Расчет тепловой схемы котельной в экселе
Программа выполнена в в среде Excel. В ней осуществляется расчет отопительных нагрузок зданий по значениям их объемов и удельной отопительной характеристики. Данная табличка создавалась в помощь инженерам - теплотехникам.
Автор разработчик - Черняев А.А.
Расчет в Excel температурного графика отопления.
Итак, при настройке работы котла и/или теплового узла от температуры наружного воздуха системе автоматики необходимо задать температурный график.
Возможно, правильнее датчик температуры воздуха разместить внутри здания и настроить работу системы управления температурой теплоносителя от температуры внутреннего воздуха. Но часто бывает сложно выбрать место установки датчика внутри из-за разных температур в различных помещениях объекта или из-за значительной удаленности этого места от теплового узла.
Рассмотрим пример. Допустим, у нас имеется объект – здание или группа зданий, получающие тепловую энергию от одного общего закрытого источника теплоснабжения – котельной и/или теплового узла. Закрытый источник – это источник, из которого запрещен отбор горячей воды на водоснабжение. В нашем примере будем считать, что кроме прямого отбора горячей воды отсутствует и отбор тепла на нагрев воды для горячего водоснабжения.
Для сравнения и проверки правильности расчетов возьмем исходные данные из вышеупомянутой статьи «Расчет водяного отопления за 5 минут!» и составим в Excel небольшую программу расчета температурного графика отопления.
Условия задачи:
Герметичный бокс (коробка, ящик, вагончик, гараж, помещение, здание, корпус, …) в виде параллелепипеда длиной l , шириной b и высотой h заполнен воздухом, температура которого tвр /внутренняя расчетная температура/. Стенки бокса имеют толщину δ и все сделаны из одного материала, имеющего коэффициент теплопроводности λ .
Со всех шести сторон бокс окружает воздушная среда с температурой tн /наружная температура/.
Слово «среда» в данном случае имеет следующий смысл: масса воздуха в боксе и размеры бокса настолько малы по сравнению с массой и размерами окружающей воздушной среды, что любые изменения внутренней температуры воздуха tв никак не могут повлиять на изменение температуры воздуха снаружи tн .
Внутрь бокса заведены две трубы, к которым подключен установленный внутри прибор отопления (радиатор, конвектор, регистр). По одной из труб в прибор отопления подается от котла — источника теплоснабжения — горячая вода с температурой tп /температура подачи/. По второй трубе вода, отдавшая часть тепла и остывшая до температуры tо /температура обратки/, возвращается в котел. Расход воды при этом постоянен и равен Gр /расчетный расход теплоносителя/ .
Рассматривать источник теплоснабжения и подводящие теплотрассы мы в этой задаче не будем, а примем, что на входе в бокс всегда тепловой энергии в избытке и мы можем брать ровно столько, сколько необходимо, например, при помощи автоматизированного узла подачи и учета тепловой энергии.
Дополнительно известны коэффициенты теплообмена на внутренних и наружных поверхностях ограждений α1 и α2 .
Задан и показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления n .
Схема задачи изображена на рисунке, расположенном ниже этого текста. Передняя стенка бокса условно не показана. Габаритные размеры бокса отличаются от расчетных на величину толщины стенок δ . То есть, расчетные плоскости находятся посередине толщины ограждений!
Итоги.
Практическая ценность представленного расчета температурного графика отопления заключается в том, что он учитывает тип установленных приборов и направление движения теплоносителя в этих приборах. Коэффициент нелинейности теплоотдачи n , оказывающий заметное влияние на температурный график отопления у разных приборов различный:
у чугунных радиаторов n =0,15…0,30 (зависит от способа подключения);
у конвекторов n =0,30…0,35 (зависит от марки прибора).
Для любых приборов отопления коэффициент нелинейности теплоотдачи n можно найти в технической документации заводов-изготовителей.
По величине относительного теплового потока q можно понять, что, например, при температуре наружного воздуха tн =-8 °С в нашем примере котел или система должны работать на 50% номинальной мощности для поддержания в помещении температуры внутреннего воздуха tвр =+20 °С.
Используя температурный график отопления, можно быстро выполнить экспресс-аудит системы и понять есть недогрев «подачи» или перегрев «обратки», а так же оценить величину расхода теплоносителя.
Конечно, теплопотери здания зависят от переменных в течение суток и месяцев силы ветра, влажности воздуха, инсоляции, однако главнейшим влияющим фактором все-таки на 90…95% является температура наружного воздуха.
Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!
Ссылка на скачивание файла: temperaturnyy-grafik-otopleniya (xls 26,0KB).
«У вас теплые батареи?» или «У вас горячие радиаторы отопления?» — такие вопросы мы задаем соседям, если у нас прохладно в квартире, в кабинете, в производственном помещении. Все разнообразные приборы отопления в народе, обычно, называют батареями или радиаторами отопления.
Под эти термины попадают панельные и секционные радиаторы, ребристые трубы, регистры из гладких труб, разнообразные конвекторы и даже иногда относительно экзотические потолочные излучатели.
В статье, которую вы читаете, будет представлена небольшая программа в MS Excel, позволяющая выполнить тепловой расчет радиаторов отопления и конвекторов.
Радиатор отопления – это прибор, который нагревает воздух и предметы в помещении посредством радиационного излучения и конвективного теплообмена, передавая при этом тепловую энергию от горячего теплоносителя (чаще всего от воды) через свои стенки.
Конвектор передает тепловую энергию в окружающее его пространство исключительно (на 95%) путем конвективного теплообмена – нагрева горячими стенками воздушных струй.
Доля тепла, передаваемая конвекцией (оставшаяся часть, соответственно, — инфракрасным излучением) для некоторых типов приборов отопления приведена ниже:
Чугунные радиаторы (батареи) – 25…35%
Алюминиевые секционные радиаторы – 50…60%
Панельные стальные радиаторы – 65…75%
Какой тип приборов отопления лучше однозначно сказать нельзя. У всех есть недостатки. Однако возросшее качество проектирования и изготовления конвекторов позволяет этому типу приборов в последнее время постоянно увеличивать свою долю рынка.
За последние лет пять мне довелось участвовать в выборе и проектировании систем отопления для большого торгового комплекса (4 этажа, более 30 тысяч квадратных метров) и для производственного цеха (500 квадратных метров). И там и там, в качестве приборов отопления по критерию «цена / качество / эффективность» были применены конвекторы, которые существенно «переиграли» конкурентные варианты (в том числе и вариант воздушного отопления). Практика последующей эксплуатации подтвердила правильность выбранного решения – конвекторы прекрасно отапливают объекты!
Как и большинство расчетов в теплотехнике предлагаемый расчет радиаторов отопления будет приблизительным. «Приблизительность» заключается в том, что на фактическую теплоотдачу приборов влияют десяток факторов, часть из которых в «точных» расчетах учитываются коэффициентами, определенными в практических опытах, а часть факторов из-за малой значимости и вовсе игнорируются.
Предложенный ниже расчет радиаторов отопления учитывает 90…95% факторов при выполнении ряда условий:
1. Атмосферное давление в месте эксплуатации приборов должно быть около 760 миллиметров ртутного столба. Для высокогорных местностей необходимо вводить дополнительную поправку при «точных» расчетах.
2. Подача воды в прибор не должна быть «снизу – вверх»! Подача может быть любой, предпочтительнее — «сверху – вниз». В противном случае около 15…20% тепла не дополучите.
3. Монтаж радиатора должен обеспечивать свободное движение воздуха вдоль его поверхностей в вертикальном направлении. Расстояние от пола до низа прибора и от верха прибора до подоконника или верха установочной ниши стены желательно должны быть не менее 100 миллиметров.
Предлагаемый далее расчет в Excel, можно выполнить и в программе OOo Calc из пакета Open Office.
О цветах ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, следует прочесть на странице « О блоге ».
Требуется:
1. Найти расчетные теплопотери бокса и соответствующую им расчетную мощность системы водяного отопления Nр .
2. При заданных расчетных температурах теплоносителя tпр и tор определить его расчетный расход через систему Gр .
3. Рассчитать теплопотери бокса и соответствующую им мощность водяной системы отопления N для температур наружного воздуха tн , отличных от расчетной температуры tнр .
4. Рассчитать температуры теплоносителя – воды – на подаче tп и в обратке tо , которые обеспечат поддержание внутри бокса неизменной расчетной температуры воздуха tвр , при неизменном расчетном расходе Gр для различных температур наружного воздуха tн .
Расчет будем выполнять в программе MS Excel или в программе OOo Calc.
С общими правилами форматирования — использования различных цветов для заливки ячеек и окраски шрифтов — таблиц MS Excel и OOo Calc , которые применяются мной во всех файлах с программами, можно ознакомиться на странице «О блоге».
Результаты расчетов:
11. Номинальный тепловой поток N приборов (секций) ΣQн в КВт вычисляем
в ячейке D14: =D4*D5/1000 =1,850
ΣQн = N * Qн /1000
12. Температурный напор dt в °C определяем
в ячейке D15: =(D10+D11)/2-D12 =54,5
dt =( tп + tо )/2- tв
13. Расчетный оптимальный расход воды G в кг/час рассчитываем
в ячейке D16: =((0,86*D14*1000*((D15/D6)^(D8+1))*(1/D7)^D9)/(D10-D11))^(1/(1-D9)) =44
G =((0,86* ΣQн *1000*(( dt / dtн ) ( n +1) )*(1/ Gн ) p )/( tп — tо ) (1/(1- p ))
14. Расчетную теплоотдачу N приборов (секций) отопления Q в КВт вычисляем
в ячейке D17: =D14*((D15/D6)^(D8+1))*(D16/D7)^D9 =1,281
Q = ΣQн *(( dt / dtн ) ( n +1) )*( G / Gн ) p
и делаем проверку
в ячейке D18: =D16/0,86*(D10-D11)/1000 =1,281
Q = G /0,86*( tп — tо )/1000
15. Долю реальной теплоотдачи N приборов от номинального теплового потока ∆ в % определяем
в ячейке D19: =D17/D14*100 =69
∆ = Q / ΣQн *100
На этом расчет в Excel радиатора отопления МС 140-108, стоящего из 10 секций завершен.
Выполним аналогичный расчет в Excel конвектора КСК 20-2,083ПС.
Принципы расчета затрат на выработку тепла по котельным в Excel
Расчет эффективности систем водяного отопления в наши дни является весьма актуальной задачей.
Лучше всего рассмотреть принцип расчета затрат на водяное отопление на несколько абстрактном и упрощённом примере. Такой идеализированный пример позволяет не отвлекаться на типовые и громоздкие, но по существу элементарные вычисления, а уделить всё внимание главным и принципиально важным аспектам.
Предположим, что имеется герметичный бокс (в виде коробки, ящика, вагончика, гаража, помещения, здания, корпуса и так далее) в форме параллелепипеда, имеющего длину l, ширину b и высоту h, заполненный воздухом, температура которого tвр (внутренняя расчетная температура). Стенки бокса обладают толщиной δ и все они выполнены из одного материала с коэффициентом теплопроводности λ.
Со всех сторон бокс окружён воздушной средой с температурой tн (наружная температура). Количество воздуха в боксе и габариты бокса достаточно малы в сравнении с объёмом и размерами окружающей воздушной среды. Поэтому любые колебания внутренней температуры воздуха tв никак не способны влиять на изменения температуры наружного воздуха tн.
Исходные данные:
1. Длину бокса l (м) заносим
в ячейку D3: 10,000
2. Ширину бокса b (м) записываем
в ячейку D4: 5,000
3. Высоту бокса h (м) вводим
в ячейку D5: 3,000
4. Толщину стенок бокса δ (м) вписываем
в ячейку D6: 0,250
При разности температур воздуха внутри бокса и снаружи начинается теплообмен, который включает в себя три этапа: передачу тепла от внутреннего воздуха внутренней стенке ограждения (характеризуется коэффициентом α1 ), передачу тепла через материал стенки (характеризуется коэффициентом λ ) и передачу тепла наружному воздуху от внешней стенки ограждения (характеризуется коэффициентом α2 ).
5. Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения α1 (Вт/(м2*˚С)) заносим
в ячейку D7: 8,700
6. Коэффициент теплопроводности материала ограждения (древесина – сосна) λ (Вт/(м*˚С)) заносим
в ячейку D8: 0,140
7. Коэффициент теплообмена на внешней поверхности ограждения α2 (Вт/(м2*˚С)) заносим
в ячейку D9: 23,000
Термин «расчетная» температура внутреннего или наружного воздуха не означает, что их нужно рассчитывать. Он означает, что эти температуры задаются для расчетов, являются исходными данными для последующих расчетов!
8. Итак, мы хотим поддерживать внутри бокса неизменную температуру воздуха tвр (˚С). Записываем
в ячейку D10: 20,0
9. Расчетную температуру наружного воздуха (в данном примере — для г. Омска) tнр (˚С) вписываем
в ячейку D11: -37,0
Зная характеристики теплоисточника, записываем расчетные параметры теплоносителя, которые должны быть выданы при расчетной температуре наружного воздуха!
10. Расчетную температуру воды на подаче tпр (˚С) вводим
в ячейку D12: 90,0
11. Расчетную температуру воды на обратке tор (˚С) вводим
в ячейку D13: 70,0
Различные приборы, применяемые для систем отопления, – батареи, радиаторы, регистры, конвекторы – имеют различную теплоотдачу при разных схемах подключения и разных температурных режимах. Коэффициент n характеризует нелинейность теплоотдачи каждого конкретного типа прибора и определяется заводом-изготовителем. Чем больше коэффициент n , тем быстрее уменьшается теплоотдача прибора при низкотемпературных режимах и быстрее увеличивается при высокотемпературных режимах отопления!
12. Показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления (усредненное значение в нашем примере) n записываем
в ячейку D14: 1,30
Выводы.
При температурном графике теплоносителя 85/60 °C теплоотдача регистров отопления и конвекторов составляет лишь 60…70% от номинальной мощности — то есть от той, про которую вам скажет продавец. Это важно понимать и учитывать при покупке приборов отопления.
Расчет радиаторов отопления МС-140-108 из 10 секций и конвекторов КСК 20-2,083ПС показал близость их тепловых мощностей при равных расходах теплоносителя и при одинаковых температурных условиях. Но цена конвектора сегодня около 2100 рублей, а нового радиатора — более 3800 рублей.
При сопоставимых размерах (длина: 1076/1080 мм; высота: 400/588 мм; глубина: 156/140 мм) конвектор весит 25. 27 кг, а радиатор – около 76 кг. Объем конвектора – 1,5 л. Объем чугунного радиатора – около 15 л. Чугунные радиаторы – более инерционные приборы. Но у конвекторов тепловая мощность падает более резко при низких температурах теплоносителя (обратите внимание в расчетах на долю реальной теплоотдачи ∆ у радиатора и конвектора).
Выбор остается всегда за нами в зависимости от условий применения, предыдущего опыта и в силу привычек и приверженностей.
Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!
Не забывайте подтверждать подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»).
Excel — это созданная корпорацией Microsoft программа, предназначенная для работы с электронными таблицами.
Результаты расчетов:
13. Общую площадь стенок ограждения A (м2) вычисляем
в ячейке D16: =2*(D3*D4+D3*D5+D4*D5) =190,000
A =2*( l * b + l * h + b * h )
14. Коэффициент теплопередачи стенки ограждения k (Вт/(м2*˚С)) рассчитываем
в ячейке D17: =1/(1/D7+D6/D8+1/D9) =0,514
k =1/(1/ α1 + δ / λ +1/ α2 )
15. Расчетные теплопотери бокса Nр (КВт и ГКал/час) определяем
в ячейке D18: =D16*D17*(D10-D11)/1000 =5,571
и в ячейке D19: =D18*0,85985/1000 =0,004790
Nр = A * k *( tвр - t нр )
Для равновесия системы количество тепла, потерянного в окружающую среду должно быть равно количеству тепла, поступившему от источника теплоснабжения! Поэтому расчетная мощность системы отопления и расчетные потери тепла – это одна и та же величина!
16. Расчетный температурный напор θр (˚С) считаем
в ячейке D20: =(D12-D13)/LN ((D12-D10)/(D13-D10)) =59,4
θр =( tпр – tор )/ln(( tпр – tвр )/( tор – tвр ))
17. Расчетный расход воды через систему Gр (т/час) вычисляем
в ячейке D21: = D19/(D12-D13)*1000 =0,239
Gр = Nр /( tпр – tор )
Далее выполним моделирование работы системы отопления при различных температурах наружного воздуха.
18. Температуру наружного воздуха tн (˚С) заносим
в ячейку I15: -40,0
19. Теплопотери бокса и мощность системы отопления N (КВт и ГКал/час) при температуре наружного воздуха tн =-40˚С считаем
в ячейке I16: =$D$16*$D$17*($D$10-I15)/1000 =5,864
и в ячейке I17: =I16*0,85985/1000 =0,00504
N = A * k *( tвр — tн )
20. Температурный напор θ (˚С) считаем для температуры наружного воздуха tн =-40˚С
в ячейке I18: =$D$20*(I16/$D$18)^(1/$D$14) =61,8
θ = θр *( N / Nр )^(1/ n )
и просто пока записываем формулу
в ячейку I19: =(I20-I21)/LN ((I20-$D$10)/(I21-$D$10))
θ =( tп – tо )/ln(( tп – tвр )/( tо – tвр ))
В этом уравнении две неизвестные.
Первая — температура воды на подаче tп , которая при температуре наружного воздуха tн =-40˚С обеспечит при расчетном расходе Gр =0,239т/час расчетную температуру воздуха внутри бокса tвр =+20˚С.
Вторая - температура воды на обратке tо , которая в результате работы системы водяного отопления установится.
Чтобы найти эти две неизвестные, необходимо составить и решить систему из двух уравнений! Одно уравнение есть, составляем второе.
22. Температура воды на обратке tо (˚С), которая установится в результате остывания воды в системе отопления с расчетным расходом Gр =0,239т/час от пока неопределенной температуры воды на подаче tп . При этом расчетная температуру воздуха внутри бокса будет стабильно равной tвр =+20˚С при температуре наружного воздуха tн =-40˚С. Записываем формулу
в ячейку I21: =I20-1000*I17/$D$21
tо = tп — N / Gр
Это второе уравнение. В нем те же две неизвестные.
Итак, имеем систему из двух уравнений, одно из которых – нелинейное трансцендентное. Как решать такие уравнения я подробно рассказал в статье «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!». Но нам сейчас необходимо решить систему уравнений.
21. Делаем так:
— «становимся мышью» на ячейку I19 (активируем эту ячейку)
— вызываем: «Сервис» — «Подбор параметра…»
— пишем в окне «Подбор параметра»:
Установить в ячейке: I19
Значение: 61,8 (переписываем значение из ячейки I18)
Изменяя значение ячейки: I20
— жмем на кнопку ОК
— в появившемся окне «Результат подбора параметра» читаем:
Подбор параметра для ячейки I19.
Подбираемое значение: 61,8
Текущее значение: 61,8
— жмем ОК
Считываем результаты — температуру воды на подаче tп (˚С) и температуру воды на обратке tо (˚С) соответственно
в ячейке I20: =92,9
и в ячейке I21: =I20-1000*I17/$D$21 =71,9
Далее повторяем п.18 – п.22 для других температур наружного воздуха и на этом расчет в Excel завершаем.
Укрупненный расчет в Excel системы водяного отопления.
Рассмотрим принцип действия и расчет водяного отопления на достаточно абстрактном и простом примере. Идеализированные примеры позволяют, не отвлекаясь на рутинные громоздкие, но, по сути, элементарные вычисления, сосредоточить все внимание на главных принципиально важных вещах.
Есть в русском языке заимствованное из английского языка слово «бокс», которое очень хорошо подходит в нашем случае для названия широкого круга объектов. Итак, будем отапливать бокс!
Последние программы
Audytor ENERGO RUS версия 2.0
Audytor ENERGO 2.0 - программа для определения теплоэнергетических характеристик тепловой защиты вновь строящихся и реконструируемых зданий различного назначения. Итогом расчетов программы является теплоэнергетический .
Audytor OZC 7.0
Внимание! Всем пользователям программ Audytor CO 6.0 или Audytor OZC 6.9 (это касается бессрочных и срочных лицензий) БЕСПЛАТНО предоставляются ключи на программы Audytor SET 7.2 модуль СО или Audytor OZC 7.0. Для владельцев бессрочных .
Audytor SDG версия 2.0
Новая программа 2.0!* Программа Audytor SDG версия 2.0 служит для быстрого подбора конвекционных и подпольных отопительных приборов. Программу Audytor SDG версия 2.0 особенно .
Расчет времени установления внутренней температуры объекта
В данной программе расчеты основаны на приближенной математической моделитеплового баланса между подачей количества тепла и тепловыми потерями объекта.Автор разработчик - Курмангалиев З.Ш.
Расчет тепловых потерь в пластинчатых теплообменниках
Программа расчета тепловых потерь в пластинчатых теплообменниках позволяет определить значения толщины накипи (мм) и тепловых потерь (%) по данным коэффициента теплопередачи теплообменника (Вт/(м2*град.С) и температур на .
"TE" (840 кБ)
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций ( программный комплекс ). Теплотехнический расчет ограждающих конструкций жилых, административных и общественных зданий для любого региона России и стран бывшего СHГ с .
Расчет отопительных нагрузок зданий
Программа выполнена в в среде Excel. В ней осуществляется расчет отопительных нагрузок зданий по значениям их объемов и удельной отопительной характеристики. Данная табличка создавалась в помощь инженерам - теплотехникам. .
Программный модуль к AutoCAD "Расчет годовых и часовых расходов тепла и топлива"
Программный модуль "ТеплоГазСтрой" .Программа "Расчет годовых и часовых расходов тепла и топлива" Программа выполняет расчет и оформление годовых и часовых расходов тепла и топлива на основании рекомендаций .
Программы по темам:
РосТепло.ру не принимает на себя никакой ответственности за любые последствия (как прямые, так и косвенные), связанные с использованием программ, представленных в этом разделе. Программы представлены в ознакомительных целях. Все авторские права принадлежат соответствующим правообладателям.
Сегодняшняя тема – система водяного отопления и основополагающие принципы ее расчета. Тема фундаментальная. Ознакомившись с материалом, вы получите ключ к пониманию как выполнять расчет водяного отопления любого объекта! Прочитайте очень внимательно.
. всю статью! Я попытался разложить весь материал на элементарные для простоты восприятия «ступени». Делая шаг за шагом по «ступеням» этой своеобразной «лестницы познания», вы сможете легко достичь «вершины»!
Информация, изложенная в этой статье, не является «открытием Америки». Если вам доступно рассказали об этом когда-то преподаватели, или вы прочитали по этой тематике хорошую книгу – и все поняли, то вам, несомненно, повезло. Так случилось, что мне пришлось доходить до понимания этих, в общем-то, элементарных моментов теплотехники через значительное количество книг с иногда противоречивой и запутанной информацией. В большей степени знания пришли через практические опыты на проектируемых и действующих системах отопления завода металлоконструкций, мебельной фабрики, встроенного магазина, двух больших торговых комплексов и десятка более мелких объектов.
Исходные данные:
1. Тип выбранного отопительного прибора записываем
в объединенные ячейки C3D3E3: Радиатор МС-140-108
2. Количество последовательно включенных приборов (секций) N в шт. вводим
в ячейку D4: 10
Следующие 5 параметров берем из технических характеристик завода изготовителя приборов.
3. Номинальный тепловой поток прибора (секции) Qн в Вт заносим
в ячейку D5: 185
4. Номинальный температурный напор прибора (секции) dtн в °C заносим
в ячейку D6: 70
5. Номинальный расход воды через прибор (секцию) Gн в кг/час вписываем
в ячейку D7: 360
6. Показатель нелинейности теплоотдачи от температуры n записываем
в ячейку D8: 0,30
7. Показатель нелинейности теплоотдачи от расхода p записываем
в ячейку D9: 0,02
Следующие 3 параметра задаем исходя из предполагаемой реальности последующей эксплуатации. Они зависят от источника теплоснабжения и типа помещения.
8. Температуру воды на «подаче» tп в °C заносим
в ячейку D10: 85
9. Температуру воды на «обратке» tо в °C заносим
в ячейку D11: 60
10. Температуру воздуха в помещении tв в °C вписываем
в ячейку D12: 18
Готовые работы на аналогичную тему
Внутри бокса расположены две трубы, к которым подключается расположенный внутри отопительный прибор, например, радиатор. По первой трубе в отопительный прибор поступает из котла, являющегося источником теплоснабжения, горячая вода, имеющая температуру tп (температура подачи). По другой трубе вода, оставившая некоторую часть тепла и охлаждённая до температуры tо (температура «обратки»), должна возвращаться в котел. Расход воды при этом является постоянным и равным Gр (расчетный расход теплоносителя).
Теплоснабжающий источник и используемые теплотрассы не рассматриваются в этой задаче. Предполагается, что на входе в бокс всегда имеется достаточное количество тепловой энергии, и можно её брать именно столько, сколько требуется, к примеру, с помощью автоматизированного устройства подачи и учета тепловой энергии.
Дополнительно считаются известным коэффициенты теплообмена на внутренних и наружных поверхностях ограждений α1 и α2. Считается заданным и уровень нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления n. На рисунке ниже показана блок-схема рассматриваемой задачи.
Рисунок 1. Блок-схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Передняя стенка бокса для большей наглядности просто не изображена. Габаритные размеры бокса должны отличаться от расчетных на толщину стенок δ. Это означает, что расчетные плоскости расположены посередине толщины ограждений.
Итак, необходимо определить следующие параметры:
- Расчетные тепловые потери бокса и соответствующую им мощность системы водяного отопления Nр.
- При задаваемых расчетных температурах теплоносителя tпр и tор необходимо найти его расчетный расход через систему Gр.
- Тепловые потери бокса и соответствующую им мощность водяной системы отопления N для температур наружного воздуха tн, которые отличаются от расчетной температуры tнр.
- Температуру теплоносителя, то есть воды, на подаче tп и в обратке tо, которые способны обеспечить поддержание внутри бокса требуемой расчетной температуры воздуха tвр, при постоянном расчетном расходе Gр для разных температур наружного воздуха tн.
Все расчетные операции выполняются в программе MS Excel. Всю исходную информацию необходимо занести в следующие ячейки:
- Длина бокса l (м) заносится в ячейку D3: 10,000.
- Ширина бокса b (м) заносится в ячейку D4: 5,000.
- Высота бокса h (м) заносится в ячейку D5: 3,000.
- Толщина стенок бокса δ (м) заносится в ячейку D6: 0,250. При разности температур воздуха внутри бокса и снаружи должен начинаться теплообмен, включающий в себя определённые этапы, а именно, передача тепла от внутреннего воздуха к внутренней стенке ограждения (определяется коэффициентом α1), передача тепла через материал стенки (определяется коэффициентом λ) и передача тепла наружному воздуху от внешней стенки ограждения (определяется коэффициентом α2).
- Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения α1 (Вт/(м2*˚С)) заносится в ячейку D7: 8,700.
- Коэффициент теплопроводности материала ограждения (древесина – сосна) λ (Вт/(м*˚С)) заносится в ячейку D8: 0,140.
- Коэффициент теплообмена на внешней поверхности ограждения α2 (Вт/(м2*˚С)) заносится в ячейку D9: 23,000.
- Внутри бокса должна поддерживаться неизменная температура воздуха tвр (˚С), которая заносится в ячейку D10: 20,0.
- Расчетная температура наружного воздуха tнр (˚С) заносится в ячейку D11: -37,0.
- Расчетная температура воды на подаче tпр (˚С) заносится в ячейку D12: 90,0.
- Расчетная температура воды на обратке tор (˚С) заносится в ячейку D13: 70,0.
- Нелинейность теплоотдачи приборов системы отопления (среднее значение в рассматриваемом примере) n записывается в ячейку D14: 1,30.
Таблица Excel с программой расчета системы водяного отопления показана на рисунке ниже.
Расчет радиаторов отопления и конвекторов в Excel.
Результаты расчетов:
8. Расчетный расход воды в системе Gр в т/час вычисляем
в ячейке D11: =D3*1000/(D6-D7) =0,239
Gр = Qр *1000/( tпр — tор )
9. Относительный тепловой поток q определяем
в ячейке D12: =(D4-D9)/(D4-D5) =0,53
q =( tвр — tн )/( tвр — tнр )
10. Температуру воды на «подаче» tп в °C рассчитываем
в ячейке D13: =D4+0,5*(D6-D7)*D12+0,5*(D6+D7-2*D4)*D12^(1/(1+D8)) =61,9
tп = tвр +0,5*( tпр – tор )* q +0,5*( tпр + tор -2* tвр )* q (1/(1+ n ))
11. Температуру воды на "обратке " tо в °C вычисляем
в ячейке D14: =D4-0,5*(D6-D7)*D12+0,5*(D6+D7-2*D4)*D12^(1/(1+D8)) =51,4
tо = tвр -0,5*( tпр – tор )* q +0,5*( tпр + tор -2* tвр )* q (1/(1+ n ))
Расчет в Excel температуры воды на «подаче» tп и на «обратке» tо для выбранной температуры наружного воздуха tн выполнен.
Сделаем аналогичный расчет для нескольких различных наружных температур и построим температурный график отопления. (О том, как строить графики в Excel можно прочитать здесь.)
Произведем сверку полученных значений температурного графика отопления с результатами, полученными в статье «Расчет водяного отопления за 5 минут!» — значения совпадают!
Замечания и выводы:
Я постоянно напоминал по ходу статьи, что расход воды, определенный для расчетных температур не изменяется и при любых других температурах наружного воздуха! Изменение количества подаваемого тепла производится изменением температуры теплоносителя – воды – на подаче. Этот способ называется качественным регулированием теплоснабжения и является «правильным»! Однако, изменить количество подаваемого тепла можно и изменяя расход теплоносителя в системе. Этот способ называется количественным регулированием и является «не совсем правильным» или «совсем не правильным».
Если система отопления сложная, разветвленная, то, конечно, проще просчитать и отрегулировать гидравлику системы на один постоянный расход! При значительных изменениях расхода во время эксплуатации иногда вообще невозможно сбалансировать систему. Поэтому практику регулировки отопления закрыванием-открыванием задвижек считаю порочной и могу рекомендовать к использованию лишь в исключительных случаях! (Вы скажите — «У нас у многих вся страна – исключительный случай!», и я буду вынужден согласиться.)
Бокс из примера я умышленно со всех сторон оградил однотипным (деревянным) ограждением одной толщины для простоты расчета потерь тепла. В реальных жизненных примерах у объектов, как правило, ограждения имеют сложную геометрию, вырезы под окна, двери и сами сделаны из нескольких слоев различных материалов. К тому же часть ограждающих конструкций может примыкать к другим объектам или земле. Примеры расчета теплопотерь реального здания, помещения постараемся рассмотреть в ближайших статьях рубрики «Теплотехника».
Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу Вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.
После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» не забудьте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме , которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку «Спам» зависит от ваших индивидуальных настроек почты)!
Я не упомянул в статье ни одного СНиПа или ГОСТа, регламентирующего расчеты в рассмотренной области, хотя они, конечно, есть. Специалисты – теплотехники их знают, для них они «настольные книги». Неспециалисты из жизненного опыта решат, какая расчетная температура наружного воздуха для их географического района и какой должна быть расчетная температура воздуха внутри интересующего их объекта, или найдут легко эти значения в Интернете (включая коэффициенты теплопроводности материалов ограждений)…
Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!
Компьютеры уже давно и успешно работают не только на столах офисных работников, но и в системах управления производственными и технологическими процессами. Автоматика успешно управляет параметрами систем теплоснабжения зданий, обеспечивая внутри них.
. заданную необходимую температуру воздуха (иногда для экономии меняющуюся в течение суток).
Но автоматику необходимо грамотно настроить, дать ей исходные данные и алгоритмы для работы! В этой статье рассматривается оптимальный температурный график отопления – зависимость температуры теплоносителя водяной системы отопления при различных температурах наружного воздуха.
Эта тема уже рассматривалась в статье о водяном отоплении. Здесь мы не будем рассчитывать теплопотери объекта, а рассмотрим ситуацию, когда эти теплопотери известны из предшествующих расчетов или из данных фактической эксплуатации действующего объекта. Если объект действующий, то лучше взять значение теплопотерь при расчетной температуре наружного воздуха из статистических фактических данных предыдущих лет эксплуатации.
В упомянутой выше статье для построения зависимостей температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха решается численным методом система нелинейных уравнений. В этой статье будут представлены «прямые» формулы для вычисления температур воды на «подаче» и на «обратке», представляющие собой аналитическое решение задачи.
Предложенный далее расчет в Excel можно выполнить также в программе OOo Calc из пакета Open Office.
О цветах ячеек листа Excel, которые применены для форматирования в статьях, можно прочесть на странице « О блоге ».
Введение
Программное приложение MS Excel считается отличным инструментом, предназначенным для обработки и анализа больших информационных объёмов, а помимо этого она предоставляет возможность выполнения простых вычислений. Основой таких великолепных возможностей программного продукта может считаться использование сеточной совокупности ячеек, в которые может быть записана числовая и текстовая информация, а кроме этого и формулы. Необходимо сначала занести информационные данные в ячейки и сгруппировать их в столбцах и строчках. Далее становится возможным выполнение различных вычислений с данными, их сортировка и фильтрация, а также размещение их в таблицах и формирование профессиональных диаграмм.
Исходные данные:
1. Расчетные (или фактические) теплопотери объекта (здания) Qр в Гкал/час при расчетной температуре наружного воздуха tнр записываем
в ячейку D3: 0,004790
2. Расчетную температуру воздуха внутри объекта (здания) tвр в °C вводим
в ячейку D4: 20
3. Расчетную температуру наружного воздуха t нр в °C заносим
в ячейку D5: -37
4. Расчетную температуру воды на «подаче» tпр в °C вписываем
в ячейку D6: 90
5. Расчетную температуру воды на «обратке» tор в °C вводим
в ячейку D7: 70
6. Показатель нелинейности теплоотдачи примененных приборов отопления n записываем
в ячейку D8: 0,30
7. Текущую (интересующую нас) температуру наружного воздуха tн в °C заносим
в ячейку D9: -10
Значения в ячейках D3 – D8 для конкретного объекта записываются один раз и далее не меняются. Значение в ячейке D8 можно (и нужно) изменять, определяя параметры теплоносителя для различной погоды.
Читайте также: