Miten lasketaan jäähdytysnesteen määrä lämmitysjärjestelmässä?

Jäähdytysnesteen virtausnopeus on tärkeä parametri, joka on laskettava autonomista lämmitysjärjestelmää suunniteltaessa. Tämä arvo otetaan huomioon valittaessa kiertovesipumppua, pattereita, kattilaa ja muita lämmityslaitteita. Jos jäähdytysnesteen virtausnopeuden laskenta suoritetaan väärin, se voi tulevaisuudessa johtaa kielteisiin seurauksiin.

• Ensinnäkin, järjestelmä ei välttämättä pysty selviytymään kuormituksesta, minkä vuoksi tilojen lämpötila ei ole riittävä, vaikka kattila ja pumppu olisivat täydellä teholla päällä.
• Toiseksi, kiertovesipumppu, joka työskentelee mahdollisuuksiensa äärirajoilla, voi kulua nopeammin ja vioittua.

Näiden ja muiden ongelmien välttämiseksi on tarpeen tutkia perusteellisesti jäähdytysnesteen massavirran käsitettä ja oppia, miten tämä arvo lasketaan.

Mikä on jäähdytysnesteen virtausnopeus

Tämä ominaisuus määrittää sen käyttöaineen määrän, jonka on virrattava joka sekunti pattereiden, kattilan tai putkien läpi, jotta järjestelmä tuottaa vaaditun lämmönsiirron ja luo tiloihin miellyttävän lämpötilan. Tämän määritelmän perusteella lämpimän nesteen virtausnopeus lasketaan kilogrammoina sekunnissa (kg/s). Jos laskelmien tulokseksi saadaan esimerkiksi 10 kg/s, se tarkoittaa, että yhden sekunnin aikana lämmityspiirin mielivaltaisen pisteen läpi pitäisi virrata 10 kilogrammaa vettä tai erikoisjäähdytysnestettä. Jos jäähdytysnesteen todellinen virtausnopeus lämmitysjärjestelmässä on pienempi kuin laskettu, pattereihin syötetään vähemmän lämpöenergiaa. Näin ollen ne lämpenevät alhaisempaan lämpötilaan, eivätkä tilat pysty saavuttamaan optimaalista lämpötilaa.

Mistä jäähdytysnesteen virtausnopeus riippuu

Teorian mukaan jäähdytysnesteen virtausnopeuden laskennassa lämpökuormalle otetaan huomioon kolme pääparametria: järjestelmän mitoituskapasiteetti, työstönesteen lämpökapasiteetti ja kattilan sisään- ja ulostulon välinen lämpötilaero. Kukin näistä ominaisuuksista puolestaan riippuu monista muista tekijöistä. Suunnittelukapasiteetti määräytyy esimerkiksi lämmitettävien tilojen pinta-alan ja tilavuuden, lämmöneristyksen laadun, paikallisen ilmaston ja muiden tekijöiden perusteella. Lämmönsiirtoaineen lämpökapasiteetti riippuu sen kemiallisesta koostumuksesta. Lämpötilaero voi pienentyä tai kasvaa riippuen lämmityspattereiden ominaisuuksista ja niiden lukumäärästä, putkien materiaalista, kiertovesipumpun tehosta jne. Jotta lämmönsiirtoaineen virtausnopeus voitaisiin määrittää oikein lämpökuorman mukaan, kutakin kolmesta luetellusta arvosta olisi tarkasteltava tarkemmin.

Lämmitysjärjestelmän suunniteltu kapasiteetti

Tätä ilmaisinta ei pidä sekoittaa kattilan tehoon. Järjestelmän mitoitusteho lasketaan kullekin rakennukselle erikseen ottaen huomioon monia eri parametreja:

• seinien, kattojen ja lattioiden materiaalit, niiden lämmönjohtavuus ja lämpökapasiteetti;
• tietyn alueen ilmaston erityispiirteet, vuotuinen keskilämpötila;
• asennettavien pattereiden lukumäärä ja niiden ominaisuudet;
• putkien lämpöhäviöt;
• vaadittu huoneenlämpötila jne.

Lasketun suunnittelukapasiteetin perusteella valitaan ominaisuuksiltaan sopiva lämmityskattila. Yleensä kattilayksikön kapasiteetti valitaan siten, että siinä on varaa ennakoimattomien tilanteiden varalta: poikkeukselliset pakkaset, lisäakkujen asentaminen jne.

Jäähdytysnesteen tyyppi ja ominaisuudet

Automaattisissa lämmitysjärjestelmissä käytetään useimmiten tislattua vettä tai erityistä jäätymisenestoainetta - Thermagent. Ensimmäisen vaihtoehdon avulla voit säästää budjettia, mutta vesi saastuu nopeasti ulkoisilla aineilla, aiheuttaa sisäisten kerrostumien muodostumista ja edistää korroosion kehittymistä. Sen lämpökapasiteetti on 4200 J/kg-K, tämän indikaattorin mukaan vesi ylittää kaikki muut nesteet. Lämmitysjäähdyttimet, kuten Thermagent, ovat alkoholipohjaisia ja sisältävät etyleeniglykolia tai propyleeniglykolia. Ominaislämpökapasiteetin suhteen ne eivät missään nimessä ole huonompia kuin tavallinen vesi ja ylittävät sen kaikissa muissa parametreissa. Ensinnäkin tällaisilla koostumuksilla on hellävarainen vaikutus pattereihin, kattiloihin, kiertovesipumppuihin ja putkiin, mikä ehkäisee ennenaikaisia korjauksia. Toiseksi Thermagent ei aiheuta korroosiota ja suojaa luotettavasti metallipintoja. Kolmanneksi tällaisilla nesteillä on alhainen kiteytymislämpötila, mikä estää nesteen jäätymisen kattilan suunnitellun tai hätäseisokin aikana pakkassäällä.

Mikä vaikuttaa lämmöntuottoon

Lämmitysverkostoja suunniteltaessa on pakko laskea pattereiden, putkien ja muiden järjestelmän osien lämmöntuotto. Käytännössä tämä näkyy kattilan tulo- ja poistoaukon välisenä lämpötilaerona. Kun lämmitetty pakkasneste poistuu kattilalaitteesta, se luovuttaa osan kertyneestä lämpöenergiasta pattereille, putkille ja kiertovesipumpulle. Näin ollen se jäähtyy hieman sen jälkeen, kun se on tehnyt täyden kierroksen. Jäähtynyt pakkasneste palaa sitten takaisin kattilaan tuloputken kautta, lämmitetään uudelleen asetettuun lämpötilaan ja kierto toistuu. Kattilan tulo- ja poistoputken välinen lämpötilaero vaikuttaa suoraan jäähdytysnesteen virtausnopeuteen. Jos neste kiertää nopeammin piirin läpi (esim. kun kiertovesipumppu on täydellä teholla), se virtaa pattereiden läpi nopeammin. Vastaavasti jäähdytysneste jäähtyy lyhyemmässä ajassa. Lämpötilaero on sitä suurempi, mitä suurempi on jäähdyttimien lämmöntuotto ja mitä enemmän jäähdyttimiä järjestelmässä on. Virtaamalla viiden patterin läpi neste jäähtyy enemmän kuin virtaamalla kolmen samanlaisen patterin läpi samassa ajassa.

Tekniikan kaava

Lämmitysjärjestelmää suunniteltaessa kaava käytetään useimmiten nesteen virtausnopeutta m = Q / (Cp × Δt). Arvo Q on järjestelmän suunnittelukapasiteetti. Cp on lämmönsiirtoaineena käytettävän nesteen ominaislämpökapasiteetti. Se voi vaihdella merkittävästi eri jäätymisenestoaineilla. Ominaisarvon selvittämiseksi on luettava jäähdytysnesteen asiakirjat tai luettelon kuvaus. Tämän tiedon voi saada myös materiaalin valmistajalta.

Virheiden välttämiseksi on välttämätöntä noudattaa samaa syöttöparametrien järjestystä. Jos esimerkiksi teho Q on ilmoitettu kilowatteina, ominaislämpökapasiteetti on syötettävä kaavaan muodossa kJ/kg-K. Vastaavasti, jos Q ilmoitetaan watteina, lämpökapasiteetin mitta on J/kg-K ilman etuliitettä "kilo".

Annetaan yksinkertainen esimerkki. Autonomisen lämmitysjärjestelmän laskennallinen teho on 50 kW. Tavallisen veden sijasta piiriin kaadetaan jäähdytysnestettä, jonka ominaislämpökapasiteetti on 0,9 kJ/kg-K. Lämpötilaero kattilan tulo- ja poistoputken välillä on 10 astetta. Tässä tapauksessa jäähdytysnesteen laskettu virtausnopeus on yhtä suuri kuin 50/0,9-10 = 5,56 kg/s..

Lisäkertoimet

Edellä kuvattua kaavaa m = Q/(Cp × Δt) voidaan käyttää alkuperäisessä muodossaan vain idealisoiduissa olosuhteissa, kun ulkoiset tekijät eivät vaikuta talon lämmitykseen. Käytännössä tällaiset tilanteet ovat mahdottomia, koska lämpöä karkaa väistämättä seinien, ikkunoiden, kattojen ja lattioiden läpi. Eri rakennusmateriaaleilla (tiili, puu, betoni jne.) on erilaiset lämmönsiirtokestävyysarvot. Laskelmissa käytetään usein seuraavia kertoimia:

• 1,33-1,56 - rakennuksen seinät on rakennettu puupalkista, jonka paksuus on 200-240 mm;
• 1.4 - seinät on tehty koristeellisesta tiilestä, ja niiden paksuus on 65 cm;
• 1.28 - 65 cm paksulle tiilimuurille, jossa on sisäpuolinen ilmarako;
• 1.13 - seinät on tehty tiilestä, muuraus on 65 cm paksu, eikä ilmarakoa ole;
• 1,0 - huoneessa on puhtaat lattiat, joiden alla on puulankkuja tai maata;
• 0,9 - tätä kerrointa käytetään lämpölaskelmissa ullakoilla, jotka on päällystetty aaltopahvilla, laatoilla tai asbestisementillä;
• 0,8 - ullakoilla, joilla on samanlainen verhous, mutta joissa on kiinteä lattia;
• 0,75 - rakennusten osalta, joiden katot on katettu rullakatteella;
• 0,7 - tämä vastusarvo koskee lämmittämättömien tilojen vieressä olevia sisäseiniä, joissa ei ole ulkoseiniä;
• 0,6 - tiloissa, joiden kellarit sijaitsevat maanpinnan alapuolella tai enintään 1 m sen yläpuolella;
• 0,4 - samanlainen kuin edellisessä kohdassa, mutta naapurihuoneissa on ulkoseinät.

Määritetyt kertoimet lisätään kaavan m = Q / (Cp × Δt) nimittäjään. Lopullinen kaava on siis m = Q / k (Cp × Δt), jossa k on lämmönsiirtovastuksen parametri.

Kiertovesipumpun valinta lämmönsiirtoaineen virtausnopeuden mukaan.

Kiertovesipumppujen teknisissä tiedoissa virtausnopeus ilmoitetaan yleensä litroina minuutissa (l/min). Edellä kuvatussa kaavassa tulos ilmoitetaan kilogrammoina sekunnissa (kg/s). Näin ollen pumpun yksikön valitsemiseksi on tehtävä yksinkertaisia muunnoksia. Ensinnäkin jäätymisenestoaineen määrää ei pidä laskea kilogrammoina vaan litroina. Tätä varten saatu tulos on jaettava pakkasnesteen tiheydellä. Esimerkiksi jos nesteen tiheys on 1,06 ^g/cm3, niin edellä esitetyn laskelman mukainen virtausmäärä litroina on 5,56/1,06 = 5,25 l/s. Toiseksi, sekuntien sijasta olisi käytettävä minuutteja. Tätä varten tulos kerrotaan 60:llä. Tässä esimerkissä virtausnopeus on 5,25-60 = 315 l/min. Mahdollinen virhe huomioon ottaen pumppu olisi valittava siten, että siinä on jonkin verran varakapasiteettia, esimerkiksi 330-350 l/min.

Jäähdytysnesteen virtaus jäähdyttimen läpi

Useimmissa tapauksissa virtausnopeus lasketaan sopivan kiertovesipumpun valitsemiseksi. Se kannattaa kuitenkin ottaa huomioon myös lämmityspattereita valittaessa. Tosiasia on, että jäätymisenestoaineen virtausnopeus lämmitysjärjestelmässä on verrannollinen nesteen virtausnopeuteen. Mitä voimakkaampi paine putkissa on, sitä suurempi se on. Vastaava paine on myös pattereissa. Jokaisella patterityypillä on suurin sallittu paine. Jos tämä ylitetään, patteri voi menettää paineensa ja vuotaa. Tämä on erityisen kriittistä, jos lämpöä syötetään paneelityyppisiin pattereihin. Tällaiset patterit kestävät vähemmän painetta kuin profiilipatterit. Siksi paneelipatterit olisi asennettava, jos patterin läpi kulkeva virtausnopeus on suhteellisen pieni.

Jäähdytysnesteen määrä järjestelmässä

Kun tehdään laskelmia ja suunnitellaan lämmitysjärjestelmää, ei riitä, että osataan laskea jäähdytysnesteen virtausnopeus. On myös otettava huomioon lämmityspiirissä olevan käyttöaineen tilavuus. Tämä parametri on laskettava, jotta voidaan ostaa riittävä määrä pakkasnestettä ja välttää uudelleentäyttöä. Järjestelmän jäähdytysnesteen kokonaistilavuus koostuu kolmesta komponentista:

• kattilan lämmönvaihtimen kapasiteetti;
• pattereiden tilavuus;
• putkien tilavuus.

Kaksi ensimmäistä arvoa löytyvät kattilan ja pattereiden teknisistä asiakirjoista. Useimmissa kattilayksiköissä on lämmönsiirtimet, jotka on suunniteltu 3-7 litraa varten. Kiinteän polttoaineen mallit ovat tilavampia, ja niihin mahtuu jopa 25 litraa pakkasnestettä. Pattereiden tilavuus riippuu osien tai paneelien koosta sekä niiden lukumäärästä ja rakenteesta. Keskimäärin yhteen valurautapatterin osaan mahtuu 1,5 litraa nestettä, bimetalliin - 0,3 litraa, alumiiniin - noin 0,4 litraa.

Mitä on otettava huomioon jäätymisenestoaineen tilavuutta laskettaessa?

Putkistojen kokonaiskapasiteetin laskeminen on melko yksinkertaista. Jos järjestelmässä käytetään samankokoisia putkia, riittää, että mitataan niiden sisähalkaisija ja kokonaispituus. Tilavuus lasketaan kaavalla V = π × r2 × L, jossa π = 3,14, L - putkiston pituus ja r - putken sisäisen poikkileikkauksen säde (puolet sen halkaisijasta). Virheiden välttämiseksi pituus ja säde olisi mitattava samassa mitassa - esimerkiksi metreinä. Jos poikkileikkaus mitataan millimetreinä, myös pituus on ilmoitettava millimetreinä, ja laskettu tilavuus mitataan kuutiomillimetreinä (^mm3). Jos haluat muuntaa kuutiomillimetrin litroiksi, jaa tulos luvulla ^mm3 1 000 000:lla. Laskennan helpottamiseksi voidaan käyttää standardiputkikokojen tyypillisiä arvoja. Alla olevassa luettelossa arvot on esitetty tässä järjestyksessä: putkikoko tuumina, sisähalkaisija ja tilavuus metrin pituutta kohti.

• 1/2, 15 mm - 0,177 l/m;
• 3/4, 20 mm - 0,314 l/m;
• 1, 25 mm - 0,491 l/m;
• 1 1/2, 40 mm - 1,257 l/m;
• 2, 50 mm - 2,467 l/m.

Otetaan esimerkki. Järjestelmässä käytetään kattilaa, jossa on 6 litran lämmönvaihdin, 10 patteria, joiden kunkin tilavuus on 4 litraa, ja 50 metriä 3/4 tuuman putkistoa. Järjestelmän kokonaistilavuus on 6 + 10 × 4 + 50 × 0,314 = 61,7 litraa.

Mitä jäähdytysnestettä käytetään järjestelmässä

Jotta autonominen lämmitysjärjestelmä voisi suorittaa tehtävänsä tehokkaasti, on tärkeää paitsi laskea jäähdytysnesteen virtausnopeus oikein myös valita sen koostumus ja ominaisuudet oikein. Tavallisen, edes hyvin puhdistetun veden käyttöä ei suositella. Se voi johtaa kattilan ennenaikaiseen hajoamiseen ja pattereiden ennenaikaiseen kulumiseen sekä tukosten muodostumiseen putkissa. Piiriin on kaadettava erityinen jäätymisenestoaine - Termagent, jolla on oltava seuraavat ominaisuudet.

Riittävä lämpökapasiteetti. Tämä ominaisuus riippuu nesteen kyvystä kerätä lämpöenergiaa ja siirtää se kattilasta lämmityspattereihin.

Kemiallinen neutraalius. Jäähdytysnesteen sisältämät aineet eivät saa joutua kemialliseen reaktioon metallien, muovin, kumin ja muiden kattiloissa, jäähdyttimissä, pumpuissa, putkissa ja tiivisteissä käytettyjen materiaalien kanssa.

Pakkasenkestävyys. Tavallinen vesi alkaa muuttua jääksi nollalämpötilassa. Jos kattila suljetaan talvella käytön puutteen tai vian vuoksi, neste voi jäätyä ja rikkoa putket, patterit ja kattilan lämmönvaihtimen sisältäpäin. Tämä johtuu siitä, että jään tiheys on 10% pienempi kuin veden tiheys nestemäisessä tilassa. Erikoislämmityksen jäätymisenestoaineilla on korkea pakkasenkestävyys. Esimerkiksi etyleeniglykoli-lämpöjäänestoaine kiteytyy -65 °C:ssa.

Turvallisuus. Lämmönsiirtonesteen höyryt eivät saa aiheuttaa vaaraa ihmisten terveydelle. Tämä on kriittisen tärkeää, koska työstöneste voi höyrystyä ja levitä sisätiloihin vuotojen, avoimien paisuntasäiliön kansien ja muiden keinojen kautta. Haihtuvien myrkyllisten aineiden pitoisuutta lämmityksen pakkasnesteen koostumuksessa ei voida hyväksyä.

Lue lisää siitä, miten lämmitysjärjestelmä täytetään lämpöaineella.

Päätelmä

Jäätymisenestoaineen oikea valinta ja jäähdytysnesteen virtausnopeuden tarkka laskeminen ovat yksi lämmitysjärjestelmän vakaan ja tehokkaan toiminnan tärkeimmistä edellytyksistä. Laadukas neste takaa laadukkaan lämmönvaihdon ja miellyttävän mikroilmaston tiloissa, ja virtausnopeuden oikean laskennan avulla voit valita kiertovesipumpun, jolla on sopivimmat tekniset ominaisuudet.