Нагрузка на вентиляцию – расчет, формулы и альтернативные способы

Подача воздуха в помещения не может осуществляться без предварительной подготовки. Производится комплекс мероприятий, состоящих из очистки от пыли и нежелательных компонентов (фильтрование) и подогрева потока. В зимнее время эта процедура крайне важна, иначе придется многократно усиливать интенсивность отопительной системы. Кроме того, холодные воздуховоды станут местами конденсации влаги, что создаст условия для возникновения коррозии и разрушения конструкций здания. Все эти операции требуют предварительного расчета для получения максимальной эффективности.

Что такое нагрузка на вентиляцию?

Вентиляционная система играет в процессе обогрева здания важную роль. Количество тепловой энергии, расходуемой на подогрев приточного потока, нередко превышает расход тепла в отопительном контуре. Эта энергия называется тепловой нагрузкой на вентиляцию.

В небольших помещениях — квартирах или офисах — тепловая нагрузка практически отсутствует. Условия вентиляции таких помещений не нуждаются в принудительной подаче приточного потока, поэтому подготовка свежего потока отсутствует. Однако, в зданиях с крупными залами и большим количеством людей, возникает необходимость в нагреве приточного воздуха.

Для увеличения температуры используются калориферы электрического или (чаще всего) водяного (парового) типа. Процесс нагрева представляет собой обычный проход потока воздуха сквозь рамку, заполненную ребристыми горячими трубками. Они отдают тепловую энергию потоку воздуха, а циркулирующий теплоноситель не дает им остывать. Такие конструкции являются самыми экономичными, хотя и требуют довольно трудоемкого монтажа обвязки и подачи теплоносителя.

Особенностью нагрузки на вентиляцию является адресное расходование энергии. Если вентиляцию отключить, демонтировать или реорганизовать, расход энергии либо прекратится, либо изменит количественные показатели.

При необходимости величину тепловой нагрузки можно изменить. Например, это делается при смене сезонов, когда нагрев приточного воздуха становится не нужен. Кроме того, режим нагрева потока приходится менять при реконструкции вентиляционной системы, присоединении дополнительных линий.

Расчет нагрузки на вентиляцию

Величина тепловой нагрузки подлежит тщательному расчету. Она относится к расходной части, поэтому требует максимальной эффективности при минимальных расходах. Процесс расчета — сложная задача, доступная только опытным специалистам. Проблема не в математике, а в множестве мелких деталей, которые необходимо учитывать и принимать во внимание. Если их игнорировать, в результате можно получить слишком малый нагрев потока или чрезмерные затраты на избыточную нагрузку.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Воздушное отопление нежилых зданий и сооружений

Расчет производится отдельно на приточную вентиляцию, хотя нагрузка на нее является составной частью общих расходов тепловой энергии на отопление здания. При создании проекта сумма вычисляется общий тепловой контур путем сложения всех расходов на отопление, нагрев воздуха, питание теплого пола и ГВС. Все эти компоненты вносят свой вклад в обогрев помещений и могут создать избыточное количество тепла, что означает лишние затраты.

Расчет нагрузки на практике представляет собой определение мощности и параметров калорифера. Основная формула выглядит следующим образом:

Q_т=L∙ρ_возд∙C_возд∙(t_вн– t_нар)

где:

Q_{т — мощность калорифера в ваттах}</li>L — расход воздуха (параметры вентилятора или отдельной линии)</li>ρ_{возд — плотность воздуха. Обычно принимается равной 1,22 кг/м}³</li>C_{возд — удельная теплоемкость воздуха, 0,24 ккал/(Кг·°С)}</li>t_вн– t_{нар — разница температур внутри и снаружи помещения}

Мощность калорифера — это одна из технических характеристик, указываемых в паспорте устройства. Расчетное значение обычно увеличивают на 10-15 %, чтобы иметь некоторый запас на случай снижения производительности системы. Она вызывается уменьшением сечения трубок из-за накопления известковых отложений, понижением температуры теплоносителя и прочими причинами. При необходимости можно сразу рассчитать количество теплоносителя в определенных условиях.

