Ako vypočítať objem chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme

Prietok chladiacej kvapaliny je dôležitým parametrom, ktorý je potrebné vypočítať pri navrhovaní autonómneho vykurovacieho systému. Táto hodnota sa zohľadňuje pri výbere obehového čerpadla, radiátorov, kotla a ďalších typov vykurovacích zariadení. Ak sa výpočet prietoku chladiacej kvapaliny vykoná nesprávne, môže to v budúcnosti viesť k negatívnym dôsledkom.

• Najprv, systém nemusí byť schopný zvládnuť záťaž, v dôsledku čoho bude v miestnostiach nedostatočná teplota, aj keď sú kotol a čerpadlo zapnuté na plný výkon.
• Po druhé, obehové čerpadlo, ktoré pracuje na hranici svojich možností, sa môže rýchlejšie opotrebovať a zlyhať.

Aby ste sa vyhli týmto a ďalším problémom, je potrebné dôkladne si preštudovať pojem hmotnostný prietok chladiacej kvapaliny a naučiť sa túto hodnotu vypočítať.

Čo je prietok chladiacej kvapaliny

Táto charakteristika určuje objem pracovnej kvapaliny, ktorý musí každú sekundu pretekať radiátormi, kotlom alebo potrubím tak, aby systém zabezpečil požadovaný prenos tepla a vytvoril príjemný teplotný režim v priestoroch. Na základe tejto definície sa prietok teplej kvapaliny počíta v kilogramoch za sekundu (kg/s). Ak napríklad výpočty priniesli výsledok 10 kg/s, znamená to, že za jednu sekundu by cez ľubovoľný bod vykurovacieho okruhu malo pretekať 10 kilogramov vody alebo špeciálnej nemrznúcej zmesi. Ak je skutočný prietok chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme nižší ako vypočítaný, do radiátorov sa dodá menej tepelnej energie. V súlade s tým budú vykurované na nižšiu teplotu a v miestnostiach sa nebude môcť vytvoriť optimálny teplotný režim.

Od čoho závisí prietok chladiacej kvapaliny

Podľa teórie sa výpočet prietoku chladiacej kvapaliny pre tepelnú záťaž vykonáva s prihliadnutím na tri hlavné parametre: projektovaný výkon systému, tepelnú kapacitu pracovnej kvapaliny a teplotný rozdiel medzi vstupom a výstupom z kotla. Každá z týchto charakteristík zase závisí od mnohých ďalších faktorov. Napríklad návrhový výkon je určený plochou a objemom vykurovaných miestností, kvalitou tepelnej izolácie, miestnou klímou a ďalšími. Tepelná kapacita teplonosného média závisí od jeho chemického zloženia. Teplotný rozdiel sa môže znižovať alebo zvyšovať v závislosti od vlastností vykurovacích batérií a ich počtu, materiálu potrubí, výkonu obehového čerpadla atď. Na správne určenie prietoku teplonosného média podľa tepelnej záťaže by sa mala každá z troch uvedených hodnôt zvážiť podrobnejšie.

Návrhový výkon vykurovacieho systému

Tento ukazovateľ by sa nemal zamieňať s výkonom kotla. Návrhový výkon systému sa vypočítava individuálne pre každú budovu, pričom sa zohľadňuje množstvo rôznych parametrov:

• materiály stien, stropov a podláh, ich tepelne vodivé vlastnosti a tepelná kapacita;
• špecifiká klímy v konkrétnom regióne, priemerná ročná teplota;
• počet radiátorov, ktoré sa majú nainštalovať, a ich vlastnosti;
• tepelné straty v potrubí;
• požadovaná teplota miestnosti atď.

Na základe vypočítaného projektovaného výkonu sa vyberie vykurovací kotol s vhodnými vlastnosťami. Výkon kotlovej jednotky sa spravidla volí s rezervou pre prípad nepredvídaných situácií: abnormálne mrazy, inštalácia prídavných batérií atď.

Typ a vlastnosti chladiacej kvapaliny

V autonómnych vykurovacích systémoch sa najčastejšie používa destilovaná voda alebo špeciálna nemrznúca zmes - Thermagent. Prvá možnosť umožňuje ušetriť rozpočet, ale voda sa rýchlo kontaminuje vonkajšími látkami, spôsobuje tvorbu vnútorných usadenín a podporuje rozvoj korózie. Jej tepelná kapacita je 4200 J/kg-K, podľa tohto ukazovateľa voda prekonáva akúkoľvek inú kvapalinu. Vykurovacie nemrznúce zmesi, ako je Thermagent, sú na báze alkoholu a obsahujú etylénglykol alebo propylénglykol. Z hľadiska mernej tepelnej kapacity absolútne nezaostávajú za bežnou vodou a prekonávajú ju vo všetkých ostatných parametroch. Po prvé, takéto zloženia majú šetrný účinok na radiátory, kotly, obehové čerpadlá a potrubia, čo zabraňuje predčasným opravám. Po druhé, Thermagent nespôsobuje koróziu a poskytuje spoľahlivú ochranu kovových povrchov. Po tretie, takéto kvapaliny majú nízku teplotu kryštalizácie, čo vylučuje zamrznutie kvapaliny počas plánovaného alebo núdzového odstavenia kotla v mrazivom počasí.

Čo ovplyvňuje tepelný výkon

Pri navrhovaní vykurovacích sietí je potrebné vypočítať tepelný výkon batérií, potrubí a ostatných prvkov systému. V praxi sa to odráža v rozdiele teplôt medzi vstupom a výstupom z kotla. Keď zohriata nemrznúca zmes opúšťa kotlovú jednotku, odovzdáva časť naakumulovanej tepelnej energie radiátorom, potrubiam a obehovému čerpadlu. V súlade s tým sa mierne ochladzuje po tom, ako dokončí celý okruh. Ochladená nemrznúca zmes sa potom vráti do kotla cez vstupné potrubie, znovu sa zohreje na nastavenú teplotu a cyklus sa opakuje. Rozdiel teplôt medzi vstupom a výstupom z kotla priamo ovplyvňuje prietok chladiacej kvapaliny. Ak kvapalina cirkuluje v okruhu rýchlejšie (napr. keď je obehové čerpadlo na plný výkon), bude cez radiátory prúdiť rýchlejšie. V súlade s tým sa chladiaca kvapalina ochladí za kratší čas. Rozdiel teplôt bude tým väčší, čím vyšší je tepelný výkon radiátorov a čím väčší je počet radiátorov v systéme. Prúdením cez päť radiátorov sa kvapalina ochladí viac ako pri prúdení cez tri podobné radiátory za rovnaký čas.

Inžiniersky vzorec

Pri navrhovaní vykurovacieho systému sa vzorec najčastejšie sa používa prietok kvapaliny m = Q / (Cp × Δt). Hodnota Q je návrhová kapacita systému. Cp je merná tepelná kapacita kvapaliny použitej ako teplonosné médium. Môže sa výrazne líšiť pri rôznych nemrznúcich zmesiach. Na zistenie konkrétnej hodnoty je potrebné prečítať si dokumentáciu k chladiacemu médiu alebo katalógový opis. Túto informáciu možno získať aj od výrobcu materiálu.

Aby sa predišlo chybám, je potrebné dodržiavať rovnaké poradie vstupných parametrov. Napríklad, ak je výkon Q zadaný v kW, merná tepelná kapacita by sa mala do vzorca zadať v kJ/kg-K. Zodpovedajúco, ak je Q zadaný vo wattoch, rozmer tepelnej kapacity by mal byť J/kg-K bez predpony "kilo".

Uveďme jednoduchý príklad. Výpočtový výkon autonómneho vykurovacieho systému je 50 kW. Namiesto obyčajnej vody sa do okruhu naleje chladivo s mernou tepelnou kapacitou 0,9 kJ/kg-K. Rozdiel teplôt medzi vstupným a výstupným potrubím kotla je 10 stupňov. V tomto prípade vypočítaný prietok chladiacej kvapaliny sa bude rovnať 50/0,9-10 = 5,56 kg/s.

Ďalšie koeficienty

Vzorec m = Q/(Cp × Δt), ktorý je opísaný vyššie, možno v jeho pôvodnej podobe použiť len v idealizovaných podmienkach, keď na vykurovanie domu nemajú vplyv vonkajšie faktory. V praxi sú takéto situácie nemožné, pretože teplo nevyhnutne uniká cez steny, okná, stropy a podlahy. Rôzne stavebné materiály (tehla, drevo, betón atď.) majú rôzne hodnoty odporu proti prestupu tepla. Pri výpočtoch sa často používajú tieto koeficienty:

• 1,33-1,56 - steny budovy sú postavené z dreveného hranola s hrúbkou 200-240 mm;
• 1.4 - steny sú z dekoratívnych tehál a majú hrúbku 65 cm;
• 1,28 - pre murivo s hrúbkou 65 cm s vnútornou vzduchovou dutinou;
• 1.13 - steny sú z tehál, hrúbka muriva je 65 cm a nie je tu žiadna vzduchová medzera;
• 1,0 - miestnosť má čistú podlahu, pod ktorou sú drevené dosky alebo zem;
• 0,9 - tento súčiniteľ sa používa pri tepelných výpočtoch pre podkrovia pokryté oceľovým vlnitým plechom, škridlou alebo azbestocementom;
• 0,8 - pre podkrovia s podobnou krytinou, ale s pevnou podlahou;
• 0,75 - pre budovy, ktorých strechy sú pokryté valcovou krytinou;
• 0,7 - táto hodnota odporu platí pre vnútorné steny susediace s nevykurovanými miestnosťami bez vonkajších stien;
• 0,6 - pre priestory so suterénmi umiestnenými pod povrchom zeme alebo do 1 m nad ním;
• 0,4 - podobne ako v predchádzajúcom bode, ale susedné miestnosti majú vonkajšie steny.

Uvedené koeficienty sa doplnia do menovateľa vzorca m = Q / (Cp × Δt). Konečný vzorec teda bude m = Q / k (Cp × Δt), kde k je parameter odporu pri prestupe tepla.

Výber obehového čerpadla podľa prietoku teplonosného média

V technických charakteristikách obehových čerpadiel sa prietok spravidla uvádza v litroch za minútu (l/min). Vo vyššie opísanom vzorci sa výsledok uvádza v kilogramoch za sekundu (kg/s). V súlade s tým sa na výber jednotky čerpadla musia vykonať jednoduché prepočty. Po prvé, množstvo nemrznúcej zmesi by sa nemalo počítať v kilogramoch, ale v litroch. Na tento účel by sa mal získaný výsledok vydeliť hustotou nemrznúcej zmesi. Napríklad, ak má kvapalina hustotu 1,06 ^g/cm3, potom prietok v litroch z uvedeného výpočtu bude rovný 5,56/1,06 = 5,25 l/s. Po druhé, namiesto sekúnd by sa mali použiť minúty. Na tento účel vynásobte výsledok 60. V tomto príklade bude prietok 5,25-60 = 315 l/min. Vzhľadom na možnú chybu by sa malo čerpadlo vybrať s určitou rezervou, napríklad 330 - 350 l/min.

Prietok chladiacej kvapaliny cez chladič

Vo väčšine prípadov sa prietok vypočítava s cieľom vybrať vhodné obehové čerpadlo. Stojí však za zváženie aj pri výbere vykurovacích radiátorov. Faktom je, že prietok nemrznúcej kvapaliny vo vykurovacom systéme je úmerný rýchlosti prúdenia kvapaliny. Čím silnejší je tlak v potrubí, tým vyšší je tlak. Zodpovedajúci tlak bude prítomný aj v radiátoroch. Každý typ radiátora má stanovený maximálny prípustný tlak. Ak sa tento prekročí, môže dôjsť k zníženiu tlaku v radiátore a jeho netesnosti. To je obzvlášť kritické, ak sa teplo dodáva do panelových radiátorov. Takéto radiátory znesú menší tlak ako článkové radiátory. Preto by sa panelové radiátory mali inštalovať, ak je prietok cez radiátor relatívne nízky.

Objem chladiacej kvapaliny v systéme

Pri výpočtoch a navrhovaní vykurovacieho systému nestačí vedieť vypočítať prietok chladiacej kvapaliny. Je potrebné zohľadniť aj objem pracovnej kvapaliny vo vykurovacom okruhu. Tento parameter je potrebné vypočítať, aby bolo možné nakúpiť dostatočné množstvo nemrznúcej zmesi a vyhnúť sa jej dopĺňaniu. Celkový objem chladiacej kvapaliny v systéme sa skladá z troch zložiek:

• výkon výmenníka tepla v kotle;
• objem radiátorov;
• objem potrubia.

Prvé dve hodnoty nájdete v technickej dokumentácii kotla a radiátorov. Väčšina kotlových jednotiek má výmenníky tepla určené na 3-7 litrov. Modely na pevné palivo sú objemnejšie a pojmú až 25 litrov nemrznúcej zmesi. Objem radiátorov závisí od veľkosti sekcií alebo panelov, ako aj od ich počtu a konštrukcie. V priemere jedna sekcia liatinovej batérie pojme 1,5 litra kvapaliny, bimetalová - 0,3 litra, hliníková - približne 0,4 litra.

Čo treba zohľadniť pri výpočte objemu nemrznúcej zmesi

Výpočet celkovej kapacity potrubia je pomerne jednoduchý. Ak systém používa potrubia rovnakej veľkosti, stačí zmerať ich vnútorný priemer a celkovú dĺžku. Objem sa vypočíta podľa vzorca V = π × r2 × L, kde π = 3,14, L - dĺžka potrubia a r - polomer vnútorného prierezu potrubia (polovica jeho priemeru). Aby sa predišlo chybám, dĺžka a polomer by sa mali merať v rovnakom rozmere - napríklad v metroch. Ak sa prierez meria v milimetroch, dĺžka by sa mala tiež uviesť v mm a vypočítaný objem sa bude merať v milimetroch kubických (^mm3). Ak chcete previesť milimetre kubické na litre, vydeľte výsledok ^mm3 o 1 000 000. Na uľahčenie výpočtu možno použiť typické hodnoty pre štandardné veľkosti potrubia. V nasledujúcom zozname sú uvedené hodnoty v tomto poradí: veľkosť potrubia v palcoch, vnútorný priemer a objem na meter dĺžky.

• 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.

Uveďme si príklad. Systém používa kotol s výmenníkom tepla s objemom 6 litrov, 10 radiátorov s objemom 4 litre každý a 50 metrov 3/4 palcového potrubia. Celkový objem systému bude 6 + 10 × 4 + 50 × 0,314 = 61,7 litra.

Akú chladiacu kvapalinu použiť v systéme

Aby systém autonómneho vykurovania efektívne plnil svoje funkcie, je dôležité nielen správne vypočítať prietok chladiacej kvapaliny, ale aj správne zvoliť jej zloženie a vlastnosti. Používanie obyčajnej vody, dokonca aj dobre vyčistenej, sa neodporúča. Môže viesť k predčasným poruchám kotla a predčasnému opotrebovaniu radiátorov, ako aj k tvorbe upchávok v potrubí. Do okruhu je potrebné naliať špeciálnu nemrznúcu zmes - Termagent, ktorá by mala mať nasledujúce vlastnosti.

Dostatočná tepelná kapacita. Od tejto vlastnosti závisí schopnosť kvapaliny akumulovať tepelnú energiu a prenášať ju z kotla do vykurovacích batérií.

Chemická neutralita. Látky, ktoré tvoria chladiacu kvapalinu, by nemali vstupovať do chemických reakcií s kovmi, plastmi, gumou a inými materiálmi používanými v kotloch, radiátoroch, čerpadlách, potrubiach a tesneniach.

Odolnosť voči mrazu. Obyčajná voda sa pri nulovej teplote začína meniť na ľad. Ak je kotol počas zimy vypnutý pre nedostatočné používanie alebo z dôvodu poruchy, kvapalina môže zamrznúť a zvnútra roztrhnúť potrubia, radiátory a výmenník tepla kotla. Je to spôsobené tým, že ľad má hustotu o 10% menšiu ako voda v kvapalnom stave. Špeciálne vykurovacie nemrznúce zmesi majú vysokú mrazuvzdornosť. Napríklad etylénglykolový termoagregát kryštalizuje pri teplote -65 °C.

Bezpečnosť. Výpary teplonosnej kvapaliny nesmú ohrozovať ľudské zdravie. Je to veľmi dôležité, pretože pracovná kvapalina sa môže vyparovať a šíriť v interiéri netesnosťami, otvorenými viečkami expanzných nádrží a inými spôsobmi. Obsah prchavých toxických látok v zložení vykurovacej nemrznúcej zmesi je neprípustný.

Prečítajte si viac informácií o tom, ako naplniť vykurovací systém tepelným prostriedkom.

Záver

Správny výber nemrznúcej zmesi a presný výpočet prietoku chladiacej kvapaliny - jedna z kľúčových podmienok stabilnej a efektívnej prevádzky vykurovacieho systému. Kvalitná kvapalina zabezpečí kvalitnú výmenu tepla a príjemnú mikroklímu v priestoroch a správny výpočet prietoku umožní vybrať obehové čerpadlo s najvhodnejšími technickými parametrami.