Calculul încălzirii aerului
MontareAutor: Brukh Serghei Viktorovici.
Grupul de companii "MEL" - furnizor angro de sisteme de climatizare Mitsubishi Heavy Industries.
www.mhi-systems.ru Această adresă de e-mail este protejată de spamboți; Aveți nevoie de activarea JavaScript-ului pentru a vizualiza.
sursă de aer pompe de căldură pentru încălzirea caselor familiale au fost folosite pentru o lungă perioadă de timp - în Finlanda și Suedia are o experiență îndelungată de aplicare a acestora. Motivul pentru scrierea acestui articol a servit ca un studiu de caz în țara noastră - la Moscova, în toamna anului 2013 pompă de căldură aer (canal de aer conditionat Mitsubishi Heavy Industries FDUM71V) a fost instalat pentru încălzirea unei cabana mici.
Sistemul a lucrat cu succes iarna din 2013-2014 la temperaturi exterioare scăzute (până la -25 grade Celsius) și și-a demonstrat viabilitatea în condițiile rusești. Ținând cont de caracteristicile actuale ale echipamentelor și de îmbunătățirea continuă a sistemelor de climatizare în modul de încălzire, vom încerca în acest articol să determinăm viitorul tehnologiei pompelor de căldură pentru țările din nord.
Încălzire aer-aer
În mod tradițional, sistemele de climatizare au fost percepute ca sisteme de răcire și, uneori, ventilarea clădirilor. Când funcționează în modul de pompă de căldură aer de iarnă, eficacitatea sa a scăzut la aproximativ -5 C Coeficientul termic scade la o valoare de 1, și în plus temperatura exterioară a folosi eficient încălzitoare convenționale. Dar toate acestea au fost valabile pentru sistemele de aer condiționat de pe freon R22, cu controlul ON-OFF al performanței compresorului. Noile sisteme conditionat Mitsubishi Heavy Industries (Japonia) posedă în mod fundamental o gamă largă de temperaturi, folosind un mod termic - până la -20 C.
Fig. 1. Schema de încălzire a cabanei cu ajutorul unui sistem de aer cu o pompă de căldură.
Ce a mărit semnificativ intervalul de temperatură?
În primul rând, utilizarea freonului R410A, care are o presiune de funcționare semnificativ mai mare decât freonii R22 sau R407C (tabelul 1). Acest lucru conduce la faptul că, atunci când temperatura aerului exterior scade, temperatura și presiunea freonului care fierbe în unitatea exterioară scade. Reducerea presiunii conduce la o densitate mai scăzută a gazelor la aspirația compresorului și, prin urmare, la scăderea productivității acestuia. Presiunea freonului R410A este inițial de 1,5 sau 2 ori mai mare decât freonul R22, astfel încât performanța compresorului este de asemenea în scădere, dar nu atât de mult.
Punct de fierbere
Freonul R22
Freon R410A
În al doilea rând, utilizarea uleiului de poliester (POE) pentru lubrifierea compresorului, în locul mineralelor utilizate anterior (MO). Avantajele uleiurilor poliesterice în comparație cu uleiurile minerale sunt o lubricitate mai bună, o vâscozitate cinematică mai scăzută la temperaturi mai scăzute, un punct de curgere mai scăzut. Din acest motiv, compresorul pornește la o temperatură scăzută fără probleme, cu o sarcină mai mică asupra motorului.
În al treilea rând, utilizarea invertorului DC al compresorului face posibilă obținerea unei eficiențe ridicate a funcționării, absența curenților de pornire mărita și controlul neted al performanței chiar și la temperaturi exterioare scăzute.
Astfel, astăzi este posibil să utilizați sistemele de climatizare Mitsubishi Heavy Industries pentru încălzirea cabanelor în timpul iernii. Dar cât de mult este încălzirea aerului la domiciliu economică? Să răspundem la această întrebare:
Calcularea pompei de căldură
Din punct de vedere al teoriei pompelor de căldură, valoarea maximă a coeficientului termic depinde de temperatura sursei de căldură (aerul exterior - Tn) și de receptorul de căldură (aerul interior - Tv). Temperatura superioară a temperaturii superioare Tv a pompei de căldură este egală cu temperatura aerului din interior în timpul iernii, care poate fi luată ca +20 ˚C sau +293 ˚K.
Nivelul ideal de temperatură inferior este egal cu temperatura aerului exterior. Pentru Rusia, acest parametru are valori de proiectare diferite, care pot varia de la -45 ° C la -20 ° C. Ca o medie, să luăm în considerare temperatura de proiectare a aerului exterior în parametrii B pentru orașul Perm. Este -35 ° C sau 238 ° K
Acum putem calcula valorile costului unitar al muncii și coeficientul de conversie a căldurii (coeficientul termic al COP):
Prin urmare, pentru acei parametri pe care i-am luat ca date inițiale, putem obține maxim 5,33 kW de energie termică, cheltuind 1 kW de electricitate. Sunt de acord, valoarea obținută pare destul de mare, având în vedere că am luat parametrii de temperatură extreme pentru calcul și că majoritatea sezonului rece nu va avea temperaturi atât de scăzute. Cu toate acestea, valoarea reală a energiei termice primite va fi oarecum mai mică, deoarece în calcule, nu am ținut cont de ireversibilitatea proceselor de comprimare din compresor și de reducerea presiunii în TRV, punctul de fierbere mai scăzut al unității exterioare și cel mai înalt în cel intern. Când temperatura exterioară crește, eficiența pompei de căldură crește (figura 2).