Для этого используется следующая формула:

G= (3,6∙Q_т)/(с_в∙(t_пр-t_обр ) )

где:

</li>G — количество теплоносителя</li>Q_т — мощность калорифера</li>с_{в — удельная теплоемкость воды (4,187 Дж/кГ·К или 1 ккал/(Кг·°С)}</li>t_пр-t_{обр — разница температур прямой} и обратной линий теплового контура

Все расчеты представляют определенную сложность и нередко пугают неопытных пользователей. Однако, можно получить вполне точные результаты, если воспользоваться онлайн-калькулятором. Их много в сети, надо только выполнить расчет в нескольких ресурсах. Чтобы можно было сравнить и исправить результаты.

Способы снижения расхода тепла на вентиляцию

Снижение расхода тепловой энергии на вентиляцию — довольно сомнительная задача. Дело в том, что расчетное количество тепла является нормативным, оптимальным значением для данного помещения или системы. Любое снижение количества тепловой энергии может означать лишь изменение режима подготовки приточного потока в худшую сторону. В этом отношении наиболее правильным подходом видится максимально точный и тщательный расчет системы с учетом всех особенностей здания, его назначения и прочих факторов воздействия.

Однако, есть некоторые возможности для снижения расхода энергии путем гибкой регулировки подачи тепла в зависимости от внешних факторов. Поскольку расчетные показатели получены с использованием постоянных значений внутренней и наружной температур воздуха, можно установить систему контроля и изменения степени нагрева. За основу она будет брать значения температур внутри и снаружи, для чего используют датчики и контроллер. Он оперативно реагирует на подъем или снижение показаний датчиков и регулирует подачу тепла на калорифер.

Важно! Распространенным и эффективным способом экономии энергии является рекуперация. Это методика передачи тепловой энергии от выводимого вытяжного потока свежему приточному воздуху. Существует несколько конструкций рекуператоров, обладающих разной производительностью и возможностями. Методика позволяет снизить теплопотери на 20 %, а в некоторых системах и более.

Еще одним способом снижения расхода можно считать обычную экономию тепла, своевременную отсечку неиспользуемых линий, прекращение подачи теплого воздуха в неиспользуемые помещения. Этот метод не даст значительной экономии в обычных жилых или общественных зданиях, но в условиях производственных цехов может стать одним из существенных источников экономии.

Альтернативные способы подогрева приточного воздуха

Необходимо учитывать, что эффективных альтернатив уже используемым методам практически не существует. Все способы подогрева применяются достаточно активно, за исключением слишком затратных или малоэффективных. Однако, есть некоторые возможности, которые используются в квартирах. Одним из методов является оконный или стеновой клапан, который направлен на радиатор системы отопления. Свежий холодный воздух проходит по нагретой поверхности и получает вполне приемлемую температуру. В производственных цехах иногда делают установки, сжигающие отходы и направляющие полученное тепло на подготовку приточного воздуха и ГВС. Используются все доступные варианты, которыми располагают пользователи.

Видео: как сэкономить на отоплении рекуператором

Рекомендуемое оборудование

• Смотреть корзину
  

  Рекуператор VAKIO Lumi

• Смотреть корзину
  

  Рекуператор пластинчатый

• Смотреть корзину
  

  Приточно-вытяжная установка Shuft NOVA-300 Sensitive

• Смотреть корзину
  

  Компактная приточная установка с роторным рекуператором VKJET-RR

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Cистема воздушного отопления для частного дома — особенности, устройство и схемы</li>

При проектировании систем обогрева всех типов строений нужно провести правильные вычисления, а затем разработать грамотную схему отопительного контура. На этом этапе особое внимание следует уделить расчету тепловой нагрузки на отопление. Для решения поставленной задачи важно использовать комплексный подход и учесть все факторы, влияющие на работу системы.

1 Важность параметра</span></h2>

С помощью показателя тепловой нагрузки можно узнать количество теплоэнергии, необходимой для обогрева конкретного помещения, а также здания в целом. Основной переменной здесь является мощность всего отопительного оборудования, которое планируется использовать в системе. Кроме этого, требуется учитывать потери тепла домом.

Идеальной представляется ситуация, в которой мощность отопительного контура позволяет не только устранить все потери теплоэнергии здания, но и обеспечить комфортные условия проживания. Чтобы правильно рассчитать удельную тепловую нагрузку, требуется учесть все факторы, оказывающие влияние на этот параметр:

• Характеристики каждого элемента конструкции строения. Система вентиляции существенно влияет на потери теплоэнергии.
• Размеры здания. Необходимо учитывать как объем всех помещений, так и площадь окон конструкций и наружных стен.
• Климатическая зона. Показатель максимальной часовой нагрузки зависит от температурных колебаний окружающего воздуха.

Оптимальный режим работы системы обогрева может быть составлен только с учетом этих факторов. Единицей измерения показателя может быть Гкал/час или кВт/час.

‘ >расчет нагрузки на отоплениеРекомендуемОсобенности расчета тепловой энергии на отопление здания

2 Выбор метода</span></h2>

Перед началом проведения расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно определиться с рекомендуемыми температурными режимами для жилого строения. Для этого придется обратиться к нормам СанПиН 2.1.2.2645−10. Исходя из данных, указанных в этом нормативном документе, необходимо обеспечить оптимальные температурные режимы работы системы обогрева для каждого помещения.

Используемые сегодня способы выполнения расчетов часовой нагрузки на отопительную систему позволяют получать результаты различной степени точности. В некоторых ситуациях требуется провести сложные вычисления, чтобы минимизировать погрешность.

Если же при проектировании системы отопления оптимизация расходов на энергоноситель не является приоритетной задачей, допускается использование менее точных методик.

‘ >Расчет тепловой нагрузки и проектирование систем отопления Audytor OZC + Audytor C.O.РекомендуемПодбор мощности по онлайн-калькулятору расчета вентиляции

3 Простые способы</span></h2>

Любая методика расчета тепловой нагрузки позволяет подобрать оптимальные параметры системы обогрева. Также этот показатель помогает определиться с необходимостью проведения работ по улучшению теплоизоляции строения. Сегодня применяются две довольно простые методики расчета тепловой нагрузки.

РекомендуемКалькулятор расчета секций радиаторов отопления по площади

3.1 В зависимости от площади</span></h3>

Если в строении все помещения имеют стандартные размеры и обладают хорошей теплоизоляцией, можно воспользоваться методом расчета необходимой мощности отопительного оборудования в зависимости от площади. В этом случае на каждые 10 м² помещения должен производиться 1 кВт тепловой энергии. Затем полученный результат необходимо умножить на поправочный коэффициент климатической зоны.

Это самый простой способ расчета, но он имеет один серьезный недостаток — погрешность очень высока. Во время проведения вычислений учитывается лишь климатический регион. Однако на эффективность работы системы обогрева влияет много факторов. Таким образом, использовать эту методику на практике не рекомендуется.

3.2 Укрупненные вычисления</span></h3>

Применяя методику расчета тепла по укрупненным показателям, погрешность вычислений окажется меньшей. Этот способ сначала часто применялся для определения теплонагрузки в ситуации, когда точные параметры строения были неизвестны. Для определения параметра применяется расчетная формула:

Qот = q0*a*Vн*(tвн — tнро),

где q0 — удельная тепловая характеристика строения;

a — поправочный коэффициент;

Vн — наружный объем строения;

tвн, tнро — значения температуры внутри дома и на улице.

В качестве примера расчета тепловых нагрузок по укрупненным показателям можно выполнить вычисления максимального показателя для отопительной системы здания по наружным стенам 490 м². Строение двухэтажное с общей площадью в 170 м² расположено в Санкт-Петербурге.

Сначала необходимо с помощью нормативного документа установить все нужные для расчета вводные данные:

• Тепловая характеристика здания — 0,49 Вт/м³*С.
• Уточняющий коэффициент — 1.
• Оптимальный температурный показатель внутри здания — 22 градуса.

