В чем измеряется тепловая нагрузка: В чем измеряется тепловая нагрузка. Тепловой расчет системы отопления

Содержание

4. Тепловые нагрузки на детали двигателя и их тепловая напряженность

Под тепловой нагрузкой понимают значение удельного теплового потока, передаваемого от рабочего тела к поверхности детали. Теплота передается от РТ к поверхности деталей радиацией и теплоотдачей.

Роль радиации особенно велика в дизелях в связи с тем, что в них имеет место преимущественно диффузионное горение, сопровождающееся обильным образованием и последующим частичным выгоранием сажи. Содержание в пламени сажи является причиной высокой степени его черноты, а поэтому высокой излучательной способности пламени. Согласно измерениям, температура дизельного пламени превышает значения средней по объему термодинамической температуры.

Высокие значения температуры пламени и степени его черноты определяют высокую долю теплоты, передаваемой излучением, в общем теплообмене (по некоторым оценкам, до 45% и более).

Локальные тепловые потоки, передаваемые излучением через отдельные участки деталей, зависят от расположения участка по отношению к факелу и поэтому неодинаковы.

Например, для дизелей с камерой в поршне некоторые зоны таких деталей, как гильза цилиндра, головка цилиндра и сам поршень, экранированы телом поршня от факела в период наиболее интенсивного излучения.

Интенсивность теплоотдачи определяется в большой мере локальными условиями смесеобразования и тепловыделения. Проведенные исследования выявили, что на распределение тепловой нагрузки по деталям оказывают влияние не столько интенсивность и характер движения заряда, в цилиндре и камере сгорания, созданные при сколько движение заряда, инициируемое при сгорании, а также распределение сгорающего топлива по объему камеры сгорания, зависящее от количества и гения топливных струй, размеров и конфигурации камеры сгорания. Последние факторы пределяют локальную температуру заряда.

Выявлены нестационарность теплообмена в поршневых двигателях и существенно неравномерное распределение тепловой нагрузки по деталям. Нестационарность теплообмена определяется переменностью во времени всех факторов, влияющих на радиацию и теплоотдачу (параметров состояния заряда, его скорости, в дом числе пульсационной ее составляющей, структуры пламени и т.

д.). Для характеристики нестационарности теплообмена отметим, что максимальное значение удельного теплового потока может в несколько десятков раз превышать его среднее по времени значение. Наибольшая часть теплоты передается в период интенсивного сгорания. Так, примерно за 1до времени цикла (от 10° до ВМТ до 60° после ВМТ) от заряда к стенкам деталей передается до 70% всей теплоты, теряемой за цикл в четырехтактном дизеле автотракторного типа. Если определить теплоту, передаваемую за отдельные такты цикла, то окажется, что основная часть теплоты передается за такт расширения (рабочий ход) — до 90%. Доля теплообмена за такт выпуска в большинстве случаев не превышает 10%.

Рис.54— Распределение тепловой нагрузки по деталям дизеля:

а — поршень; б — головка цилиндра; в — гильза цилиндра; R_K— расстояние до зоны измерения от оси цилиндра R = D/2; 1_ГК — расстояние до зоны измерения от верхнего торца гильзы; 1_Г — длина гильзы

Рисунок 54 иллюстрирует неравномерность распределения средней но времени тепловой нагрузки по поверхностям различных деталей. В конкретном случае по поверхности поршня удельный тепловой поток изменяется в 2,5 раза, по поверхности головки цилиндра — в 2,5 раза, по поверхности гильзы цилиндра — в 2,3 рази (в пределах зон измерения). Максимальное значение тепловой нагрузки в автотракторных дизелях с наддувом достигает 600 кВт/м

2 и более. Максимальная нагрузка имеет место, как правило, на номинальном режиме работы двигателя.

В дизелях с камерой сгорания в поршне неравномерность распределения тепловой нагрузки растет при уменьшении относительного диаметра камеры сгорания. В дизелях с разделенными камерами сгорания неравномерность распределения удельного теплового потока выше, чем в дизелях с неразделенной камерой сгорания. Уровень тепловых нагрузок в большой мере определяется степенью форсирования (литровой мощностью). Он, как правило, выше в двухтактных двигателях. Тепловая нагрузка заметно возрастает при увеличении нагрузки, частоты вращения, р_к и Т_к, При заданной внешней нагрузке уменьшения тепловой нагрузки можно достигнуть повышением а путем соответствующего выбора системы наддува и введения промежуточного охлаждения надувочного воздуха.

С ростом угла опережения впрыскивания (зажигания) тепловая нагрузка также увеличивается вследствие повышения максимальных давления и температуры цикла.

С течением времени после начала эксплуатации нового или отремонтированного двигателя тепловые потоки, передаваемые от РТ к деталям, уменьшаются вследствие отложения на деталях продуктов неполного окисления, крекинга и полимеризации смазочного масла и топлива. В дальнейшем наблюдается тенденция к стабилизации передаваемых потоков.

При работе на переменных (неустановившихся) режимах передаваемые от РТ к детали тепловые потоки изменяются не только в течение каждого цикла,, но также от цикла к циклу. Резкое изменение средних за цикл тепловых нагрузок во времени вследствие разгона, нагружения, разгрузки, остановки двигателя известно под названием теплового удара. Характер и частота тепловых ударов оказывают влияние на надежность работы двигателя.

Термин тепловая напряженность используется для выражения комплексе

явлений, связанных с тепловым состоянием деталей двигателя. Тепловое состояние деталей влияет на прочностные характеристики материалов, из которых они изготовлены на интенсивность отложений на деталях, на условия их смазки, трения, износа, а также не напряжения в деталях. Из опыта известно, что для предотвращения потери подвижности кольца в канавке вследствие отложении кокса температура вблизи канавки под верхнее кольцо не должна превышать 220 °С. Для предотвращения интенсивного закоксование отверстий распылителя температура его носика не должна превышать 180…200 ^СС. Эти

цифры следует рассматривать как ориентировочные, так как интенсивность отложении зависит не только от температуры, но также от конструкции деталей, других (кроме температурных) условий их работы, качества материалов (в том числе топлива и смазочного масла), технологии обработки деталей и т.д.

Температура деталей влияет на рабочую температуру смазочного масла,’ а следовательно, на его вязкость, толщину слоя смазки, разделяющего детали трущейся пары, характер трения. Последний вместе с износными характеристиками материалов,

которые также зависят от температурного состояния деталей, определяет темп износа. При критических условиях возможен переход жидкостного трения граничное или даже

полусухое.

Амплитуда изменения напряжений от сил давления газов меньше, чем амплитуда термических напряжений, но частота изменения напряжений от сил давления газов существенно выше. Поэтому и они могут играть существенную роль в усталостном |] разрушении детали. Для ряда деталей определяющую роль играют термические напряжения, и при критическом их уровне деталь выдерживает недостаточное количество тепловых ударов, что ограничивает срок ее службы.

Степень форсирования дизеля наддувом также ограничивается тепловой напряженностью его деталей. Наиболее теплонапряженными являются головка цилиндра и поршень. Тепловое состояние гильзы цилиндра также важно, так как оно существенно влияет на тепловое состояние поршня. Наддув приводит к увеличению тепловых нагрузок на детали и, как следствие, к увеличению их температур и градиентов.

Наиболее велики тепловые нагрузки в центральной части головки цилиндра. Тепловые нагрузки на поршень несколько ниже, а на гильзу цилиндра меньше, чем на головку, в 4…5 раз. Измерения, выполненные на деталях дизеля ЯМЗ с наддувом, выявили, что тепловые нагрузки различных зон деталей могут отличаться в 12 раз и более. Неравномерное распределение тепловой нагрузки на детали вместе с неодинаковым термическим сопротивлением различных зон деталей имеет следствием неравномерное распределение температуры в деталях. Так, перепады температуры вблизи «огневой» поверхности чугунной головки цилиндра могут достигать 180 °С, поршня из алюминиевого сплава — 100 °С, чугункой гильзы — 70 °С. Практические испытания показали, что максимальная температура чугунной головки цилиндра и поршня из алюминиевого сплава не должна превышать 350 °С, головки цилиндра из алюминиевого сплава — 240 °С, гильзы цилиндра —160…180 °С;

Для гильзы цилиндра ограничивается и минимальная температура в связи с ее влиянием на условия конденсации водяного пара, особенно при применении топлив, содержащих серу.

Конечно, и приведенные цифры должны рассматриваться как ориентировочные, так как на предельно допустимую температуру влияют конструкция я конкретные условия работы детали. Последнее может быть проиллюстрировано приведенными выше различиями в максимально допустимой температуре поршней и головок цилиндров, изготовленных из алюминиевого сплава. Для головок цилиндра по условиям нагружения предельная температура значительно ниже.

Методы управления тепловое напряженность к естественно связаны с факторами,

ее определяющими. Конструкциям деталей, применяемым материалам и условиям охлаждения соответствуют конкретные допустимые уровни тепловых нагрузок.

Справедливо и другое утверждение — определенному уровню тепловых нагрузок должен соответствовать правильный выбор прочих факторов, обусловливающих тепловую

напряженность деталей.

В последние годы предпринимаются попытки обеспечения надежной работы двигателей с пониженным отводом теплоты при существенно более высокой температуре поверхности гильзы цилиндра и использовании специальных смазочных материалов.

Существенному снижению температуры поршня, особенно критических его зон, способствует применение охлаждаемых конструкций. Снижению температуры и градиентов температур в деталях способствуют теплоизолирующие покрытия. При этом высокими оказываются температуры и градиенты температур в самом покрытии, отсюда повышенные требования к их свойствам. Заметного снижения тепловой напряженности можно достигнуть и путем рационального конструирования системы охлаждения. При этом, как правило, системы жидкостного охлаждения эффективнее систем воздушного охлаждения. Под эффективностью здесь понимается свойство обеспечения заданного теплового состояния при минимальных затратах работы на привод агрегатов системы охлаждения.

При конструировании систем охлаждения стремятся к увеличению интенсивности охлаждения наиболее нагретых участков без увеличения общего количества отводимой в систему теплоты. В частности, заметного снижения температуры в перемычке между клапанами головки цилиндра можно достигнуть, используя для подвода жидкости сверленые каналы.

В процессе эксплуатации тепловая напряженность двигателя может возрасти вследствие:

 эксплуатации дизеля в условиях высокогорья или чрезмерно высоких температур окружающей среды;

 отложения накипи в рубашках охлаждения двигателей с жидкостным охлаждением или загрязнения оребрения двигателей с воздушным охлаждением;

 нарушений в нормальном протекании процесса сгорания вследствие использования топлив с несоответствующими двигателю физико-химическими и моторными свойствами и несоблюдения оптимальных регулировок систем питания, впрыскивания и зажигания.

При необходимости эксплуатации дизелей в условиях пониженной плотности воздуха целесообразно в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя пересмотреть величину предельной подачи топлива. В эксплуатации очень важно сохранять неизменными тепловую эффективность и гидравлические сопротивления охладителя наддувочного воздуха.

Важное значение имеет также сохранение условий охлаждения деталей благоприятными в течение всего срока эксплуатации. Для этого, в частности, необходимо избегать заметных отложений в элементах системы охлаждения.

Безопасные предельные степени форсирования дизеля наддувом в большой мере зависят от принятого способа смесеобразования или типа камеры сгорания. При большой величине d_KC/D камеры сгорания обеспечивают более равномерное распределение

тепловой нагрузки по их поверхности и, как следствие, снижение перепадов температуры. Это обеспечивает возможность достижения более высокой степени форсирования наддувом без превышения максимально допустимых температур деталей.

Контрольные вопросы:

Какие силы действуют на КШМ при работе ПД?
Каким образом классифицируют силы инерции масс КШМ?
Какие условия необходимо обеспечить при выборе порядка работы цилиндров?
Что характеризуют понятия «жаропрочность» и «жаростойкость»?
Что понимается под тепловой нагрузкой и в каких единицах?
Почему степень форсирования ПД ограничивается тепловой напряженностью его детали?

Лекция 11

Принципы выбора ДВС для транспортных средств

Введение

Подбор двигателя представляет собой чрезвычайно сложную задачу.

Объясняется это большим разнообразием транспортных средств, широким диапазоном условий эксплуатации и специфических требований к конкретному транспортному средству.

Подбирая двигатель, необходимо решить следующие вопросы: — тип двигателя, — его максимальная мощность, — частота вращения коленчатого вала, — тип системы охлаждения, эксплуатационно-техческие показатели: экономичность, токсичность, виброакустические характеристики, пусковые качества, обеспечение условий зимней эксплуатации и надежность.

Рекомендуя двигатель на транспортное средство, конструктор значительной мере задает его свойства (топливную экономичность, динамические качества, надежность и | др.), а также предопределяет известную эксплуатационную инфраструктуру и, главное, } определяет исходные данные для проектирования и организации перевозочного процесса.

Общие предпосылки к выбору типа двигателя и его компоновки
Выбор отношения хода поршня к диаметру цилиндра и радиуса кривошипа к длине шатуна.
Предпосылки к выбору двигателя с учетом эксплуатационно-технических показателей мощности, типа системы охлаждения

Тепловой расчет системы отопления — определяем нагрузку на систему и расход тепла © Геостарт

Если необходим расчет в гигакалориях

В случае отсутствия счетчика тепловой энергии на открытом отопительном контуре расчет тепловой нагрузки на отопление здания рассчитывают по формуле Q = V * (Т1 — Т2) / 1000, где:

V – количество воды, потребляемой системой отопления, исчисляется тоннами или м3,
Т1 – число, показывающее температуру горячей воды, измеряется в оС и для вычислений берется температура, соответствующая определенному давлению в системе. Показатель этот имеет свое название – энтальпия. Если практическим путем снять температурные показатели нет возможности, прибегают к усредненному показателю. Он находится в пределах 60-65оС.
Т2 – температура холодной воды. Ее измерить в системе довольно трудно, поэтому разработаны постоянные показатели, зависящие от температурного режима на улице. К примеру, в одном из регионов, в холодное время года этот показатель принимается равным 5, летом – 15.
1 000 – коэффициент для получения результата сразу в гигакалориях.

В случае закрытого контура тепловая нагрузка (гкал/час) рассчитывается иным образом:

Qот = α * qо * V * (tв — tн.р) * (1 + Kн.р) * 0,000001, где

α – коэффициент, призванный корректировать климатические условия. Берется в расчет, если уличная температура отличается от -30оС;
V – объем строения по наружным замерам;
qо – удельный отопительный показатель строения при заданной tн.р = -30оС, измеряется в ккал/м3*С;
tв – расчетная внутренняя температура в здании;
tн.р – расчетная уличная температура для составления проекта системы отопления;
Kн. р – коэффициент инфильтрации. Обусловлен соотношением тепловых потерь расчетного здания с инфильтрацией и теплопередачей через внешние конструктивные элементы при уличной температуре, которая задана в рамках составляемого проекта.

Расчет тепловой нагрузки получается несколько укрупненным, но именно эта формула дается в технической литературе.

Формулы для расчётов и справочные данные

Расчет тепловой нагрузки на отопление предполагает определение тепловых потерь(Тп) и мощности котла (Мк). Последняя рассчитывается по формуле:

Мк=1,2* Тп, где:

Мк – тепловая производительность системы отопления, кВт;
Тп – тепловые потери дома;
1,2 – коэффициент запаса (составляет 20%).

Двадцатипроцентный коэффициент запаса позволяет учесть возможное падение давления в газопроводе в холодное время года и непредвиденные потери тепла (например, разбитое окно, некачественная теплоизоляция входных дверей или небывалые морозы). Он позволяет застраховаться от ряда неприятностей, а также даёт возможность широкого регулирования режима температур.

Как видно из этой формулы мощность котла напрямую зависит от теплопотерь. Они распределяются по дому не равномерно: на наружные стены приходится порядка 40% от общей величины, на окна – 20%, пол отдаёт 10%, крыша 10%. Оставшиеся 20% улетучиваются через двери, вентиляцию.

Плохо утеплённые стены и пол, холодные чердак, обычное остекление на окнах — всё это приводит к большим потерям тепла, а, следовательно, к увеличению нагрузки на систему отопления

При строительстве дома важно уделить внимание всем элементам, ведь даже непродуманная вентиляция в доме будет выпускать тепло на улицу. Материалы, из которых построен дом, оказывают самое непосредственное влияние на количество потерянного тепла. Поэтому при расчётах нужно проанализировать, из чего состоят и стены, и пол, и всё остальное

Поэтому при расчётах нужно проанализировать, из чего состоят и стены, и пол, и всё остальное

Материалы, из которых построен дом, оказывают самое непосредственное влияние на количество потерянного тепла. Поэтому при расчётах нужно проанализировать, из чего состоят и стены, и пол, и всё остальное.

В расчётах, чтобы учесть влияние каждого из этих факторов, используются соответствующие коэффициенты:

К1 – тип окон;
К2 – изоляция стен;
К3 – соотношение площади пола и окон;
К4 – минимальная температура на улице;
К5 – количество наружных стен дома;
К6 – этажность;
К7 – высота помещения.

Для окон коэффициент потерь тепла составляет:

обычное остекление – 1,27;
двухкамерный стеклопакет – 1;
трёхкамерный стеклопакет – 0,85.

Естественно, последний вариант сохранит тепло в доме намного лучше, чем два предыдущие.

Правильно выполненная изоляция стен является залогом не только долгой жизни дома, но и комфортной температуры в комнатах. В зависимости от материала меняется и величина коэффициента:

бетонные панели, блоки – 1,25-1,5;
брёвна, брус – 1,25;
кирпич (1,5 кирпича) – 1,5;
кирпич (2,5 кирпича) – 1,1;
пенобетон с повышенной теплоизоляцией – 1.

Чем больше площадь окон относительно пола, тем больше тепла теряет дом:

Расчет мощности системы

Поправочных коэффициентов много. Как рассчитывали нагрузку предки, без проектов? Методом проб, ошибок, учитывали большой запас.

Расчёт в процентах

Главное в самостоятельных расчетах – определить ориентировочный показатель тепла для выбора источника. Нужно учитывать:

восполнение тепла при потерях через стены, крышу, окна, двери;
отопление для компенсации, при вентилировании воздуха в помещениях;
обогрев специфических объектов;
резерв для экстремальных ситуаций: аномально холодной зимы, сооружение дополнительных хозяйственно-бытовых объектов.

Рассчитанной нагрузки, с учетом факторов, достаточно для полноценного обогрева зданий. В остальных случаях существуют проектные бюро, где за разработанные тепловые системы специалисты несут персональную ответственность

Методика расчета для природного газа

Примерный расход газа на отопление считается исходя из половинной мощности установленного котла. Все дело в том, что при определении мощности газового котла закладывается самая низкая температура. Это и понятно — даже когда на улице очень холодно, в доме должно быть тепло.

Посчитать расход газа на отопление можно самостоятельно

Но считать расход газа на отопление по этой максимальной цифре совсем неверно — ведь в основном температура значительно выше, а значит, топлива сжигается намного меньше. Потому и принято считать средний расход топлива на отопление — порядка 50% от теплопотерь или мощности котла.

Считаем расход газа по теплопотерям

Если котла еще нет, и вы оцениваете стоимость отопления разными способами, считать можно от общих теплопотерь здания. Они, скорее всего, вам известны. Методика тут такая: берут 50% от общих теплопотерь, добавляют 10% на обеспечение ГВС и 10% на отток тепла при вентиляции. В результате получим средний расход в киловаттах в час.

Далее можно узнать расход топлива в сутки (умножить на 24 часа), в месяц (на 30 дней), при желании — за весь отопительный сезон (умножить на количество месяцев, на протяжении которых работает отопление). Все эти цифры можно перевести в кубометры (зная удельную теплоту сгорания газа), а потом перемножить кубометры на цену газа и, таким образом, узнать затраты на отопление.

Наименование толпива Единица измерения Удельная теплота сгорания в кКал Удельная теплота сгорания в кВт Удельная теплота сгорания в МДж

Природный газ	1 м 3	8000 кКал	9,2 кВт	33,5 МДж
Сжиженный газ	1 кг	10800 кКал	12,5 кВт	45,2 МДж
Уголь каменный (W=10%)	1 кг	6450 кКал	7,5 кВт	27 МДж
Пеллета древесная	1 кг	4100 кКал	4,7 кВт	17,17 МДж
Высушенная древесина (W=20%)	1 кг	3400 кКал	3,9 кВт	14,24 МДж

Пример расчета по теплопотерям

Пусть теплопотери дома составляют 16 кВт/час. Начинаем считать:

Переводим в кубометры. Если использовать будем природный газ, делим расход газа на отопление в час: 11,2 кВт/ч / 9,3 кВт = 1,2 м3/ч. В расчетах цифра 9,3 кВт — это удельная теплоемкость сгорания природного газа (есть в таблице).

Так как котел имеет не 100% КПД, а 88-92%, придется внести еще поправки на это — добавить порядка 10% от полученной цифры. Итого получаем расход газа на отопление в час — 1,32 кубометра в час. Далее можно рассчитать:

расход в день: 1,32 м3 * 24 часа = 28,8 м3/день
потребность в месяц:28,8 м3/день * 30 дней = 864 м3/мес.

Средний расход за отопительный сезон зависит от его длительности — умножаем на количество месяцев, пока длится отопительный сезон.

Этот расчет — приблизительный. В какой-то месяц потребление газа будет намного меньше, в самый холодный — больше, но в среднем цифра будет примерно такой же.

Расчет по мощности котла

Расчеты будут немного проще, если имеется рассчитанная мощность котла — тут уже учтены все необходимые запасы (на ГВС и вентиляцию). Потому просто берем 50% от расчетной мощности и далее считаем расход в день, месяц, за сезон.

Например, проектная мощность котла — 24 кВт. Для расчета расхода газа на отопление берем половину: 12 к/Вт. Это и будет средняя потребность в тепле в час. Чтобы определить расход топлива в час, делим на теплотворную способность, получаем 12 кВт/час / 9,3 к/Вт = 1,3 м3. Далее все считается как в примере выше:

Далее добавим 10% на неидеальность котла, получим, что для этого случая расход будет чуть больше 1000 кубометров в месяц (1029,3 куб). Как видите, в этом случае все еще проще — меньше цифр, но принцип тот же.

По квадратуре

Еще более приблизительные расчеты можно получить по квадратуре дома. Есть два способа:

Каждый хозяин может оценить степень утепления своего дома, соответственно, можно прикинуть, какой расход газа будет в данном случае. Например, для дома в 100 кв. м. при среднем утеплении потребуется 400-500 кубометров газа на отопление, на дом в 150 квадратов уйдет 600-750 кубов в месяц, на отопление дома площадью 200 м2 — 800-100 кубов голубого топлива. Все это — очень приблизительно, но цифры выведены на основании многих фактических данных.

Преимущества и недостатки воздушного отопления

Бесспорно, воздушное отопление дома имеет ряд неоспоримых достоинств. Так, установщики подобных систем утверждают, что коэффициент полезного действия достигает 93%.

Также, благодаря малой инерционности системы, можно в максимально короткие сроки прогреть помещение.

Кроме того, подобная система позволяет самостоятельно интегрировать отопительное и климатическое устройство, что позволяет поддерживать оптимальную температуру помещения. Помимо этого, в процессе передачи тепла по системе промежуточные звенья отсутствуют.

Схема воздушного отопления. Нажмите для увеличения.

Действительно, ряд позитивных моментов очень привлекателен, за счет чего система воздушного отопления на сегодняшний день пользуется огромной популярностью.

Недостатки

Но среди такого ряда достоинств нужно выделить и некоторые минусы воздушного отопления.

Так, системы воздушного отопления загородного дома можно устанавливать только в процессе строительства непосредственно самого дома, то бишь, если вы сразу не позаботились об отопительной системе, то по завершению строительных работ вам это сделать не удастся.

Следует отметить, что устройство воздушного отопления нуждается в регулярном сервисном обслуживании, так как рано или поздно могут возникать некоторые неполадки, которые способны привести к полной поломке оборудования.

Недостатком такой системы является и то, что вы не сможете ее модернизировать.

Если вы, все-таки, решили установить именно эту систему, вам следует позаботиться о дополнительном источнике электроснабжения, так как устройство для воздушной системы отопления имеет немалую потребность в электричестве.

При всех, как говорится, «за» и «против» системы воздушного отопления частного дома, она широко используется во всей Европе, в особенности в тех странах, где климат более холодный.

Также исследования показывают, что около восьмидесяти процентов дач, коттеджей и загородных домов используют именно систему воздушного отопления, так как это позволяет одновременно обогревать комнаты непосредственно всего помещения.

Специалисты настоятельно не рекомендуют в этом деле принимать поспешных решений, которые впоследствии могут повлечь за собой ряд негативных моментов.