Fig. 2. Graficul performanței unității exterioare cu scădere a temperaturii exterioare.
În conformitate cu principiul pompei de căldură, TH răcește aerul exterior și dă energia pe care o primește camerelor deservite. În mod natural, cu cât temperatura exterioară este mai mică, cu atât este mai mică eficiența pompei de căldură. Pot fi obținute valori specifice ale consumului de energie, cunoscând coeficientul de eficiență energetică al aparatului de aer condiționat prin scăderea temperaturii aerului exterior (Figura 3).
Fig. 3. Dependența coeficientului termic la temperatura exterioară a aerului.
După cum rezultă din figură, coeficientul termic al pompei de căldură pentru aerul real variază de la 3,8 unități la +10 C, la 2,4 unități la -20 C și în medie pentru perioada de încălzire este 3. Aceasta înseamnă că, utilizați noile aparate de aer condiționat pe freon 410 ca pompă de căldură pentru încălzirea casei de trei ori mai profitabile decât încălzitoarele electrice convenționale.
Selectarea capacității și dimensiunilor unităților interioare și exterioare.
Alegerea performanței unității interioare se bazează în primul rând pe capacitatea de încălzire necesară pentru fiecare cameră. Capacitatea de încălzire necesară a cabanei depinde de mulți factori: zona de construcție, suprafața și rezistența termică a structurilor de închidere, mărimea infiltrării prin ferestre și uși. În general, încălzirea cabanelor de dimensiuni medii în Rusia necesită între 60 și 100 W pe 1 m2 de încăperi. Atunci când proiectăm, trebuie să ținem cont de faptul că cu cât temperatura exterioară este mai mică, cu atât avem nevoie de căldură mai mare pentru încălzirea camerelor. Pe de altă parte, cu cât temperatura aerului în jurul unității exterioare este mai mică - cu atât este mai mică eficiența pompei de căldură. Prin urmare, calculul performanței sistemului trebuie efectuat din cele mai nefavorabile condiții - temperatura exterioară a aerului minus 20 ° C.
Caracteristicile modului de aer al camerei.
Atunci când acționați orice încălzitor, pentru a fi amestecat, aerul cald trebuie introdus în zona inferioară a încăperii. Dacă nu se procedează astfel, este posibil să existe o diferență mare de temperatură între podea și tavan. Prin urmare, trebuie fie să amplasați unitatea interioară cât mai scăzută posibil, fie să furnizați aer cald în zona inferioară din zona podelei. În Japonia, de mult timp a fost acceptată utilizarea pompelor de căldură de aer ca încălzitoare, așadar aranjamentul clasic al unității interioare este utilizat exact ca în figura 4.
Fig. 4. Varianta de interior al cartierelor de locuit cu instalarea de blocuri interne de tip canal sub ferestre.
Utilizarea căldurii aerului evacuat.
Nu uitați de sursa naturală de aer cald cu o temperatură de + 20C - aerul evacuat din băi și bucătării. Nu utilizați această energie doar o crimă. Prin urmare, este necesar constructiv evacuarea aerului evacuat către unitatea condensatorului extern al compresorului. Fluxul de aer al unității exterioare, desigur, semnificativ mai mare decât debitul de aer recirculat de evacuare, dar, cu toate acestea, amestecul de aer exterior și de evacuare va fi mult mai cald decât aerul exterior în timpul iernii.
De exemplu, luați o cabană cu o multiplicitate de 2. Prin urmare, pe 1 m2 de suprafață, 6 m3 / h de aer proaspăt și, în consecință, aceeași cantitate de aer evacuat. Capacitatea de proiectare a sistemului de încălzire este de aproximativ 80 W / m2 de spații. Dacă vă uitați la caracteristicile unităților exterioare, atunci pentru 1 kW de căldură va fi o capacitate de suflare a aerului de 300 m3 / h a unității exterioare. Conducând la 1 m2 de spații, obținem 38 m3 / h de aer exterior. Pentru o unitate exterioară, este important ca temperatura amestecului să nu fie mai mică de -20 ° C. Prin urmare, temperatura minimă a aerului exterior în procesul de ventilare a condensatoarelor prin aerul evacuat este:
Ie datorită încălzirii cu aer evacuat, temperatura minimă a aerului exterior poate fi -27C.
Deasupra, am descoperit că prin utilizarea căldurii aerului evacuat este posibilă extinderea temperaturii de funcționare la -27 ° C. Astfel, condițiile climatice ale orașelor din sudul Rusiei permit deja utilizarea aparatelor de aer condiționat Mitsubishi nu numai pentru răcirea clădirilor în perioada caldă, ci și pentru încălzirea lor în frig. Prin urmare, apare prima întrebare - și pentru care orașe este posibil să se utilizeze sistemul de încălzire a aerului drept principala și singura sursă de încălzire a spațiului? Să analizăm temperaturile calculate pentru aerul exterior pentru parametrii B pentru perioada de iarnă (vezi tabelul).
oraș
Parametrii B, ° C
(cele mai reci 5 zile)
Parametrii A, ° C
(luna cea mai rece)
Astfel, pentru banda centrală și la sud de Rusia, instalarea pompelor de căldură de aer cu recuperarea aerului evacuat este posibilă ca sistem principal și unic de încălzire a casei. Pentru temperatura exterioară sub -20C este de dorit să aibă o sursă suplimentară de căldură în stoc (de exemplu, foc), dar majoritatea perioadei de încălzire este încă asigurată de randamentul pompei de căldură este de 3-4 ori mai mare decât un încălzitor electric simplu.
Fig. 5. Frecvența unei anumite temperaturi exterioare pentru Perm.
Vedem două linii: albastru - caracterizează cel mai rece an din ultimii 50 de ani; violet - anul 2007. Concluziile pe care le putem face din aceste grafice sunt:
Temperatura exterioară pentru Perm
Cea mai rece în 50 de ani
2007
Cele mai frecvente temperaturi în timpul sezonului de încălzire
Temperatura medie a perioadei de încălzire
Numărul de zile cu temperatură exterioară -20 ° C și mai jos
Proporția de ore cu o temperatură a aerului exterior de -20 C și mai mică (% din întreaga perioadă de încălzire)
Coeficientul termic mediu al pompei de căldură
Modul de dezghețare a unității exterioare și drenajul condensului.
În timpul funcționării, pompa de căldură răcește aerul exterior și condens din acestea alocate care îngheață în condiții de siguranță pe unitatea exterioară, reducând performanța. Pentru a elimina această gheață, sistemul utilizează modul de dezghețare. Cât de mult este performanța unității exterioare datorată dezghețării? Aceasta depinde în principal de conținutul de umiditate al aerului exterior. O caracteristică a aerului umed este scăderea conținutului de umiditate cu scăderea temperaturii. Prin urmare, degradarea performanței de căldură are loc într-o măsură mai mare la temperatura de +5 C până la -10 ° C (maximum 14%, Figura 6.): O temperatură de referință de -20 performanță degradare C. este de numai 2%, ceea ce nu este critică pentru a selecta calculat sistem de putere.
Fig. 6. Corectarea puterii unității exterioare prin căldură pentru procesul de glazurare.
Pentru a îndepărta gheața de la unitatea exterioară, sistemul de climatizare include un mod de dezghețare a cărui semnificație fizică este redusă la o scurtă trecere a aerului condiționat în modul de răcire. Unitățile interioare nu funcționează în acest moment, iar compresorul furnizează freon cu o temperatură de aproximativ 70 ° C la schimbătorul de căldură al unității exterioare timp de 10 minute. Înghețul format se topește rapid și picure din unitatea exterioară. Dar, deoarece există o temperatură negativă în jurul unității exterioare, condensul se îngheață sub unitatea exterioară sub formă de gheață uriașă. Ie în cazul utilizării sistemului de aer condiționat în modul de încălzire - este necesar să se prevadă un set de aer condiționat de iarnă echipat cu un cablu de încălzire pentru a încălzi paleta unității exterioare. De asemenea, este de dorit să se realizeze o eliminare organizată a condensului din unitatea exterioară prin conducte de drenaj, care trebuie să fie încălzit în mod necesar și în izolație termică.
Concluzii: utilizarea noilor sisteme de climatizare invertoare Mitsubishi Heavy Industries (Japonia) ca pompe de căldură pentru încălzirea casei (precum și a tuturor clădirilor rezidențiale și hoteluri) este pe deplin justificată și economică. Principalele avantaje ale acestui tip de încălzire sunt:
- Costul unui sistem universal de încălzire și răcire este mai mic decât un sistem separat de încălzire și climatizare.
- Datorită utilizării unui sistem electronic de control al capacității, sistemul de climatizare menține cu precizie temperatura necesară a încăperii și intră rapid în modul de proiectare.
- Încălzirea casei cu o pompă de căldură este foarte economică - chiar și pentru condițiile din Moscova, temperatura medie a perioadei de încălzire este de -3 C, iar sistemul va da în medie trei până la patru kW de căldură pe 1 kW de energie consumată. Pentru sudul Rusiei, coeficientul de eficiență energetică este și mai mare.
- Energie - freon. Prin urmare, cu orice întrerupere a alimentării, sistemul nu poate fi dezghețat.
- Si cel mai important - prin instalarea unei pompe de căldură aer - sistem de aer condiționat bazat pe Mitsubishi Heavy Industries, proprietarul cabana nu va numai de încălzire eficientă în timpul iernii, dar, de asemenea, o cu drepturi depline a menține o temperatură confortabilă în timpul verii.
Dezavantajul sistemelor de încălzire aer-aer astăzi este necesitatea utilizării unei surse de căldură de rezervă pentru temperaturi exterioare de -20 ° C și mai mici (de exemplu, un șemineu). Dar, în proporție de 90%, încălzirea cabanei va fi efectuată exact de la funcționarea pompei de căldură.
Calculul încălzirii aerului: principii de bază + exemplu de calcul
Instalarea sistemului de încălzire este imposibilă fără realizarea unor calcule preliminare. Datele primite trebuie să fie cât mai exacte posibil, prin urmare, calculul încălzirii aerului este efectuat de experți care utilizează programe de profil, ținând cont de nuanțele designului.
Calculeaza sistemul de incalzire a aerului (in continuare - SVO) poate fi in mod independent, avand cunostinte elementare in matematica si fizica.
Calculul pierderilor de căldură la domiciliu
Pentru a selecta CBO este necesar să se determine cantitatea de aer pentru sistem, temperatura inițială a aerului în conductă pentru încălzirea optimă a încăperii. Pentru a găsi aceste informații, trebuie să calculați pierderea de căldură acasă și la calculele principale pentru a continua mai târziu.
Orice clădire din sezonul rece își pierde energia termică. Cantitatea maximă de piese care părăsește camera prin pereți, acoperiș, ferestre, uși și alte elemente de închidere (în continuare - OK), care merg într-o direcție spre stradă. Pentru a asigura o anumită temperatură în casă, trebuie să calculați căldura, care poate compensa costurile de încălzire și menține temperatura dorită în casă.
Există o concepție greșită că pierderile de căldură sunt aceleași pentru fiecare casă. Unele surse afirmă că pentru încălzirea unei case mici de orice configurație sunt suficiente 10 kW, altele sunt limitate la cifre de 7-8 kW pe metru pătrat. metru.
Conform schemei simplificate de calcul, la fiecare 10 m 2 din zona exploatabilă din regiunile nordice și din zonele zonei centrale trebuie să fie prevăzute surse de energie termică de 1 kW. Această cifră, individuală pentru fiecare structură, se înmulțește cu un factor de 1,15, creând astfel o rezervă de capacitate termică în cazul unor pierderi neprevăzute.
Cu toate acestea, aceste evaluări sunt destul de grave, pe lângă acestea, ele nu iau în considerare calitățile, caracteristicile materialelor folosite la construcția casei, condițiile climatice și alți factori care afectează costurile de încălzire.
În cazul în care în construcția casei s-au folosit materiale izolante moderne cu conductivitate termică scăzută, atunci pierderea de căldură a structurii va fi mai mică, ceea ce înseamnă că puterea termică va fi mai mică.
Dacă luăm echipamente termice care generează mai multă energie decât este necesar, atunci va exista un exces de căldură, care este, de obicei, compensată prin ventilație. În acest caz, există costuri financiare suplimentare.
În cazul în care CBO potrivire echipamente de consum redus de energie, camera se va simți deficitul de căldură, deoarece dispozitivul nu va fi capabil să genereze cantitatea potrivită de energie, din cauza a ceea ce este necesar pentru a achiziționa sisteme termice suplimentare.
Costurile de încălzire ale unei clădiri depind de:
- structuri care cuprind elemente (pereți, plafoane etc.), grosimea acestora;
- zona suprafeței încălzite;
- orientare față de părțile lumii;
- temperatura minimă în afara ferestrei din regiune, orașul pentru 5 zile de iarnă;
- durata sezonului de încălzire;
- procese de infiltrare, ventilație;
- alimentarea cu căldură în casă;
- consumul de căldură pentru nevoile interne.
Este imposibil să se calculeze corect pierderile de căldură fără a lua în considerare infiltrarea și ventilația, care afectează în mod semnificativ componenta cantitativă. Infiltrarea este un proces natural de mișcare a masei de aer care are loc în timpul mișcării persoanelor prin cameră, deschiderea ferestrelor pentru ventilație și alte procese casnice. Ventilația este un sistem special instalat prin care este furnizat aer, iar aerul poate intra într-o cameră cu o temperatură mai scăzută.
Căldura intră în cameră nu numai prin sistemul de încălzire, ci și prin încălzirea aparatelor electrice, a lămpilor cu incandescență, a oamenilor. De asemenea, este important să se țină seama de costul căldurii pentru încălzirea obiectelor rece aduse de pe stradă, haine.
Înainte de alegerea echipamentului pentru NWO, proiectarea sistemului de încălzire este importantă cu o precizie ridicată pentru a calcula pierderile de căldură la domiciliu. Puteți face acest lucru cu programul gratuit Valtec. Pentru a nu vă îngropa în finețea aplicației, puteți utiliza formule matematice care oferă o precizie ridicată a calculelor.
Pentru a calcula pierderile totale de căldură Q ale locuinței, este necesar să se calculeze costurile termice ale structurilor închise, cheltuielile de energie pentru ventilație și infiltrație și să se țină seama de cheltuielile gospodăriilor. Pierderile sunt măsurate și înregistrate în W.
Pentru a calcula cantitatea totală de căldură Q, utilizați formula:
Apoi, ia în considerare formulele pentru determinarea costurilor de încălzire:
Determinarea pierderilor de căldură ale structurilor de închidere
Prin elementele de închidere ale casei (pereți, uși, ferestre, tavan și podea), cea mai mare cantitate de căldură frunze. Pentru a determina, este necesar să se calculeze separat pierderile de căldură pe care le presupune fiecare element al construcției. Asta este, calculat prin formula:
Pentru a determina valoarea Q a fiecărui element al casei, trebuie să cunoașteți structura acesteia și coeficientul de conductivitate termică sau coeficientul de rezistență la căldură, care este indicat în pașaportul materialului.
Calculul pierderilor de căldură are loc pentru fiecare strat omogen al elementului de închidere. De exemplu, dacă peretele constă din două straturi diferite (izolație și zidărie), calculul se face separat pentru izolație și pentru zidărie.
Calculați costurile de încălzire ale stratului luând în considerare temperatura dorită în cameră, în funcție de expresie:
În expresie, variabilele au următoarea semnificație:
- S este suprafața stratului, m 2;
- - Temperatura dorită în casă, C o; pentru camerele de colț, temperatura este luată cu 2 grade mai mare;
- - temperatura medie a celei mai reci 5 zile din regiune, C o;
- k este coeficientul de conductivitate termică a materialului;
- B - grosimea fiecărui strat al elementului de închidere, m;
- l-parametru tabelar, ia în considerare costurile de încălzire pentru OK, situate în diferite direcții ale lumii.
Dacă peretele pentru care calculul este efectuat, ferestre sau uși integrate, atunci când se calculează Q din suprafața totală de OK este necesară pentru a scădea zona a ferestrei sau a ușii, deoarece costul de căldură va fi diferit.
Coeficientul de rezistență termică se calculează după formula:
Formula de pierderi de căldură pentru un singur strat poate fi reprezentată ca:
În practică pentru calcularea Q pardoseli, pereți sau plafoane calculate separat coeficienți D fiecărui strat OK, însumarea lor și substituite în formula generală, care simplifică procesul de calcul.
Contabilizarea costurilor de infiltrare și ventilație
Camera din sistemul de ventilație poate primi aer cu temperatură scăzută, care afectează semnificativ pierderile de căldură. Formula generală pentru acest proces este:
În expresie, simbolurile litere au semnificația:
- - debitul de aer, m 3 / h;
- - densitatea aerului în cameră la o temperatură dată, kg / m3;
- - temperatura în casă, C o;
- - temperatura medie a celei mai reci 5 zile din regiune, C o;
- c - capacitatea de căldură a aerului, kJ / (kg * o C).
Parametrul este luat din caracteristicile tehnice ale sistemului de ventilație. În majoritatea cazurilor, schimbul de aer de alimentare are un debit specific de 3 m 3 / h, pe baza căruia se calculează formula:
În formula - suprafața de podea, m 2.
Densitatea aerului din cameră este determinată de expresia:
Aici - temperatura presetată în casă, măsurată în C o.
Căldura specifică c este o cantitate fizică constantă și este egală cu 1,005 kJ / (kg * C0).
Ventilația neorganizată sau infiltrarea este determinată de formula:
- - debitul de aer prin fiecare incintă, este o valoare tabelară, kg / h;
- - coeficientul de influență al fluxului de aer termic, luat din tabel;
- , - stabilirea temperaturilor în interiorul și exteriorul, C o.
La deschiderea ușilor, se înregistrează cea mai mare pierdere de căldură, astfel că, dacă intrarea este prevăzută cu perdele de aer, acestea trebuie de asemenea luate în considerare.
Pentru a calcula pierderile termice ale ușilor, formula este utilizată:
- - pierderea de căldură estimată a ușilor exterioare;
- H - înălțimea clădirii, m;
- j - coeficient de masă, în funcție de tipul de ușă și de locația acestuia.
În cazul în care casa a organizat ventilație sau infiltrare, calculele se fac în conformitate cu prima formulă.
Suprafața elementelor de închidere ale structurii poate fi eterogenă - poate conține fisuri, scurgeri prin care trece aerul. Aceste pierderi de căldură sunt considerate nesemnificative, dar pot fi de asemenea determinate. Acest lucru se poate face numai prin metode software, deoarece este imposibil să se calculeze unele funcții fără a se utiliza aplicații.
Încasări de căldură în casă
Prin intermediul dispozitivelor electrice, corpul uman, lampa, căldură suplimentară intră în cameră, care este, de asemenea, luată în considerare la calcularea pierderilor de căldură.
Sa constatat prin experiență că astfel de încasări nu pot depăși o valoare de 10 W pe 1 m 2. Prin urmare, formula de calcul poate fi scrisă ca:
În expresie - suprafața de podea, m 2.
Metodologia de bază pentru calculul SVO
Principiul de bază al funcționării oricărui SRO este de a transfera energia termică prin aer prin răcirea lichidului de răcire. Elementele sale principale sunt un generator de căldură și o conductă de căldură.
Aerul din cameră este deja încălzit la o temperatură pentru a menține temperatura dorită. Prin urmare, cantitatea de energie acumulată trebuie să fie egală cu pierderea totală de căldură a clădirii, adică Q. Egalitatea deține:
În formula E - încărcarea aerului încălzit kg / s pentru încălzirea încăperii. Din egalitatea pe care o putem exprima:
Rețineți că capacitatea de căldură a aerului c = 1005 J / (kg * K).
Conform formulei, se utilizează numai cantitatea de aer furnizat, care este utilizată doar pentru încălzirea numai în sistemele de recirculare (în continuare - PCVO).
Dacă VDO este utilizat ca ventilație, cantitatea de aer furnizat se calculează după cum urmează:
- În cazul în care cantitatea de încălzire a aerului depășește cantitatea de aer pentru ventilație sau egală, care ia în considerare cantitatea pentru încălzirea aerului și un sistem cu flux direct este selectat (în continuare - PSVO) sau cu recirculare parțială (în continuare - CHRSVO).
- În cazul în care cantitatea de aer pentru încălzire cantitate mai mică de aer necesar pentru ventilație, se ia în considerare numai cantitatea de aer necesară pentru ventilare introducerea PSVO (uneori - CHRSVO) și temperatura aerului de alimentare este calculată conform formulei.
Dacă indicatorul depășește parametrii admiși, este necesar să se mărească cantitatea de aer introdusă prin ventilație.
Dacă camera are surse de eliberare constantă a căldurii, atunci temperatura aerului de alimentare este redusă.
Pentru o cameră singură, indicatorul poate fi diferit. Este posibil din punct de vedere tehnic să se realizeze ideea de a furniza diferite temperaturi camerelor individuale, dar este mult mai ușor să se furnizeze aer de aceeași temperatură în toate încăperile. În acest caz, temperatura totală este luată de cea care sa dovedit a fi cea mai mică. Apoi, cantitatea de aer furnizat este calculată prin determinarea formulei.
Apoi, vom determina formula pentru calcularea volumului de aer de intrare la temperatura de încălzire.
Răspunsul este scris în m 3 / h.
Cu toate acestea, schimbul de aer în cameră va fi diferit de valoare, deoarece trebuie determinat din temperatura internă.
În formula de determinare a densității aerului și (kg / m 3) se calculează luând în considerare temperatura aerului încălzit și temperatura camerei.
Temperatura camerei trebuie să fie mai mare. Acest lucru va reduce cantitatea de aer furnizat și va reduce dimensiunea canalelor sistemelor cu mișcare naturală a aerului sau va reduce costurile cu energia electrică în cazul în care se utilizează un stimulent mecanic pentru circularea masei de aer încălzit.
In mod traditional limita temperatura aerului care intră în cameră atunci când este aplicat la o înălțime mai mare de 3,5 m marca ar trebui să fie de 70 C. Dacă aerul este livrat la o înălțime mai mică de 3,5 m, atunci temperatura este în general egal cu 45 ° C
Pentru spațiile rezidențiale cu o înălțime de 2,5 m, limita admisă de temperatură este de 60 ° C. La stabilirea temperaturii de mai sus, atmosfera își pierde proprietățile și este inadecvată pentru inhalare.
Dacă perdele de aer sunt dispuse la poarta exterioară și deschiderile emanate spre exterior, apoi lăsat temperatura aerului de intrare de 70 ° C pentru perdele care sunt uși exterioare, la 50 ° C
Temperaturile furnizate sunt influențate de metodele de alimentare cu aer, de direcția jetului (vertical, de-a lungul pantei, orizontal etc.). În cazul în care camera este ocupată în mod constant de oameni, atunci temperatura aerului de alimentare ar trebui să fie redusă la 25 o C.
După efectuarea calculelor preliminare, este posibil să se determine intrările de căldură necesare pentru încălzirea aerului.
Pentru RVO, costul de căldură Q1 sunt calculate prin expresia:
Pentru calculul CVS al Q2 se face prin formula:
Consumul de căldură Q3 pentru CRBD se bazează pe ecuația:
În toți cei trei termeni:
- Eot și Eorificiu - debitul de aer în kg / s pentru încălzire (Eot) și ventilație (Eorificiu);
- Tn - temperatura exterioară în C o.
Caracteristicile rămase ale variabilelor sunt aceleași.
În CRIS, cantitatea de aer de recirculare este determinată de formula:
Variabila reprezintă cantitatea de aer amestecat încălzită la o temperatură.
În PSVO cu o motivație naturală există o caracteristică - cantitatea de aer în mișcare variază în funcție de temperatură din exterior. Dacă temperatura exterioară scade, presiunea sistemului crește. Aceasta duce la o creștere a aerului care intră în casă. Dacă temperatura crește, atunci se produce procesul invers.
De asemenea, în NWR, spre deosebire de sistemele de ventilație, aerul se deplasează cu o densitate mai mică și în schimbare în comparație cu densitatea aerului din jurul conductelor de aer. Din cauza acestui fenomen, apar următoarele procese:
- Venind de la generator, aerul, care trece prin conductele de aer, se răcește considerabil în timpul mișcării
- Cu mișcare naturală, cantitatea de aer care intră în cameră se modifică odată cu sezonul de încălzire.
Procesele de mai sus nu sunt luate în considerare în cazul în care ventilatoarele sunt utilizate în circulația aerului pentru circulația aerului și au o lungime și înălțime limitate. Dacă sistemul are multe ramuri, destul de lungi, iar clădirea este mare și înaltă, este necesar să se reducă procesul de răcire a aerului în canale, pentru a reduce redistribuția aerului aflat sub influența presiunii de circulație naturală.
Pentru a monitoriza procesul de răcire a aerului, se efectuează calculul termic al conductelor. Pentru aceasta, este necesar să se stabilească temperatura inițială a aerului și să se clarifice fluxul acestuia cu ajutorul formulelor.
Pentru a calcula fluxul de căldură prin pereții canalului, a cărui lungime este egală cu l, utilizați formula:
În expresie, q1 reprezintă debitul de căldură care trece prin pereții canalului cu o lungime de 1 m. Parametrul este calculat prin expresia:
În ecuația D1 - rezistența la transferul de căldură din aerul încălzit cu o temperatură medie tsr prin zona S1 pereții unui canal de aer lung de 1 m într-o încăpere la o temperatură de tv.
Ecuația echilibrului termic arată astfel:
- Eot - cantitatea de aer necesară pentru încălzirea camerei, kg / h;
- c - căldura specifică a aerului, kJ / (kg о С);
- Tnac - temperatura aerului la începutul canalului, o C;
- Tr - temperatura aerului evacuat în cameră, o C.
Ecuația de echilibrare a căldurii vă permite să setați temperatura inițială a aerului în conductă la o temperatură finală dată și, invers, să găsiți temperatura finală pentru o temperatură inițială dată și să determinați debitul de aer.
Temperatura tnach pot fi găsite și prin formula:
Iată partea din QOHL, Intrând în cameră, în calcule se ia egal cu zero. Caracteristicile variabilelor rămase au fost menționate mai sus.
Formula actualizată a consumului de aer cald va arăta astfel:
Toate valorile literelor din expresie au fost definite mai sus. Să analizăm acum un exemplu de calcul al încălzirii aerului pentru o anumită casă.
Exemplu de calcul al pierderilor de căldură la domiciliu
Casa în cauză este situată în orașul Kostroma, unde temperatura din afara ferestrei în cea mai rece perioadă de cinci zile atinge -31 grade, temperatura solului este + 5 о С. Temperatura dorită în cameră este +22 о С.
Vom lua în considerare casa cu următoarele dimensiuni:
- lățime - 6,78 m;
- lungime - 8,04 m;
- înălțime - 2,8 m.
Valorile vor fi folosite pentru a calcula suprafața elementelor de închidere.
Pereții clădirii constau din:
- beton aerat de grosime B = 0,21 m, coeficient de conductivitate termică k = 2,87;
- spuma de plastic B = 0,05 m, k = 1,678;
- cărămidă cu fața B = 0,09 m, k = 2,26.
Când se determină k, utilizați informațiile din tabele și, de preferință, informațiile din pașaportul tehnic, deoarece compoziția materialelor de la diferiți producători poate diferi, prin urmare, au caracteristici diferite.
Podeaua casei este formată din următoarele straturi:
- nisip, B = 0,10 m, k = 0,58;
- moloz, B = 0,10 m, k = 0,13;
- beton, B = 0,20 m, k = 1,1;
- izolație ecowool, B = 0,20 m, k = 0,043;
- șapă armată, B = 0,30 m k = 0,93.
În planul de mai sus, podeaua casei are aceeași structură în întreaga zonă, nu există subsol.
Tavanul constă din:
- vată minerală, B = 0,10 m, k = 0,05;
- placa de gips, B = 0,025 m, k = 0,21;
- scuturi de pin, B = 0,05 m, k = 0,35.
Nu există plafon la mansardă.
Casa are un total de 8 ferestre, toate acestea sunt două camere cu K-sticlă, argon, indicator D = 0,6. Șase ferestre au dimensiuni m 1.2h1.5 una - 1.2h2 m, o -. 0.3h0.5 m usi au dimensiuni 1h2.2 m, componenta D pe pașaportul este 0.36.
Calculul pierderilor de căldură ale pereților
Vom calcula pierderile de căldură pentru fiecare perete separat.
Mai întâi vom găsi zona zidului de nord.
Pe perete nu există deschideri de ușă și ferestre, deci în calcule vom folosi această valoare a lui S.
Plecând de la compoziția peretelui, găsim rezistența totală la căldură, egală cu:
Pentru a găsi D, vom folosi formula:
Apoi, înlocuind valorile inițiale, obținem:
Pentru calcule se utilizează formula
Având în vedere că coeficientul l pentru peretele nordic este de 1,1, ajungem
În peretele de sud există o fereastră cu o suprafață de
Prin urmare, în calculele din peretele sudic S, este necesar să se scadă ferestrele S pentru a obține cele mai precise rezultate.
Parametrul l pentru direcția sud este 1. Apoi
Pentru peretele din est, vest, factorul de rafinare este l = 1,05, deci este suficient sa se calculeze suprafata OK fara ferestre si usi S.
În final, pereții Q totali sunt egali cu suma Q a tuturor pereților, adică:
În total, căldura trece prin pereți în cantitate de 526 wați.
Pierderi de căldură prin ferestre și uși
Din punct de vedere al casei se vede că ușile și cele 7 ferestre se îndreaptă spre est și spre vest, prin urmare, parametrul l = 1,05. Suprafața totală de 7 ferestre, ținând cont de calculele de mai sus, este următoarea:
Pentru ei, Q, având în vedere faptul că D = 0,6, se va calcula după cum urmează:
Calculăm Q din fereastra sudică (l = 1).
Pentru ușile D = 0,36 și S = 2,2, l = 1,05, atunci:
Rezumăm pierderile de căldură obținute și obținem:
În continuare, definim Q pentru tavan și podea.
Calculul pierderilor de căldură ale tavanului și podelei
Pentru tavan și podea l = 1. Calculați zona lor.
Având în vedere compoziția podelei, definim generalul D.
Apoi pierderea de căldură a podelei, având în vedere că temperatura pământului este +5, este egală cu:
Calculați plafonul D total
Atunci Q a plafonului va fi egal cu:
Pierderea totală de căldură prin OK va fi egală cu:
În total, pierderea de căldură a casei va fi egală cu 13054 W sau aproape 13 kW.
Calculul pierderilor de căldură din ventilație
Camera este echipată cu ventilație cu un schimb de aer specific de 3 m 3 / h, intrarea fiind dotată cu un baldachin termic, deci pentru calcule este suficient să se folosească formula:
Calculați densitatea aerului din cameră la o temperatură dată de +22 grade:
Parametrul este egal cu produsul consumului specific pe suprafața podelei, și anume:
Căldura specifică a aerului c este de 1.005 kJ / (kg * C0).
Având în vedere toate informațiile, găsim ventilarea Q:
Costurile totale de încălzire pentru ventilație vor fi 3000 W sau 3 kW.
Încasări de căldură în casă
Venitul casnic se calculează prin formula.
Adică înlocuind valorile cunoscute, obținem:
Rezumând, puteți vedea că pierderea totală de căldură Q a casei va fi egală:
Luăm ca valoare de funcționare Q = 16000 W sau 16 kW.
Exemple de calcul pentru SVO
Lăsați temperatura aerului furnizat (tr) - 55 о С, temperatura dorită a încăperii (tv) - 22 о С, pierdere de căldură la domiciliu (Q) - 16000 Watts.
Determinarea cantității de aer pentru RWC
Pentru a determina masa aerului furnizat la o temperatură tr se folosește următoarea formulă:
Înlocuind valorile parametrilor în formula, obținem:
Cantitatea de aer furnizat se calculează prin formula
Mai întâi, calculați densitatea:
Schimbul de aer în cameră este determinat de formula:
Determinați densitatea aerului din cameră:
Înlocuind valorile din formula, obținem:
Astfel, schimbul de aer în cameră este de 405 m 3 pe oră, iar volumul aerului furnizat ar trebui să fie egal cu 451 m 3 pe oră.
Calculul cantității de aer pentru CRBD
Pentru a calcula cantitatea de aer pentru LNSS, luăm informațiile din exemplul anterior și, de asemenea, tr =55 ° C, tv =22 ° C; Q = 16000 W. Cantitatea de aer necesară pentru ventilație, Eorificiu= 110 m 3 / h. Temperatura exterioară calculată tn= -31 ° C.
Pentru calculul CRBMS se utilizează formula:
Înlocuind valorile, obținem:
Volumul aerului de recirculare va fi de 405-110 = 296 m 3 pe oră. Consumul suplimentar de căldură este de 27000-16000 = 11000 W.
Determinarea temperaturii inițiale a aerului
Rezistența canalului mecanic D = 0,27 și este luată din caracteristicile sale tehnice. Lungimea conductei în afara camerei încălzite este l = 15 m. Se stabilește că Q = 16 kW, temperatura internă a aerului este de 22 de grade, iar temperatura necesară pentru încălzirea încăperii este de 55 de grade.
Definim Eot prin formulele de mai sus. Avem:
Fluxul de căldură q1 va fi:
Temperatura inițială la abatere va fi:
Să clarificăm temperatura medie:
Luând în considerare informațiile primite, găsim:
Din aceasta rezultă concluzia că, atunci când se mișcă aerul, se pierd 4 grade de căldură. Pentru a reduce pierderile de căldură, este necesar să izolați conductele.
Video utile despre acest subiect
Un video informativ despre calculele CB folosind programul Ecxel:
Este necesar ca profesioniștii să încredințeze calculele CBO, deoarece numai experții au experiență, cunoștințe relevante, vor lua în considerare toate nuanțele din calcule.