Воздушное отопление совмещенное с вентиляцией расчет

Расчет воздушного отопления: формулы и примера подсчёта системы воздушного отопления в Вашем доме

Для обеспечения допустимых норм и параметров воздуха в рабочих зонах, используют системы воздушного отопления. В качестве основного теплоносителя для таких обогревательных систем выступает наружный воздух.

Это позволяет выполнять таким система две основных задачи: отопление и вентиляцию. Расчет эффективности воздушного отопления доказывает, что его использование позволяет существенно экономить топливно-энергетические ресурсы.

По возможности, такое оборудование монтируют вместе с рециркуляционными установками, которые позволяют осуществлять забор воздуха не снаружи, а непосредственно из отапливаемых помещений.

Правильный расчёт — залог Вашей экономии.

Не допускается рециркулирование в следующих помещениях:

1. с выделяющимися веществами 1,2 классов опасности, с резко выраженным запахом, или же с присутствием болезнетвроных бактерий или грибков;
2. с присутствием возгоняющихся вредных веществ, которые могут соприкасаться с нагретым воздухом, если не предусмотрена предварительная очистка перед поступлением в нагреватели;
3. категории А или Б (кроме воздушно-тепловых завес или воздушных завес у наружных ворот или дверей);
4. вокруг оборудования в радиусе 5 метров в категориях помещений В, Г или Д, когда в таких зонах могут образовываться смеси горючих газов или взрывоопасные пары и аэрозоли;
5. где установлены местные отсосы для вредных веществ или взрывоопасных смесей;
6. в шлюзах и тамбурах, лабораторий или комнат для проведения работ с вредными газами и парами, или взрывоопасными веществами и аэрозолями.

Установка рециркуляционных систем допустима в системах местных отсосов для пылевоздушных смесей (кроме взрывоопасных и вредных веществ) после агрегатов для очистки их от пыли.

Формулы и параметры для расчета систем отопления

Пример расчета системы воздушного отопления осуществляется по формуле:

Где LB — является объемом расхода воздуха за определенное время; Qnp — тепловой поток для отапливаемого помещения; С – теплоемкость теплоносителя; tв — температура в помещении;

tпр — температура теплоносителя, подаваемого в помещение, которая рассчитываемого по формуле:

Где tH — наружная температура воздуха; t — дельта изменения температуры в воздухонагревателе;

р — давление потока теплоносителя после вентилятора.

Расчет системы воздушного отопления должен быть такой, чтобы нагревание теплоносителя в рециркуляционных и приточных установках соответствовали категориям зданий, в которых установлены эти агрегаты. Она не должна быть выше, чем 150 градусов.

Подобные системы отопления разделяются по следующим признакам:

По виду энергоносителей: системы с паровым, водяным, газовым или электрическим калориферам.

По характеру поступления нагретого теплоносителя: механическим (при помощи вентиляторов или нагнетателей) и естественным побуждением.

По виду схем вентилирования в отапливаемых помещениях: прямоточные, либо с частичной или полной рециркуляцией.

По определению места нагрева теплоносителя: местные (воздушная масса нагревается местными отопительными агрегатами) и центральные (подогрев осуществляется в общем централизованном агрегате и в последующем транспортируется к отапливаемым зданиям и помещениям).

Дополнительное оборудование, повышающее эффективность воздушных отопительных систем

Для надежной работы данной отопительной системы, необходимо предусматривать установку резервного вентилятора или же монтировать не меньше двух агрегатов отопления на одно помещение.

При отказе основного вентилятора, допустимо снижение температуры в помещении ниже нормы, но не более чем на 5 градусов при условии подачи наружного воздуха.

Температура подающегося в помещения воздушного потока должна быть не менее чем на двадцать процентов ниже, нежели критическая температура самовоспламенения газов и аэрозолей, присутствующих в здании.

Для обогрева теплоносителя в воздушных системах отопления применяются калориферные установки различных видов конструкций.

С их помощью также могут комплектоваться отопительные агрегаты или вентиляционные приточные камеры.

Схема воздушного отопления дома. Нажмите для увеличения.

В таких калориферах нагрев воздушных масс осуществляется за счет энергии, отбираемой у теплоносителя (пара, воды или дымовых газов), а также они могут нагреваться электроэнергетическими установками.

Отопительные агрегаты могут использоваться для обогрева рециркуляционного воздуха.

Они состоят из вентилятора и калорифера, а также аппарата, который формирует и направляет потоки теплоносителя, подающегося в помещение.

Большие отопительные агрегаты используют для обогрева крупных производственных или промышленных помещений (например, в вагоносборочных цехах), в которых санитарно-гигиенические и технологические требования допускают возможность рециркуляции воздуха.

Также крупные отопительные воздушные системы используются в нерабочее время для дежурного отопления.

Применение тепловых воздушных завес

Для уменьшения объема поступающего воздуха в помещение при открытии наружных ворот или дверей, в холодное время года используют специальные тепловые воздушные завесы.

В иное время года они могут быть использованы как рециркуляционные установки. Такие тепловые завесы рекомендуется применять:

1. для наружных дверей или проемов в помещениях с мокрым режимом;
2. у постоянно открывающихся проемов в наружных стенах сооружений, которые не оборудованы тамбурами и могут отворяться более пяти раз за 40 минут, или в районах с расчетной температурой воздуха ниже 15 градусов;
3. для внешних дверей зданий, если к ним примыкают помещения без тамбура, которые оборудованы системами кондиционирования;
4. у проемов во внутренних стенах или в перегородках производственных помещений во избежание перехода теплоносителя из одного помещения в другое;
5. у ворот или дверей помещения с кондиционированием воздуха со специальными технологическими требованиями.

Пример расчета воздушного отопления для каждой из вышеуказанных целей может служить дополнением к технико-экономическому обоснованию установки такого вида оборудования.

В тепловом и воздушном балансе здания теплота, подаваемая при помощи завес периодического действия, не учитывается.

Температуру воздуха, который подается в помещение тепловыми завесами, принимают не выше чем 50 градусов у внешних дверей, и не более чем 70 градусов — у наружных ворот или проемов.

Выполняя расчет системы воздушного отопления, принимают следующие значения температуры смеси, поступающей через наружные двери или проемы (в градусах):

5 — для промышленных помещения при тяжелых работах и расположении рабочих мест не ближе чем на 3 метра к наружным стенам или 6 метров от дверей; 8 — при тяжелых видах работ для производственных помещений; 12 — при работах средней тяжести в производственных помещениях, или в вестибюлях общественных или административных зданий.

14 —при легких работах для промышленных помещений.

Для качественного обогрева дома необходимо правильное расположение отопительных элементов. Нажмите для увеличения.

Расчет систем воздушного отопления тепловыми завесами производится для различных внешних условий.

Воздушные тепловые завесы у наружных дверей, проемов или ворот рассчитываются с учетом давления ветра.

Расход теплоносителя в таких агрегатах определяется из скорости ветра и температуры наружного воздуха при параметрах Б (при скорости не более 5 м в секунду).

В тех случаях, когда скорость ветра при параметрах А больше, чем при параметрах Б, то воздуногреватели следует проверять при воздействии параметров А.

Скорость исхода воздуха из щелей или наружных отверстий тепловых завес принимают не более 8 м в секунду у наружных дверей и 25 м в секунду — у технологических проемов или ворот.

При расчетах систем отопления воздушными агрегатами за расчетные параметры наружного воздуха принимаются параметры Б.

Одна из систем в нерабочее время может действовать в дежурном режиме.

Достоинствами систем воздушного отопления являются:

1. Уменьшение первоначальных капиталовложений, за счет сокращения расходов на приобретение отопительных приборов и прокладки трубопроводов.
2. Обеспечение санитарных и гигиенических требований к условиям среды в промышленных помещениях за счет равномерного распределения температуры воздуха в объемных помещениях, а также проведения предварительного обеспыливания и увлажнения теплоносителя.

К недостаткам систем воздушного отопления можно отнести значительные габариты воздуховодов, высокие теплопотери при передвижении воздушных масс по таким трубопроводам.

Расчет воздушного отопления: основные принципы + пример расчета

Монтаж системы отопления невозможен без осуществления предварительных вычислений. Полученные сведения должны быть максимально точными, поэтому расчет воздушного отопления производят эксперты с использованием профильных программ, учитывая нюансы конструкции. Рассчитать систему воздушного отопления (далее — СВО) можно самостоятельно, обладая элементарными познаниями в математике и физике.

Расчет теплопотерь дома

Для выбора СВО необходимо определить количество воздуха для системы, начальную температуру воздуха в воздуховоде для оптимального обогрева помещения. Чтобы узнать эти сведения, нужно рассчитать теплопотери дома, а к основным вычислениям приступать позже.

Любое здание в период холодов теряет тепловую энергию. Максимальное ее количество покидает помещение через стены, крышу, окна, двери и другие ограждающие элементы (далее — ОК), выходящие одной стороной на улицу. Чтобы обеспечить определенную температуру в доме, нужно вычислить тепловую мощность, которая способна компенсировать тепловые затраты и поддержать в доме желаемую температуру.

Расчеты для воздушного отопления загородного дома проводятся для грамотного подбора обогревательного агрегата, способного генерировать необходимое количество тепловой энергии Генератор тепла, в качестве которых в загородных домах в основном используются камины и русские печи, должен покрывать потери тепла дома через строительные конструкции Принцип расчета мощности агретата В системах воздушного отопления подготовку теплоносителя производят все виды котлов. Они сначала нагревают воду или пар, которые в свою очередь передают тепло воздушным потокам Газовый агрегат за пределами дома Газовые, водяные и электрические калориферы поставляют нагретый воздух в помещение без использования каналов Энергозависимое газовое устройство При использовании агрегатов, поставляющих нагретую воздушную массу прямо в помещение, их устанавливают в количестве не менее 2 штук на помещение. Чтобы в случае поломки одного устройства, второе могло обеспечить температуру в +5 градусов Электрический обогреватель воздуха При совмещении воздушного отопления с системами вентиляции и кондиционирования необходимо учитывать потери энергии на обогрев подмешиваемой свежей порции воздуха с улицы Совмещение с другими системами В канальных вариантах систем воздушного отопления нагретый воздух движется по трубам, поверхность которых передает тепло в помещение Канальная схема воздушного отопления В канальных воздушных системах функцию приборов отопления выполняет трубопровод. Его площадь учитывают, определяя теплопередачу Специфика устройства воздушных контуров Принцип расчета мощности агретата Газовый агрегат за пределами дома Энергозависимое газовое устройство Электрический обогреватель воздуха Совмещение с другими системами Канальная схема воздушного отопления Специфика устройства воздушных контуров

Существует ошибочное мнение, что тепловые потери одинаковы для каждого дома. Одни источники утверждают, что для отопления небольшого дома любой конфигурации достаточно 10 кВт, другие ограничиваются цифрами в 7-8 кВт на кв. метр.

Согласно упрощенной схеме расчетов каждые 10 м2 эксплуатируемой площади в северных регионах и районах средней полосы должны обеспечиваться поставкой 1 кВт тепловой мощности. Эту цифру, индивидуальную для каждого строения, умножают на коэффициент 1,15, тем самым создают запас тепловой мощности на случай непредвиденных потерь.

Однако такие оценки довольно грубые, к тому же в них не учитываются качества, особенности материалов, использующихся при строительстве дома, климатические условия и другие факторы, влияющие на тепловые расходы.

Количество уходящего тепла зависит от площади ограждающего элемента, теплопроводности каждого из его слоев. Наибольшее количество тепловой энергии покидает помещение через стены, пол, крышу, окна

Если в возведении дома использовались современные утеплительные материалы с низкой теплопроводностью, то и теплопотери конструкции будут меньшими, а значит, тепловая мощность потребуется меньшая.

Если взять тепловое оборудование, генерирующее мощность, превышающую необходимую, то появится избыток тепла, который обычно компенсируют с помощью вентиляции. В этом случае появляются дополнительные финансовые расходы.

Если для СВО подобрано оборудование малой мощности, то в помещении будет ощущаться дефицит тепла, поскольку устройство не сможет генерировать нужно количество энергии, из-за чего потребуется приобретать дополнительные тепловые установки.

Использование пенополиуретана, стекловолокна и других современных утеплителей позволяет добиться максимальной тепловой изоляции помещения

Тепловые затраты здания зависят от:

• строения ограждающий элементов (стен, потолков и др), их толщины;
• площади отапливаемой поверхности;
• ориентированности относительно сторон света;
• минимальной температуры за окном в регионе, городе на протяжении 5 зимних дней;
• продолжительности отопительного сезона;
• процессов инфильтрации, вентиляции;
• бытовых теплопоступлений;
• расхода тепла на бытовые нужды.

Грамотно рассчитать потери тепла невозможно без учета инфильтрации и вентиляции, существенно влияющих на количественную составляющую. Инфильтрация — естественный процесс перемещения воздушных масс, который происходит во время движения людей по помещению, открытия окон для проветривания и других бытовых процессов. Вентиляция — специально установленная система, через которую происходит подача воздуха, причем воздух может заходить в помещение с меньшей температурой.

Через вентиляцию уходит в 9 раз больше тепла, чем во время естественной инфильтрации

Тепло поступает в помещение не только через систему обогрева, но и через нагревающиеся электроприборы, лампы накаливания, людей. Важно учитывать также расходы тепла на обогрев холодных предметов, принесенных с улицы, одежды.

Перед выбором оборудования для СВО, проектированием системы отопления важно с высокой точность рассчитать теплопотери дома. Сделать это можно с помощью бесплатной программы Valtec. Чтобы не вникать в тонкости приложения, можно использовать математические формулы, которые дают высокую точность расчетов.

Для расчета общих тепловых потерь Q жилища необходимо вычислить тепловые затраты ограждающих конструкций , расходы энергии на вентиляцию и инфильтрацию , учесть бытовые расходы . Потери измеряются и записываются в Вт.

Для вычисления общих теплозатрат Q используют формулу:

Далее рассмотрим формулы для определения тепловых затрат:

Определение теплопотерь ограждающих конструкций

Через ограждающие элементы дома (стены, двери, окна, потолок и пол) выходит наибольшее количество тепла. Для определения необходимо отдельно рассчитать теплопотери, которые несет каждый элемент конструкции. То есть рассчитывается по формуле:

Чтобы определить Q каждого элемента дома, необходимо узнать его строение и коэффициент теплопроводности или коэффициент теплосопротивления, который указывают в паспорте материала.

Для вычисления тепловых расходов учитывают слои, влияющие на теплоизоляцию. Например, утеплители, кладку, облицовку и др

Расчет тепловых потерь происходит для каждого однородного слоя ограждающего элемента. Например, если стена состоит из двух разнородных слоев (утеплителя и кирпичной кладки), то расчет производится отдельно для утеплителя и для кирпичной кладки.

Вычисляют тепловые расходы слоя с учетом желаемой температуры в помещении по выражению:

В выражении переменные имеют следующий смысл:

• S — площадь слоя, м2;
• – желаемая температура в доме, Со; для угловых комнат температура берется на 2 градуса выше;
• — средняя температура наиболее холодной 5-дневки в регионе, Со;
• k — коэффициент теплопроводности материала;
• B – толщина каждого слоя ограждающего элемента, м;
• l– табличный параметр, учитывает особенности теплозатрат для ОК, расположенных в разных сторон света.

Если в стене, для которой производится расчет, встроены окна или двери, то при расчете Q из общей площади ОК необходимо вычесть площадь окна или двери, поскольку расходы их тепла будут иными.

В техническом паспорте на окна или двери иногда указывают коэффициент теплопередачи D, благодаря которому можно упростить вычисления (+)

Коэффициент теплосопротивления высчитывается по формуле:

Формулу тепловых потерь для отдельно взятого слоя можно представить в виде:

На практике для вычисления Q пола, стен или потолков отдельно рассчитывают коэффициенты D каждого слоя ОК, суммируют их и подставляют в общую формулу, что упрощает процесс расчетов.

Учет расходов инфильтрации и вентиляции

В помещение из системы вентиляции может поступать воздух низкой температуры, который существенно влияет на теплопотери. Общая формула для этого процесса выглядит так:

В выражении буквенные символы имеют значение:

• – расход поступающего воздуха, м3/ч;
• — плотность воздуха в помещении при заданной температуре, кг/м3;
• – температура в доме, Со;
• — средняя температура наиболее холодной 5-дневки в регионе, Со;
• c — теплоемкость воздуха, кДж/(кг*oC).

Параметр берется из технических характеристик системы вентиляции. В большинстве случаев приточный воздухообмен обладает удельным расходом 3 м3/ч, исходя из чего вычисляется по формуле:

В формуле — площадь пола, м2.

Плотность воздуха в помещении определяется выражением:

Здесь – заданная температура в доме, измеряется в Со.

Теплоемкость с является постоянной физической величиной и равна 1.005 кДж/(кг* С0).

При естественной вентиляции холодный воздух попадает через окна, двери, вытесняя тепло через дымоход

Неорганизованная вентиляция, или инфильтрация, определяется по формуле:

• — расход воздуха через каждое ограждение, является табличным значением, кг/ч;
• — коэффициент влияния теплового воздушного потока, берется из таблицы;
• , — заданные температуры внутри помещения и снаружи, Со.

При открытии дверей происходят наиболее значительные теплопотери воздуха, поэтому, если вход оборудован воздушно-тепловыми завесами, их также следует учесть.

Тепловая завеса представляет собой удлиненный тепловентилятор, формирующий мощный поток в пределах оконного или дверного проема. Она минимизирует или практически исключает потери тепла и проникновение воздуха с улицы даже при открытой двери или окне

Для расчета тепловых потерь дверей используется формула:

• — расчетные теплопотери наружных дверей;
• H — высота здания, м;
• j — табличный коэффициент, зависящий от типа дверей и их месторасположения.

Если в доме присутствует организованная вентиляция или инфильтрация, то расчеты производятся по первой формуле.

Поверхность ограждающих элементов конструкции может быть неоднородна — на ней могут встречаться щели, неплотности, через которые проходит воздух. Эти тепловые потери считаются незначительными, но их также возможно определить. Сделать это можно исключительно программными методами, поскольку произвести вычисления некоторых функций без использования приложений невозможно.

Максимально точную картину о реальных потерях тепла дает тепловизионное обследование дома. Этот метод диагностики позволяет выявить скрытые ошибки строительства, прорехи в теплоизоляции, утечки водопроводной системы, снижающие теплотехнические качества здания и другие дефекты

Бытовые поступления тепла

Через электрические приборы, тело человека, лампы в помещение приходит дополнительное тепло, которое тоже учитывают при расчетах тепловых потерь.

Опытным путем установлено, что такие поступления не могут превышать отметку 10 Вт на 1 м2. Поэтому формула вычисления может иметь вид:

В выражении — площадь пола, м2.

Основная методика расчета СВО

Основной принцип работы любой СВО заключается в передаче тепловой энергии через воздух путем охлаждения теплоносителя. Основные ее элементы — теплогенератор и теплопровод.

Воздух в помещение подается уже нагретым до температуры , чтобы поддерживать желаемую температура . Поэтому количество аккумулируемой энергии должно равняться общим теплопотерям здания, то есть Q. Имеет место равенство:

В формуле E — расход нагретого воздуха кг/с для отапливания помещения. Из равенства можем выразить :

Напомним, что теплоемкость воздуха с=1005 Дж/(кг*К).

По формуле определяют исключительно количество подаваемого воздуха, используемого только для отопления только в рециркуляционных системах (далее — РСВО).

В приточно-рециркуляционных системах часть воздуха берется из улицы, в другая часть — из помещения. Обе части смешиваются и после подогрева до требующейся температуры поставляют в помещение (+)

Если СВО используют в качестве вентиляции, то количество подаваемого воздуха вычисляют следующим образом:

• Если количество воздуха для отопления превышает количество воздуха для вентиляции или равно ему, то берут во внимание количество воздуха для отопления, а систему выбирают прямоточной (далее — ПСВО) или с частичной рециркуляцией (далее — ЧРСВО).
• Если количество воздуха для отопления меньше количества воздуха, необходимого для вентиляции, то принимают во внимание только количество воздуха, необходимого для вентиляции, внедряют ПСВО (иногда — ЧРСВО), а температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле .

В случае превышения показателем допустимых параметров, следует увеличить количество вводимого через вентиляцию воздуха.

Если в помещении есть источники постоянного тепловыделения, то температуру подаваемого воздуха уменьшают.

Включенные электрические приборы генерируют около 1% тепла помещении. Если одно или более устройство будет работать постоянно, их тепловую мощность надо учесть в расчетах

Для отдельно взятого помещения показатель может оказаться разным. Технически реализовать идею подачи разной температуры в отдельно взятые помещения возможно, но намного проще подавать во все комнаты воздух одинаковой температуры. В этом случае общую температуру берут той, которая оказалась наименьшей. Тогда количество подаваемого воздуха вычисляют по формуле, определяющей .

Далее определим формулу для расчета объема поступающего воздуха при температуре его нагревания .

Ответ записывается в м3/ч.

Однако воздухообмен в помещении будет отличаться от величины , поскольку определять его необходимо исходя из внутренней температуры .

В формуле для определения и показатели плотности воздуха и (кг/м3) вычисляются с учетом температуры нагретого воздуха и температуры в помещении .

Подаваемая температура в помещении должна быть выше . Это уменьшит количество подаваемого воздуха и позволит сократить габариты каналов систем с естественным движением воздуха или снизить расходы электричества в случае, если используется механическое побуждение для циркуляции нагретой воздушной массы.

Традиционно предельная температура приходящего в помещение воздуха при его подаче на высоте, превышающей отметку 3.5 м, должна составлять 70оС. Если воздух подается на высоте менее 3.5 м, то его температура обычно приравнивается к 45оС.

Для жилых помещений высотой 2.5 м допустимый температурный предел 60оС. При установке температуры выше атмосфера теряет свои свойства и непригодна для вдыхания.

Если воздушно-тепловые завесы располагаются у внешних ворот и проемах, выходящих наружу, то допускается температура входящего воздуха 70оС, для завес, находящихся в наружных дверях, до 50оС.

На подаваемую температуры влияют способы подачи воздуха, направление струи (вертикально, по наклону, горизонтально и др.). Если в помещении постоянно находятся люди, то температуру подаваемого воздуха следует уменьшить до 25оС.

После осуществления предварительных вычислений, можно определять необходимые теплозатраты на нагрев воздуха.

Для РСВО тепловые затраты Q1 рассчитываются по выражению:

Для ПСВО расчет Q2 производится по формуле:

Расход тепла Q3 для ЧРСВО находится по уравнению:

Во всех трех выражениях:

• Eot и Event — расход воздуха в кг/с на отопление (Eot) и вентиляцию (Event);
• tn — температура наружного воздуха в Со.

Остальные характеристики переменных прежние.

В ЧРСВО количество рециркуляционного воздуха определяется по формуле:

Переменная выражает количество смешанного воздуха, нагретого до температуры .

В ПСВО с естественным побуждением есть особенность — количество движущегося воздуха меняется в зависимости от температуры снаружи. Если наружная температура падает, то давление системы возрастает. Это ведет к увеличению поступающего воздуха в дом. Если же температура повышается, то происходит обратный процесс.

Также в СВО, в отличие от систем вентиляции, воздух перемещается с меньшей и меняющейся плотностью по сравнению с плотностью воздуха, окружающего воздуховоды. Из-за этого явления происходят следующие процессы:

1. Поступая из генератора, воздух, проходя воздуховоды, заметно охлаждается во время передвижения
2. При естественном движении количество поступающего в помещении воздуха с течением отопительного сезона меняется.

Вышеперечисленные процессы не учитываются, если в СВО для циркуляции воздуха используются вентиляторы, также она имеют ограниченную длину и высоту. Если же система имеет множество разветвлений, достаточно протяженная, а здание большое и высокое, то необходимо сократить процесс охлаждения воздуха в воздуховодах, уменьшить перераспределение воздуха, поступающего под влиянием естественного циркуляционного давления.

При расчете необходимой мощности протяженных и разветвленных систем воздушного отопления требуется учитывать не только естественный процесс охлаждения воздушной массы во время перемещения по воздуховоду, но и воздействие естественного давления воздушной массы при прохождении по каналу

Чтобы контролировать процесс охлаждения воздуха, выполняют тепловой расчет воздуховодов. Для этого необходимо установить начальную температуру воздуха и уточнить его расход с помощью формул.

Для вычисления теплового потока через стенки воздуховода, длина которого равна l, используют формулу:

В выражении величина q1 обозначает тепловой поток, проходящий через стенки воздуховода длиной 1 м. Параметр вычисляется по выражению:

В уравнении D1 — сопротивление теплопередачи от нагретого воздуха со средней температурой tsr через площадь S1 стенок воздуховода длиной 1 м в помещении при температуре tv.

Уравнение теплового баланса выглядит таким образом:

• Eot — количество воздуха, необходимого для отопления помещения, кг/ч;
• c — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кгоС);
• tnac — температура воздуха в начале воздуховода, оС;
• tr — температура выпускаемого в помещение воздуха, оС.

Уравнение теплового баланса позволяет установить начальную температуру воздуха в воздуховоде по заданной конечной температуре и, наоборот, узнать конечную температуру при заданной начальной, а также определить расход воздуха.

Температуру tnach также можно найти по формуле:

Здесь — часть от Qohl, поступающая в помещение, в расчетах берется равной нулю. Характеристики остальных переменных были названы выше.

Уточненная формула расхода горячего воздуха будет выглядеть так:

Все буквенные значения в выражении определялись выше. Перейдем к рассмотрению примера расчета воздушного отопления для конкретного дома.

Пример расчета теплопотерь дома

Рассматриваемый дом располагается в городе Кострома, где температура за окном в наиболее холодную пятидневку достигает -31 градусов, температура грунта — +5оС. Желаемая температура в помещении — +22оС.

Рассматривать будем дом со следующими габаритами:

• ширина — 6.78 м;
• длина — 8.04 м;
• высота — 2.8 м.

Величины будут использоваться для вычисления площади ограждающих элементов.

Для расчетов удобнее всего нарисовать план дома на бумаге, обозначив на нем ширину, длину, высоту здания, расположение окон и дверей, их габариты

Стены здания состоят из:

• газобетона толщиной В=0.21 м, коэффициентом теплопроводности k=2.87;
• пенопласта В=0.05 м, k=1.678;
• облицовочного кирпича В=0.09 м, k=2.26.

При определении k следует использовать сведения из таблиц, а лучше — информацию из технического паспорта, поскольку состав материалов разных производителей может отличаться, следовательно, иметь разные характеристики.

Железобетон имеет наиболее высокую теплопроводимость, минераловатные плиты — наименьшую, поэтому их наиболее эффективно использовать в строительстве теплых домов

Пол дома состоит из следующий слоев:

• песка, В=0.10 м, k=0.58;
• щебня, В=0.10 м, k=0.13;
• бетона, В=0.20 м, k=1.1;
• утеплителя эковаты, B=0.20 м, k=0.043;
• армированной стяжки, В=0.30 м k=0.93.

В приведенном плане дома пол имеет одинаковое строение по всей площади, подвальное помещение отсутствует.

Потолок состоит из:

• минеральной ваты, В=0.10 м, k=0.05;
• гипсокартона, B=0.025 м, k= 0.21;
• сосновых щитов, В=0.05 м, k=0.35.

У потолочного перекрытия выходов на чердак нет.

В доме окон всего 8, все они двухкамерные с К-стеклом, аргоном, показатель D=0.6. Шесть окон имеют габариты 1.2х1.5 м, одно — 1.2х2 м, одно — 0.3х0.5 м. Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель D по паспорту равен 0.36.

Вычисление тепловых потерь стен

Расчет тепловых потерь будем производить для каждой стены в отдельности.

Для начала найдем площадь северной стены.

На стене отсутствуют дверные проемы и оконные отверстия, поэтому в расчетах будем использовать это значение S.

Для вычисления тепловых затрат ОК, ориентированных на одну из сторон света, необходимо учитывать уточняющие коэффициенты

Исходя из состава стены, найдем ее общее теплосопротивление, равное:

Для нахождения D воспользуемся формулой:

Тогда, подставив исходные значения, получим:

Для подсчетов используем формулу

Учитывая, что коэффициент l для северной стены равен 1.1, получим

В южной стене располагается одно окно площадью

Поэтому в расчетах из S южной стены необходимо вычесть S окна, чтобы получить максимально точные результаты.

Параметр l для южного направления равен 1. Тогда

Для восточной, западной стены уточняющий коэффициент l=1.05, поэтому достаточно вычислить площадь поверхности ОК без учета S окон и двери.

В конечном итоге, общая Q стен равна сумме Q всех стен, то есть:

Итого, тепло уходит через стены в количестве 526 Вт.

Теплопотери через окна и двери

В плане дома видно, что двери и 7 окон выходят на восток и запад, следовательно, параметр l=1.05. Общая площадь 7 окон, учитывая вышеизложенные вычисления, равна:

Для них Q, с учетом того, что D=0.6, будет рассчитываться так:

Вычислим Q южного окна (l=1).

Для дверей D=0.36, а S=2.2, l=1.05, тогда:

Суммируем полученные теплопотери и получим:

Далее определим Q для потолка и пола.

Расчет теплопотерь потолка и пола

Для потолка и пола l=1. Рассчитаем их площадь.

Учитывая состав пола, определим общее D.

Тогда тепловые потери пола с учетом того, что температура земли равна +5, равны:

Рассчитаем общее D потолка

Тогда Q потолка будет равно:

Общие теплопотери через ОК будут равны:

Итого, теплопотери дома будут равны 13054 Вт или почти 13 кВт.

Вычисление теплопотельпотерь вентиляции

В помещении работает вентиляция с удельным воздухообменом 3 м3/ч, вход оборудован воздушно-тепловым навесом, поэтому для расчетов достаточно воспользоваться формулой:

Рассчитаем плотность воздуха в помещении при заданной температуре +22 градуса:

Параметр равен произведению удельного расхода на площадь пола, то есть:

Теплоемкость воздуха с равна 1.005 кДж/(кг* С0).

Учитывая все сведения, найдем Q вентиляции:

Итого тепловые расходы на вентиляцию составят 3000 Вт или 3 кВт.

Бытовые тепловые поступления

Поступления бытового характера вычисляются по формуле.

То, есть, подставляя известные значения, получим:

Подводя итоги, можно увидеть, что общие теплопотери Q дома будут равны:

Возьмем в качестве рабочего значения Q=16000 Вт или 16 кВт.

Примеры расчетов для СВО

Пусть температура подаваемого воздуха (tr) — 55оС, желаемая температура в помещении (tv) — 22оС, теплопотери дома (Q) — 16000 Вт.

Определение количества воздуха для РСВО

Для определения массы подаваемого воздуха при температуре tr используется формула:

Подставляя в формулу значения параметров, получим:

Объемное количество подаваемого воздуха рассчитывается по формуле

Для начала вычислим плотность :

Воздухообмен в помещении определяется по формуле:

Определим плотность воздуха в помещении:

Подставляя значения в формулу, получим:

Таким образом, воздухообмен в помещении равен 405 м3 за час, а объем подаваемого воздуха должен быть равен 451 м3 за час.

Расчет количества воздуха для ЧРСВО

Для вычисления количества воздуха для ЧРСВО возьмем полученные сведения из предыдущего примера, а также tr=55оС, tv =22оС; Q=16000 Вт. Количество воздуха, необходимого для вентиляции, Event=110 м3/ч. Расчетная наружная температура tn=-31oC.

Для расчета ЧРСВО используем формулу:

Подставляя значения, получим:

Объем рециркуляционного воздуха составит 405-110=296 м3 в ч. Дополнительный расход тепла равен 27000-16000=11000 Вт.

Определение начальной температуры воздуха

Сопротивление механического воздуховода D=0.27 и берется из его технических характеристик. Длина воздуховода вне отапливаемого помещения l=15 м. Определено, что Q=16 кВт, температура внутреннего воздуха равна 22 градуса, а необходимая температура для отопления помещения равна 55 градусам.

Определим Eot по вышеизложенным формулам. Получим:

Величина теплового потока q1 составит:

Начальная температура при отклонении составит:

Уточним среднюю температуру:

С учетом полученных сведений найдем:

Из этого следует вывод, что при движении воздуха теряется 4 градуса тепла. Чтобы уменьшить потери тепла, необходимо теплоизолировать трубы.

Видео: основы расчета СВО

Информативное видео о расчетах СВ средствами программы Ecxel:

Доверять расчеты СВО необходимо профессионалам, ведь только специалисты обладают опытом, соответствующими знаниями, учтут все нюансы при вычислениях.

Системы воздушного отопления

Классификация систем воздушного отопления

При воздушном отоплении в качестве теплоносителя используют воздух, нагретый до температуры более высокой, чем воздух в помещении. Нагретый воздух подается в помещение и, смешиваясь с внутренним воздухом, отдает ему то количество теплоты, которое необходимо для возмещения теплопотерь помещения. Системы воздушного отопления разделяются: 1) по виду первичного теплоносителя, нагревающего воздух — на паровоздушные, водовоздушные, газовоз-душные и т.д.; 2) по способу перемещения нагретого воздуха — на естественные с перемещением воздуха за счет разности плотностей холодного и нагретого воздуха и с механическим побуждением, осуществляемым с помощью вентилятора; 3) по месту приготовления нагретого воздуха — на централизованные с подачей воздуха в несколько помещений из одного центра и децентрализованные с подачей воздуха местными отопительными и отопительно-вентиляционными агрегатами (рис. 10.1); 4) по качеству воздуха, подаваемого в помещения,— на прямоточные (рис. 10.2,а), работающие только на наружном воздухе; рециркуляционные (рис. 10.2,6)—с перемещением одного и того же воздуха и с частичной рециркуляцией (рис. 10.2,9). В настоящее время наибольшее применение в жилых, общественных и промышленных зданиях находят паровоздушные и воздушные централизованные системы отопления с механическим побуждением. Естественные системы воздушного отопления устраивают с радиусом действия не более 8 м. В жилых многоэтажных домах применяют прямоточные системы воздушного отопления, в общественных и промышленных зданиях — преимущественно с частичной рециркуляцией. Рециркуляция воздуха совершенно не допускается в помещениях, в воздухе которых содержатся болезнетворные микроорганизмы и сильно-действующие ядовитые вещества, а также в помещениях, где возможна концентрация вредных веществ выше допустимой. Кроме того, применение полной или частичной рециркуляции воздуха не разрешается в производственных зданиях, отнесенных по пожарной опасности к категориям А и Б.

Рис. 10.1. Отопительно-вентиляционный (о) и отопительный (б) агрегаты

1 — направляющая решетка; 2 —калорифер; 3 — осевой вентилятор; 4 —забор наружного воздуха; 5 — забор внутреннего воздуха; 6 — воздуховыпускное отверстие с регулирующей решеткой

Рис. 10.2. Схемы систем воздушного отопления

1 — вентилятор; 2 —камера; 3 — шахта или канал для забора свежего наружного воздуха; 4 — вытяжное отверстие: 5 — шахта сборная вытяжная: 6 — отверстие для приточного воздуха: 7 — канал для подачи нагретого воздуха; 8 —канал для рециркуляционного воздуха; 9 — канал для удаления воздуха из помещения в атмосферу

Рис. 10.4. Схема воздушного отопления с направлением струй воздуха

а —параллельным; б —веерным В последние годы в цехах промышленных предприятий начали все более широко применять системы воздушного отопления, совмещенные с вентиляцией как с рассредоточенной, так и с сосредоточенной подачей воздуха. Для этой цели промышленность выпускает типовые приточные камеры со встроенной теплоизоляцией, укрупненные воздушно-отопительные агрегаты тепловой мощностью до 400 ООО Вт и другое оборудование. На рис. 10.3 приведена система воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией цехов автомобильного завода. Приточные камеры, воздуховоды и трубопроводы системы отопления и теплоснабжения размещены в техническом этаже, в межферменном пространстве и в подпольных проходных каналах. Такое размещение отопительно-вентиляционного оборудования не потребует существенных изменений при усовершенствовании технологических процессов. В системах воздушного отопления с укрупненными отопительно-вентиляционными агрегатами воздух подается в помещение одной или несколькими горизонтальными струями с параллельным или веерным направлением их (рис. 10.4). К основным преимуществам воздушного отопления перед другими способами отопления относятся: 1) возможность совмещения отопления с вентиляцией; 2) отсутствие тепловой инерции, т. е. тепловой эффект при включении системы в действие достигается немедленно; 3) расход металла меньше в 6—8 раз, а капитальные затраты — в 1,5—2 раза (при сосредоточенной подаче воздуха). К недостаткам воздушного отопления относятся: возможность перемещения вредных выделений вместе с движущимся воздухом; шум при работе вентиляторных установок; больший расход электроэнергии. Расход воздуха Ь, м^/ч, для воздушного отопления, не совмещенного с вентиляцией, следует определять согласно СНиП 2.04.05—86 по формуле

Предельная температура подогретого воздуха не должна превышать 70°, чтобы не вызвать пригорание органической пыли.

Расчет систем воздушного отопления

Как и для расчета любой другой системы отопления, для расчета воздушного отопления необходимо ориентироваться и быть знакомым с ГОСТами и СНИПами. Но если же вы решили сэкономить и рассчитать систему сами, тогда вам поможет наша статья.

Читайте также о расчете и подборе фанкойлов

И так, приступаем к самому расчету:

Первый этап

1.Первым делом нужно рассчитать общие теплопотери помещений. Для этого лучше всего использовать программное обеспечение или же использовать Excel.

Второй этап

2.Зная теплопотери, рассчитаем расход воздуха в системе используя формулу

G- массовый расход воздуха, кг/с

Qп- теплопотери помещения, Дж/с

C- теплоемкость воздуха, принимается 1,005 кДж/кгК

tг- температура нагретого воздуха (приток), К

tв – температура воздуха в помещении, К

Напоминаем что К= 273+°С, то есть чтоб перевести ваши градусы Цельсия в градусы Кельвина нужно к ним добавить 273. А чтоб перевести кг/с в кг/ч нужно кг/с умножить на 3600.

Перед расчетом расхода воздуха необходимо узнать нормы воздухообмена для для данного типа здания. Максимальная температура приточного воздуха 60°С, но если воздух подается на высоте меньше 3 м от пола эта температура снижается до 45°С.

Еще одно, при проектировании системы воздушного отопления возможно использование некоторых средств энергосбережения, таких как рекуперация или рециркуляция. При расчете количества воздуха системы с такими условиями нужно уметь пользоваться id диаграммой влажного воздуха.

Третий этап

3. Подбираем воздухонагреватель, по мощности, необходимой для обеспечения нагрева воздуха до необходимой температуры. Не забываем, что если система воздушного отопления связана с вентиляцией то Qот ≥ Qвент+Qп.

Четвертый этап

4.Рассчитывается количество вентрешеток и скорость воздуха в воздуховоде:

1)Задаемся количеством решеток и выбираем из каталога их размеры

2) Зная их количество и расход воздуха, рассчитываем количество воздуха для 1 решетки

3) Рассчитываем скорость выхода воздуха из воздухораспределителя за формулой V= q /S, где q- количество воздуха на одну решетку, а S- площадь воздухораспределителя. Обязательно необходимо ознакомится с нормативной скоростью вытока, и только после того как рассчитанная скорость будет меньше нормативной можно считать , что количество решеток подобрано правильно.

Пятый этап

5. Делаем аэродинамический расчет системы. Для облегчения расчета специалисты советуют приблизительно определить сечение магистрального воздуховода за суммарным расходом воздуха:

• расход 850 м3/час – размер 200 х 400 мм
• Расход 1 000 м3/час – размер 200 х 450 мм
• Расход 1 100 м3/час – размер 200 х 500 мм
• Расход 1 200 м3/час – размер 250 х 450 мм
• Расход 1 350 м3/час – размер 250 х 500 мм
• Расход 1 500 м3/час – размер 250 х 550 мм
• Расход 1 650 м3/час – размер 300 х 500 мм
• Расход 1 800 м3/час – размер 300 х 550 мм

Как правильно выбрать воздуховоды для воздушного отопления?

Заключение

После проведения всех расчетов можно приступать к покупке и монтированию системы. И не забывайте, если вы не хотите переплачивать за эксплуатацию и ремонт систем отопления, обязательно нужно ознакомится с нормами и правильно рассчитать систему. Желаем удачи!