Для того чтобы оборудовать отопительную систему своими руками, вам потребуется иметь определенный багаж знаний, а также обладать навыками и умениями.

Помимо этого, следует запастись терпение, ведь этот процесс, как показывает практика, занимает немало времени. Безусловно, специалисты с этой задачей справятся куда более быстрее непрофессионального застройщика, но ведь за это придется заплатить.

Поэтому многие, все же, отдают предпочтение позаботиться об отопительной системе самостоятельно, хотя, все-таки, в процессе работы вам все равно может потребоваться помощь.

Запомните, правильно установленная отопительная система – это залог уютного жилища, теплота которого будет согревать вас даже в самые жуткие морозы.

Пример расчета мощности батарей отопления

Возьмем помещение площадью 15 квадратных метров и с потолками высотой 3 метра.Объем воздуха, который предстоит нагреть в отопительной системе составит:

V=15×3=45 метров кубических

Далее считаем мощность, которая потребуется для обогрева помещения заданного объема. В нашем случае — 45 кубических метров. Для этого необходимо умножить объем помещения на мощность, необходимую для обогрева одного кубического метра воздуха в заданном регионе. Для Азии, Кавказа это 45 вт, для средней полосы 50 вт, для севера около 60 вт. В качестве примера возьмем мощность 45 вт и тогда получим:

45×45=2025 вт — мощность, необходимая для обогрева помещения с кубатурой 45 метров

Нормы теплоотдачи для отопления помещения

Согласно практике для отопления помещения с высотой потолка не превышающей 3 метра, одной наружной стеной и одним окном, достаточно 1 кВт тепла на каждые 10 квадратных метров площади.

Для более точного расчета теплоотдачи радиаторов отопления необходимо сделать поправку на климатическую зону, в которой находится дом: для северных районов для комфортного отопления 10 м2 помещения необходимо 1,4-1,6 кВт мощности; для южных районов – 0,8-0,9 кВт. Для Московской области поправки не нужны. Однако как для Подмосковья, так и для других регионов рекомендуется оставлять запас мощности в 15% (умножив расчетные значения на 1,15).

Существуют и более профессиональные методы оценки, описанные далее, но для грубой оценки и удобства вполне достаточно и этого способа. Радиаторы могут оказаться чуть более мощными, чем минимальная норма, однако при этом качество отопительной системы лишь возрастет: будет возможна более точная настройка температуры и низкотемпературный режим отопления.

Полная формула точного расчета

Подробная формула позволяет учесть все возможные варианты потери тепла и особенности помещения.

Q = 1000 Вт/м2*S*k1*k2*k3…*k10,

где Q – показатель теплоотдачи;
S – общая площадь помещения;
k1-k10 – коэффициенты, учитывающие теплопотери и особенности установки радиаторов.

Показать значения коэффициентов k1-k10

k1 – к-во внешних стен в помещения (стен, граничащих с улицей):

одна – k1=1,0;
две – k1=1,2;
три – k1-1,3.

k2 – ориентация помещения (солнечная или теневая сторона):

север, северо-восток или восток – k2=1,1;
юг, юго-запад или запад – k2=1,0.

k3 – коэффициент теплоизоляции стен помещения:

простые, не утепленные стены – 1,17;
кладка в 2 кирпича или легкое утепление – 1,0;
высококачественная расчетная теплоизоляция – 0,85.

k4 – подробный учет климатических условий локации (уличная температура воздуха в самую холодную неделю зимы):

-35°С и менее – 1,4;
от -25°С до -34°С – 1,25;
от -20°С до -24°С – 1,2;
от -15°С до -19°С – 1,1;
от -10°С до -14°С – 0,9;
не холоднее, чем -10°С – 0,7.

k5 – коэффициент, учитывающий высоту потолка:

до 2,7 м – 1,0;
2,8 — 3,0 м – 1,02;
3,1 — 3,9 м – 1,08;
4 м и более – 1,15.

k6 – коэффициент, учитывающий теплопотери потолка (что находится над потолком):

холодное, неотапливаемое помещение/чердак – 1,0;
утепленный чердак/мансарда – 0,9;
отапливаемое жилое помещение – 0,8.

k7 – учет теплопотерь окон (тип и к-во стеклопакетов):

k8 – учет суммарной площади остекления (суммарная площадь окон : площадь помещения):

менее 0,1 – k8 = 0,8;
0,11-0,2 – k8 = 0,9;
0,21-0,3 – k8 = 1,0;
0,31-0,4 – k8 = 1,05;
0,41-0,5 – k8 = 1,15.

k9 – учет способа подключения радиаторов:

диагональный, где подача сверху, обратка снизу – 1,0;
односторонний, где подача сверху, обратка снизу – 1,03;
двухсторонний нижний, где и подача, и обратка снизу – 1,1;
диагональный, где подача снизу, обратка сверху – 1,2;
односторонний, где подача снизу, обратка сверху – 1,28;
односторонний нижний, где и подача, и обратка снизу – 1,28.

k10 – учет расположения батареи и наличия экрана:

практически не прикрыт подоконником, не прикрыт экраном – 0,9;
прикрыт подоконником или выступом стены – 1,0;
прикрыт декоративным кожухом только снаружи – 1,05;
полностью закрыт экраном – 1,15.

После определения значений всех коэффициентов и подстановки их в формулу, можно посчитать максимально надежный уровень мощности радиаторов. Для большего удобства ниже находится калькулятор, где можно рассчитать те же самые значения быстро выбрав соответствующие исходные данные.

2 Сезонные особенности отопления

Температура теплоносителя, нормы которой зависят от массы факторов, в точках разбора должна лежать в диапазоне 60−75 градусов Цельсия. Определенные изменения могут присутствовать в зависимости от текущего сезона. В сеть горячего водоснабжения носитель тепла подается с трубы:

1. В зимний период — с трубы «обратки», что требуется для защиты пользователей от обжигания кипятком.
2. В летний период — с прямой трубы, так как летом источник тепла прогревается не выше 75 градусов Цельсия.

В период отопления появляется необходимость составлять температурный график, согласно которому средняя суточная температура воды из «обратки» не должна превышать его на 5% ночью и на 3% днем.

Не секрет, что одной из ключевых составляющих каждой системы отопления является стояк, который позволяет теплоносителю нормально проходить в батарею или радиатор из теплового узла. Актуальные нормы требуют поддержания нагрева в стояке в диапазоне 70−90 градусов Цельсия. Что касается фактических градусов, то они определяются выходными параметрами ТЭЦ или котельной установки. С приходом летнего потепления, когда горячее водоснабжение требуется только для стирки и принятия душа, этот диапазон опускается до показателей 40−60 градусов.

Если провести простые наблюдения, можно заметить, что в соседней квартире обогревательные элементы более горячие или холодные, чем в собственной. Подобная разница между температурными показателями объясняется применяемым способом раздачи ГВС. В однотрубных установках жидкость раздается:

1. Сверху. В таком случае обогревательные радиаторы на верхних этажах прогреваются быстрее и сильнее, чем на нижних.
2. Снизу. Здесь ситуация выглядит противоположным образом.

Цели и задачи гидравлического расчёта

С инженерной точки зрения жидкостная система отопления представляется достаточно сложным комплексом, включающим устройства генерации тепла, его транспортировки и выделения в обогреваемых помещениях. Идеальным режимом работы гидравлической системы отопления считается такой, при котором теплоноситель поглощает максимум тепла от источника и передаёт его комнатной атмосфере без потерь в процессе перемещения. Конечно, такая задача видится совершенно недостижимой, однако более вдумчивый подход позволяет предсказать поведение системы в различных условиях и максимально приблизиться к эталонным показателям. Это и есть главная цель проектирования систем отопления, важнейшей частью которого по праву считается гидравлический расчёт.

Практические цели гидравлического расчёта таковы:

Понять, с какой скоростью и в каком объёме осуществляется перемещение теплоносителя в каждом узле системы.
Определить, какое влияние оказывает изменение режима работы каждого из устройств на весь комплекс в целом.
Установить, какая производительность и рабочие характеристики отдельных узлов и устройств будут достаточными для выполнения отопительной системой своих функций без значительного удорожания и обеспечения необоснованно высокого запаса надёжности.
В конечном итоге — обеспечить строго дозированное распределение тепловой энергии по различным зонам отопления и гарантировать, что это распределение будет сохраняться с высоким постоянством.

