كيفية حساب حجم سائل التبريد في نظام التدفئة

يعد معدل تدفق سائل التبريد معلمة مهمة يجب حسابها عند تصميم نظام تدفئة مستقل. تؤخذ هذه القيمة في الاعتبار عند اختيار مضخة التدوير والمشعات والغلاية وأنواع أخرى من معدات التدفئة. إذا تم إجراء حساب معدل تدفق سائل التبريد بشكل غير صحيح، فقد يؤدي ذلك في المستقبل إلى عواقب سلبية.

• أولاً، قد لا يكون النظام قادرًا على التعامل مع الحمل، وبسبب ذلك لن تكون درجة حرارة الغرف غير كافية حتى عند تشغيل الغلاية والمضخة بكامل طاقتها.
• ثانياً، يمكن لمضخة الدوران، التي تعمل بأقصى إمكانياتها، أن تتآكل بشكل أسرع وتتعطل.

لتجنب هذه المشاكل وغيرها، من الضروري دراسة مفهوم معدل التدفق الكتلي لسائل التبريد بدقة ومعرفة كيفية حساب هذه القيمة.

ما هو معدل تدفق سائل التبريد

تحدد هذه الخاصية حجم سائل العمل الذي يجب أن يتدفق كل ثانية عبر المشعاعات أو الغلاية أو الأنابيب، بحيث يوفر النظام نقل الحرارة المطلوب ويخلق نظام درجة حرارة مريحة في المبنى. بناءً على هذا التعريف، يتم حساب معدل تدفق السائل الساخن بالكيلوغرام في الثانية (كجم/ثانية). على سبيل المثال، إذا أسفرت الحسابات عن نتيجة 10 كجم/ثانية، فهذا يعني أنه لثانية واحدة من خلال نقطة عشوائية من دائرة التسخين يجب أن يتدفق 10 كيلوغرامات من الماء أو مضاد التجمد الخاص. إذا كان معدل التدفق الفعلي لسائل التبريد في نظام التسخين أقل من المعدل المحسوب، فسيتم توفير طاقة حرارية أقل إلى المشعاعات. وفقًا لذلك، سيتم تسخينها إلى درجة حرارة أقل، ولن تتمكن الغرف من إنشاء نظام درجة حرارة مثالي.

ما يعتمد عليه معدل تدفق سائل التبريد

ووفقًا للنظرية، يتم حساب معدل تدفق سائل التبريد للحمل الحراري مع الأخذ في الاعتبار ثلاث معلمات رئيسية: السعة التصميمية للنظام، والسعة الحرارية لسائل التشغيل وفرق درجة الحرارة بين مدخل ومخرج الغلاية. وتعتمد كل من هذه الخصائص بدورها على العديد من العوامل الأخرى. على سبيل المثال، يتم تحديد السعة التصميمية حسب مساحة وحجم الغرف المُدفأة وجودة العزل الحراري والمناخ المحلي وغيرها. تعتمد السعة الحرارية لوسط نقل الحرارة على تركيبته الكيميائية. قد ينخفض فرق درجة الحرارة أو يزيد اعتمادًا على خصائص بطاريات التدفئة وعددها، ومواد الأنابيب، وسعة مضخة التدوير، وما إلى ذلك. من أجل تحديد معدل تدفق وسيط نقل الحرارة بشكل صحيح وفقًا للحمل الحراري، ينبغي النظر في كل من القيم الثلاث المذكورة بمزيد من التفصيل.

السعة التصميمية لنظام التدفئة

يجب عدم الخلط بين هذا المؤشر ومخرجات الغلاية. حيث يتم حساب السعة التصميمية للنظام بشكل فردي لكل مبنى، مع مراعاة العديد من المعايير المختلفة:

• مواد الجدران والأسقف والأرضيات وخصائصها الموصلة للحرارة وسعتها الحرارية;
• تفاصيل المناخ في منطقة معينة، ومتوسط درجة الحرارة السنوية;
• عدد المشعاعات التي سيتم تركيبها وخصائصها;
• الفاقد الحراري في الأنابيب;
• درجة حرارة الغرفة المطلوبة، إلخ.

بناءً على السعة التصميمية المحسوبة، يتم اختيار غلاية التدفئة ذات الخصائص المناسبة. وكقاعدة عامة، يتم اختيار سعة وحدة الغلاية مع وجود احتياطي في حالة حدوث حالات غير متوقعة: الصقيع غير الطبيعي، وتركيب بطاريات إضافية، وما إلى ذلك.

نوع سائل التبريد وخصائصه

غالبًا ما تستخدم في أنظمة التدفئة المستقلة الماء المقطر أو مضاد التجمد الخاص - Thermagent. يتيح لك الخيار الأول توفير الميزانية، ولكن سرعان ما يصبح الماء ملوثًا بمواد خارجية، ويسبب تكوين رواسب داخلية ويعزز تطور التآكل. وتبلغ سعته الحرارية 4200 جول/كجم-كجم، وبهذا المؤشر، يتفوق الماء على أي سائل آخر. أما مضادات التجمد الحراري، مثل Thermagent، فتعتمد على الكحول وتحتوي على جلايكول الإيثيلين أو بروبيلين جلايكول. من حيث السعة الحرارية المحددة، فهي ليست أدنى من الماء العادي على الإطلاق وتتفوق عليه في جميع المعايير الأخرى. أولاً، هذه التركيبات لها تأثير لطيف على المشعاعات والغلايات ومضخات الدوران والأنابيب، مما يمنع الإصلاحات المبكرة. ثانيًا، لا يسبب Thermagent التآكل ويوفر حماية موثوقة للأسطح المعدنية. ثالثًا، تتمتع هذه السوائل بدرجة حرارة تبلور منخفضة، مما يستبعد تجمد السائل أثناء الإغلاق المخطط له أو الطارئ للغلاية في الطقس البارد.

ما الذي يؤثر على ناتج الحرارة

عند تصميم شبكات التدفئة، من الضروري حساب ناتج الحرارة للبطاريات والأنابيب والعناصر الأخرى في النظام. عمليًا، ينعكس ذلك في فرق درجة الحرارة بين مدخل ومخرج الغلاية. عندما يغادر مضاد التجمد المسخّن وحدة الغلاية، فإنه يعطي جزءًا من الطاقة الحرارية المتراكمة إلى المشعاعات والأنابيب ومضخة الدوران. وبناءً على ذلك، فإنه يبرد قليلاً بعد أن يكمل دورة كاملة. ثم يعود مضاد التجمد المبرد إلى الغلاية من خلال أنبوب المدخل، ويتم إعادة تسخينه إلى درجة الحرارة المحددة، وتتكرر الدورة. يؤثر فرق درجة الحرارة بين مدخل الغلاية ومخرجها بشكل مباشر على معدل تدفق سائل التبريد. إذا كان السائل يدور بشكل أسرع عبر الدائرة (على سبيل المثال عندما تكون مضخة التدوير تعمل بكامل طاقتها)، فسوف يتدفق عبر المشعاعات بشكل أسرع. وبناءً على ذلك، سيقل تبريد سائل التبريد في وقت أقل. سيكون الفرق في درجة الحرارة أكبر كلما زاد الناتج الحراري للمبردات وكلما زاد عدد المبردات في النظام. من خلال التدفق عبر خمسة مشعاعات، سيبرد السائل أكثر من التدفق عبر ثلاثة مشعات مماثلة في نفس الفترة الزمنية.

الصيغة الهندسية

عند تصميم نظام التدفئة، فإن الصيغة الأكثر استخدامًا هو معدل تدفق السوائل m = Q / (Cp × Δt). القيمة Q هي السعة التصميمية للنظام. Cp هي السعة الحرارية النوعية للسائل المستخدم كوسيط لنقل الحرارة. يمكن أن تختلف بشكل كبير بالنسبة لمضادات التجمد المختلفة. لمعرفة القيمة المحددة، من الضروري قراءة الوثائق الخاصة بسائل التبريد أو وصف الكتالوج. يمكن أيضًا الحصول على هذه المعلومات من الشركة المصنعة للمادة.

لتجنب الأخطاء، من الضروري مراعاة نفس ترتيب معلمات الإدخال. على سبيل المثال، إذا كانت القدرة Q محددة بالكيلوواط، فيجب إدخال السعة الحرارية النوعية في المعادلة بالكيلو جول/كجم-ك. في المقابل، إذا تم تحديد Q بالواط، فيجب أن يكون بُعد السعة الحرارية بالكيلو جول/كجم-ك بدون البادئة "كيلو".

دعونا نعطي مثالاً بسيطاً. تبلغ الطاقة المحسوبة لنظام تسخين مستقل 50 كيلوواط. بدلاً من الماء العادي، يتم سكب سائل تبريد بسعة حرارية محددة تبلغ 0.9 كيلو جول/كجم-ك في الدائرة. يبلغ فرق درجة الحرارة بين أنابيب مدخل ومخرج الغلاية 10 درجات. في هذه الحالة، فإن معدل التدفق المحسوب لسائل التبريد يساوي 50/0,9/0,9-10 = 5,56 كجم/ثانية.

المعاملات الإضافية

لا يمكن استخدام المعادلة m = Q/(Cp × Δt)، الموضحة أعلاه، في شكلها الأصلي إلا في الظروف المثالية، عندما لا تتأثر تدفئة المنزل بالعوامل الخارجية. في الممارسة العملية، مثل هذه الحالات مستحيلة لأن الحرارة تتسرب حتماً من خلال الجدران والنوافذ والأسقف والأرضيات. مواد البناء المختلفة (القرميد والخشب والخرسانة وغيرها) لها قيم مختلفة لمقاومة انتقال الحرارة. في الحسابات، غالبًا ما يتم استخدام المعاملات التالية:

• 1,33-1,56 - جدران المبنى مشيدة من قضبان خشبية بسماكة 200-240 ملم;
• 1.4 - الجدران مصنوعة من الطوب المزخرف ويبلغ سمكها 65 سم;
• 1.28 - لأعمال الطوب بسمك 65 سم مع تجويف هواء داخلي;
• 1.13 - الجدران مصنوعة من الطوب، وسمك البناء 65 سم، ولا توجد فجوة هوائية;
• 1.0 - تحتوي الغرفة على أرضيات نظيفة، يوجد تحتها ألواح خشبية أو أرضية خشبية;
• 0,9 - يُستخدم هذا المعامل في الحسابات الحرارية للسندرات المغطاة بألواح الصلب المموج أو البلاط أو الأسمنت الأسبستي;
• 0,8 - للسندرات ذات الأغطية المماثلة، ولكن بأرضيات صلبة;
• 0.75 - للمباني المغطاة أسقفها بسقوف ملفوفة;
• 0.7 - قيمة المقاومة هذه للجدران الداخلية الملاصقة للغرف غير المدفأة بدون جدران خارجية;
• 0.6 - للمباني ذات الطوابق السفلية الواقعة تحت سطح الأرض أو حتى 1 متر فوقه;
• 0,4 - مشابهة للنقطة السابقة، ولكن الغرف المجاورة لها جدران خارجية.

تُضاف المعاملات المحددة إلى مقام الصيغة m = Q / (Cp × Δt). وبالتالي، ستكون المعادلة النهائية m = Q / k (Cp × Δt)، حيث k هي معلمة مقاومة انتقال الحرارة.

اختيار مضخة التدوير وفقًا لمعدل تدفق وسيط نقل الحرارة

في الخصائص التقنية لمضخات التدوير، كقاعدة عامة، يُشار إلى معدل التدفق باللتر في الدقيقة (لتر/دقيقة). في الصيغة الموضحة أعلاه، يتم تحديد النتيجة بالكيلوجرام في الثانية (كجم/ثانية). وفقًا لذلك، لتحديد وحدة المضخة، يجب إجراء تحويلات بسيطة. أولاً، يجب حساب كمية مضاد التجمد ليس بالكيلوجرام، ولكن باللتر. للقيام بذلك، يجب قسمة النتيجة التي تم الحصول عليها على كثافة مضاد التجمد. على سبيل المثال، إذا كانت كثافة السائل 1.06 ^جم/سم3، فإن معدل التدفق باللتر من العملية الحسابية أعلاه سيساوي 5.56/1.06 = 5.25 لتر/ث. ثانيًا، يجب استخدام الدقائق بدلاً من الثواني. للقيام بذلك، اضرب الناتج في 60. في هذا المثال، سيكون معدل التدفق 5.25-60 = 315 لتر/دقيقة. مع الأخذ في الاعتبار الخطأ المحتمل، يجب اختيار المضخة مع بعض السعة الاحتياطية، على سبيل المثال، 330-350 لتر/الدقيقة.

معدل تدفق سائل التبريد عبر المبرد

في معظم الحالات، يتم حساب معدل التدفق من أجل اختيار مضخة دوران مناسبة. ولكن الأمر يستحق النظر أيضاً عند اختيار مشعات التدفئة. والحقيقة هي أن معدل تدفق مضاد التجمد في نظام التدفئة يتناسب مع سرعة تدفق السوائل. كلما كان الضغط في الأنابيب أقوى، كلما زاد الضغط. سيكون الضغط المقابل موجودًا أيضًا في المشعاعات. كل نوع من المشعاعات له حد أقصى للضغط المسموح به. إذا تم تجاوزه، فقد ينخفض ضغط المشعاع ويتسرب. وهذا أمر بالغ الأهمية خاصة إذا كانت الحرارة مزودة بمشعات من نوع اللوحة. يمكن لهذه المشعاعات أن تتحمل ضغطاً أقل من المشعاعات المقطعية. ولذلك، ينبغي تركيب مشعاعات الألواح إذا كان معدل التدفق عبر المشعاع منخفضاً نسبياً.

حجم سائل التبريد في النظام

عند إجراء الحسابات وتصميم نظام التسخين، لا يكفي معرفة كيفية حساب معدل تدفق سائل التبريد. من الضروري أيضًا مراعاة حجم السائل العامل في دائرة التسخين. يجب حساب هذه المعلمة من أجل شراء كمية كافية من مضاد التجمد وتجنب إعادة التعبئة. يتكون الحجم الإجمالي لسائل التبريد في النظام من ثلاثة مكونات:

• سعة المبادل الحراري في الغلاية;
• حجم المشعاعات;
• حجم الأنابيب.

يمكن العثور على القيمتين الأوليين في الوثائق الفنية للغلاية والمشعات. تحتوي معظم وحدات الغلايات على مبادلات حرارية مصممة لـ 3-7 لترات. أما نماذج الوقود الصلب فهي أكثر سعة وتستوعب ما يصل إلى 25 لترًا من مضاد التجمد. تعتمد سعة المشعاعات على حجم الأقسام أو الألواح، وكذلك عددها وتصميمها. في المتوسط ، يحتوي قسم واحد من بطارية الحديد الزهر على 1.5 لتر من السائل، ثنائي المعدن - 0.3 لتر، والألومنيوم - حوالي 0.4 لتر.

ما يجب أخذه بعين الاعتبار عند حساب حجم مضاد التجمد

حساب السعة الإجمالية لخطوط الأنابيب بسيط للغاية. إذا كان النظام يستخدم أنابيب من نفس الحجم، يكفي قياس قطرها الداخلي وطولها الإجمالي. يتم حساب الحجم من خلال المعادلة V = π × r2 × L، حيث π = 3,14، L - طول خطوط الأنابيب، و r - نصف قطر المقطع العرضي الداخلي للأنبوب (نصف قطره). لتجنب الأخطاء، يجب قياس الطول ونصف القطر بنفس البعد - على سبيل المثال، بالأمتار. إذا تم قياس المقطع العرضي بالملليمتر، فيجب أيضًا تحديد الطول بالملليمتر، وسيتم قياس الحجم المحسوب بالملليمتر المكعب (^{مم 3}). لتحويل الملليمترات المكعبة إلى لترات، اقسم الناتج على ^{مم 3} بمقدار 1,000,000. لسهولة الحساب، يمكن استخدام القيم النموذجية لأحجام الأنابيب القياسية. توضح القائمة أدناه القيم بهذا الترتيب: حجم الأنبوب بالبوصة والقطر الداخلي والحجم لكل متر طول.

• 1/2، 15 مم - 0.177 لتر/متر;
• 3/4، 20 مم - 0.314 لتر/متر;
• 1، 25 مم - 0.491 لتر/متر;
• 1 1/2، 40 مم - 1.257 لتر/متر;
• 2، 50 مم - 2.467 ل/متر 2.467 مليمتر.

خذ مثالاً على ذلك. يستخدم النظام غلاية بمبادل حراري سعة 6 لتر، و10 مشعات بسعة 4 لترات لكل منها و50 مترًا من الأنابيب 3/4 بوصة. سيكون الحجم الإجمالي للنظام 6 + 10 × 4 × 10 × 4 + 50 × 0.314 = 61.7 لتر.

ما سائل التبريد الذي يجب استخدامه في النظام

من أجل أن يؤدي نظام التسخين الذاتي وظائفه بفعالية، من المهم ليس فقط حساب معدل تدفق سائل التبريد بشكل صحيح، ولكن أيضًا اختيار تركيبته وخصائصه بشكل صحيح. لا ينصح باستخدام المياه العادية، حتى المنقاة جيدًا. يمكن أن يؤدي إلى تعطل الغلاية قبل الأوان والتآكل المبكر للمشعات ، وكذلك إلى تكوين انسدادات في الأنابيب. من الضروري أن تصب في الدائرة مضاد التجمد الخاص - Termagent، والذي يجب أن يكون له الخصائص التالية.

سعة حرارية كافية. من هذه الخاصية تعتمد على قدرة السائل على تجميع الطاقة الحرارية ونقلها من الغلاية إلى بطاريات التسخين.

الحياد الكيميائي. يجب ألا تدخل المواد التي يتكون منها سائل التبريد في تفاعلات كيميائية مع المعادن والبلاستيك والمطاط والمواد الأخرى المستخدمة في الغلايات والمشعات والمضخات والأنابيب وموانع التسرب.

مقاومة التجمد. يبدأ الماء العادي بالتحول إلى جليد عند درجة حرارة الصفر. إذا تم إيقاف تشغيل الغلاية خلال فصل الشتاء لقلة الاستخدام أو بسبب عطل، يمكن أن يتجمد السائل ويمزق الأنابيب والمشعات والمبادل الحراري للغلاية من الداخل. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن كثافة الثلج أقل من كثافة الماء في الحالة السائلة بمقدار 10%. تتمتع مضادات التجمد الخاصة بالتسخين بمقاومة عالية للصقيع. على سبيل المثال، يتبلور جلايكول الإيثيلين الحراري عند -65 درجة مئوية.

السلامة. يجب ألا تشكل أبخرة سائل نقل الحرارة تهديدًا على صحة الإنسان. هذا أمر بالغ الأهمية لأن سائل العمل يمكن أن يتبخر وينتشر في الداخل من خلال التسريبات وأغطية خزانات التمدد المفتوحة وغيرها من الوسائل. محتوى المواد السامة المتطايرة في تركيبة مضاد التجمد الحراري غير مقبول.

اقرأ المزيد حول كيفية ملء نظام التدفئة بالعامل الحراري.

الخاتمة

الاختيار الصحيح لمضاد التجمد والحساب الدقيق لمعدل تدفق سائل التبريد - أحد الشروط الرئيسية للتشغيل المستقر والفعال لنظام التدفئة. سيوفر السائل عالي الجودة تبادلاً حراريًا عالي الجودة ومناخًا محليًا مريحًا في المبنى، وسيسمح لك الحساب الصحيح لمعدل التدفق باختيار مضخة دوران ذات الخصائص التقنية الأنسب.