Предположив, что минимальная температура в зимний период составит -15 градусов, можно все известные величины подставить в формулу — Q =0.49*1*490 (22+15)= 8,883 кВт. Используя самую простую методику расчета базового показателя тепловой нагрузки, результат оказался бы более высоким — Q =17*1=17 кВт/час. При этом укрупненный метод расчета показателя нагрузки учитывает значительно больше факторов:

• Оптимальные температурные параметры в помещениях.
• Общую площадь строения.
• Температуру воздуха на улице.

Также эта методика позволяет с минимальной погрешностью рассчитать мощность каждого радиатора, установленного в отдельно взятом помещении. Единственным ее недостатком является отсутствие возможности рассчитать теплопотери здания.

‘ >Расчет тепловых нагрузок, г. Барнаул

4 Сложная методика</span></h2>

Так как даже при укрупненном расчете погрешность оказывается довольно высокой, приходится использовать более сложный метод определения параметра нагрузки на отопительную систему. Чтобы результаты оказались максимально точными, необходимо учитывать характеристики дома. Среди них важнейшей является сопротивление теплопередачи ® материалов, использовавшихся для изготовления каждого элемента здания — пол, стены, а также потолок.

Эта величина находится в обратной зависимости с теплопроводностью (λ), показывающей способность материалов переносить теплоэнергию. Вполне очевидно, что чем выше теплопроводность, тем активнее дом будет терять теплоэнергию. Так как эта толщина материалов (d) в теплопроводности не учитывается, то предварительно нужно вычислить сопротивление теплопередачи, воспользовавшись простой формулой — R=d/λ.

Рассматриваемая методика состоит из двух этапов. Сначала рассчитываются теплопотери по оконным проемам и наружным стенам, а затем — по вентиляции. В качестве примера можно взять следующие характеристики строения:

• Площадь и толщина стен — 290 м² и 0,4 м.
• В строении находятся окна (двойной стеклопакет с аргоном) — 45 м² (R =0,76 м²*С/Вт).
• Стены изготовлены из полнотелого кирпича — λ=0,56.
• Здание было утеплено пенополистиролом — d =110 мм, λ=0,036.

Исходя из вводных данных, можно определить показатель сопротивления телепередачи стен — R=0.4/0.56= 0,71 м²*С/Вт. Затем определяется аналогичный показатель утеплителя — R=0,11/0,036= 3,05 м²*С/Вт. Эти данные позволяют определить следующий показатель — R общ =0,71+3,05= 3,76 м²*С/Вт.

Фактические теплопотери стен составят — (1/3,76)*245+(1/0.76)*45= 125,15 Вт. Параметры температур остались без изменений в сравнении с укрупненным расчетом. Очередные вычисления проводятся в соответствии с формулой — 125,15*(22+15)= 4,63 кВт/час.

‘ >Расчет тепловой мощности систем отопления

На втором этапе рассчитываются теплопотери вентиляционной системы. Известно, что объем дома равен 490 м³, а плотность воздуха составляет 1,24 кг/м³. Это позволяет узнать его массу — 608 кг. На протяжении суток в помещении воздух обновляется в среднем 5 раз. После этого можно выполнить расчет теплопотерь вентиляционной системы — (490*45*5)/24= 4593 кДж, что соответствует 1,27 кВт/час. Остается определить общие тепловые потери строения, сложив имеющиеся результаты, — 4,63+1,27=5,9 кВт/час.

‘ >Теплотехнический расчет модели здания и подбор отопительных приборов (Revit+liNear Building)

Результат будет максимально точным, если учитывать потери через пол и крышу. Сложные вычисления здесь проводить необязательно, допускается использование уточняющего коэффициента. Процесс расчетов теплонагрузки на систему обогрева отличается высокой сложностью. Однако его можно упростить с помощью программы VALTEC.

Фото

Расход теплоты на отопление и вентиляцию промышленных предприятий

Расчет расхода теплоты на отопление. Показатель зависит от времени суток, назначения помещения и типа здания, температуры наружного воздуха, продолжительности отопительного периода, наличия в помещении нагретых поверхностей и пр.

Расход теплоты в рабочее время (МДж/ч) рассчитывают по удельным тепловым характеристикам:

В зависимости от времени суток расход теплоты на отопление (МДж/ч) промышленных предприятий определяют по формуле

Температура воздуха в помещении в рабочее время должна соответствовать рекомендациям по эксплуатации вентиляционных установок.

Часовой расход теплоты в нерабочее время определяют по формуле, используемой при расчете расхода теплоты в рабочее время, с учетом снижения температуры воздуха в помещении в нерабочее время до 5 °С.

Удельная тепловая характеристика зависит от назначения помещения и типа здания. Например, для производственных помещений, расположенных в одноэтажном корпусе, q составляет 0,75—2,1 МДж/(м³ • ч • К); для производственных помещений, расположенных в многоэтажном здании, — 0,20 — 1,05 кДжДм³ • ч • К); для бытовых и вспомогательных помещений — 1,4 —2,5 кДжДм³-ч-К); для складов — 2,50 — 3,35 кДжДм³-ч • К); для административных зданий — 1,7 — 2,6 кДжДм³• ч • К).

Поправочный коэффициент а зависит от температуры наружного воздуха. Так, для общественных зданий при t_H = -10° С а = = 1,45; при t_H = -20 °С а = 1,17 и т.д.

в нерабочее время

В зависимости от наличия в помещении нагретых поверхностей поступление теплоты (МДж) рассчитывают по следующим формулам:

от нагретых поверхностей оборудования

от нагретого материала

от электропривода

В зависимости от отопительного периода расход теплоты (МДж) рассчитывают по следующим формулам: в рабочее время

Система отопления промышленных предприятий должна обеспечивать тепловой баланс между количеством теплоты, покупаемой от нагретых поверхностей технологического оборудования, нагретого материала, людей и т.д., и количеством тепловых потерь через наружные ограждения зданий.

от работающих людей

Тепловые потери через строительные ограждения помещений складываются из тепловых потерь через стены здания, покрытие, дверные и оконные проемы.

Перенос теплоты Q через стены здания и оконные проемы протекает в три стадии: от воздуха в помещении к внутренней поверхности стен зданий Q_h через стены здания Q₂ и от наружной поверхности стен в окружающую среду Q₃.

Количество теплоты, теряемой через стены здания, рассчитывают по формуле

Приближенно тепловые потери (кДж/ч) помещений определяют по формуле

Если производственный корпус имеет много окон, то целесообразно учитывать дополнительный расход теплоты на отопление исходя из тепловых потерь оконных проемов в отопительный период.

Расчет проводят по формуле

В случае если стена не аккумулирует теплоту, можно считать, что

где К — коэффициент теплопередачи, зависящий от типа остекления; F_K — площадь окон, м²; п — число дней отопительного периода; т — время работы, ч; /_{вн р} — температура внутри здания в рабочее время, °С; *н.ср ^— средняя температура отопительного периода, °С.

В зависимости от типа остекления зданий коэффициент теплопередачи может иметь следующие значения, кДж/(м²— К): однослойное остекление — 4,5; двухслойное остекление с деревянными спаренными оконными переплетами — 2,9; двухслойное остекление с металлическими спаренными переплетами — 3,25; двухслойное остекление с деревянными раздельными переплетами — 2,67; двухслойное остекление с металлическими раздельными переплетами — 3,02.

Суммарный годовой расход теплоты на отопление (МДж) составляет

Часть теплоты в производственные помещения поступает от солнечной радиации через стеклянные поверхности зданий.

В табл. 20, 21 приведены данные по теплопоступлениям от солнечной радиации и от работающих людей.

Смотрите также

Используемые источники:

• https://rsvgroup.ru/otoplenie/teplovaya-nagruzka-na-ventilyatsiyu.html
• https://oventilyacii.ru/otoplenie/raschet-teplovoj-nagruzki.html
• http://teploobmennye-apparaty.ru/raschet-potrebnostei-teploty/raskhod-teploty-otoplenie-ventilyatsiyu-promyshlennykh-predpriyatii/