Можно сказать больше: без хотя бы базовых расчётов невозможно добиться приемлемой стабильности работы и долговечного использования оборудования. Моделирование действия гидравлической системы, по сути, является базисом, на котором строится вся дальнейшая проектная разработка.

Важность параметра

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.

Особенности расчета тепловой энергии на отопление здания

Помещения со стандартной высотой потолков

Расчет числа секций радиаторов отопления для типового дома ведется исходя из площади комнат. Площадь комнаты в доме типовой застройки вычисляют, умножив длину комнаты на ее ширину. Для обогрева 1 квадратного метра требуется 100 Вт мощности отопительного прибора, и чтобы вычислить общую мощность, необходимо умножить полученную площадь на 100 Вт. Полученное значение означает общую мощность отопительного прибора. В документации на радиатор обычно указана тепловая мощность одной секции. Чтобы определить количество секций, нужно разделить общую мощность на это значение и округлить результат в большую сторону.

Комната с шириной 3,5 метра и длиной 4 метра, с обычной высотой потолков. Мощность одной секции радиатора – 160 Вт. Необходимо найти количество секций.

Определяем площадь комнаты, умножив ее длину на ширину: 3,5·4 = 14 м 2 .
Находим общую мощность отопительных приборов 14·100 = 1400 Вт.
Находим количество секций: 1400/160 = 8,75. Округляем в сторону большего значения и получаем 9 секций.

Также можно воспользоваться таблицей:

Таблица для расчета количества радиаторов на М2

Для комнат, расположенных с торца здания, расчетное количество радиаторов необходимо увеличить на 20%..

Помещения с высотой потолков более 3 метров

Расчет количества секций отопительных приборов для комнат с высотой потолков более трех метров ведется от объема помещения. Объем – это площадь, умноженная на высоту потолков. Для обогрева 1 кубического метра помещения требуется 40 Вт тепловой мощности отопительного прибора, и общую его мощность вычисляют, умножая объем комнаты на 40 Вт. Для определения количества секций это значение необходимо разделить на мощность одной секции по паспорту.

Комната с шириной 3,5 метра и длиной 4 метра, с высотой потолков 3,5 м. Мощность одной секции радиатора – 160 Вт. Необходимо найти количество секций радиаторов отопления.

Находим площадь комнаты, умножив ее длину на ширину: 3,5·4 = 14 м 2 .
Находим объем комнаты, умножив площадь на высоту потолков: 14·3,5 = 49 м 3 .
Находим общую мощность радиатора отопления: 49·40 = 1960 Вт.
Находим количество секций: 1960/160 = 12,25. Округляем в большую сторону и получаем 13 секций.

Также можно воспользоваться таблицей:

Как и в предыдущем случае, для угловой комнаты этот показатель нужно умножить на 1,2. Также необходимо увеличить количество секций в случае, если помещение имеет один из следующих факторов:

Находится в панельном или плохо утепленном доме;
Находится на первом или последнем этаже;
Имеет больше одного окна;
Расположена рядом с неотапливаемыми помещениями.

В этом случае полученное значение необходимо умножить на коэффициент 1,1 за каждый из факторов.

Угловая комната с шириной 3,5 метра и длиной 4 метра, с высотой потолков 3,5 м. Расположена в панельном доме, на первом этаже, имеет два окна. Мощность одной секции радиатора – 160 Вт. Необходимо найти количество секций радиаторов отопления.

Находим площадь комнаты, умножив ее длину на ширину: 3,5·4 = 14 м 2 .
Находим объем комнаты, умножив площадь на высоту потолков: 14·3,5 = 49 м 3 .
Находим общую мощность радиатора отопления: 49·40 = 1960 Вт.
Находим количество секций: 1960/160 = 12,25. Округляем в большую сторону и получаем 13 секций.
Умножаем полученное количество на коэффициенты:

Угловая комната – коэффициент 1,2;

Панельный дом – коэффициент 1,1;

Два окна – коэффициент 1,1;

Первый этаж – коэффициент 1,1.

Таким образом, получаем: 13·1,2·1,1·1,1·1,1 = 20,76 секций. Округляем их до большего целого числа – 21 секция радиаторов отопления.

При расчетах следует иметь в виду, что различные типы радиаторов отопления имеют разную тепловую мощность. При выборе количества секций радиатора отопления необходимо использовать именно те значения, которые соответствуют выбранному типу батарей .

Для того чтобы теплоотдача от радиаторов была максимальной, необходимо устанавливать их в соответствии с рекомендациями производителя, соблюдая все оговоренные в паспорте расстояния. Это способствует лучшему распределению конвективных потоков и уменьшает потери тепла.

Расход дизельного котла отопления
Биметаллические радиаторы отопления
Как сделать расчет тепла на отопление дома
Расчет арматуры для фундамента

Параметры для расчета тепловых нагрузок

Информация дается в ознакомительных целях, для расчётов нагрузки, не предназначенных проектной документации, нужной для подключения здания к центральной теплосети — в качестве статистической базы расходов теплоэнергии.

Тепловые характеристики

Произвести точный расчет сложно, — трудно учесть нюансы здания. Хорошо воспользоваться опытом знакомых, статистическими данными похожих объектов (расходы теплоэнергии в течение нескольких лет). Если нет, придется осваивать навык проектирования, расчета нагрузок самостоятельно.

Перед вычислениями нужно определить назначение здания. Выявить, составить температурную смету по оптимальным режимам каждого помещения, — данные можно найти в СНиП 2.04.05, ДВН В.2.5-39:2008. Содержатся рекомендации по теплоносителю, оптимальным режимам для помещений. Правильный режим поможет в учёте, распределении тепловой энергии.
Нужно изучить конструктивные особенности здания, используемые строительные материалы, толщину стен, теплоизоляцию, тип, характер кровли, чердачного помещения, количество, площадь дверных, оконных проемов. Каждый стройматериал обладает теплопроводностью, нужно знать, какой материал где используется, определить площадь, выявить общие теплопотери здания.
В отдельные расчеты нужно отнести сауны, бани, оранжереи.
Система вентиляции — значительная нагрузка на систему отопления.
Интенсивность использования помещений. Нужно ли постоянное поддержание температуры для проживания или только для обслуживания.

Уточняющих факторов для расчета нагрузки может быть больше.

Расчет отопления частного дома

Обустройство жилья отопительной системой – главная составляющая создания в доме комфортных температурных условий проживания в нем

В обвязку теплового контура входят много элементов, поэтому важно уделить внимание каждому из них. Не менее важно грамотно выполнить расчет отопления частного дома, от которого во многом зависит эффективность работы теплового блока, равно как и его экономичность. А как рассчитать систему отопления по всем правилам, вы узнаете из этой статьи

А как рассчитать систему отопления по всем правилам, вы узнаете из этой статьи.

Из чего складывается нагревательный узел?
Подбор нагревательного элемента
Определение мощности котла
Расчет количества и объема теплообменников
От чего зависит количество радиаторов
Формула и пример расчета
Трубопроводная отопительная система
Монтаж отопительных приборов

Точные расчеты тепловой нагрузки

Значение теплопроводности и сопротивление теплопередачи для строительных материалов

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R )? Это величина, обратная теплопроводности (λ ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d ). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

Расчет по стенам и окнам

Сопротивление теплопередачи стен жилых зданий

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

Площадь стен – 280 м². В нее включены окна – 40 м² ;
Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56 ). Толщина наружных стен – 0,36 м. Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи — R=0. 36/0.56= 0,64 м²*С/Вт ;
Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм. Для него λ=0,036. Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт ;
Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
Сопротивление теплопередачи окон — 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т. е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Анатолий Коневецкий, Крым, Ялта

Уважаемая Ольга! Извините,что обращаюсь к Вам еще раз. Что-то у меня по Вашим формулам получается немыслимая тепловая нагрузка: Кир=0,01*(2*9,8*21,6*(1-0,83)+12,25)=0,84 Qот=1,626*25600*0,37*((22-(-6))*1,84*0,000001=0,793 Гкал/час По укрупненной формуле, приведенной выше, получается всего 0,149 Гкал/час. Не могу понять, в чем дело? Разъясните пожалуйста! Извините за беспокойство. Анатолий.

Анатолий Коневецкий, Крым, Ялта

Тепловой расчёт помещения, расчёт теплового баланса и нагрузки помещения

Проект отопления, кондиционирования или вентиляции любого объекта начинается в первую очередь с теплового расчета помещения. Такой расчет является документом, решающим основные задачи теплоснабжения конкретно взятого помещения. Определяется его потребность в тепловой энергии, годовое или суточное потребление топлива, затраты тепла.

Для того чтобы рассчитать мощность отопительного или холодильного оборудования, мощность компрессора систем, рассчитать оптимальное сечения магистралей существуют специальные таблицы, формулы или программы. Но конечно, лучше всего пользоваться или формулами или программой, поскольку факторов, влияющих на расчет теплового баланса помещения, очень много, они могут отличаться в зависимости от самого здания, его архитектуры, региона и пр. Намного легче определить приблизительную мощность бытового кондиционера, а вот для расчёта мощности полупромышленных и промышленных систем кондиционирования необходимо проводить более детальный и скрупулезный анализ теплопритоков.

Расчёт тепловой нагрузки помещения определяются при учете следующих факторов: региональные средние температуры воздуха, тип объекта (жилое здание, промышленные объекты). Также важны высота потолка, толщина стен, полов, крыши, скорость движения воздуха, скорость (время) охлаждения — нагрева помещения, размещения помещения относительно сторон света, количество нагревательных приборов, количество окон и их витраж, количество дверей, их размеры и частота открытия, количество людей (проживающих или работающих в помещении).

Тепловой расчет помещения, прежде всего, делается для определения рабочей мощности оборудования, для согласования проекта на отопление (охлаждение) объекта и для оптимального подбора оборудования.

Для качественного обогрева любого здания и для обеспечения нормальной работы системы кондиционирования, вентиляции и горячего водоснабжения необходимо обязательно знать мощность используемой системы. Эта мощность является суммой тепловых затрат на обогрев помещений и затрат на другие системы или технологические нужды. Важно также просчитать запас мощности, что значительно увеличит срок службы систем и работы при максимальных нагрузках.

Рассчитать тепловую нагрузку помещения можно по относительно простой формуле: Qт = Vx∆TxK/860. Qт — это тепловая нагрузка помещения, V — объем помещения, которое обогревается (ширинаХдлинаХвысота), ∆T — разница между внешней температурой воздуха и нужной внутренней температурой (она установлена по системе СНИП для каждого определенного города или региона), К — коэффициент потерь тепла строением; 860 — перевод на измерение кВт/час, поскольку тепловая нагрузка измеряется именно в такой единице.

Хотя это не единственная и не универсальная формула, потому, все-таки, расчет тепловой нагрузки должны проводить высококвалифицированные специалисты. А таких Вы сможете найти именно у нас – компания Премиум Мастер — лидер сферы услуг проектирования, поставки и монтажа самой разнообразной климатической техники.

Наши партнеры

Реализованные проекты компании Премиум-мастер

Radisson Zavidovo

Проектировка и монтаж систем выносного холодоснабжения холодильных камер в ресторане Radisson Zavidovo, подробнее.
Теремок — Новослободская

Проектировка и монтаж системы вентиляции помещения ресторана Теремок, монтаж шкафа управление вентиляции, подробнее.
Супермаркет «Магнит» в Москвоской области

Произведен монтаж нового и современного холодильного оборудования в супермаркет «Магнит», закупленного у сторонних компаний , подробнее.
Кондитерская фабрика Mondelēz International

Замена существующей системы холодоснабжения для линии охлаждения шоколада, состоящую из двух поршневых полугерметичных компрессоров, подробнее.

Отзывы от клиентов

Отзыв от мясокомбината ВЕЛКОМ

Сообщаем, что с ООО «Премиум-Мастер» мы неоднократно сотрудничали, в планах расчетов и проектирования холодильного оборудования. ООО «Премиум-Мастер» зарекомендовали себя с лучшей стороны, как надежный партнер и поставщик.

Отзыв от университета МГИМО

Компания ООО «Премиум-Мастер» зарекомендовав себя как надежная Подрядная организация, силами которой были решены многие инженерные задачи для комплекса наших объектов.

Все отзывы

Уголок расчетов: измерение тепловой нагрузки на воду в теплообменнике с задней дверью Применение

Вот уже почти 10 лет возрастающая тепловая нагрузка в центрах обработки данных признается растущей проблемой [1]. Одним из эффективных подходов к решению этой проблемы является установка теплообменника с водяным охлаждением в задней части стойки [2-5]. При таком подходе часть или почти вся тепловая нагрузка, поглощаемая воздухом, проходящим через теплорассеивающую электронику, передается воде, которая может отводить тепло намного эффективнее, чем воздух. Это также значительно уменьшает или устраняет проблему рециркуляции горячего воздуха [6].

Простая схема теплообменника с водяным охлаждением, установленного в задней части стойки с воздушным охлаждением, показана на рис. 1. Вентиляторы, установленные в отсеках для электроники, втягивают воздух с передней части стойки. Когда воздух проходит над рассеивающими мощность компонентами, тепло передается воздуху. Однако перед тем, как покинуть стойку, воздух проходит через водоохлаждаемый ребристый теплообменник, установленный в задней части стойки. Так как вода, поступающая в теплообменник, имеет более низкую температуру, Т _wi , чем воздух, T _hi , попадая в проходы ребер, тепло передается от воздуха к воде. Воздух, выходящий из стойки, будет иметь более низкую температуру, чем без помощи теплообменника, что снижает тепловую нагрузку на блоки кондиционирования воздуха компьютерного зала (CRAC). Как и следовало ожидать, в таких приложениях желательно определить количество тепла, фактически переданного воде. В принципе, это можно сделать, измерив массовый расход воды _w , через теплообменник, и температуры воды на входе, T _wi , и на выходе, T _wo , теплообменник. Если предыдущие величины известны, скорость q, с которой тепло передается воде, определяется как

, где c _p — удельная теплоемкость воды. То же уравнение применимо к водо-водяному теплообменнику, который используется в некоторых приложениях [5] для отвода тепла от охлаждающей воды системы к охлаждающей воде на стороне потребителя.

Рис. 1. Простая схема стойки для электроники с воздушным охлаждением и теплообменником с задней дверцей с водяным охлаждением.

Для наглядности предположим, что скорость потока воды через теплообменник составляет 75,7 литров в минуту (т. е. 20 галлонов в минуту), а тепловая нагрузка на воду составляет 20 кВт. Используя удельную теплоемкость воды 4,179 кДж/кг-К и уравнение [1], мы можем определить, что повышение температуры воды, протекающей через холодную сторону теплообменника, составит 3,8 ^o С. Так, если вода с холодной стороны поступает в теплообменник при 25 ^o C, он выйдет при 28,8 ^o C. Теперь изменим ситуацию и предположим, что мы измеряем расход воды через холодную сторону теплообменника, равный 75,7 л/мин, и измеряем входную воду температура 25 ^o C и температура воды на выходе 28,8 ^o C. Исходя из предыдущего обсуждения, мы знаем, что если мы используем уравнение [1], мы найдем, что тепловая нагрузка, передаваемая из теплообменника, составляет 20 кВт. . Однако реальный мир не так прост. В реальном мире будут погрешности как в наших измерениях расхода воды, так и температуры воды в теплообменнике и на выходе из него. Таким образом, возникает вопрос, как мы можем ограничить или оценить результирующую неопределенность в нашем измерении тепловой нагрузки?

Один из способов, с помощью которого мы можем оценить экстремальные верхние и нижние границы измерения тепловой нагрузки, состоит в объединении верхних и нижних экстремальных значений наших измеренных значений в уравнении [1]. Однако, чтобы сделать это, мы должны иметь некоторые знания о допусках на наши измеренные скорости потока и температуры. Опять же, в целях иллюстрации, предположим, что допуск или погрешность измерения расхода составляет +/- 1,89 л/мин (+/- 0,5 гал/мин), а допуск измерений температуры воды на входе и выходе составляет +/- 1 ^o C.

Чтобы получить верхний предел измеренной тепловой нагрузки, мы можем использовать следующее уравнение

, в котором константа a равна _w c _p /G и G — расход воды расход в литрах в минуту. Для воды константа а будет иметь значение 69,35 Вт/л/мин/^o°С. Величины Δ представляют собой допуск на измеренный расход и температуру.

Аналогичным образом нижний предел измеренной тепловой нагрузки определяется как

Введя предполагаемые измеренные значения расхода воды (75,7 л/мин), температуры на входе и выходе (25 ^o C и 28,8 ^o C) и их соответствующие допуски, мы рассчитываем максимальное значение тепловой нагрузки 31,2 кВт и минимальное значение 9,2 кВт по сравнению с номинальным значением из уравнения [1] 20,0 кВт. Ясно, что эти пределы являются экстремальными значениями, и мы не ожидаем, что возможные отклонения в наших измерениях окажутся на нас столь злонамеренными. Тем не менее, нам остается задаться вопросом, как мы можем получить более разумную оценку вероятных границ нашего измерения тепловой нагрузки.

.»]

Для этого мы должны совершить небольшое путешествие в мир статистики. Как мы все знаем, почти все, что мы производим или проводим измерения, будет демонстрировать некоторые отклонения от среднего (или номинального) значения. Распределение этих значений относительно среднего довольно часто соответствует нормальному распределению. Нормальное распределение характеризуется двумя параметрами – его средним значением (µ) и стандартным отклонением (σ). Среднее значение — это просто среднее значение всей совокупности значений, составляющих распределение. Стандартное отклонение — это мера того, насколько разбросано или узко распределение значений в совокупности. Математически стандартное отклонение представляет собой квадратный корень из дисперсии (σ ² ), что, в свою очередь, представляет собой среднее значение квадратов отличий от среднего.

При нормальном распределении плюс-минус одно стандартное отклонение относительно среднего охватывает 68,2% совокупности, плюс-минус два стандартных отклонения охватывает 95,5% совокупности, плюс-минус три стандартных отклонения охватывает 99,7% совокупности. Для большинства практических целей можно считать, что три стандартных отклонения охватывают 100% населения. Таким образом, мы можем считать, что допуск на наши измерения расхода и температуры эквивалентен трем стандартным отклонениям.

Затем

Для рассматриваемого примера номинальные измеренные значения расхода, температуры воды на входе и температуры воды на выходе составляют соответственно 75,7 л/мин, 25 ^o C и 28,8 ^o C. На основе при допусках измерений +/- 1,89 л/мин по расходу и +/- 1 ^o C по температуре, используя уравнение [4], стандартные отклонения для этих измерений составляют 0,63 л/мин и 0,333 ^o C/ Вт соответственно.

Однако нам необходимо найти стандартное отклонение σq тепловой нагрузки, σ _q , рассчитанное с использованием уравнения [1] и номинальных измеренных значений расхода, G , и температуры, T _wi и Т _или. Для этого мы будем использовать модифицированную форму уравнения [1] для расчета средней или номинальной тепловой нагрузки

, где а такое же, как используется в уравнениях [2] и [3].

Затем, после применения математических правил объединения произведений и разности случайных величин и некоторых алгебраических вычислений, можно показать, что дисперсия и стандартное отклонение измеренного значения тепловой нагрузки равны

где ΔT – разница между измеренными температурами воды T _wo и T _wi . Вводя различные обсуждаемые значения в уравнение [7], расчетное стандартное отклонение измерения тепловой нагрузки составляет 2480 Вт. Поскольку два стандартных отклонения охватывают 95 % населения, было бы разумно заключить, что истинное значение тепловой нагрузки скорее всего находится в диапазоне от 15 до 25 кВт, по сравнению с диапазоном 9от 0,2 до 31,2 кВт, рассчитанных с использованием уравнений минимума и максимума [2] и [3].

Таблица 1. Сводка результатов моделирования методом Монте-Карло измерения тепловой нагрузки для q = 20000 Вт и расхода воды = 75,7 л/мин (20 галлонов в минуту).

Чтобы проверить достоверность уравнения [7], моделирование методом Монте-Карло было настроено на статистическое моделирование уравнения [1]. Для этого выбирается номинальный набор значений, имитирующих измеренный расход, температуру воды на входе и температуру воды на выходе, которые дадут конкретное значение тепловой нагрузки (в данном случае 20 кВт). Затем стандартное отклонение каждого из предполагаемых измеренных значений используется вместе с генератором случайных чисел и предполагаемым распределением вероятностей (в данном случае — нормальным распределением) для генерации случайных значений измерения, которые вводятся в уравнение [1] для создания случайно сгенерированного значение тепловой нагрузки. Это делается много раз (в данном случае 10 000 раз) для создания распределения измеренных значений тепловой нагрузки. Распределение, полученное для рассматриваемого примера, представлено в виде гистограммы на рис. 2. По вертикальной оси отложено количество повторений значений тепловой нагрузки, отображаемых по горизонтальной оси. Стандартное отклонение, с _q , по тепловой нагрузке можно рассчитать из общей численности населения или набора расчетных значений тепловой нагрузки, используя

, где q _i – все расчетные значения q, среднее значение всех этих значений, а n – численность населения, которая равна количеству прогонов Монте-Карло.

Чтобы численно продемонстрировать правильность уравнения [7], было выполнено моделирование методом Монте-Карло в диапазоне стандартных отклонений при измерении температуры (0,1, 0,5 и 1 ^o C) и при измерении расхода (0,38, 1,89 и 3,78 л/мин) и рассчитывали соответствующие стандартные отклонения при смоделированной измеренной тепловой нагрузке. Моделирование основывалось на тепловой нагрузке 20 кВт и расходе воды 75,7 л/мин, как обсуждалось ранее в этой статье. Аналогичный комплекс расчетов был выполнен по уравнению [7]. Сравнение значений стандартного отклонения, полученных каждым методом, показано в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что стандартное отклонение, рассчитанное по результатам моделирования методом Монте-Карло и уравнению (7), почти одинаково, отличаясь не более чем на менее 1,5%.

Таким образом, уравнение (7) может быть очень полезным для оценки влияния погрешностей измерения расхода и температуры на погрешность измерения тепловой нагрузки на теплообменник, а также для получения верхних и нижних границ вероятного значения тепловой измерение нагрузки.

Ссылки

[1] Шмидт Р.Р. «Горячие точки в центрах обработки данных». ElectronicsCooling, , август 2003 г.

[2] Whitenack, K. «Жидкостное охлаждение для центров оборудования для передачи данных». ElectronicsCooling , август 2008 г.

[3] Schmidt, R.R. «Жидкостное охлаждение возвращается». ElectronicsCooling, , август 2005 г.

[4] ЛаПланте, С.Р., Обри, Н., Роза, Л., Левеск, П., Портер, Д., Кавано, К., и Джонстон, Дж. «Жидкостное охлаждение компьютерный кластер высокой плотности». ElectronicsCooling, , ноябрь 2006 г.

[5] Кэмпбелл Л. и Эллсворт М.Дж. «Назад в будущее с суперкомпьютером с жидкостным охлаждением». ЭлектроникаОхлаждение, 901:30, август 2009 г.

[6] Simons, R.E. «Использование простой модели рециркуляции воздуха для изучения охлаждения компьютерной стойки». ElectronicsCooling, , февраль 2007 г.

Все, что вам нужно знать о расчете нагрузки HVAC

Итак, вы готовитесь к выбору нового блока HVAC! Как вы наверняка знаете, это важное решение. Имейте в виду, что больше не означает лучше, когда речь идет о вашем блоке ОВКВ, поэтому не позволяйте самому большому блоку на рынке привлечь вас.

Ваш дом не обязательно будет охлаждаться быстрее или потреблять меньше энергии только потому, что вы иметь крупную единицу. На самом деле, слишком большая единица измерения потенциально может принести больше вреда, чем пользы. При определении того, какой блок HVAC подходит вам и вашему дому, вы можете попробовать выполнить некоторые расчеты нагрузки на отопление и охлаждение.

