Cálculo térmico de un sistema de calefacción: cómo calcular correctamente la carga del sistema

El diseño y cálculo térmico de un sistema de calefacción es una etapa obligatoria a la hora de organizar la calefacción del hogar.La tarea principal de las actividades computacionales es determinar los parámetros óptimos del sistema de caldera y radiador.

De acuerdo, a primera vista puede parecer que sólo un ingeniero puede realizar cálculos de ingeniería térmica. Sin embargo, no todo es tan complicado. Conociendo el algoritmo de acciones, podrá realizar de forma independiente los cálculos necesarios.

El artículo describe en detalle el procedimiento de cálculo y proporciona todas las fórmulas necesarias. Para una mejor comprensión, hemos preparado un ejemplo de cálculo térmico para una vivienda particular.

Cálculo térmico de calefacción: procedimiento general.

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

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

El sistema de calefacción se caracteriza por el suministro forzado y la eliminación involuntaria de calor a la habitación.

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

• determinar de forma más fiable las pérdidas de calor;
• determinar la cantidad y condiciones de uso del refrigerante;
• Seleccionar los elementos de generación, movimiento y transferencia de calor con la mayor precisión posible.

Durante la construcción sistemas de calefacción Es necesario recopilar inicialmente una variedad de datos sobre la habitación/edificio donde se utilizará el sistema de calefacción. Después de calcular los parámetros térmicos del sistema, analice los resultados de las operaciones aritméticas.

Con base en los datos obtenidos, se seleccionan los componentes del sistema de calefacción, seguido de su compra, instalación y puesta en servicio.

La calefacción es un sistema de varios componentes para garantizar un régimen de temperatura aprobado en una habitación/edificio.Es una parte separada del complejo de comunicaciones de un local residencial moderno.

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

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

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

Los cálculos térmicos no son bocetos teóricos, sino resultados precisos y razonables que se recomienda utilizar en la práctica al seleccionar los componentes del sistema de calefacción.

Estándares para condiciones de temperatura ambiente.

Antes de realizar cualquier cálculo de los parámetros del sistema, es necesario, como mínimo, conocer el orden de los resultados esperados, así como tener características estandarizadas de algunos valores tabulares que deben sustituirse en fórmulas o guiarse por ellas. .

Al calcular parámetros con tales constantes, puede tener confianza en la confiabilidad del parámetro dinámico o constante deseado del sistema.

Para locales de diversos fines, existen estándares de referencia para las condiciones de temperatura en locales residenciales y no residenciales. Estos estándares están consagrados en los llamados GOST.

Para un sistema de calefacción, uno de estos parámetros globales es la temperatura ambiente, que debe ser constante independientemente de la estación y las condiciones ambientales.

De acuerdo con las normas y normas sanitarias, existen diferencias de temperatura con respecto a los períodos de verano e invierno del año.El sistema de aire acondicionado es responsable del régimen de temperatura de la habitación en la temporada de verano, el principio de su cálculo se describe en detalle en Este artículo.

Pero la temperatura ambiente en invierno la proporciona el sistema de calefacción. Por lo tanto, nos interesan los rangos de temperatura y sus tolerancias de desviación para la temporada de invierno.

La mayoría de los documentos reglamentarios estipulan los siguientes rangos de temperatura que permiten a una persona permanecer cómodamente en la habitación.

Para locales de oficinas no residenciales con una superficie de hasta 100 m²:

• 22-24°С — temperatura óptima del aire;
• 1ºC — fluctuación permitida.

Para locales de oficinas con una superficie superior a 100 m² la temperatura es de 21-23°C. Para locales industriales no residenciales, los rangos de temperatura varían mucho según el propósito de la habitación y las normas de protección laboral establecidas.

Cada persona tiene su propia temperatura ambiente confortable. A algunas personas les gusta que haga mucho calor en la habitación, otras se sienten cómodas cuando la habitación está fresca; todo es bastante individual

En cuanto a las viviendas: apartamentos, casas particulares, fincas, etc., existen determinados rangos de temperatura que se pueden ajustar en función de los deseos de los residentes.

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

• 20-22°С - salón, incluida la habitación de los niños, tolerancia ±2°С -
• 19-21°С — cocina, baño, tolerancia ±2°С;
• 24-26°C — cuarto de baño, ducha, piscina, tolerancia ±1°С;
• 16-18°С — pasillos, pasillos, escaleras, trasteros, tolerancia +3°С

Es importante tener en cuenta que hay varios parámetros básicos más que afectan la temperatura interior y en los que es necesario centrarse al calcular el sistema de calefacción: humedad (40-60%), concentración de oxígeno y dióxido de carbono en el aire ( 250:1), masa de velocidad de movimiento del aire (0,13-0,25 m/s), etc.

Cálculo de la pérdida de calor en la casa.

Según la segunda ley de la termodinámica (física escolar), no existe una transferencia espontánea de energía de mini o macroobjetos menos calentados a más calentados. Un caso especial de esta ley es el "esfuerzo" por crear un equilibrio de temperatura entre dos sistemas termodinámicos.

Por ejemplo, el primer sistema es un ambiente con una temperatura de -20°C, el segundo sistema es un edificio con una temperatura interna de +20°C. Según la ley anterior, estos dos sistemas se esforzarán por equilibrarse mediante el intercambio de energía. Esto sucederá mediante la pérdida de calor del segundo sistema y el enfriamiento del primero.

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

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

En una casa particular, el calor se escapa en un grado u otro a través de las paredes exteriores, el suelo, el techo, las ventanas y las puertas.

Conociendo la cantidad de pérdida de calor en las condiciones climáticas más desfavorables y las características de estas condiciones, es posible calcular la potencia del sistema de calefacción con gran precisión.

Entonces, el volumen de fuga de calor del edificio se calcula mediante la siguiente fórmula:

Q=Q_piso+Q_muro+Q_ventana+Q_techo+Q_puerta+…+Q_i, Dónde

chi — el volumen de pérdida de calor de un tipo homogéneo de envolvente de edificio.

Cada componente de la fórmula se calcula mediante la fórmula:

Q=S*∆T/R, Dónde

• q – fuga de calor, V;
• S – área de un tipo específico de estructura, m2. metro;
• ∆T – diferencia entre las temperaturas del aire ambiente e interior, °C;
• R – resistencia térmica de un determinado tipo de estructura, m²*°C/W.

Se recomienda tomar de tablas auxiliares el propio valor de resistencia térmica de materiales reales existentes.

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

R=d/k, Dónde

• R – resistencia térmica, (m²*K)/W;
• k – coeficiente de conductividad térmica del material, W/(m²*A);
• d – espesor de este material, m.

En las casas antiguas con tejados húmedos se producen fugas de calor por la parte superior del edificio, es decir, por el tejado y el ático. Realización de actividades en aislamiento del techo o aislamiento térmico del techo del ático resuelve este problema.

Si aísla el ático y el techo, la pérdida general de calor de la casa se puede reducir significativamente.

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

Determinación de la potencia de la caldera.

Para mantener la diferencia de temperatura entre el ambiente y la temperatura dentro de la casa, se requiere un sistema de calefacción autónomo que mantenga la temperatura deseada en cada habitación de una casa particular.

El sistema de calefacción se basa en diferentes tipos de calderas: combustible líquido o sólido, eléctrico o gas.

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

Después de calcular la carga de calefacción, obtenemos la potencia nominal requerida de la caldera.

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

R_caldera=(S_{instalaciones}*R_específico)/10, Dónde

• S_{instalaciones} — área total de la habitación con calefacción;
• R_específico — potencia específica en relación con las condiciones climáticas.

Pero esta fórmula no tiene en cuenta las pérdidas de calor, que son suficientes en una casa particular.

Existe otro ratio que tiene en cuenta este parámetro:

R_caldera=(Q_pérdidas*S)/100, Dónde

• R_caldera — potencia de la caldera;
• q_pérdidas - pérdida de calor;
• S - zona climatizada.

Es necesario aumentar la potencia de diseño de la caldera. La reserva es necesaria si planeas utilizar la caldera para calentar agua para el baño y la cocina.

En la mayoría de los sistemas de calefacción de casas privadas, se recomienda utilizar un tanque de expansión en el que se almacenará el suministro de refrigerante. Toda vivienda privada necesita suministro de agua caliente.

Para prever la reserva de potencia de la caldera, a la última fórmula hay que añadir el factor de seguridad K:

R_caldera=(Q_pérdidas*S*K)/100, Dónde

A — será igual a 1,25, es decir, la potencia prevista de la caldera aumentará en un 25%.

Así, la potencia de la caldera permite mantener la temperatura del aire estándar en las estancias del edificio, así como disponer de un volumen inicial y adicional de agua caliente en la casa.

Características de la selección de radiadores.

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

El radiador térmico es una estructura especial hueca de tipo modular hecha de una aleación con alta disipación de calor. Está fabricado de acero, aluminio, hierro fundido, cerámica y otras aleaciones. El principio de funcionamiento de un radiador de calefacción se reduce a la radiación de energía del refrigerante al espacio de la habitación a través de "pétalos".

Un radiador de calefacción bimetálico y de aluminio reemplazó a las enormes baterías de hierro fundido. La simplicidad de producción, la alta transferencia de calor, el diseño y el diseño exitosos han hecho de este producto un instrumento popular y generalizado para irradiar calor en interiores.

Hay varios métodos cálculos de radiadores de calefacción en la habitación. La lista de métodos a continuación está ordenada en orden creciente de precisión de cálculo.

Opciones de cálculo:

1. Por zona. N=(S*100)/C, donde N es el número de secciones, S es el área de la habitación (m²), C - transferencia de calor de una sección del radiador (W, tomado del pasaporte o certificado del producto), 100 W - la cantidad de flujo de calor necesario para calentar 1 m² (valor empírico). Surge la pregunta: ¿cómo tener en cuenta la altura del techo de la habitación?
2. Por volumen. N=(S*H*41)/C, donde N, S, C son similares. H - altura de la habitación, 41 W - cantidad de flujo de calor necesario para calentar 1 m³ (valor empírico).
3. Por probabilidades. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, donde N, S, C y 100 son iguales. k1 - teniendo en cuenta el número de cámaras en una ventana de doble acristalamiento de una habitación, k2 - aislamiento térmico de las paredes, k3 - relación entre el área de la ventana y el área de la habitación, k4 - temperatura promedio bajo cero en la semana más fría del invierno, k5 - número de paredes externas de una habitación (que se "extienden" hasta la calle), k6 - tipo de habitación de arriba, k7 - altura del techo.

Esta es la opción más precisa para calcular el número de secciones. Naturalmente, los resultados de los cálculos fraccionarios siempre se redondean al siguiente número entero.

Cálculo hidráulico del suministro de agua.

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

Se recomienda calcular el volumen real de refrigerante sumando todas las cavidades del sistema de calefacción. Cuando se utiliza una caldera de circuito único, esta es la mejor opción. Cuando se utilizan calderas de doble circuito en un sistema de calefacción, es necesario tener en cuenta el consumo de agua caliente para fines higiénicos y otros fines domésticos.

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

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

W=k*P, Dónde

• W. — volumen de refrigerante;
• PAG — potencia de la caldera de calefacción;
• k - factor de potencia (número de litros por unidad de potencia, igual a 13,5, rango - 10-15 litros).

Como resultado, la fórmula final queda así:

Ancho = 13,5*P

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

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

V=(0,86*P*μ)/∆T, Dónde

• PAG — potencia de la caldera;
• µ — eficiencia de la caldera;
• ∆T - diferencia de temperatura entre el agua de suministro y el agua de retorno.

Usando los métodos anteriores calculo hidraulico, será posible obtener parámetros reales que son la “base” del futuro sistema de calefacción.

Ejemplo de cálculo térmico

Como ejemplo de cálculo térmico, tenemos una casa normal de 1 piso con cuatro salas de estar, cocina, baño, "jardín de invierno" y cuartos de servicio.

La base es de losa monolítica de hormigón armado (20 cm), las paredes exteriores son de hormigón (25 cm) con yeso, el techo es de vigas de madera, el techo es de tejas metálicas y lana mineral (10 cm).

Designemos los parámetros iniciales de la casa necesarios para los cálculos.

Dimensiones del edificio:

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

El ancho total del edificio es de 9,5 m.², longitud 16 m². Sólo se calentarán las salas de estar (4 unidades), el baño y la cocina.

Para calcular con precisión la pérdida de calor en las paredes, debe restar el área de todas las ventanas y puertas del área de las paredes exteriores; este es un tipo de material completamente diferente con su propia resistencia térmica.

Empezamos calculando las áreas de materiales homogéneos:

• superficie construida - 152 m²;
• área del techo - 180 m² , teniendo en cuenta que la altura del ático es de 1,3 my el ancho de la correa es de 4 m;
• área de ventana - 3*1,47*1,42+2,08*1,42=9,22 m²;
• área de la puerta - 2*0,9+2*2*1,4=7,4 m².

El área de los muros exteriores será 51*3-9,22-7,4=136,38 m².

Pasemos al cálculo de la pérdida de calor de cada material:

• q_piso=S*∆T*k/d=152*20*0,2/1,7=357,65 W;
• q_techo=180*40*0,1/0,05=14400W;
• q_ventana=9,22*40*0,36/0,5=265,54 W;
• q_puertas=7,4*40*0,15/0,75=59,2 W;

y también q_muro equivalente a 136,38*40*0,25/0,3=4546. La suma de todas las pérdidas de calor será 19628,4 W.

Como resultado, calculamos la potencia de la caldera: P_caldera=P_pérdidas*S_{calefacción_habitaciones}*K/100=19628,4*(10,4+10,4+13,5+27,9+14,1+7,4)*1,25/100=19628,4*83,7*1,25/100=20536,2=21 kW.

Calcularemos el número de secciones de radiadores para una de las habitaciones. Para todos los demás, los cálculos son similares. Por ejemplo, una habitación de esquina (en la esquina inferior izquierda del diagrama) tiene una superficie de 10,4 m2.

Esto significa N=(100*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C=(100*10.4*1.0*1.0*0.9*1.3*1.2*1.0*1.05)/180=8.5176=9.

Esta habitación requiere 9 secciones de radiadores de calefacción con una potencia calorífica de 180 W.

Pasemos a calcular la cantidad de refrigerante en el sistema: W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Esto significa que la velocidad del refrigerante será: V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l.

Como resultado, una rotación completa de todo el volumen de refrigerante en el sistema equivaldrá a 2,87 veces por hora.

Una selección de artículos sobre cálculos térmicos le ayudará a determinar los parámetros exactos de los elementos del sistema de calefacción:

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

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

En la siguiente revisión se presenta un cálculo simple de un sistema de calefacción para una casa privada:

A continuación se muestran todas las sutilezas y métodos generalmente aceptados para calcular la pérdida de calor de un edificio:

Otra opción para calcular las fugas de calor en una casa privada típica:

Este video describe las características de la circulación de portadores de energía para calentar una casa:

El cálculo térmico de un sistema de calefacción es de carácter individual y debe realizarse de forma competente y cuidadosa. Cuanto más precisos sean los cálculos, menos tendrán que pagar de más los propietarios de una casa de campo durante la operación.

¿Tiene experiencia realizando cálculos térmicos de un sistema de calefacción? ¿O todavía tienes preguntas sobre el tema? Por favor comparte tu opinión y deja comentarios. El bloque de comentarios se encuentra debajo.