Die Auslegung und thermische Berechnung eines Heizungssystems ist eine obligatorische Phase bei der Anordnung der Heizung eines Hauses. Die Hauptaufgabe der Rechenaktivitäten besteht darin, die optimalen Parameter des Kessels und des Heizkörpersystems zu bestimmen.
Stimmen Sie zu, auf den ersten Blick scheint es, dass nur ein Ingenieur eine wärmetechnische Berechnung durchführen kann. Allerdings ist nicht alles so kompliziert. Wenn Sie den Algorithmus der Aktionen kennen, werden Sie die erforderlichen Berechnungen unabhängig durchführen.
Der Artikel beschreibt detailliert das Berechnungsverfahren und enthält alle erforderlichen Formeln. Zum besseren Verständnis haben wir ein Beispiel für die thermische Berechnung eines Privathauses vorbereitet.
Normen der Temperaturregime von Räumlichkeiten
Bevor Berechnungen der Parameter des Systems durchgeführt werden, müssen mindestens die Reihenfolge der erwarteten Ergebnisse bekannt sein und standardisierte Eigenschaften einiger Tabellenwerte verfügbar sein, die in den Formeln ersetzt werden müssen oder von ihnen geführt werden.
Nachdem Berechnungen der Parameter mit solchen Konstanten durchgeführt wurden, kann man sicher sein, dass der gesuchte dynamische oder konstante Parameter des Systems zuverlässig ist.
Für Räumlichkeiten für verschiedene Zwecke gibt es Referenzstandards für die Temperaturregime von Wohn- und Nichtwohngebäuden. Diese Normen sind in den sogenannten GOSTs verankert.
Für ein Heizsystem ist einer dieser globalen Parameter die Raumtemperatur, die unabhängig von der Jahreszeit und den Umgebungsbedingungen konstant sein muss.
Gemäß den Vorschriften für Hygienestandards und -vorschriften gibt es Temperaturunterschiede in Bezug auf die Sommer- und Wintersaison. Die Klimaanlage ist für das Temperaturregime des Raumes in der Sommersaison verantwortlich, das Prinzip ihrer Berechnung wird in diesem Artikel ausführlich beschrieben.
Die Raumtemperatur im Winter liefert aber die Heizung. Daher interessieren uns die Temperaturbereiche und deren Toleranzen für die Abweichungen für die Wintersaison.
Die meisten behördlichen Dokumente legen die folgenden Temperaturbereiche fest, die es einer Person ermöglichen, sich in einem Raum wohl zu fühlen.
Für Nichtwohngebäude eines Bürotyps mit einer Fläche von bis zu 100 m2:
- 22-24 ° C. - optimale Lufttemperatur;
- 1 ° C. - zulässige Schwankung.
Für Büroräume mit einer Fläche von mehr als 100 m2 beträgt die Temperatur 21-23 ° C. Bei Nichtwohngebäuden eines Industrietyps unterscheiden sich die Temperaturbereiche stark in Abhängigkeit vom Zweck der Räumlichkeiten und den festgelegten Arbeitsschutzstandards.
Jede Person hat ihre eigene angenehme Raumtemperatur. Jemand mag es, wenn es im Raum sehr warm ist, jemand fühlt sich wohl, wenn der Raum kühl ist - das ist alles ziemlich individuell
In Bezug auf Wohnräume: Wohnungen, Privathäuser, Grundstücke usw. gibt es bestimmte Temperaturbereiche, die je nach den Wünschen der Bewohner angepasst werden können.
Und doch haben wir für bestimmte Räumlichkeiten einer Wohnung und eines Hauses:
- 20-22 ° C. - Wohnzimmer, einschließlich Kinderzimmer, Toleranz ± 2 ° С -
- 19-21 ° C. - Küche, Toilette, Toleranz ± 2 ° С;
- 24-26 ° C. - Bad, Dusche, Schwimmbad, Toleranz ± 1 ° С;
- 16-18 ° C. - Korridore, Flure, Treppen, Lagerräume, Toleranz + 3 ° С
Es ist wichtig zu beachten, dass es einige weitere grundlegende Parameter gibt, die die Temperatur im Raum beeinflussen und auf die Sie sich bei der Berechnung des Heizsystems konzentrieren müssen: Luftfeuchtigkeit (40-60%), Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration in der Luft (250: 1), die Bewegungsgeschwindigkeit der Luftmasse (0,13-0,25 m / s) usw.
Wärmeübertragungsmechanismen bei der Berechnung von Wärmetauschern
Die Wärmeübertragung erfolgt über drei Hauptarten der Wärmeübertragung. Dies sind Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung.
Bei Wärmeaustauschprozessen, die nach den Prinzipien des Wärmeleitungsmechanismus ablaufen, erfolgt die Wärmeübertragung als Übertragung der Energie elastischer Schwingungen von Molekülen und Atomen. Diese Energie wird in abnehmender Richtung von einem Atom auf ein anderes übertragen.
Bei der Berechnung der Parameter der Wärmeübertragung nach dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeit wird das Fourier-Gesetz verwendet:
Zur Berechnung der Wärmemenge werden Daten zum Durchgangszeitpunkt der Strömung, zur Oberfläche, zum Temperaturgradienten sowie zum Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten verwendet. Unter dem Temperaturgradienten wird seine Änderung der Richtung der Wärmeübertragung pro Längeneinheit verstanden.
Unter dem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten wird die Wärmeübertragungsrate verstanden, dh die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch eine Oberflächeneinheit fließt.
Bei allen thermischen Berechnungen wird berücksichtigt, dass Metalle den höchsten Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweisen. Verschiedene Feststoffe haben ein viel geringeres Verhältnis. Und für Flüssigkeiten ist diese Zahl in der Regel niedriger als die der Feststoffe.
Bei der Berechnung von Wärmetauschern, bei denen die Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes durch die Wand erfolgt, wird die Fourier-Gleichung auch verwendet, um Daten über die übertragene Wärmemenge zu erhalten. Es wird berechnet als die Wärmemenge, die durch eine Ebene mit einer infinitesimalen Dicke fließt:
Wenn wir die Indikatoren für Temperaturänderungen entlang der Wandstärke integrieren, erhalten wir
Auf dieser Grundlage stellt sich heraus, dass die Temperatur innerhalb der Wand nach dem Gesetz einer geraden Linie fällt.
Konvektionswärmeübertragungsmechanismus: Berechnungen
Ein weiterer Wärmeübertragungsmechanismus ist die Konvektion. Dies ist die Wärmeübertragung durch Volumen des Mediums durch ihre gegenseitige Bewegung. In diesem Fall wird die Wärmeübertragung vom Medium zur Wand und umgekehrt von der Wand zum Arbeitsmedium als Wärmeübertragung bezeichnet. Um die übertragene Wärmemenge zu bestimmen, wird das Newtonsche Gesetz verwendet
In dieser Formel ist a der Wärmeübergangskoeffizient. Bei turbulenter Bewegung des Arbeitsmediums hängt dieser Koeffizient von vielen zusätzlichen Größen ab:
- physikalische Parameter des Fluids, insbesondere Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Dichte, Viskosität;
- die Bedingungen zum Waschen der Wärmeübertragungsfläche mit einem Gas oder einer Flüssigkeit, insbesondere die Geschwindigkeit des Fluids, seine Richtung;
- räumliche Bedingungen, die die Strömung begrenzen (Länge, Durchmesser, Oberflächenform, Rauheit).
Folglich ist der Wärmeübergangskoeffizient eine Funktion vieler Größen, die in der Formel gezeigt ist
Die Dimensionsanalyse ermöglicht es, eine funktionale Beziehung zwischen Ähnlichkeitskriterien abzuleiten, die die Wärmeübertragung mit einer turbulenten Strömung in glatten, geraden und langen Rohren charakterisieren.
Dies wird nach der Formel berechnet.
Wärmeübergangskoeffizient bei der Berechnung von Wärmetauschern
In der chemischen Technologie gibt es häufig Fälle des Austauschs von Wärmeenergie zwischen zwei Flüssigkeiten durch eine Trennwand. Der Wärmeaustauschprozess durchläuft drei Stufen. Der Wärmefluss für einen stationären Prozess bleibt unverändert.
Die Berechnung des Wärmeflusses, der vom ersten Arbeitsmedium zur Wand, dann durch die Wand der Wärmeübertragungsfläche und dann von der Wand zum zweiten Arbeitsmedium fließt, wird durchgeführt.
Dementsprechend werden drei Formeln für Berechnungen verwendet:
Als Ergebnis der gemeinsamen Lösung der Gleichungen erhalten wir
Die Quantität
und da ist der Wärmeübergangskoeffizient.
Berechnung der durchschnittlichen Temperaturdifferenz
Wenn die erforderliche Wärmemenge anhand der Wärmebilanz ermittelt wurde, muss die Wärmeaustauschfläche (F) berechnet werden.
Bei der Berechnung der erforderlichen Wärmeaustauschfläche wird dieselbe Gleichung wie bei früheren Berechnungen verwendet:
In den meisten Fällen ändert sich die Temperatur des Arbeitsmediums im Verlauf von Wärmeaustauschprozessen. Dies bedeutet, dass sich die Temperaturdifferenz entlang der Wärmeaustauschfläche ändert. Daher wird die durchschnittliche Temperaturdifferenz berechnet.Und aufgrund der Tatsache, dass die Temperaturänderung nicht linear ist, wird die logarithmische Differenz berechnet. Im Gegensatz zu einer geraden Strömung mit einer Gegenströmung von Arbeitsmedien sollte der erforderliche Bereich der Wärmeaustauschfläche geringer sein. Wenn sowohl Gleichstrom als auch Gegenstrom im gleichen Wärmetauscherhub verwendet werden, wird die Temperaturdifferenz anhand des Verhältnisses ermittelt.
Berechnung des Wärmeverlustes im Haus
Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik (Schulphysik) findet keine spontane Energieübertragung von weniger erhitzten auf stärker erhitzte Mini- oder Makroobjekte statt. Ein Sonderfall dieses Gesetzes ist das „Streben“ nach einem Temperaturgleichgewicht zwischen zwei thermodynamischen Systemen.
Beispielsweise ist das erste System eine Umgebung mit einer Temperatur von -20 ° C, das zweite System ist ein Gebäude mit einer Innentemperatur von + 20 ° C. Nach dem oben genannten Gesetz streben diese beiden Systeme ein Gleichgewicht durch Energieaustausch an. Dies geschieht mit Hilfe von Wärmeverlusten aus dem zweiten System und Kühlung im ersten.
Es kann eindeutig gesagt werden, dass die Umgebungstemperatur von dem Breitengrad abhängt, auf dem sich das Privathaus befindet. Und der Temperaturunterschied beeinflusst die Menge der Wärmelecks aus dem Gebäude (+)
Wärmeverlust bedeutet die unfreiwillige Freisetzung von Wärme (Energie) von einem Objekt (Haus, Wohnung). Bei einer normalen Wohnung ist dieser Vorgang im Vergleich zu einem Privathaus nicht so "auffällig", da sich die Wohnung im Gebäude befindet und an andere Wohnungen "angrenzt".
In einem Privathaus „entweicht“ die Wärme in gewissem Maße durch die Außenwände, den Boden, das Dach, die Fenster und die Türen.
Wenn man die Höhe des Wärmeverlusts für die ungünstigsten Wetterbedingungen und die Eigenschaften dieser Bedingungen kennt, ist es möglich, die Leistung des Heizungssystems mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
Das Volumen der Wärmelecks aus dem Gebäude wird also nach folgender Formel berechnet:
Q = Qfloor + Qwall + Qwindow + Qroof + Qdoor +… + Qiwo
Qi - das Volumen des Wärmeverlusts aufgrund des einheitlichen Erscheinungsbilds der Gebäudehülle.
Jede Komponente der Formel wird nach folgender Formel berechnet:
Q = S * ∆T / R.wo
- Q. - thermische Lecks, V;
- S. - Fläche eines bestimmten Strukturtyps, sq. m;
- ∆T - Temperaturunterschied zwischen Umgebungsluft und Raumluft, ° C;
- R. - Wärmewiderstand eines bestimmten Strukturtyps, m2 * ° C / W.
Es wird empfohlen, den Wert des Wärmewiderstands für tatsächlich vorhandene Materialien aus Hilfstabellen zu entnehmen.
Zusätzlich kann ein Wärmewiderstand unter Verwendung des folgenden Verhältnisses erhalten werden:
R = d / kwo
- R. - Wärmewiderstand (m2 * K) / W;
- k - Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Materials, W / (m2 * K);
- d Ist die Dicke dieses Materials, m.
In älteren Häusern mit einer feuchten Dachkonstruktion tritt ein Wärmeleck durch die Oberseite des Gebäudes auf, nämlich durch das Dach und den Dachboden. Durch die Durchführung von Maßnahmen zur Erwärmung der Decke oder zur Wärmedämmung des Dachbodens wird dieses Problem gelöst.
Wenn Sie den Dachboden und das Dach isolieren, kann der gesamte Wärmeverlust des Hauses erheblich reduziert werden.
Es gibt verschiedene andere Arten von Wärmeverlusten im Haus durch Risse in Strukturen, ein Lüftungssystem, eine Küchenhaube, das Öffnen von Fenstern und Türen. Es macht jedoch keinen Sinn, ihr Volumen zu berücksichtigen, da sie nicht mehr als 5% der Gesamtzahl der Hauptwärmelecks ausmachen.
Wärmebildprüfung des Heizungsnetzes
Die Berechnung der Wärmeverluste in Heizungsnetzen wurde durch eine Wärmebilduntersuchung ergänzt.
Eine Wärmebilduntersuchung eines Heizungsnetzes hilft, lokale Defekte in Rohrleitungen und Wärmedämmung für eine spätere Reparatur oder einen späteren Austausch zu erkennen.
Die Wärmedämmung von Rohrleitungen mit Wärmeträger ist beschädigt. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 59,3 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 54,5 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 56,2 ° C.
Die Wärmedämmung der Rohrleitungen mit dem Kühlmittel ist beschädigt.Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 66,3 ° C.
Offene Rohrleitungsabschnitte ohne Isolierung.
Offene Rohrleitungsabschnitte ohne Isolierung.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 62,5 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 63,2 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 63,8 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 66,5 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 63,5 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 69,5 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 62,2 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 52,0 ° C.
Offene Rohrleitungsabschnitte ohne Isolierung. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 62,4 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel unter Umwelteinflüssen.
Erfahren Sie mehr über die Untersuchung von Wasserversorgungssystemen.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel unter Umwelteinflüssen.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 67,6 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel. Die maximale Temperatur in offenen Bereichen betrug 58,8 ° C.
Teilweise Zerstörung der Wärmedämmung von Rohrleitungen mit einem Kühlmittel unter Umwelteinflüssen.
Bestimmung der Kesselleistung
Um den Temperaturunterschied zwischen der Umgebung und der Temperatur im Haus aufrechtzuerhalten, wird ein autonomes Heizsystem benötigt, das die gewünschte Temperatur in jedem Raum eines Privathauses aufrechterhält.
Die Basis des Heizsystems sind verschiedene Arten von Kesseln: flüssige oder feste Brennstoffe, elektrische oder gasförmige.
Der Kessel ist die zentrale Einheit des Heizungssystems, das Wärme erzeugt. Das Hauptmerkmal des Kessels ist seine Leistung, nämlich die Umwandlungsrate der Wärmemenge pro Zeiteinheit.
Nachdem wir die Wärmebelastung für die Heizung berechnet haben, erhalten wir die erforderliche Nennleistung des Kessels.
Bei einer normalen Mehrraumwohnung wird die Kesselleistung anhand der Fläche und der spezifischen Leistung berechnet:
Rkotla = (Sroom * Rudelnaya) / 10wo
- S Zimmer- die Gesamtfläche des beheizten Raums;
- Rudellnaya- Leistungsdichte im Verhältnis zu den klimatischen Bedingungen.
Diese Formel berücksichtigt jedoch nicht die Wärmeverluste, die in einem Privathaus ausreichen.
Es gibt eine andere Beziehung, die diesen Parameter berücksichtigt:
РKessel = (Qloss * S) / 100wo
- Rkotla- Kesselleistung;
- Qloss- Hitzeverlust;
- S. - beheizter Bereich.
Die Nennleistung des Kessels muss erhöht werden. Der Vorrat ist erforderlich, wenn Sie den Heizkessel zum Erhitzen von Wasser für Bad und Küche verwenden möchten.
In den meisten Heizsystemen für Privathäuser wird empfohlen, einen Ausgleichsbehälter zu verwenden, in dem ein Kühlmittelvorrat gespeichert wird. Jedes Privathaus benötigt eine Warmwasserversorgung
Um die Gangreserve des Kessels zu gewährleisten, muss der letzten Formel der Sicherheitsfaktor K hinzugefügt werden:
РKessel = (Qloss * S * K) / 100wo
ZU - entspricht 1,25, dh die geschätzte Kesselleistung wird um 25% erhöht.
Die Leistung des Kessels ermöglicht es somit, die Standardlufttemperatur in den Räumen des Gebäudes aufrechtzuerhalten sowie ein anfängliches und zusätzliches Warmwasservolumen im Haus zu haben.
Kurzbeschreibung des Heizungsnetzes
Zur Deckung der Wärmelasten wird ein Produktions- und Heizkesselhaus eingesetzt, dessen Hauptbrennstoff Erdgas ist.
Heizraum erzeugt
- Dampf für technologische Bedürfnisse - ganzjährig
- Warmwasser zum Heizen - während der Heizperiode und
- Warmwasserversorgung - das ganze Jahr über.
- Das Projekt sieht den Betrieb des Heizungsnetzes nach einem Temperaturplan von 98/60 Grad vor. MIT.
Der Anschlussplan der Heizungsanlage ist abhängig.
In der oberirdischen und unterirdischen Version sind Heiznetze installiert, die die Übertragung von Wärmeenergie für die Heizung des gesamten Dorfes und die Warmwasserversorgung des Teils am rechten Ufer ermöglichen.
Das Heizungsnetz ist verzweigt, Sackgasse.
Die Heizungsnetze wurden 1958 in Betrieb genommen. Der Bau wurde bis 2007 fortgesetzt.
Wärmedämmung erfolgt
- Matten aus 50 mm dicker Glaswolle mit einer Deckschicht aus Rollenmaterial,
- extrudierter Polystyrolschaum Typ TERMOPLEKS 40 mm dick, mit einer Deckschicht aus verzinktem Blech und 50 mm dickem expandiertem Polyethylen.
Während des Betriebs wurden einige Abschnitte des Heizungsnetzes durch den Austausch von Rohrleitungen und Wärmedämmung repariert.
Merkmale der Auswahl der Heizkörper
Heizkörper, Paneele, Fußbodenheizungssysteme, Konvektoren usw. sind Standardkomponenten für die Wärmeversorgung in einem Raum. Die häufigsten Teile eines Heizungssystems sind Heizkörper.
Der Kühlkörper ist eine spezielle hohle modulare Struktur aus einer Legierung mit hoher Wärmeableitung. Es besteht aus Stahl, Aluminium, Gusseisen, Keramik und anderen Legierungen. Das Funktionsprinzip eines Heizkörpers reduziert sich auf die Energiestrahlung des Kühlmittels in den Raum durch die „Blütenblätter“.
Ein Heizkörper aus Aluminium und Bimetall hat massive Gusseisenheizkörper ersetzt. Einfache Produktion, hohe Wärmeableitung, gute Konstruktion und Design haben dieses Produkt zu einem beliebten und weit verbreiteten Werkzeug für die Wärmeabstrahlung in Innenräumen gemacht.
Es gibt verschiedene Methoden zur Berechnung von Heizkörpern in einem Raum. Die Liste der folgenden Methoden ist in der Reihenfolge der Erhöhung der Rechengenauigkeit sortiert.
Berechnungsoptionen:
- Nach Gebiet... N = (S * 100) / C, wobei N die Anzahl der Abschnitte ist, S die Fläche des Raums ist (m2), C die Wärmeübertragung eines Abschnitts des Heizkörpers ist (W, entnommen aus diesen Pässen oder Produktzertifikat), 100 W ist die Wärmemenge, die zum Erhitzen von 1 m2 erforderlich ist (empirischer Wert). Es stellt sich die Frage: Wie ist die Höhe der Raumdecke zu berücksichtigen?
- Nach Ausgabe... N = (S * H * 41) / C, wobei N, S, C - ähnlich. H ist die Höhe des Raumes, 41 W ist die Menge an Wärmefluss, die erforderlich ist, um 1 m3 zu heizen (empirischer Wert).
- Nach Gewinnchancen... N = (100 · S · k1 · k2 · k3 · k4 · k5 · k6 · k7) / C, wobei N, S, C und 100 ähnlich sind. k1 - unter Berücksichtigung der Anzahl der Kammern in der Glaseinheit des Raumfensters, k2 - Wärmedämmung der Wände, k3 - Verhältnis der Fensterfläche zur Raumfläche, k4 - die durchschnittliche Temperatur unter Null in der kältesten Winterwoche, k5 - die Anzahl der Außenwände des Raumes (die auf die Straße „hinausgehen“), k6 - Zimmertyp oben, k7 - Deckenhöhe.
Dies ist der genaueste Weg, um die Anzahl der Abschnitte zu berechnen. Natürlich werden gebrochene Berechnungsergebnisse immer auf die nächste ganze Zahl gerundet.
Allgemeine Bestimmungen
Jede einfache Berechnungsmethode weist einen ziemlich großen Fehler auf. Aus praktischer Sicht ist es uns jedoch wichtig, eine ausreichend ausreichende Wärmeabgabe zu gewährleisten. Wenn es sich selbst auf dem Höhepunkt der Winterkälte als notwendiger herausstellt, was dann?
In einer Wohnung, in der die Heizung flächenmäßig bezahlt wird, schmerzt die Hitze der Knochen nicht. und Regelungen von Drosseln und thermostatischen Temperaturreglern sind nicht sehr selten und unzugänglich.
Im Fall eines Privathauses und eines privaten Heizkessels ist uns der Preis für ein Kilowatt Wärme bekannt, und es scheint, dass überschüssige Heizung Ihre Tasche trifft. In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall. Alle modernen Gas- und Elektrokessel zur Beheizung eines Privathauses sind mit Thermostaten ausgestattet, die die Wärmeübertragung in Abhängigkeit von der Raumtemperatur regulieren.
Der Thermostat verhindert, dass der Kessel überschüssige Wärme verschwendet.
Auch wenn unsere Berechnung der Leistung von Heizkörpern einen erheblichen Fehler verursacht, riskieren wir nur die Kosten einiger zusätzlicher Abschnitte.
Übrigens: Zusätzlich zu den durchschnittlichen Wintertemperaturen treten alle paar Jahre extreme Fröste auf.
Es besteht der Verdacht, dass sie aufgrund globaler Klimaveränderungen immer häufiger auftreten. Haben Sie also bei der Berechnung von Heizkörpern keine Angst, einen großen Fehler zu machen.
Hydraulische Berechnung der Wasserversorgung
Natürlich kann das „Bild“ der Berechnung der Wärme zum Heizen nicht vollständig sein, ohne Eigenschaften wie das Volumen und die Geschwindigkeit des Wärmeträgers zu berechnen. In den meisten Fällen ist das Kühlmittel gewöhnliches Wasser in einem flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand.
Es wird empfohlen, das tatsächliche Volumen des Wärmeträgers durch Summieren aller Hohlräume im Heizsystem zu berechnen. Bei Verwendung eines Einkreiskessels ist dies die beste Option. Bei der Verwendung von Zweikreis-Kesseln im Heizsystem muss der Warmwasserverbrauch für hygienische und andere Haushaltszwecke berücksichtigt werden.
Die Berechnung des Wasservolumens, das von einem Zweikreis-Kessel erwärmt wird, um die Bewohner mit heißem Wasser zu versorgen und das Kühlmittel zu erwärmen, erfolgt durch Summieren des Innenvolumens des Heizkreislaufs und der tatsächlichen Bedürfnisse der Benutzer in erwärmtem Wasser.
Das Warmwasservolumen im Heizsystem wird nach folgender Formel berechnet:
W = k * P.wo
- W. - das Volumen des Wärmeträgers;
- P. - Heizkesselleistung;
- k - Leistungsfaktor (die Anzahl der Liter pro Leistungseinheit beträgt 13,5, Bereich - 10-15 Liter).
Infolgedessen sieht die endgültige Formel folgendermaßen aus:
W = 13,5 * P.
Die Durchflussrate des Heizmediums ist die endgültige dynamische Bewertung des Heizsystems, die die Zirkulationsrate der Flüssigkeit im System charakterisiert.
Dieser Wert hilft bei der Schätzung des Typs und Durchmessers der Rohrleitung:
V = (0,86 · P · μ) / ∆Two
- P. - Kesselleistung;
- μ - Kesselwirkungsgrad;
- ∆T - die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklaufwasser.
Mit den oben genannten Methoden der hydraulischen Berechnung können reale Parameter ermittelt werden, die die „Grundlage“ des zukünftigen Heizungssystems bilden.
Zur Auswahl und thermischen Berechnung von Heizgeräten
Am Runden Tisch wurden eine Reihe von Themen erörtert, wie beispielsweise die Schaffung eines Verifizierungssystems für technische Systeme von Gebäuden und Bauwerken, die Einhaltung der Anforderungen zum Schutz der Verbraucherrechte durch Hersteller, Zulieferer und Einzelhandelsketten sowie die obligatorische Prüfung von Heizgeräte mit obligatorischer Angabe der Bedingungen für Prüfgeräte, Entwicklung von Auslegungsregeln und Verwendung von Heizgeräten. Während der Diskussion wurde erneut der unbefriedigende Betrieb der Instrumente festgestellt.
In diesem Zusammenhang möchte ich darauf hinweisen, dass der unbefriedigende Betrieb des Heizungssystems nicht nur daran gemessen werden kann Heizgeräte... Der Grund ist auch in den verringerten wärmetechnischen Daten (im Vergleich zu den Konstruktionsdaten) der Außenwände, Fenster, Beschichtungen und in der Wasserversorgung des Heizungssystems mit reduzierter Temperatur möglich. All dies sollte sich in den Materialien für eine umfassende Beurteilung des technischen Zustands des Heizungssystems widerspiegeln.
Die tatsächliche Wärmeübertragung von Heizgeräten kann aus verschiedenen Gründen geringer sein als die erforderliche. Erstens sind Heizgeräte in der Realität durch dekorative Zäune, Vorhänge und Möbel von verschiedenen Arten von Räumlichkeiten getrennt. Zweitens die Nichteinhaltung der Anforderungen der Vorschriften für den technischen Betrieb von Heizungssystemen [1].
Die Wärmeableitung von Geräten wird beispielsweise durch die Zusammensetzung und Farbe der Farbe beeinflusst. Reduziert die Wärmeübertragung und die in Nischen befindlichen Heizkörper.
Die im bekannten Konstruktionshandbuch [2] angegebene Methode zur thermischen Berechnung von Heizgeräten ist derzeit aus mehreren Gründen ungültig.
Gegenwärtig werden Heizgeräte häufig nach dem Wert ihres nominalen Wärmeflusses ausgewählt, dh ohne Berücksichtigung des komplexen Koeffizienten, um den nominalen Wärmefluss in Abhängigkeit vom Heizsystem (Einrohr- oder Zweirohr) auf reale Bedingungen zu bringen ), die Temperatur des Kühlmittels und der Luft im Raum, deren Wert in der Regel unter 1 liegt. In der Arbeit wird die empfohlene thermische Berechnung moderner Geräte vorgestellt [3].
Die Auswahl der Geräte besteht darin, die Anzahl der Abschnitte eines zusammenlegbaren Heizkörpers oder den Typ eines nicht zusammenlegbaren Heizkörpers oder Konvektors zu bestimmen, dessen äußere Wärmeübertragungsfläche die Übertragung mindestens des erforderlichen Wärmeflusses in den Raum sicherstellen muss ( Abb. 1).
Die Berechnung erfolgt bei der Temperatur des Kühlmittels vor und nach der Heizung (in Wohn- und öffentlichen Gebäuden wird in der Regel Wasser oder nicht gefrierende Flüssigkeit verwendet), wobei der Wärmeverbrauch des Raumes Qnom der berechneten Wärme entspricht Defizit darin, bezogen auf ein Heizgerät, bei der geschätzten Außenlufttemperatur [vier].
Die geschätzte Anzahl von Abschnitten zusammenklappbarer Heizkörper kann mit der folgenden Formel mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden:
Die Art und Länge der nicht trennbaren Heizkörper und Konvektoren sollte unter der Bedingung bestimmt werden, dass ihr nominaler Wärmefluss Qpom nicht geringer sein sollte als der berechnete Wärmeübergang Qopr:
wobei Qopr die geschätzte Wärmeleistung der Heizung ist, W; qsecr ist die berechnete Wärmeflussdichte eines Abschnitts der Vorrichtung W; Qtr ist die gesamte Wärmeübertragung der Steigrohre, Anschlüsse, die offen innerhalb des Betriebsgeländes verlegt sind und sich auf die Heizvorrichtung W beziehen; β ist ein Koeffizient, der die Installationsmethode und die Position des Heizgeräts berücksichtigt [2, 3] (bei der Installation des Geräts ist es beispielsweise in der Nähe der Außenwand offen. β = 1, wenn sich vor dieser eine Abschirmung befindet die Vorrichtungen mit Schlitzen im oberen Teil β = 1,4, und wenn sich ein Konvektor in der Bodenstruktur befindet, erreicht der Wert des Koeffizienten 2); β1 - Koeffizient unter Berücksichtigung der Änderung der Wärmeübertragung vom Kühler in Abhängigkeit von der Anzahl der Abschnitte oder der Länge der Vorrichtung, β1 = 0,95-1,05; b - Koeffizient unter Berücksichtigung des atmosphärischen Drucks, b = 0,95-1,015; qв und qr - Wärmeübertragung von 1 m vertikaler und horizontaler offen verlegter Rohre [W / m], genommen für nicht isolierte und isolierte Rohre gemäß Tabelle. 1 [2, 3]; lw und lg - Länge der vertikalen und horizontalen Rohre innerhalb des Betriebsgeländes, m; qnom und Qnom - die nominelle Wärmeflussdichte eines Abschnitts eines zusammenlegbaren oder entsprechenden Typs eines nicht zusammenlegbaren Heizgeräts gemäß [3] in den Empfehlungen des Labors für Heizgeräte "NIisantekhniki" (LLC "Vitaterm") und in den Katalogen der Gerätehersteller mit einem Unterschied in der Durchschnittstemperatur des Kühlmittels und der Raumluft Δtav von 70 ° C und einem Wasserdurchsatz von 360 kg / h im Gerät; Δtav und Gpr - tatsächliche Temperaturdifferenz 0,5 (tg + bis) - TV- und Kühlmittelfluss [kg / h] im Gerät; n und p sind experimentelle numerische Indikatoren, die die Änderung des Wärmeübergangskoeffizienten der Vorrichtung bei den tatsächlichen Werten der durchschnittlichen Temperaturdifferenz und der Durchflussrate des Kühlmittels sowie die Art und das Schema des Anschlusses des Geräts berücksichtigen Gerät an die Rohre des Heizungssystems, angenommen gemäß [3] oder gemäß den Empfehlungen des Labors für Heizgeräte "NIIsantekhniki"; tg, to und tv - die berechneten Werte der Temperaturen des Kühlmittels vor und nach dem Gerät und der Luft in dem gegebenen Raum, ° C; Kopotn ist ein komplexer Koeffizient, um den nominalen Wärmefluss auf reale Bedingungen zu bringen.
Bei der Auswahl des Heizgerätetyps [4] sollte berücksichtigt werden, dass seine Länge in Gebäuden mit hohen sanitären Anforderungen mindestens 75%, in Wohngebäuden und anderen öffentlichen Gebäuden mindestens 50% der Länge des Oberlichts betragen sollte
Die geschätzte Durchflussrate des durch die Heizung fließenden Kühlmittels [kg / h] kann durch die Formel bestimmt werden:
Der Wert von Qpom entspricht hier der einem Heizgerät zugewiesenen Wärmelast (wenn sich zwei oder mehr davon im Raum befinden).
Bei der Auswahl des Heizgerätetyps [4] sollte berücksichtigt werden, dass seine Länge in Gebäuden mit erhöhten sanitären und hygienischen Anforderungen (Krankenhäuser, Vorschuleinrichtungen, Schulen, Alten- und Behindertenheime) mindestens 75% betragen sollte. in Wohngebäuden und anderen öffentlichen Gebäuden - mindestens 50% der Länge der Lichtöffnung.
Beispiele für die Auswahl von Heizgeräten
Beispiel 1. Bestimmen Sie die erforderliche Anzahl von Abschnitten des MC-140-M2-Kühlers, die ohne Sieb unter der Fensterbank eines 1,5 x 1,5 m großen Fensters installiert sind, falls bekannt: Das Heizsystem besteht aus zwei Rohren, vertikal, die Rohrverlegung ist offen, Nenndurchmesser Bei vertikalen Rohren (Steigleitungen) innerhalb des Betriebsgeländes 20 mm, horizontal (Anschlüsse zum Heizkörper) 15 mm beträgt der berechnete Wärmeverbrauch Qpom des Raums Nr. 1 1000 W, die berechnete Vorlauftemperatur tg und das Rücklaufwasser betragen 95 und 70 ° C beträgt die Lufttemperatur im Raum tв = 20 ° C, das Gerät ist durch das Top-Down-Schema verbunden, die Länge der vertikalen lw- und horizontalen lg-Rohre beträgt 6 bzw. 3 m. Der nominelle Wärmefluss eines Abschnitts qnom beträgt 160 W.
Entscheidung.
1. Wir finden die Durchflussrate von Wasser Gpr, das durch den Kühler fließt:
Die Indikatoren n und p sind 0,3 bzw. 0,02; β = 1,02, β1 = 1 und b = 1.
2. Finden Sie die Temperaturdifferenz Δtav:
3. Wir finden die Wärmeübertragung von Rohren Qtr anhand der Tabellen zur Wärmeübertragung von offen verlegten vertikalen und horizontalen Rohren:
4. Bestimmen Sie die Anzahl der Abschnitte Npr:
Für die Installation sollten vier Abschnitte akzeptiert werden. Die Kühlerlänge von 0,38 m ist jedoch weniger als die Hälfte der Fenstergröße. Daher ist es korrekter, einen Konvektor zu installieren, z. B. "Santekhprom Auto". Die Indizes n und p für den Konvektor werden gleich 0,3 bzw. 0,18 angenommen.
Der berechnete Wärmeübergang des Konvektors Qopr ergibt sich aus folgender Formel:
Wir akzeptieren einen Konvektor "Santekhprom Auto" Typ KSK20-0.918kA mit einem nominalen Wärmefluss Qnom = 918 W. Die Länge des Konvektorgehäuses beträgt 0,818 m.
Beispiel 2. Bestimmen Sie die erforderliche Anzahl von MC-140-M2-Kühlerabschnitten bei der berechneten Vorlauftemperatur tg und kehren Sie zu 85 und 60 ° C zurück. Der Rest der Anfangsdaten ist der gleiche.
Entscheidung.
In diesem Fall: Δtav = 52,5 ° C; Wärmeübertragung von Rohren wird sein
Sechs Abschnitte werden für die Installation akzeptiert. Die Zunahme der erforderlichen Anzahl von Kühlerabschnitten im zweiten Beispiel wird durch eine Abnahme der berechneten Durchfluss- und Rücklauftemperaturen im Heizsystem verursacht.
Nach Berechnungen (Beispiel 5) kann ein Wandkonvektor "Santechprom Super Auto" mit einem Nennwärmefluss von 3070 W zur Installation angenommen werden. Als Beispiel - ein Konvektor KSK 20-3070k mittlerer Tiefe mit einem eckigen Stahlventilkörper KTK-U1 und einem Schließabschnitt. Konvektorgehäuselänge 1273 mm, Gesamthöhe 419 mm
Die Kühlerlänge von 0,57 m beträgt weniger als die Hälfte der Fenstergröße. Daher sollten Sie einen Kühler mit einer niedrigeren Höhe installieren, z. B. vom Typ MC-140-300, dessen nominaler Wärmefluss eines Abschnitts, dessen qnom 0,12 kW (120 W) beträgt.
Wir finden die Anzahl der Abschnitte nach folgender Formel:
Wir akzeptieren acht Abschnitte für die Installation. Der Kühler ist 0,83 m lang, was mehr als der Hälfte der Fenstergröße entspricht.
Beispiel 3. Bestimmen Sie die erforderliche Anzahl von Abschnitten des Kühlers MC-140-M2, der unter Fensterbänken ohne Abschirmung von zwei Fenstern mit einer Größe von 1,5 x 1,5 m und einer Wand installiert ist, sofern bekannt: Das Heizsystem besteht aus einer vertikalen, offenen Verlegung mit zwei Rohren , Nenndurchmesser vertikaler Rohre innerhalb des Raumes 20 mm, horizontal (Anschlüsse vor und nach dem Heizkörper) 15 mm, der berechnete Wärmeverbrauch des Raumes Qpom beträgt 3000 W, die berechneten Temperaturen der Zu- und Ableitung betragen 95 und 70 ° C beträgt die Lufttemperatur im Raum tв = 20 ° C, der Anschluss des Gerätes
Gemäß dem "Top-Down" -Schema beträgt die Länge der vertikalen lw- und horizontalen lg-Rohre 6 bzw. 4 m. Nennwärmefluss eines Abschnitts qnom = 0,16 kW (160 W). Entscheidung.
1. Bestimmen Sie die Durchflussrate von Wasser Gpr, das durch zwei Heizkörper fließt:
Die Indikatoren n und p sind 0,3 bzw. 0,02; β = 1,02, β1 = 1 und b = 1.
2. Finden Sie die Temperaturdifferenz Δtav:
3. Wir finden die Wärmeübertragung von Rohren Qtr anhand der Tabellen zur Wärmeübertragung von offen verlegten vertikalen und horizontalen Rohren:
4. Bestimmen Sie die Gesamtzahl der Abschnitte Npr:
Wir akzeptieren zwei Heizkörper mit 9 und 10 Abschnitten für die Installation.
Beispiel 4. Bestimmen Sie die erforderliche Anzahl von MC-140-M2-Kühlerabschnitten bei der berechneten Versorgungswassertemperatur tg und umgekehrt zu 85 und 60 ° C. Der Rest der Anfangsdaten ist der gleiche.
Entscheidung.
In diesem Fall: Δtav = 52,5 ° C; Wärmeübertragung von Rohren wird sein:
Wir akzeptieren zwei Heizkörper mit 12 Abschnitten für die Installation.
Beispiel 5. Bestimmen Sie den Konvektortyp bei den Auslegungsversorgungswassertemperaturen tp und kehren Sie auf 85 und 60 ° C zurück und den berechneten Wärmeverbrauch des Raums Qpom auf 2000 W. Der Rest der Anfangsdaten ist in Beispiel 3 gezeigt: n = 0,3, p = 0,18.
In diesem Fall: Δtav = 52,5 ° C; Wärmeübertragung von Rohren wird sein:
Dann
Sie können einen Wandkonvektor "Santekhprom Super Auto" mit einem Nennwärmestrom von 3070 W für die Installation akzeptieren. Konvektor KSK 20-3070k mittlerer Tiefe, beispielsweise mit einem eckigen Stahlventilkörper KTK-U1 und einem Schließabschnitt. Die Länge des Konvektorgehäuses beträgt 1273 mm, die Gesamthöhe 419 mm.
Es ist auch möglich, einen von NBBK LLC hergestellten Konvektor KS20-3030 mit einem Nennwärmefluss von 3030 W und einer Gehäuselänge von 1327 mm zu installieren.
Beispiel für ein thermisches Design
Als Beispiel für die Wärmeberechnung gibt es ein reguläres 1-stöckiges Haus mit vier Wohnzimmern, einer Küche, einem Badezimmer, einem „Wintergarten“ und Hauswirtschaftsräumen.
Das Fundament besteht aus einer monolithischen Stahlbetonplatte (20 cm), die Außenwände aus Beton (25 cm) mit Putz, das Dach aus Holzbalken, das Dach aus Metall und Mineralwolle (10 cm)
Lassen Sie uns die Anfangsparameter des Hauses bestimmen, die für die Berechnungen erforderlich sind.
Gebäudeabmessungen:
- Bodenhöhe - 3 m;
- kleines Fenster der Vorder- und Rückseite des Gebäudes 1470 * 1420 mm;
- großes Fassadenfenster 2080 * 1420 mm;
- Eingangstüren 2000 * 900 mm;
- Hintertüren (Ausgang zur Terrasse) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.
Die Gesamtbreite des Gebäudes beträgt 9,5 m2, die Länge 16 m2. Nur Wohnzimmer (4 Stk.), Ein Badezimmer und eine Küche werden beheizt.
Um den Wärmeverlust an den Wänden genau vom Bereich der Außenwände zu berechnen, müssen Sie den Bereich aller Fenster und Türen abziehen - dies ist eine völlig andere Art von Material mit eigenem Wärmewiderstand
Wir beginnen mit der Berechnung der Flächen homogener Materialien:
- Grundfläche - 152 m2;
- Dachfläche - 180 m2 unter Berücksichtigung der Dachbodenhöhe von 1,3 m und der Laufbreite - 4 m;
- Fensterfläche - 3 * 1,47 * 1,42 + 2,08 * 1,42 = 9,22 m2;
- Türfläche - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m2.
Die Fläche der Außenwände beträgt 51 * 3-9,22-7,4 = 136,38 m2.
Fahren wir mit der Berechnung des Wärmeverlusts für jedes Material fort:
- Qpol = S · T · k / d = 152 · 20 · 0,2 / 1,7 = 357,65 W;
- Qroof = 180 * 40 * 0,1 / 0,05 = 14400 W;
- Qwindow = 9,22 · 40 · 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
- Qdoor = 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 W;
Und auch Qwall entspricht 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. Die Summe aller Wärmeverluste beträgt 19628,4 W.
Als Ergebnis berechnen wir die Kesselleistung: РKessel = Qloss * Sheat_room * К / 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.
Wir berechnen die Anzahl der Heizkörperabschnitte für einen der Räume. Für alle anderen sind die Berechnungen gleich. Ein Eckraum (links, untere Ecke des Diagramms) ist beispielsweise 10,4 m2 groß.
Daher ist 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.
Dieser Raum benötigt 9 Abschnitte eines Heizkörpers mit einer Wärmeleistung von 180 W.
Wir wenden uns der Berechnung der Kühlmittelmenge im System zu - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 Liter. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit des Kühlmittels beträgt: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) / 20 = 812,7 Liter.
Infolgedessen entspricht ein vollständiger Umsatz des gesamten Volumens des Kühlmittels im System dem 2,87-fachen pro Stunde.
Eine Auswahl von Artikeln zur thermischen Berechnung hilft bei der Bestimmung der genauen Parameter der Elemente des Heizsystems:
- Berechnung des Heizungssystems eines Privathauses: Regeln und Berechnungsbeispiele
- Wärmeberechnung eines Gebäudes: Besonderheiten und Formeln für die Durchführung von Berechnungen + praktische Beispiele
Berechnung eines Lamellenheizkörpers als Element eines Wärmetauschers mit erzwungener Konvektion.
Am Beispiel eines Intel Pentium4 Willamette 1,9-GHz-Prozessors und eines von der ADDA Corporation hergestellten B66-1A-Kühlers wird eine Technik vorgestellt, die das Verfahren zur Berechnung von Lamellenheizkörpern beschreibt, mit denen wärmeerzeugende Elemente elektronischer Geräte mit erzwungener Konvektion und flach gekühlt werden können Wärmekontaktflächen mit einer Leistung von bis zu 100 W. Die Technik ermöglicht die praktische Berechnung moderner hocheffizienter kleiner Geräte zur Wärmeabfuhr und deren Anwendung auf das gesamte Spektrum der kühlungsbedürftigen Funkelektronikgeräte.
In den Anfangsdaten festgelegte Parameter:
P.
= 67 W, die vom gekühlten Element abgegebene Leistung;
qmit
= 296 ° K, die Temperatur des Mediums (Luft) in Grad Kelvin;
qVor
= 348 ° K, die Grenztemperatur des Kristalls;
qR.
= nn ° K, Durchschnittstemperatur der Kühlkörperbasis (berechnet während der Berechnung);
H.
= 3 10-2 m, Höhe der Kühlerflosse in Metern;
d
= 0,8 10-3 m, Rippendicke in Metern;
b
= 1,5 10-3 m, der Abstand zwischen den Rippen;
lm
= 380 W / (m ° K), Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Heizkörpermaterials;
L.
= 8,3 10-2 m, die Größe des Kühlers entlang der Kante in Metern;
B.
= 6,9 10-2 m, die Größe des Kühlers über den Lamellen;
ABER
= 8 10-3 m, die Dicke der Kühlerbasis;
V.
³ 2 m / s, Luftgeschwindigkeit in den Kühlerkanälen;
Z.
= 27, die Anzahl der Kühlerlamellen;
uR.
= nn K, die Überhitzungstemperatur der Kühlkörperbasis, wird während der Berechnung berechnet;
eR.
= 0,7, der Schwärzungsgrad des Kühlers.
Es wird angenommen, dass sich die Wärmequelle in der Mitte des Heizkörpers befindet.
Alle linearen Abmessungen werden in Metern, die Temperatur in Kelvin, die Leistung in Watt und die Zeit in Sekunden gemessen.
Der Aufbau des Kühlers und die für die Berechnungen erforderlichen Parameter sind in Abb. 1 dargestellt.
Bild 1.
Berechnungsverfahren.
1. Bestimmen Sie die Gesamtquerschnittsfläche der Kanäle zwischen den Rippen nach folgender Formel:
Sк = (Z - 1) · b · H [1]
Für die akzeptierten Anfangsdaten - Sk = (Z - 1) b H = (27-1) 1,5 10-3 3 10-2 = 1,1 10-3 m2
Bei einer zentralen Installation des Lüfters tritt der Luftstrom durch die beiden Endflächen aus und die Querschnittsfläche der Kanäle verdoppelt sich auf 2,2 10-3 m2.
2. Wir stellen zwei Werte für die Temperatur der Basis des Kühlers ein und führen die Berechnung für jeden Wert durch:
qр = {353 (+ 80 ° С) und 313 (+ 40 ° С)}
Von hier aus wird die Überhitzungstemperatur des Kühlerfußes ermittelt. uR.
in Bezug auf die Umwelt.
uр = qр - qс [2]
Für den ersten Punkt ist uр = 57 ° K, für den zweiten uр = 17 ° K.
3. Bestimmen Sie die Temperatur q
erforderlich, um die Kriterien von Nusselt (Nu) und Reynolds (Re) zu berechnen:
q = qс + P / (2 · V · Sк · r · Cр) [3]
Wo: qmit
–
Umgebungslufttemperatur, Umgebung,
V.
- Luftgeschwindigkeit in den Kanälen zwischen den Rippen in m / s;
S.zu
- die Gesamtquerschnittsfläche der Kanäle zwischen den Rippen in m2;
r
- Luftdichte bei Temperatur
q
Mi, in kg / m3,
q
cf = 0,5 (
qp +qmit)
;
C.R.
- Wärmekapazität von Luft bei Temperatur
q
Mi, in J / (kg x ° K);
P.
- die vom Kühler abgegebene Leistung.
Für die akzeptierten Anfangsdaten gilt: q = qc + P / (2 V Sк r Cр) = 296 K + 67 / (2 2 m / s 1,1 10-3 m 2 1,21 1005) = 302, 3 ° C (29,3 ° C)
* Der Wert für einen bestimmten Lamellenkühler mit zentraler Lüfterinstallation. V.
aus Berechnungen 1,5 - 2,5 m / s (siehe Anhang 2), aus Veröffentlichungen [L.3] ca. 2 m / s. Für kurze, expandierende Kanäle wie den Golden Orb-Kühler kann die Kühlluftgeschwindigkeit 5 m / s erreichen.
4. Bestimmen Sie die Werte der Reynolds- und Nusselt-Kriterien, die zur Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten der Kühlerlamellen erforderlich sind:
Re = V · L / n [4]
Wo: n
- kinematischer Viskositätskoeffizient von Luft bei
qmit,m2/mit
aus Anhang 1, Tabelle 1.
Für die akzeptierten Anfangsdaten - Re = VL / n = 2 8,3 10-2 / 15,8 10-6 = 1,05 104
Nu = 0,032 Re 0,8 [5]
Für die akzeptierten Anfangsdaten - Nu = 0,032 Re 0,8 = 0,032 (2,62 104) 0,8 = 52,8
5. Bestimmen Sie den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten der Kühlerlamellen:
einzu
=Nu·lbeim/
L W / (m
2
K) [6]
Wo, l
- Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Luft (W / (m Grad)) bei
qmit
aus Anhang 1, Tabelle 1.
Für die akzeptierten Anfangsdaten gilt - ak = Nu · lv / L = 52,8 · 2,72 10-2 / 8,3 10-2 = 17,3
6. Bestimmen Sie die Hilfskoeffizienten:
m = (2 · ak / lm · d) 1/2 [7]
Wir bestimmen den Wert von mh und die Tangente des hyperbolischen th (mh).
Für die akzeptierten Anfangsdaten - m = (2 ak / lm d) 1/2 = (2 17,3 / (380 0,8 10-3)) 1/2 = 10,6
Für die akzeptierten Anfangsdaten - m · H = 10,6 · 3 10-2 = 0,32; th (m H) = 0,31
7. Bestimmen Sie die Wärmemenge, die durch Konvektion von den Kühlerlamellen abgegeben wird:
Prc = Z · lm · m · S · u · th (m · H) [8]
Wo: Z.
- Anzahl der Rippen;
lm
= Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Heizkörpermetalls, W / (m
·
° K);
m
- siehe Formel 7;
S.R.
- Querschnittsfläche der Kühlerlamelle, m2,
Sр = L · d [9]
uR.
- Überhitzungstemperatur des Kühlerfußes.
Sp = L d = 8,3 10-2 0,8 10-3 = 6,6 10-5 m2
Prk = Z · lm · m · S · u · th (m · H) = 27 · 380 · 10,6 · 6,6 10-5 · 57 · 0,31 = 127 W.
8. Bestimmen Sie die Durchschnittstemperatur der Kühlerflosse:
qср = (qр / 2) [1 + 1 / ch (m · H)] [10]
Wo: CH
(mH)
- Der Kosinus ist hyperbolisch.
Für die akzeptierten Anfangsdaten gilt qср = (qр / 2) [1 + 1 / ch (m · H)] = (353/2) [1 + 1 / 1,05] = 344 ° K (71 ° С)
* Die Größe der Tangente und des Kosinus von Hyperbel wird auf einem technischen Rechner berechnet, indem die Operationen "hyp" und "tg" oder "cos" nacheinander ausgeführt werden.
9. Bestimmen Sie den Strahlungswärmeübergangskoeffizienten:
al = eр · f (qср, qс) · j [11]
f (qср, qс) = 0,23 [5 10-3 (qср + qс)] 3
Für die akzeptierten Anfangsdaten ist f (qcr, qc) = 0,23 [5 10-3 (qcr + qc)] 3 = 0,23 [5 10-3 (335 + 296)] 3 = 7,54
Bestrahlungsstärkekoeffizient:
j = b / (b + 2h)
j = b / (b + 2H) = 1,5 10-3 / (1,5 10-3 + 3 10-2) = 0,048
al = eрf (qav, qs) j = 0,7 × 7,54 × 0,048 = 0,25 W / m 2 K.
10. Bestimmen Sie die Oberfläche des Strahlungswärmeflusses:
Sl = 2 L [(Z - 1) · (b + d) + d] + 2 H · L · Z (m 2) [12]
Für die akzeptierten Anfangsdaten gilt: Sl = 2 L [(Z - 1) · (b + d) + d] + 2 H · L · Z = 0,1445 m 2
11. Bestimmen Sie die Wärmemenge, die durch Strahlung abgegeben wird:
Pl = al · Sl (qav - qc) [13]
Für die akzeptierten Anfangsdaten ist Pl = alSl (qav - qc) = 0,25 0,1445 (344 - 296) = 1,73 W.
12. Die Gesamtwärmemenge, die der Kühler bei einer bestimmten Kühlertemperatur abgibt. Qр = 353 K:
P = Prk + Pl [14]
Für die akzeptierten Anfangsdaten gilt - P = Prk + Pl = 127 + 1,73 = 128,7 W.
13. Wir wiederholen die Berechnungen für die Kühlkörpertemperatur q
p = 313K, und wir zeichnen die thermischen Eigenschaften des berechneten Strahlers an zwei Punkten auf. Für diesen Punkt ist P = 38W. Hier wird entlang der vertikalen Achse die vom Strahler abgegebene Wärmemenge abgelagert
P.R.
und die horizontale Temperatur des Kühlers ist
qR.
.
Figur 2
Aus dem resultierenden Diagramm bestimmen wir für eine gegebene Leistung von 67 W, qR.
= 328 ° K oder 55 ° C.
14. Entsprechend der Wärmeeigenschaft des Heizkörpers bestimmen wir dies für eine gegebene Leistung P.R.
= 67 W, Kühlkörpertemperatur
qR.
= 328,5 ° C. Überhitzungstemperatur des Kühlers
uR.
kann durch Formel 2 bestimmt werden.
Es ist gleich uр = qр - qс = 328 - 296 = 32 ° K.
15. Bestimmen Sie die Temperatur des Kristalls und vergleichen Sie sie mit dem vom Hersteller festgelegten Grenzwert
qzu
=q
p + P (
r
pc +
r
pr) ° K = 328 + 67 (0,003 + 0,1) = 335 (62 ° C), [15]
Wo:
qR.
–
Temperatur der Basis des Kühlers für einen bestimmten Auslegungspunkt,
R.
- das Ergebnis der Berechnung nach der Formel 14,
r
pc - Wärmewiderstand des Prozessorgehäuses - Kristall, für diese Wärmequelle beträgt 0,003 K / W.
r
pr ist der Wärmewiderstand des Gehäusekühlers, für eine gegebene Wärmequelle beträgt er 0,1 K / W (mit wärmeleitender Paste).
Das erhaltene Ergebnis liegt unter der vom Hersteller festgelegten Maximaltemperatur und liegt nahe an den Daten [L.2] (ca. 57 ° C). In diesem Fall beträgt die Überhitzungstemperatur des Kristalls relativ zur Umgebungsluft in den obigen Berechnungen 32 ° C und in [L.2] 34 ° C.
Im Allgemeinen ist der Wärmewiderstand zwischen zwei ebenen Oberflächen bei Verwendung von Loten, Pasten und Klebstoffen:
r =
d
zu
lk-1
·
Scont
-1
[16]
Wo: d
k ist die Dicke des Spaltes zwischen dem Kühler und dem Fall der mit wärmeleitendem Material gefüllten gekühlten Einheit in m,
lzu
- Wärmeleitfähigkeitskoeffizient eines wärmeleitenden Materials im Spalt W / (m K),
S.Forts
Ist die Fläche der Kontaktfläche in m2.
Der ungefähre Wert von rcr bei ausreichendem Anziehen und ohne Dichtungen und Schmiermittel beträgt
rcr = 2,2 / Scont
Bei Verwendung von Pasten sinkt der Wärmewiderstand um das Zweifache.
16. Vergleichen qzu
mit
qVor
Wir haben einen Heizkörper zur Verfügung gestellt
qzu
= 325 ° K, weniger
qVor=
348 ° K, - der angegebene Kühler bietet dem thermischen Modus des Geräts einen Rand.
17. Bestimmen Sie den Wärmewiderstand des berechneten Heizkörpers:
r =
u
R.
/ P (° K / W) [17]
r = uр / P (° / W) = 32/67 = 0,47 ° / W.
Ergebnisse:
Der berechnete Wärmetauscher bietet eine Wärmeabfuhr von 67 W bei einer Umgebungstemperatur von bis zu 23 ° C, während die Kristalltemperatur von 325 ° K (62 ° C) die für diesen Prozessor zulässigen 348 ° K (75 ° C) nicht überschreitet.
Die Verwendung einer speziellen Oberflächenbehandlung zur Erhöhung der Wärmeleistung durch Strahlung bei Temperaturen bis zu 50 ° C erwies sich als unwirksam und kann nicht empfohlen werden, da zahlt die Kosten nicht aus.
Ich möchte, dass dieses Material Ihnen hilft, nicht nur einen modernen kleinen hocheffizienten Wärmetauscher zu berechnen und herzustellen, der den in der Computertechnologie weit verbreiteten ähnelt, sondern auch kompetent Entscheidungen über den Einsatz solcher Geräte in Bezug auf Ihre Aufgaben zu treffen .
Konstanten zur Berechnung des Wärmetauschers.
Tabelle 1
| qs, K. (° C) | l *10-2 W / (m K) | n * 10 6 m 2 / Sek | Durchschn. J / (kg * K) | r kg / m 2 |
| 273 (0) td> | 2,44 | 13,3 | 1005 | 1,29 |
| 293 (20) | 2,59 | 15,1 | 1005 | 1,21 |
| 333 (60) | 2,9 | 19 | 1005 | 1,06 |
| 373 (100) | 3,21 | 23,1 | 1009 | 0,95 |
Die Werte der Konstanten für Zwischentemperaturen können in erster Näherung erhalten werden, indem die Diagramme der Funktionen für die in der ersten Spalte angegebenen Temperaturen aufgetragen werden.
Anlage 2.
Berechnung der Bewegungsgeschwindigkeit der Luftkühlung des Kühlers.
Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kühlmittels bei erzwungener Konvektion in Gasen:
V = Gv / Sк
Wobei: Gv der Volumenstrom des Kühlmittels ist (für einen 70x70-Lüfter Sp = 30 cm2, 7 Schaufeln, Rem = 2,3 W, w = 3500 U / min, Gv = 0,6-0,8 m3 / min. Oder tatsächlich 0, 2 -0,3 oder V = 2 m / s),
Sк - Kanalquerschnittsfläche frei für den Durchgang.
Wenn man bedenkt, dass die Strömungsfläche des Lüfters 30 cm² und die Fläche der Kühlerkanäle 22 cm² beträgt, wird die Luftblasgeschwindigkeit als niedriger bestimmt und ist gleich:
V = Gv / S = 0,3 m3
/ min / 2,2 10
-3
m
2
= 136 m / min = 2,2 m / s.
Für Berechnungen nehmen wir 2 m / s.
Literatur:
- Handbuch des Designers REA unter der Leitung von RG Varlamov, M, Sowjetisches Radio, 1972;
- Handbuch des CEA-Designers, Hrsg. Von RG Varlamov, M, Sowjetisches Radio, 1980;
- https://www.ixbt.com/cpu/, Kühler für Sockel 478, Frühjahr-Sommer 2002, Vitaly Krinitsin
, Veröffentlicht - 29. Juli 2002;
- https://www.ixbt.com/cpu/, Messung der Luftgeschwindigkeiten hinter Lüftern und Kühlern, Alexander Tsikulin, Alexey Rameykin, Veröffentlicht - 30. August 2002.
hergestellt im Jahr 2003 basierend auf den Materialien L.1 und 2
Sorokin A.D.
Diese Technik kann hier im PDF-Format heruntergeladen werden.
Präzise Berechnung der Wärmeabgabe
Hierzu werden Korrekturfaktoren verwendet:
- K1 hängt von der Art der Fenster ab. Zweikammer-Doppelverglasungsfenster entsprechen 1, gewöhnliche Verglasung - 1,27, Dreikammerfenster - 0,85;
- K2 zeigt den Grad der Wärmedämmung der Wände. Sie liegt im Bereich von 1 (Schaumbeton) bis 1,5 für Betonblöcke und 1,5 Ziegel;
- K3 gibt das Verhältnis zwischen Fensterfläche und Boden wieder. Je mehr Fensterrahmen vorhanden sind, desto größer ist der Wärmeverlust. Bei 20% Verglasung beträgt der Koeffizient 1 und bei 50% steigt er auf 1,5;
- K4 hängt von der Mindesttemperatur außerhalb des Gebäudes während der Heizperiode ab. Eine Temperatur von -20ºC wird als Einheit genommen, und dann werden alle 5 Grad 0,1 addiert oder subtrahiert;
- K5 berücksichtigt die Anzahl der Außenwände. Der Koeffizient für eine Wand ist 1, wenn es zwei oder drei gibt, dann ist er 1,2, wenn vier - 1,33;
- K6 gibt den Zimmertyp an, der sich über einem bestimmten Raum befindet. Wenn sich oben eine Wohnetage befindet, beträgt der Korrekturwert 0,82, ein warmer Dachboden - 0,91, ein kalter Dachboden - 1,0;
- K7 - hängt von der Höhe der Decken ab. Für eine Höhe von 2,5 Metern ist dies 1,0 und für 3 Meter - 1,05.
Wenn alle Korrekturfaktoren bekannt sind, wird die Leistung des Heizungssystems für jeden Raum nach folgender Formel berechnet:
Wärmeberechnung eines Raumes und eines Gebäudes als Ganzes, Wärmeverlustformel
Thermische Berechnung
Bevor Sie das Heizsystem für Ihr eigenes Haus berechnen, müssen Sie einige Daten herausfinden, die sich auf das Gebäude selbst beziehen.
Aus dem Projekt des Hauses lernen Sie die Abmessungen der beheizten Räumlichkeiten kennen - die Höhe der Wände, die Fläche, die Anzahl der Fenster- und Türöffnungen sowie deren Abmessungen. Wie sich das Haus in Bezug auf die Kardinalpunkte befindet. Beachten Sie die durchschnittlichen Wintertemperaturen in Ihrer Region. Aus welchem Material besteht das Gebäude selbst?
Besonderes Augenmerk auf Außenwände. Stellen Sie sicher, dass Sie die Komponenten vom Boden bis zum Boden bestimmen, einschließlich des Fundaments des Gebäudes. Gleiches gilt für die oberen Elemente, d. H. Die Decke, das Dach und die Platten.
Mit diesen Parametern der Struktur können Sie mit der hydraulischen Berechnung fortfahren. Seien wir ehrlich, alle oben genannten Informationen sind verfügbar, sodass es keine Probleme beim Sammeln geben sollte.
Umfassende Wärmelastberechnung
Neben der theoretischen Lösung von Problemen im Zusammenhang mit thermischen Belastungen werden während des Entwurfs eine Reihe praktischer Maßnahmen durchgeführt. Umfassende wärmetechnische Untersuchungen umfassen die Thermografie aller Gebäudestrukturen, einschließlich Decken, Wände, Türen, Fenster. Dank dieser Arbeit ist es möglich, verschiedene Faktoren zu bestimmen und aufzuzeichnen, die den Wärmeverlust eines Hauses oder Industriegebäudes beeinflussen.
Thermische Untersuchungen liefern die zuverlässigsten Daten zu Wärmebelastungen und Wärmeverlusten für ein bestimmtes Gebäude über einen bestimmten Zeitraum. Praktische Maßnahmen ermöglichen es, klar zu demonstrieren, was theoretische Berechnungen nicht zeigen können - Problembereiche der zukünftigen Struktur.
Aus alledem kann geschlossen werden, dass die Berechnungen der Wärmelasten für die Warmwasserversorgung, Heizung und Lüftung, ähnlich wie die hydraulische Berechnung des Heizungssystems, sehr wichtig sind und auf jeden Fall vor Beginn der Anordnung durchgeführt werden sollten des Wärmeversorgungssystems in Ihrem eigenen Haus oder in einer Einrichtung für einen anderen Zweck. Wenn die Arbeitsweise korrekt ausgeführt wird, wird das störungsfreie Funktionieren der Heizstruktur ohne zusätzliche Kosten sichergestellt.
Videobeispiel zur Berechnung der Wärmebelastung des Heizungssystems eines Gebäudes:
