Wärmeberechnung einer Heizungsanlage: So berechnen Sie die Belastung der Anlage richtig

Die Planung und thermische Berechnung eines Heizsystems ist ein obligatorischer Schritt bei der Planung der Hausheizung.Die Hauptaufgabe der Rechentätigkeiten besteht darin, die optimalen Parameter des Kessel- und Heizkörpersystems zu ermitteln.

Stimmen Sie zu, auf den ersten Blick scheint es, dass nur ein Ingenieur wärmetechnische Berechnungen durchführen kann. Allerdings ist nicht alles so kompliziert. Wenn Sie den Aktionsalgorithmus kennen, können Sie die erforderlichen Berechnungen selbstständig durchführen.

Der Artikel beschreibt detailliert den Berechnungsvorgang und stellt alle notwendigen Formeln bereit. Zum besseren Verständnis haben wir ein Beispiel einer thermischen Berechnung für ein Privathaus vorbereitet.

Thermische Berechnung der Erwärmung: allgemeine Vorgehensweise

Die klassische thermische Berechnung einer Heizungsanlage ist ein konsolidiertes technisches Dokument, das verbindliche Schritt-für-Schritt-Standardberechnungsmethoden enthält.

Bevor Sie diese Berechnungen der Hauptparameter studieren, müssen Sie sich jedoch für das Konzept des Heizsystems selbst entscheiden.

Das Heizsystem zeichnet sich durch eine erzwungene Zufuhr und unfreiwillige Abfuhr von Wärme in den Raum aus.

Die Hauptaufgaben bei der Berechnung und Auslegung einer Heizungsanlage:

• Wärmeverluste am zuverlässigsten bestimmen;
• Bestimmen Sie die Menge und die Verwendungsbedingungen des Kühlmittels.
• Wählen Sie die Elemente Erzeugung, Bewegung und Wärmeübertragung möglichst genau aus.

Während der Konstruktion Heizsysteme Es ist notwendig, zunächst verschiedene Daten über den Raum/das Gebäude zu sammeln, in dem die Heizungsanlage zum Einsatz kommen soll. Analysieren Sie nach der Berechnung der thermischen Parameter des Systems die Ergebnisse der arithmetischen Operationen.

Auf Basis der gewonnenen Daten erfolgt die Auswahl der Heizsystemkomponenten, gefolgt vom Kauf, der Installation und der Inbetriebnahme.

Heizung ist ein Mehrkomponentensystem zur Gewährleistung eines zulässigen Temperaturregimes in einem Raum/Gebäude.Es ist ein separater Teil des Kommunikationskomplexes eines modernen Wohngebäudes

Bemerkenswert ist, dass mit dieser thermischen Berechnungsmethode eine Vielzahl von Größen, die das zukünftige Heizsystem konkret beschreiben, recht genau berechnet werden können.

Als Ergebnis der thermischen Berechnung liegen folgende Informationen vor:

• Anzahl der Wärmeverluste, Kesselleistung;
• Anzahl und Art der Wärmestrahler für jeden Raum separat;
• hydraulische Eigenschaften der Rohrleitung;
• Volumen, Kühlmittelgeschwindigkeit, Wärmepumpenleistung.

Bei thermischen Berechnungen handelt es sich nicht um theoretische Skizzen, sondern um genaue und sinnvolle Ergebnisse, deren praktische Umsetzung bei der Auswahl von Heizungskomponenten empfohlen wird.

Standards für Raumtemperaturbedingungen

Bevor Berechnungen von Systemparametern durchgeführt werden, ist es mindestens erforderlich, die Reihenfolge der erwarteten Ergebnisse zu kennen und außerdem über standardisierte Eigenschaften einiger Tabellenwerte zu verfügen, die in Formeln eingesetzt oder von ihnen geleitet werden müssen .

Durch die Berechnung von Parametern mit solchen Konstanten können Sie sich auf die Zuverlässigkeit des gewünschten dynamischen oder konstanten Parameters des Systems verlassen.

