлять 0,5 х 0,52 м. Если он становится вдвое меньше, то высота и ширина батареи должны быть 0,5 и 1,32 м соответственно.

  Чугунные или биметаллические батареи

Дополнительные факторы, влияющие на теплоотдачу

На этот показатель также влияет:

  1. Тип подключения.
  2. Особенности размещения.
Читайте также:  Рейтинг пылесосов endever: топ-7 лучших моделей, особенности техники бренда и советы по выбору

Радиатор можно подключить следующими способами:

  1. Боковым.
  2. Диагональным.
  3. Нижним.

Диагональное подключение является наиболее эффективным. Оно заключается в подключении входной трубы к патрубку, размещенному вверху устройства отопления, и подключению выходной трубы к патрубку, находящемуся внизу противоположного конца. Благодаря этому теплоноситель сможет легко заполнить все секции и отдать тепло каждой частице радиатора отопления. При этом не нужно создавать очень большое давление для движения воды или другой нагретой жидкости.Боковое подключение предусматривает подключение труб к одной и той же секции. Входной патрубок размещается вверху, выходной – внизу. Это приводит к плохому прогреванию последних ребер. Согласно статистике потери тепла составляют 7%.

Нижняя схема подключения приводит к 20-% потерям. Минимизировать потери теплопередачи в двух последних схемах подключения к устройству отопления можно с помощью принудительной циркуляции нагретой жидкости. Небольшого давления хватит для полного прогрева всех секций.

Размещение батареи имеет очень большое значение. Если она будет установлена криво, то в некоторых секциях образуются воздушные карманы. Теплоотдача станет меньше.

Потеря теплоотдачи может быть и такой:

  • 7-10% – в случае превышения допустимого расстояния между устройством и подоконником. Оно должно составлять 10-15 см;
  • 5% – в случае уменьшения расстояния между стеной и батареей. Оптимальная величина – 3-5 см;
  • 7% – в ситуации несоблюдения расстояния между полом и радиатором. Оно должно составлять 10-15 см.

3.1. Примеры расчета тепловых балансов

  • Пример
    4.
  • Определить
    стандартный тепловой эффект реакций,
    протекающих при газификации кокса:
  • С
    + Н2О
    = СО + Н2; (56)
  • СО
    + Н2О
    = СО2
    + Н2, (57)
  • если
    значение Нº298
    (кДж/кмоль) для Н2О = 241 849;
    СО = 110 500;
    СО2
    = 393 810.
  • Решение.
  • Тепловой
    эффект химической реакции (56) определяется
    по закону Гесса:
  • Нº298=
    Н
    º298
    прод 
    Н
    º298
    реаг =
    110 500
    – (241 849))
    =
  • = 131 349 кДж (реакция
    эндотермическая).
  • Аналогично
    рассчитывается тепловой эффект реакции
    (57):
  • Нº298
    = (393 510 –
    (131 340 + 241 849)) = – 41 170 кДж (реакция
    экзотермическая).
  • Пример
    5.

Рассчитать
теплоту, выделяющуюся при образовании
100 кг и 1000 м3
(н. у.) метилового спирта из СО и Н2.

Стандартные теплоты образования составляют, кДж/кмоль: СО – 110 583;
метиловый спирт – 201 456. Молярная
масса метилового спирта 32 г/моль.

  1. Решение.
  2. Образование
    метилового спирта протекает по реакции
  3. СО
    + 2Н2
    = СН3ОН
    + Q.
  4. Рассчитаем
    по закону Гесса Q.
  5. Q
    = Qпрод
    Qреаг
    = 201 456 – 110 583 = 90 772 кДж/кмоль.
  6. Рассчитаем
    количество теплоты, выделяющееся при
    образовании 100 кг метилового спирта:

Qх.р
= 90 772 · 100 / 32 = 283 662 кДж.

При
образовании 1000 м3
метилового спирта выделится

Qх.р
= 90 772 · 1000 / 22,4 = 4 052 кДж.

  • Пример 6.
  • Определить количество теплоты,
    выделяющееся при: а) сгорании 1 моль
    FeS2; б) 100 кгFeS2по реакции
  • 4FeS2
    + 11O2
    = 2Fe2O3
    + 8SO2
    + 3413,2 кДж,
  • если степень превращения
    89%.
  • Решение.
  • Исходя
    из уравнения реакции, при сгорании 4
    моль FeS2
    выделяется 3413,2 кДж теплоты. Поэтому
    количество теплоты, выделяющееся
    при сгорании 1 моль FeS2,
    составит

а)Qх.р
= 3413,2 /4 = 853,3 кДж.

  1. Количество
    моль FeS2,
    вступившего в реакцию, составляет
  2. n=
    100 · 0,88 / 120 = 0,733 кмоль.
  3. Тогда
    количество выделяющегося тепла составит

б)Qх.р
= 0,733 · 853,3 · 1 000 = 625 753 кДж.

Пример
7.

Рассчитать
удельную (кДж/(м3
· К)) и
молярную теплоемкость компонентов
влажного воздуха состава, об. % (н. у.):
О2
– 20,9, N2
– 78,6,
вода – 0,5%, а также средние удельную и
молярную теплоемкости.

  • Ср,
    кДж/(кг ·
    К): О2 –
    0,917; N2
    – 1,039; Н2О
    – 1,859.
  • Решение.
  • Удельная
    теплоемкость в кДж/(м3
    · К)
    компонентов составляет:
  • Ср
    = 0,917 · 32 / 22,4 = 1,31 кДж/(м3
    · К);
  • Ср=
    1,039 · 28 / 22,4 = 1,30 кДж/(м3
    · К);
  • Ср=
    1,859 · 18 / 22,4 = 1,49 кДж/(м3
    · К).

Так
как по условию задачи значение удельной
теплоемкости дано в кДж/(кг · К),
предварительно рассчитывается массовая
доля компонентов. В 1 м3
содержиться
О2 –
0,209 м3;
N2
– 0,786 м3; Н2О
– 0,050 м3.
С учетом (5) массовая доля компонентов
составляет:

  1. (О2)
    = (0,209 · 32) / 22,4 · 1,272 = 0,225;
  2. (N2)
    = (0,786 · 28) / 22,4 · 1,272 = 0,772;
  3. (Н2О)
    = (0,050 · 18) / 22,4 · 1,272 = 0,003,
  4. где
    1,272 – масса 1 м3
    влажного воздуха.
  5. mоб
    = (0,209 · 32) / 22,4 + (0,786 · 28) / 22,4 + (0,005 · 18) / 22,4
    =
  6. = 1,272 кг.
  7. Средняя удельная
    теплоемкость составляет
  8. Ср
    = 0,225 · 0,917 + 0,772 · 1,039 + 0,003 · 1,859 = 1,01 кДж/(кг
    · К).
  9. Молярная теплоемкость
    компонентов составляет:
  10. Срм
    О2 =
    0,917 · 32 = 29,3 кДж/(кмоль · К);
  11. Срм
    N2
    = 1,039 · 28 = 29,1 кДж/(кмоль · К);
  12. Срм
    Н2О
    = 1,859 · 18 = 33,5 кДж/(кмоль · К).
  13. Средняя молярная
    теплоемкость составляет:
  14. Срм
    =29,3
    · 0,209 + 29,1 · 0,786 + 33,5 · 0,005 = 29,16 кДж/(кмоль ·
    К).
  15. Пример
    8.

Рассчитать
расход пара на нагрев 25 т/ч 75%-ного
раствора серной кислоты от 20 до 80ºС,
если теплота парообразования qф.пр
составляет 2 700 кДж/кг. Теплоемкость
(Ср)
75%-ного раствора
серной кислоты при 20ºС
составляет 1,939 кДж/(кг · К), при
80ºС
2,134кДж/(кг
· К).

Решение.

Расход
тепла Q
на нагрев раствора серной кислоты
определяется по (52). При этом необходим
предварительный расчет средней
теплоемкости раствора в интервале
температур 2080ºС.
С учетом того, что зависимость теплоемкости
от температуры имеет практчески линейный
характер, средняя теплоемкость будет
равна

  • Ср
    = (2,134 + 1,939)
    / 2 = 2,037 кДж/(кг · К).
  • Исходя из рассчитанной
    средней теплоемкости, расход тепла на
    нагрев серной кислоты составит
  • Q
    =
    25 000 ·
    2,037 · 60 = 2 037 000 кДж.
  • Аналолгичное
    количество теплоты выделяется при
    конденсации пара, расход которого можно
    определить из (51):

Qф.пр
= qф.пр
· mпара
.

Откуда

mпара
= Qф.пр
/ qф.пр=
2 037 000 / 2 700 = 754 кг.

Пример
9.

Пользуясь
данными примера 4, составить тепловой
баланс генератора водяного газа при
газификации 1 т кокса, содержащего,
мас. %: С – 93, зола – 4, вода – 3, и подаче
1 575 кг водяного пара на 1 т кокса.

Теплоемкости веществ (Срм),
участвующих в процессе, кДж/(кмоль  К):
С – 8,53; Н2Опар

33,6; СО2
– 49,7; СО – 31,7; Н2
–29,8.
Теплоемкость (Ср)
Н2Ож
составляет 4,18 кДж/(кг  К).
Температура в зоне реакции – 975С.

Начальная температура кокса 25С,
пара – 105С.
Масса образующихся газов, кг: СО2
– 513; СО – 1843; Н2 – 179.

  1. Решение.
  2. Количество теплоты, поступающее в
    генератор с углеродом и золой, составляет
  3. QС= 1000 · 0,97 · 8,53 · 25 / 12 = 17 238 кДж
  4. (условно
    принимаем теплоемкость золы равной
    теплоемкости углерода).
  5. Количество теплоты, поступающее с
    влагой, содержащейся в коксе
  6. Qвлаги= 1000 · 0,03 · 4,18 · 25 = 3 135
    кДж.
  7. Приход тепла с водяным паром,
    поступающим на газификацию
  8. Qпара= 1 575 · 33,6 · 105 / 18 = 308 700
    кДж.
  9. Общий приход тепла составляет
  10. Qприх =
    QС
    + Qвлаги
    + Qпара
    = 17238 + 3135
    + 308700 =
  11. = 329073 кДж.
  12. В результате протекания реакции (56)
    поглощается

Qх. р= 131 340 · 930 / 12 = 10 178 850 кДж.

Исходя из реакции (57), количество
выделяющегося тепла составляет

Qх. р= 41 147 · 513 / 44 = 479 737 кДж.

Следовательно, в результате протекания
двух реакций количество поглощаемого
тепла составит

Qх. р= 10 178 850479 737 = 9 699 113 кДж.

  • Количество
    теплоты, уносимое с продуктами реакции
  • Q
    ´=
    49,7 · 513 · 975 / 44 = 564 970 кДж;
  • Q´СО= 31,7 · 1 843 · 975 / 30 = 1 898 751 кДж;
  • Q´=
    29,8 · 179 · 975 / 2 = 2 600 423 кДж.
  • Общий
    расход теплоты равен
  • Qрасх=Qх.р+Q´+Q´СО+Q´=
    9 699 113 + 564 970 +
  • + 1
    898 751 + 2 600 423 = 14 763 257 кДж,
  • и, таким образом, при
    газификации 1 т кокса в генератор
    необходимо подвести следующее количество
    теплоты:
  • QрасхQприх= 14 763 257 – 329 073 =
    14 434 184 кДж.

Полученные данные сводятся в таблицу
теплового баланса процесса газификации
(табл. 10).

Таблица 10

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector