Výpočet objemu chladicí kapaliny pro topný systém

Průtok chladicí kapaliny je důležitý parametr, který je nutné vypočítat při návrhu autonomního topného systému. Tato hodnota se bere v úvahu při výběru oběhového čerpadla, radiátorů, kotle a dalších typů topných zařízení. Pokud je výpočet průtoku chladicí kapaliny proveden nesprávně, může to mít v budoucnu negativní důsledky.

• Za prvé, systém nemusí být schopen vyrovnat se se zátěží, což bude mít za následek nedostatečnou teplotu v místnostech i při zapnutí kotle a čerpadla na plný výkon.
• Za druhéoběhové čerpadlo pracující na svůj maximální výkon se může rychleji opotřebovat a selhat.

Abyste se vyhnuli těmto a dalším problémům, měli byste pečlivě prostudovat koncept hmotnostního průtoku chladicí kapaliny a naučit se tuto hodnotu vypočítat.

Co je tok chladicí kapaliny

Tato charakteristika určuje objem pracovní kapaliny, který musí každou sekundu protékat radiátory, kotlem nebo potrubím, aby systém zajistil požadovaný přenos tepla a vytvořil komfortní teplotní režim v místnostech. Na základě této definice se průtok horké chladicí kapaliny vypočítá v kilogramech za sekundu (kg/s). Například pokud výpočty přinesly výsledek 10 kg/s, znamená to, že za jednu sekundu by mělo protéct 10 kilogramů vody nebo speciální nemrznoucí směsi libovolným bodem v topném okruhu. Pokud je skutečný průtok chladicí kapaliny v topném systému nižší než vypočítaný, bude do radiátorů dodáváno méně tepelné energie. V souladu s tím se zahřejí na nižší teplotu a v místnostech nebude možné nastavit optimální teplotu.

Na čem závisí průtok chladicí kapaliny?

Podle teorie se výpočet průtoku chladicí kapaliny tepelným zatížením provádí s ohledem na tři hlavní parametry: návrhový výkon systému, tepelnou kapacitu pracovní tekutiny a teplotní rozdíl na vstupu a výstupu z kotle. Každá z těchto charakteristik zase závisí na mnoha dalších faktorech. Například návrhová kapacita je dána plochou a objemem vytápěných prostor, kvalitou tepelné izolace, vlastnostmi místního klimatu atd. Tepelná kapacita chladicí kapaliny závisí na jejím chemickém složení. Teplotní rozdíl se může snižovat nebo zvětšovat v závislosti na vlastnostech topných baterií a jejich množství, materiálu potrubí, výkonu oběhového čerpadla atd. Aby bylo možné správně určit průtok chladicí kapaliny na základě tepelného zatížení, každá ze tří uvedených hodnot ​by měla být zvážena podrobněji.

Návrhový výkon otopné soustavy

Tento indikátor by neměl být zaměňován s výkonem kotle. Návrhová kapacita systému se vypočítává individuálně pro každou budovu s přihlédnutím k mnoha různým parametrům:

• materiály stěn, stropů a stropů, jejich tepelně vodivé vlastnosti a tepelná kapacita;
• klimatická specifika v konkrétním regionu, průměrná roční teplota;
• počet instalovaných radiátorů a jejich vlastnosti;
• tepelné ztráty v potrubí;
• požadovaná pokojová teplota atd.

Na základě vypočteného projektového výkonu je vybrán topný kotel s odpovídajícími charakteristikami. Výkon kotlové jednotky se zpravidla volí s rezervou pro případ nepředvídaných situací: abnormální mrazy, instalace přídavných baterií atd.

Typ a vlastnosti chladicí kapaliny

Nejčastěji se v autonomních topných systémech používá destilovaná voda nebo speciální nemrznoucí směs – Termagent. První možnost umožňuje ušetřit peníze, ale voda se rychle kontaminuje cizími látkami, což způsobuje tvorbu vnitřních usazenin a přispívá k rozvoji koroze. Jeho tepelná kapacita je 4200 J/kg•K v tomto ukazateli je voda lepší než jakákoli jiná kapalina. Topné nemrznoucí směsi, jako je Thermagent, jsou na alkoholové bázi a obsahují etylenglykol nebo propylenglykol. Pokud jde o měrnou tepelnou kapacitu, nejsou absolutně horší než běžná voda a ve všech ostatních parametrech ji předčí. Za prvé, takové kompozice mají jemný účinek na radiátory, kotle, oběhová čerpadla a potrubí, což zabraňuje předčasným opravám. Za druhé, tepelné činidlo je nekorozivní a poskytuje spolehlivou ochranu kovových povrchů. Za třetí, takové kapaliny mají nízkou krystalizační teplotu, která zabraňuje zamrznutí kapaliny při plánovaném nebo nouzovém odstavení kotle v mrazivém počasí.

Co ovlivňuje přenos tepla

Při navrhování topných sítí je třeba počítat s přenosem tepla baterií, potrubí a dalších prvků systému. V praxi se to projevuje rozdílem teplot na vstupu a výstupu z kotle. Když ohřátá nemrznoucí kapalina opustí kotel, předá část naakumulované tepelné energie radiátorům, potrubí a oběhovému čerpadlu. V souladu s tím se po projetí celého kruhu mírně ochladí. Dále se ochlazená nemrznoucí kapalina vrací přívodním potrubím zpět do kotle, ohřívá se na nastavenou teplotu a cyklus se opakuje. Rozdíl teplot na vstupu a výstupu kotle přímo ovlivňuje průtok chladicí kapaliny. Pokud kapalina cirkuluje okruhem rychleji (například když je oběhové čerpadlo zapnuto na plný výkon), bude protékat radiátory rychleji. V důsledku toho se chladicí kapalina za kratší dobu ochladí méně. Rozdíl teplot bude tím větší, čím vyšší bude přenos tepla radiátorů a tím větší bude jejich počet v systému. Protékající pěti bateriemi se kapalina ochladí více, než když protéká třemi podobnými bateriemi za stejnou dobu.

Inženýrský vzorec

Při návrhu topného systému se nejčastěji používá vzorec průtok chladicí kapaliny m = Q / (Cp × Δt). Hodnota Q je návrhový výkon systému. Cp je měrná tepelná kapacita kapaliny, která se používá jako chladivo. U různých nemrznoucích směsí se může výrazně lišit. Chcete-li zjistit konkrétní hodnotu, musíte si přečíst dokumentaci k chladicí kapalině nebo katalogový popis. Tyto informace lze také získat od výrobce materiálu.

Aby se předešlo chybám, je nutné zachovat stejné pořadí zadávaných parametrů. Pokud je například výkon Q uveden v kW, pak je třeba do vzorce zadat měrnou tepelnou kapacitu v kJ/kg•K. Pokud je tedy Q uvedeno ve wattech, pak by rozměr tepelné kapacity měl být J/kg•K bez předpony „kilo“.

Uveďme si jednoduchý příklad. Odhadovaný výkon autonomního topného systému je 50 kW. Místo obyčejné vody se do okruhu plní chladivo o měrné tepelné kapacitě 0,9 kJ/kg•K. Teplotní rozdíl mezi vstupním a výstupním potrubím kotle je 10 stupňů. V tomto případě odhadovaný průtok chladicí kapaliny budou rovné 50/0,9•10 = 5,56 kg/s.

Dodatečné kurzy

Výše popsaný vzorec m = Q/(Cp × Δt) v původní podobě lze použít pouze v idealizovaných podmínkách, kdy vytápění domu není ovlivněno vnějšími faktory. V praxi jsou takové situace nemožné, protože teplo nevyhnutelně uniká stěnami, okny, stropy a podlahami. Různé stavební materiály (cihla, dřevo, beton atd.) mají různou odolnost proti prostupu tepla. Ve výpočtech se často používají následující koeficienty:

• 1,33–1,56 – stěny objektu jsou zděné z dřevěných trámů tloušťky 200–240 mm;
• 1,4 – stěny se skládají z ozdobných cihel a mají tloušťku 65 cm;
• 1,28 – pro zdivo tloušťky 65 cm s vnitřní vzduchovou mezerou;
• 1,13 – stěny jsou zděné, tloušťka zdiva 65 cm, bez vzduchové mezery;
• 1,0 – místnost má hotové podlahy, pod kterými jsou dřevěná polena nebo zemina;
• 0,9 – tento koeficient se používá v tepelných výpočtech pro atiky pokryté vlnitým ocelovým plechem, dlaždicemi nebo azbestocementem;
• 0,8 – pro podkroví s podobnou krytinou, ale souvislou podlahou;
• 0,75 – pro budovy, jejichž střechy jsou pokryty rolovanou podlahou;
• 0,7 – toto je indikátor odporu pro vnitřní stěny sousedící s nevytápěnými místnostmi bez vnějších stěn;
• 0,6 – pro prostory se suterény umístěnými pod povrchem terénu nebo ve výšce do 1 m nad ním;
• 0,4 – podobně jako v předchozím bodě, ale sousední místnosti mají vnější stěny.

Tyto koeficienty se přičtou ke jmenovateli vzorce m = Q / (Cp × Δt). Konečný vzorec tedy bude m = Q / k (Cp × Δt), kde k je parametr odporu prostupu tepla.

Výběr oběhového čerpadla na základě průtoku chladicí kapaliny

V technických specifikacích oběhových čerpadel se zpravidla uvádí průtok v litrech za minutu (l/min). Ve výše popsaném vzorci je výsledek vyjádřen v kilogramech za sekundu (kg/s). Chcete-li tedy vybrat čerpací jednotku, musíte provést jednoduché transformace. Za prvé, množství nemrznoucí směsi musí být vypočteno ne v kilogramech, ale v litrech. K tomu je třeba získaný výsledek vydělit hustotou nemrznoucí směsi. Například, pokud má kapalina hustotu 1,06 g/cm3, pak bude průtok v litrech z výše uvedeného výpočtu roven 5,56/1,06 = 5,25 l/s. Za druhé, místo sekund by se měly používat minuty. K tomu je třeba vynásobit výsledek 60. V tomto příkladu bude průtok 5,25•60 = 315 l/min. S ohledem na možnou chybu by mělo být čerpadlo vybráno s určitou rezervou výkonu, například 330–350 l/min.

Průtok chladicí kapaliny chladičem

Ve většině případů se pro výběr vhodného oběhového čerpadla vypočítá průtok. I to je ale třeba vzít v úvahu při výběru topných radiátorů. Faktem je, že spotřeba nemrznoucí směsi v topném systému je úměrná průtoku kapaliny. Čím silnější je tlak v potrubí, tím vyšší je tlak. Odpovídající tlak bude přítomen v radiátorech. Každý typ topné baterie má maximální povolený tlak. Pokud tento indikátor překročí limit, může dojít k odtlakování chladiče a úniku. To je zvláště důležité, pokud je teplo dodáváno do panelových baterií. Takové radiátory vydrží menší tlak než sekční. Panelové baterie by se proto měly instalovat, pokud je průtok chladicí kapaliny chladičem relativně nízký.

Objem chladicí kapaliny v systému

Při provádění výpočtů a návrhu topného systému nestačí vědět, jak vypočítat průtok chladicí kapaliny. Je také nutné vzít v úvahu objem pracovní kapaliny v topném okruhu. Tento parametr je nutné vypočítat, aby bylo možné zakoupit dostatečné množství nemrznoucí směsi a vyhnout se jejímu doplňování. Celkový objem chladicí kapaliny v systému se skládá ze tří složek:

• kapacita výměníku tepla v kotli;
• objem radiátorů;
• objem potrubí.

První dvě hodnoty naleznete v technické dokumentaci kotle a topných baterií. Většina kotlových jednotek má tepelné výměníky dimenzované na 3–7 litrů. Modely na tuhá paliva jsou prostornější a pojmou až 25 litrů nemrznoucí směsi. Kapacita otopných těles závisí na velikosti sekcí nebo panelů, jejich počtu a provedení. V průměru jedna sekce litinové baterie pojme 1,5 litru kapaliny, bimetalická – 0,3 litru, hliníková – asi 0,4 litru.

Co je třeba vzít v úvahu při výpočtu objemu nemrznoucí směsi

Výpočet celkové kapacity potrubí je poměrně jednoduchý. Pokud systém používá trubky stejné standardní velikosti, stačí změřit jejich vnitřní průměr a celkovou délku. Objem se vypočítá podle vzorce V = π × r2 × L, kde π = 3,14, L je délka potrubí a r je poloměr vnitřního průřezu potrubí (polovina jeho průměru). Aby se předešlo chybám, musí být délka a poloměr měřeny ve stejném rozměru – například v metrech. Pokud je průřez měřen v milimetrech, měla by být délka také uvedena v mm a vypočítaný objem bude měřen v milimetrech krychlových (mm 3). Chcete-li převést krychlové milimetry na litry, musíte výsledek v mm 3 vydělit 1.000.000 XNUMX XNUMX. Pro zjednodušení výpočtů můžete použít typické hodnoty pro potrubí standardních velikostí. Níže uvedený seznam uvádí hodnoty v následujícím pořadí: velikost potrubí v palcích, vnitřní průměr a objem na metr délky.

• 1/2, 15 mm – 0,177 l/m;
• 3/4, 20 mm – 0,314 l/m;
• 1 mm – 25 l/m;
• 1 1/2, 40 mm – 1,257 l/m;
• 2 mm – 50 l/m.

Podívejme se na příklad. Systém využívá kotel s 6-litrovým výměníkem, 10 radiátory o objemu 4 litry každý a 50 metrů 3/4-palcového potrubí. Celkový objem systému bude 6 + 10 × 4 + 50 × 0,314 = 61,7 litrů.

Jakou chladicí kapalinu použít v systému

Aby autonomní topný systém efektivně plnil své funkce, je důležité nejen správně vypočítat průtok chladicí kapaliny, ale také jej správně vybrat z hlediska složení a vlastností. Nedoporučuje se používat běžnou vodu, dokonce ani dobře vyčištěnou. To může vést k předčasným poruchám kotle a předčasnému opotřebení radiátorů a také k ucpání potrubí. Do okruhu je nutné nalít speciální nemrznoucí směs – Thermal Agent, která musí mít následující vlastnosti.

Dostatečná tepelná kapacita. Na této charakteristice závisí schopnost kapaliny akumulovat tepelnou energii a přenášet ji z kotle do topných baterií.

Chemická neutralita. Látky, které tvoří chladicí kapalinu, nesmí vstupovat do chemických reakcí s kovy, plasty, pryží a jinými materiály používanými v kotlích, radiátorech, čerpadlech, potrubích a těsněních.

Odolnost proti mrazu. Obyčejná voda se při nulové teplotě začne měnit v led. Pokud je kotel v zimě vypnut z důvodu zbytečného používání nebo poruchy, může kapalina zamrznout a protrhnout potrubí, baterie a výměník tepla kotle zevnitř. To je způsobeno skutečností, že led má hustotu o 10 % menší než kapalná voda. Speciální topné nemrznoucí směsi mají vysokou mrazuvzdornost. Například ethylenglykolové tepelné činidlo krystalizuje při -65 °C.

Security. Výpary chladicí kapaliny by neměly představovat hrozbu pro lidské zdraví. To je kritické, protože pracovní tekutina se může odpařovat a šířit uvnitř netěsnostmi, otevřeným uzávěrem expanzní nádrže a jinými způsoby. Obsah těkavých toxických látek v topné nemrznoucí směsi je nepřijatelný.

Závěr

Správná volba nemrznoucí směsi a přesný výpočet průtoku chladicí kapaliny jsou jednou z klíčových podmínek pro stabilní a efektivní provoz topného systému. Kvalitní kapalina zajistí kvalitní výměnu tepla a příjemné vnitřní mikroklima a správný výpočet průtoku vám umožní vybrat oběhové čerpadlo s nejvhodnějšími technickými vlastnostmi.

Publikováno: Jevgenij Afanasjev
Aktualizováno: 17.12.2020

Majitelé domů nebo bytů s autonomními systémy ohřevu vody někdy potřebují přesně určit celkový objem systému. Nejčastěji je to kvůli nutnosti provádět určité preventivní a běžné údržbářské práce, během nichž bude nutné systém zcela vyprázdnit a poté naplnit novým chladivem. Při použití běžné vody to nemusí být tak relevantní (i když je vhodné ji na takovou „misi“ řádně připravit), ale při nákupu speciálního chladiva, které může být drahé, nelze nákup plánovat bez znalosti objemu.

Informace o objemu topného systému mohou být nezbytné i pro jiné účely. Tato hodnota je například nutná pro správný výběr expanzní nádrže. Některé výpočty prováděné během modernizace systému a výměny toho či onoho zařízení mohou také vyžadovat tuto hodnotu pro dosazení do vzorců pro tepelnou techniku. Jedním slovem, znalost takového parametru nikdy nebude zbytečná. A kalkulačka pro výpočet celkového objemu topného systému, která je uvedena níže, vám s ním pomůže rozhodnout.

Ceny za expanzní nádoby

Během výpočtu mohou vzniknout určité nejasnosti – v tomto případě jsou potřebná vysvětlení uvedena pod kalkulačkou.

Kalkulačka pro výpočet celkového objemu topného systému

Vysvětlení, jak provádět výpočty

Šéfredaktor projektu Stroyday.ru. Inženýr.

Pokud tedy neexistuje způsob, jak experimentálně změřit objem topného systému (například opatrným naplněním z vodovodu a zaznamenáním údajů z vodoměru), budete muset provést matematické výpočty. Ty spočívají v tom, že se sečtou objemy všech zařízení a potrubních okruhů instalovaných v systému. Některé hodnoty by již měly být známy, zbytek lze vypočítat pomocí geometrických vzorců pro objem.

• Objem tepelného výměníku kotle – tato hodnota je vždy uvedena v technické dokumentaci jakéhokoli modelu.
• Objem expanzní nádrže. I toto by měli majitelé znát. Kalkulačka zohledňuje skutečnost, že žádná nádrž by nikdy neměla být naplněna až po okraj.

Mimochodem, někdy je nutné řešit trochu jiný problém – zjistit objem systému bez expanzní nádrže, konkrétně pro její správný výběr. V tomto případě je nutné na posuvníku „objem expanzní nádrže“ nastavit hodnotu „0“ a výsledná hodnota se stane výchozím bodem pro výběr optimálního modelu.

Jak se vypočítá expanzní nádrž?

Toto je povinný prvek topného systému, který musí plně splňovat jeho parametry. Jak vypočítat požadovaný objem membránové expanzní nádrže – přečtěte si v publikaci věnované jejímu vytvoření uzavřené topné systémy .

• Další pozicí je objem instalovaných zařízení pro výměnu tepla. U odnímatelných baterií můžete zadat počet sekcí a jejich typ – objem nejběžnějších radiátorů je již zahrnut ve výpočtovém programu. Pokud jsou radiátory nebo konvektory neodnímatelné, je jejich kapacita uvedena podle pasu a podle toho i počet zařízení.

Pokud má dům podlahové vytápění, výpočet se provede na základě celkové délky okruhů a typu použitých trubek. Databáze programu obsahuje potřebné parametry pro okruhy vyrobené z kovovoplastových trubek a pro nevyztužený PEH – vyrobený ze síťovaného polyethylenu.

• Významná část celkového objemu topného systému vždy připadá na okruhy – přívodní a vratné potrubí. Je charakteristické, že při instalaci se často používají různé typy, a to nejen vnějším průměrem, ale také materiálem výroby. A protože různé typy mohou mít výrazně odlišné vnitřní průměry (kvůli různým tloušťkám stěn při stejných vnějších průměrech), ovlivňuje to i objemy.

Výpočetní algoritmus to zohledňuje. Stačí předem změřit délku úseků každého typu potrubí a poté je zadat do odpovídajících polí pro zadávání dat kalkulačky. Například systém používá ocelové trubky VGP. V kalkulačce označíme, že ano, jsou k dispozici – a zobrazí se skupina posuvníků, ve kterých zbývá pouze zadat délku úseků pro každý z jejich stávajících standardních průměrů. Pokud nějaký průměr v systému není, ponechá se výchozí hodnota délky, tj. „0“.

Zadávání dat a výpočet objemu jsou organizovány stejným způsobem pro ostatní typy potrubí – kovoplastové a vyztužené polypropylenové trubky.

• Topný systém může mít instalována i další zařízení, která pojmou určitý objem chladicí kapaliny – jedná se o tovární kolektory, vyrovnávací nádrže (tepelné akumulátory), kotle, hydraulické odlučovače. Pokud je takové zařízení k dispozici, stačí v kalkulačce vybrat odpovídající položku, aby se objevilo další okno pro zadání pasové hodnoty objemu zařízení (jednoho nebo více najednou – celkem).

Kalkulačka zobrazí konečnou hodnotu v litrech.