Für Räumlichkeiten unterschiedlicher Nutzung gibt es Referenznormen für die Temperaturbedingungen in Wohn- und Nichtwohngebäuden. Diese Standards sind in den sogenannten GOSTs verankert

Einer dieser globalen Parameter einer Heizungsanlage ist die Raumtemperatur, die unabhängig von Jahreszeit und Umgebungsbedingungen konstant sein muss.

Gemäß den Vorschriften der Hygienestandards und -vorschriften gibt es Temperaturunterschiede im Vergleich zur Sommer- und Winterperiode des Jahres.Für das Temperaturregime des Raumes in der Sommersaison ist die Klimaanlage verantwortlich, deren Berechnungsprinzip ausführlich beschrieben wird Dieser Artikel.

Die Raumtemperatur wird im Winter jedoch durch die Heizung bereitgestellt. Daher interessieren uns die Temperaturbereiche und deren Abweichungstoleranzen für die Wintersaison.

Die meisten Regulierungsdokumente legen die folgenden Temperaturbereiche fest, die es einer Person ermöglichen, sich angenehm im Raum aufzuhalten.

Für Nichtwohn-Büroräume 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 Die Temperatur beträgt 21-23°C. Bei gewerblichen Nichtwohngebäuden variieren die Temperaturbereiche stark je nach Zweck des Raums und geltenden Arbeitsschutzstandards.

Jeder Mensch hat seine eigene angenehme Raumtemperatur. Manche mögen es sehr warm im Raum, andere fühlen sich wohl, wenn der Raum kühl ist – das ist alles ganz individuell

Für Wohnräume: Wohnungen, Privathäuser, Siedlungen usw. gibt es bestimmte Temperaturbereiche, die je nach Wunsch 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°С — Küche, Toilette, Toleranz ±2°С;
• 24-26°C — Badezimmer, Dusche, Schwimmbad, Toleranz ±1°C;
• 16-18°C — Flure, Flure, Treppenhäuser, Lagerräume, Toleranz +3°С

Es ist wichtig zu beachten, dass es noch mehrere 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), Luftbewegungsgeschwindigkeitsmasse (0,13–0,25 m/s) usw.

Berechnung des Wärmeverlusts im Haus

Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik (Schulphysik) gibt es keine spontane Energieübertragung von weniger erhitzten auf stärker erhitzte Mini- oder Makroobjekte. Ein Sonderfall dieses Gesetzes ist das „Streben“, ein Temperaturgleichgewicht zwischen zwei thermodynamischen Systemen herzustellen.

Das erste System ist beispielsweise 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 danach, durch den Energieaustausch ein Gleichgewicht herzustellen. Dies geschieht mithilfe von Wärmeverlusten aus dem zweiten System und Kühlung im ersten.

Wir können definitiv sagen, dass die Umgebungstemperatur vom Breitengrad abhängt, auf dem sich das Privathaus befindet. Und der Temperaturunterschied beeinflusst die Menge der aus dem Gebäude entweichenden Wärme (+)

Unter Wärmeverlust versteht man die unfreiwillige Abgabe von Wärme (Energie) aus einem Objekt (Haus, Wohnung). Bei einer gewöhnlichen Wohnung ist dieser Vorgang im Vergleich zu einem Privathaus nicht so „auffällig“, da sich die Wohnung innerhalb des Gebäudes und „angrenzend“ an andere Wohnungen befindet.

In einem Privathaus entweicht die Wärme bis zu einem gewissen Grad durch die Außenwände, den Boden, das Dach, die Fenster und Türen.

Wenn man die Höhe des Wärmeverlusts bei den ungünstigsten Wetterbedingungen und die Eigenschaften dieser Bedingungen kennt, ist es möglich, die Leistung des Heizsystems mit hoher Genauigkeit zu berechnen.

Die aus dem Gebäude entweichende Wärmemenge wird also nach folgender Formel berechnet:

Q=Q_Boden+F_Wand+F_Fenster+F_Dach+F_Tür+…+Q_ich, Wo

Qi — das Volumen des Wärmeverlusts einer homogenen Gebäudehülle.

Jede Komponente der Formel wird nach folgender Formel berechnet:

Q=S*∆T/R, Wo

• Q – Wärmeverlust, V;
• S – Fläche einer bestimmten Art von Struktur, qm. M;
• ∆T – Unterschied zwischen Umgebungs- und Innenlufttemperatur, °C;
• R – Wärmewiderstand einer bestimmten Art von Struktur, m²*°C/W.

Es wird empfohlen, den Wert des Wärmewiderstands für real vorhandene Materialien den Hilfstabellen zu entnehmen.

Zusätzlich kann der Wärmewiderstand mithilfe der folgenden Beziehung ermittelt werden:

R=d/k, Wo

• R – thermischer Widerstand, (m²*K)/W;
• k – Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Materials, W/(m²*ZU);
• D – Dicke dieses Materials, m.

Bei alten Häusern mit feuchten Dachkonstruktionen kommt es zu Wärmelecks im oberen Teil des Gebäudes, nämlich durch Dach und Dachboden. Durchführung von Aktivitäten auf Deckenisolierung oder Wärmedämmung des Dachgeschosses Löse dieses Problem.

Wenn Sie den Dachboden und das Dach isolieren, kann der Gesamtwärmeverlust des Hauses deutlich reduziert werden

Es gibt mehrere andere Arten von Wärmeverlusten im Haus durch Risse in Gebäuden, Lüftungssystemen, Dunstabzugshauben sowie sich öffnende Fenster und Türen. Es macht jedoch keinen Sinn, deren Volumen zu berücksichtigen, da sie nicht mehr als 5 % der Gesamtzahl der Hauptwärmelecks ausmachen.

Bestimmung der Kesselleistung

Um den Temperaturunterschied zwischen der Umgebung und der Innentemperatur des Hauses aufrechtzuerhalten, ist ein autonomes Heizsystem erforderlich, das in jedem Raum eines Privathauses die gewünschte Temperatur aufrechterhält.

Das Heizsystem basiert auf unterschiedlichen Arten von Kesseln: flüssiger oder fester Brennstoff, elektrisch oder gasförmig.

Ein Heizkessel ist die zentrale Einheit einer Heizungsanlage, die Wärme erzeugt. Das Hauptmerkmal eines Kessels ist seine Leistung, nämlich die Umwandlungsrate der Wärmemenge pro Zeiteinheit.

Nach der Berechnung der Heizlast erhalten wir die erforderliche Nennleistung des Kessels.

Für eine gewöhnliche Mehrzimmerwohnung wird die Kesselleistung anhand der Fläche und der spezifischen Leistung berechnet:

R_Kessel=(S_{Firmengelände}*R_Spezifisch)/10, Wo

• S_{Firmengelände} — Gesamtfläche des beheizten Raumes;
• R_Spezifisch — spezifische Leistung im Verhältnis zu den klimatischen Bedingungen.

Diese Formel berücksichtigt jedoch nicht die Wärmeverluste, die in einem Privathaus ausreichend sind.

Es gibt ein weiteres Verhältnis, das diesen Parameter berücksichtigt:

R_Kessel=(F_Verluste*S)/100, Wo

• R_Kessel — Kesselleistung;
• Q_Verluste - Hitzeverlust;
• S - beheizter Bereich.

Die Auslegungsleistung des Kessels muss erhöht werden. Die Reserve ist erforderlich, wenn Sie den Boiler zum Erhitzen von Wasser für Bad und Küche verwenden möchten.

In den meisten Heizsystemen von Privathäusern wird empfohlen, einen Ausgleichsbehälter zu verwenden, in dem der Kühlmittelvorrat gespeichert wird. Jedes Privathaus benötigt Warmwasserversorgung

Um die Leistungsreserve des Kessels bereitzustellen, muss der Sicherheitsfaktor K zur letzten Formel hinzugefügt werden:

R_Kessel=(F_Verluste*S*K)/100, Wo

ZU — beträgt 1,25, d. h. die Auslegungsleistung des Kessels wird um 25 % erhöht.

Somit ermöglicht die Kesselleistung die Aufrechterhaltung der Standardlufttemperatur in den Räumen des Gebäudes sowie eine anfängliche und zusätzliche Warmwassermenge im Haus.

Merkmale der Auswahl von Heizkörpern

Standardkomponenten zur Wärmeversorgung eines Raumes sind Heizkörper, Paneele, Fußbodenheizungen, Konvektoren usw.Die häufigsten Teile einer Heizungsanlage sind Heizkörper.

Der Wärmestrahler 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 ersetzte massive Gusseisenbatterien. Einfache Herstellung, hohe Wärmeübertragung, gelungenes Design und Design haben dieses Produkt zu einem beliebten und weit verbreiteten Instrument zur Wärmeabstrahlung in Innenräumen gemacht

Es gibt mehrere Methoden Berechnungen von Heizkörpern im Zimmer. Die folgende Liste der Methoden ist nach zunehmender Berechnungsgenauigkeit sortiert.

Berechnungsmöglichkeiten:

1. Nach Gebiet. N=(S*100)/C, wobei N die Anzahl der Abschnitte und S die Fläche des Raums (m) ist²), C – Wärmeübertragung eines Abschnitts des Heizkörpers (W, entnommen aus dem Pass oder Zertifikat für das Produkt), 100 W – die Wärmestrommenge, die zum Erhitzen von 1 m erforderlich ist² (Erfahrungswert). Es stellt sich die Frage: Wie ist die Höhe der Raumdecke zu berücksichtigen?
2. Nach Ausgabe. N=(S*H*41)/C, wobei N, S, C ähnlich sind. H – Raumhöhe, 41 W – erforderliche Wärmestrommenge zum Heizen von 1 m³ (Erfahrungswert).
3. Zugegebenermaßen. N=(100*S*k1*k2*k3*k4*k5*k6*k7)/C, wobei N, S, C und 100 gleich sind. k1 – unter Berücksichtigung der Anzahl der Kammern in einem doppelt verglasten Fenster eines Raumes, k2 – Wärmedämmung der Wände, k3 – Verhältnis der Fensterfläche zur Raumfläche, k4 – durchschnittliche Minustemperatur in der kältesten Winterwoche, k5 – Anzahl der Außenwände eines Raumes (die bis zur Straße reichen), k6 – Art des Raumes darüber, k7 – Deckenhöhe.

Dies ist die genaueste Option zur Berechnung der Anzahl der Abschnitte. Natürlich werden die Ergebnisse von Bruchrechnungen immer auf die nächste ganze Zahl gerundet.

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 Kühlmittels zu berechnen. In den meisten Fällen handelt es sich bei dem Kühlmittel um gewöhnliches Wasser in flüssigem oder gasförmigem Aggregatzustand.

Es wird empfohlen, das tatsächliche Kühlmittelvolumen durch Summierung aller Hohlräume im Heizsystem zu berechnen. Bei Verwendung eines Einkreiskessels ist dies die beste Option. Beim Einsatz von Zweikreiskesseln in einem Heizsystem muss der Warmwasserverbrauch für hygienische und andere Haushaltszwecke berücksichtigt werden

Die Berechnung der Wassermenge, die von einem Zweikreiskessel erwärmt wird, um die Bewohner mit Warmwasser zu versorgen und das Kühlmittel zu erwärmen, erfolgt durch Summierung des Innenvolumens des Heizkreislaufs und des tatsächlichen Bedarfs der Benutzer an erwärmtem Wasser.

Die Warmwassermenge im Heizsystem wird nach folgender Formel berechnet:

W=k*P, Wo

• W — Kühlmittelvolumen;
• P — Leistung des Heizkessels;
• k - Leistungsfaktor (Anzahl Liter pro Leistungseinheit, gleich 13,5, Bereich - 10-15 Liter).

Im Ergebnis sieht die endgültige Formel so aus:

B = 13,5*P

Die Kühlmittelgeschwindigkeit ist die endgültige dynamische Bewertung des Heizsystems, die die Geschwindigkeit der Flüssigkeitszirkulation im System charakterisiert.

Dieser Wert hilft bei der Beurteilung der Art und des Durchmessers der Rohrleitung:

V=(0,86*P*μ)/∆T, Wo

• P — Kesselleistung;
• μ — Kesseleffizienz;
• ∆T - Temperaturunterschied zwischen Vorlaufwasser und Rücklaufwasser.

Verwendung der oben genannten Methoden hydraulische Berechnung, wird es möglich sein, reale Parameter zu erhalten, die die „Grundlage“ des zukünftigen Heizsystems bilden.

Beispiel einer thermischen Berechnung

Als Beispiel für eine thermische Berechnung haben wir ein gewöhnliches einstöckiges Haus mit vier Wohnzimmern, einer Küche, einem Badezimmer, einem „Wintergarten“ und Hauswirtschaftsräumen.

Das Fundament besteht aus einer monolithischen Stahlbetonplatte (20 cm), die Außenwände sind aus Beton (25 cm) mit Putz, das Dach besteht aus Holzbalken, das Dach besteht aus Metallziegeln und Mineralwolle (10 cm).

Bestimmen wir die für die Berechnungen notwendigen Ausgangsparameter des Hauses.

Gebäudeabmessungen:

• Bodenhöhe - 3 m;
• kleines Fenster an 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, Länge 16 m². Es werden nur Wohnräume (4 Einheiten), ein Badezimmer und eine Küche beheizt.

Um den Wärmeverlust an den Wänden genau zu berechnen, müssen Sie die Fläche aller Fenster und Türen von der Fläche der Außenwände abziehen – es handelt sich um eine völlig andere Art von Material mit eigenem Wärmewiderstand

Wir beginnen mit der Berechnung der Flächen homogener Materialien:

• Grundfläche - 152 qm²;
• Dachfläche - 180 qm² unter Berücksichtigung der Dachgeschosshöhe von 1,3 m und der Pfettenbreite von 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:

• Q_Boden=S*∆T*k/d=152*20*0,2/1,7=357,65 W;
• Q_Dach=180*40*0,1/0,05=14400 W;
• Q_Fenster=9,22*40*0,36/0,5=265,54 W;
• Q_Türen=7,4*40*0,15/0,75=59,2 W;

Und auch Q_Wand entspricht 136,38*40*0,25/0,3=4546. Die Summe aller Wärmeverluste beträgt 19628,4 W.

Als Ergebnis berechnen wir die Kesselleistung: P_Kessel=Q_Verluste*S_{Heizungsräume}*K/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 ähnlich. Beispielsweise hat ein Eckzimmer (in der linken, unteren Ecke des Diagramms) eine Fläche von 10,4 m2.

Das bedeutet 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.

Für diesen Raum sind 9 Heizkörperabschnitte mit einer Heizleistung von 180 W erforderlich.

Fahren wir mit der Berechnung der Kühlmittelmenge im System fort – W=13,5*P=13,5*21=283,5 l. Dies bedeutet, dass die Kühlmittelgeschwindigkeit V=(0,86*P*μ)/∆T=(0,86*21000*0,9)/20=812,7 l beträgt.

Infolgedessen entspricht eine vollständige Umwälzung des gesamten Kühlmittelvolumens im System 2,87-mal pro Stunde.

Eine Auswahl an Artikeln zu thermischen Berechnungen hilft Ihnen, die genauen Parameter der Heizsystemelemente zu ermitteln:

1. Berechnung der Heizungsanlage eines Privathauses: Regeln und Berechnungsbeispiele
2. Wärmetechnische Berechnung eines Gebäudes: Einzelheiten und Formeln zur Durchführung von Berechnungen + praktische Beispiele

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Eine einfache Berechnung einer Heizungsanlage für ein Privathaus wird im folgenden Testbericht vorgestellt:

Nachfolgend finden Sie alle Feinheiten und allgemein anerkannten Methoden zur Berechnung des Wärmeverlusts eines Gebäudes:

Eine weitere Möglichkeit zur Berechnung von Wärmelecks in einem typischen Privathaus:

Dieses Video beschreibt die Merkmale der Zirkulation von Energieträgern zum Heizen eines Hauses:

Die thermische Berechnung einer Heizungsanlage ist individueller Natur und muss kompetent und sorgfältig durchgeführt werden. Je genauer die Berechnungen erfolgen, desto weniger müssen die Eigentümer eines Landhauses während des Betriebs zu viel bezahlen.

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