Что такое нагрузка HVAC?
«Нагрузка» ОВиКВ — это количество тепла или охлаждения, необходимое зданию для поддержания надлежащей температуры. На нагрузку влияет множество факторов, в том числе климат, класс изоляции, площадь в квадратных метрах, воздействие солнца, количество окон и дверей в доме, количество людей, проживающих в помещении, и многое другое.
Расчеты нагрузки на отопление и охлаждение определяют как размер, так и объем, необходимые для кондиционера. Подрядчики сделают все возможное, чтобы рассчитать точную нагрузку, включая такие детали, как тип дома, кухня, тип воздуха и многое другое. Сложение всей информации помогает определить, какая мощность необходима для охлаждения дома.
Почему важен расчет нагрузки HVAC?
Чтобы найти квартиру подходящего размера для своего дома, нужно не купить самый большой размер или, наоборот, не потратить наименьшую сумму денег. Неправильные расчеты нагрузки на отопление и охлаждение приведут к выбору блока ОВКВ неправильного размера, что приведет к головной боли в будущем.
Блок неправильного размера может привести к ухудшению качества воздуха, высоким счетам за электроэнергию и преждевременному выходу из строя блока. Для негабаритного устройства у него будет более короткий срок службы, поскольку ему придется чаще выключаться и включаться. Для устройства меньшего размера у него будет более короткий срок службы, поскольку он должен работать намного усерднее, чем его заставляли работать.
Как слишком большие, так и маленькие блоки будут влиять на качество воздуха. Негабаритный блок приведет к снижению качества воздуха, поскольку он будет слишком быстро охлаждать помещение, чтобы успеть снизить влажность. Малогабаритный агрегат не сможет обрабатывать воздух должным образом.
Как рассчитывается нагрузка ОВКВ?
Расчеты нагрузки на отопление и охлаждение определяются путем измерения необходимой эффективности в тоннах и БТЕ (британская тепловая единица). Эти измерения позволяют подрядчикам определить общую смету.
Если вы изучали кондиционеры, то вам может быть знаком «трехтонный кондиционер» или какой-то другой размер. Это не означает, что устройство весит три тонны, а означает, что это охлаждающая и нагревающая способность устройства.
Традиционно для измерения тепла используются БТЕ, а тонны рассчитываются как БТЕ в час. Чем больше тонн или БТЕ может выдержать агрегат, тем он мощнее. Выполните следующие шаги, чтобы рассчитать нагрузку HVAC, чтобы получить правильные измерения для вашего устройства.
Шаг 1: Измерьте площадь в квадратных футах.
Определите площадь вашего дома. Вы можете сделать это, взглянув на чертежи вашего дома или, если у вас их нет, измерьте пространство комнату за комнатой. Измерьте длину и ширину каждой комнаты, а затем умножьте эти числа, чтобы получить приблизительную площадь в квадратных футах. В качестве альтернативы вы можете измерить внешний вид вашего дома, а затем вычесть любые помещения, которые не нужно будет обогревать или охлаждать, например, гараж.
Учитывайте высоту ваших комнат. Потолки выше среднего, как правило, требуют больше БТЕ для охлаждения и обогрева.
Шаг 2: добавьте изоляцию, окна и другие факторы.
Проверьте, какой класс изоляции использовался при строительстве вашего дома (если вы не уверены, хорошей изоляцией является стандарт США). Вам также нужно будет отслеживать, сколько у вас окон, воздухонепроницаемость вашего дома, пребывание на солнце, теплопроизводящие приборы и так далее. Хороший способ оценить их — сложить БТЕ следующим образом:
Каждый житель дома: 100 БТЕ
Каждое окно: 1000 БТЕ
Каждая наружная дверь: 1000 БТЕ
Шаг 3: Добавьте все!
Вот как будет выглядеть расчет нагрузки на отопление и охлаждение для дома площадью 2500 квадратных футов, 12 окон, 3 наружных дверей, в котором проживает 5 человек:
2500 x 25 = 62 500 (это ваша база BTU)
3 человека x 100 = 300
10 окон x 1 000 = 10 000
4 наружные двери x 1 000 = 4 0000202
Если у вас возникли проблемы с определением нагрузки на отопление и охлаждение вашего дома, подумайте о том, чтобы поговорить со специалистом, который может быть вашим личным калькулятором HVAC.
Готовы рассчитать нагрузку ОВКВ?
Знания — сила, когда дело касается домашних проектов! Если вы хотите заменить существующую систему HVAC, независимо от причины, убедитесь, что вы выбрали правильную настройку, которая будет эффективной и действенной для вашего дома. Свяжитесь с экспертами по отоплению и охлаждению в компании John C. Flood, чтобы обсудить ваш проект HVAC уже сегодня. Позвоните нам по номеру F:P:Sub:Phone} или свяжитесь с командой Flood HVAC через Интернет.
Критическая оценка методов измерения температурных профилей и истории тепловой нагрузки в процессах микроволнового нагрева — обзор
Обзор
. 2022 май; 21(3):2118-2148.
дои: 10.1111/1541-4337.12940. Epub 2022 25 марта.
Изабель Калинке ¹ , Питер Куббутат ¹ , Сомайе Тагиан Динани ¹ , Сабина Амброс ¹ , Шахта Озчелик ¹ , Ульрих Кулозик ¹
принадлежность
¹ Пищевая и биотехнологическая инженерия, Школа биологических наук ТУМ, Технический университет Мюнхена, Фрайзинг, Германия.
PMID: 35338578
DOI: 10.1111/1541-4337.12940
Бесплатная статья
Обзор
Isabel Kalinke et al. Compr Rev Food Sci Food Safe. 2022 май.
Бесплатная статья
. 2022 май; 21(3):2118-2148.
дои: 10.1111/1541-4337.12940. Epub 2022 25 марта.
Авторы
Изабель Калинке ¹ , Питер Куббутат ¹ , Сомайе Тагиан Динани ¹ , Сабина Амброс ¹ , Шахта Озчелик ¹ , Ульрих Кулозик ¹
принадлежность
¹ Пищевая и биотехнологическая инженерия, Школа биологических наук ТУМ, Технический университет Мюнхена, Фрайзинг, Германия.
PMID: 35338578
DOI: 10.1111/1541-4337.12940
Абстрактный
Широко описаны ограничения микроволновой обработки из-за неоднородностей подводимой мощности и поглощения энергии. Перегретые и недогретые области продукта влияют на воспроизводимость, качество продукта и, возможно, безопасность. Несмотря на то, что существует широкий спектр методов измерения температуры и оценки влияния времени/температуры, ни один из них не способен в достаточной степени обнаруживать температурные различия и термические эффекты внутри продукта, вызванные неоднородным нагревом. Целью данного обзора является критическая оценка различных методов измерения температуры на предмет их пригодности для различных микроволновых применений, а именно металлических датчиков температуры, тепловидения, пирометрических измерений, волоконно-оптических датчиков, микроволновой радиометрии, магнитно-резонансной томографии, жидкокристаллической термографии, термобумаги. , а также биологические и химические температурно-временные индикаторы. Эти методы оцениваются в соответствии с их преимуществами и ограничениями, характеристиками метода и потенциальными помехами электрическому полю. Особое внимание уделяется пространственному разрешению, точности, обработке и цели измерения, то есть опытно-конструкторским работам или оперативному контролю производства. Обсуждаются различия в методах и примеры практического применения и неудач при обработке пищевых продуктов с помощью микроволновой печи, при этом особое внимание уделяется микроволновой пастеризации и сушке с помощью микроволновой печи. На основании этой оценки предполагается, что инфракрасные камеры для измерения распределения температуры на поверхности продукта и частично внутри продукта в сочетании с химическим индикатором времени/температуры (например, реакция Майяра, генерирующая вызванные нагреванием изменения цвета в зависимости от локальной энергии). поглощение) представляются наиболее подходящей системой для будущего практического применения в управлении микроволновыми пищевыми процессами, разработке микроволновых систем и дизайне продуктов. Надежное обнаружение неоднородного нагрева является необходимым условием для противодействия неоднородности путем целенаправленной настройки параметров процесса и продукта в микроволновых приложениях.
Ключевые слова: холодное место; горячая точка; неоднородность; оценка метода; микроволновый нагрев; измерение температуры.
© 2022 Авторы. Всеобъемлющие обзоры в области пищевых наук и безопасности пищевых продуктов, опубликованные Wiley Periodicals LLC от имени Института пищевых технологов.
Похожие статьи
Микроволновая радиометрия для непрерывного бесконтактного измерения температуры при микроволновом нагреве.
Стефан К.Д., Пирс Дж.А. Стефан К.Д. и др. J Microw Power Electromagn Energy. 2005;40(1):49-61. дои: 10.1080/08327823.2005.11688524. J Microw Power Electromagn Energy. 2005. PMID: 16673833
Тепло- и массоперенос при микроволновом нагреве картофельного пюре в бытовой печи — разработка модели, проверка и анализ чувствительности.
Чен Дж., Питчай К., Бирла С., Негабан М., Джонс Д., Суббиа Дж. Чен Дж. и др. Дж. Пищевая наука. 2014 окт;79(10):Е1991-2004. дои: 10.1111/1750-3841.12636. Epub 2014, 15 сентября. Дж. Пищевая наука. 2014. PMID: 25224264
Параллельная микроволновая химия в платформах реакторов из карбида кремния: углубленное исследование характеристик нагрева.
Damm M, Kappe CO. Дамм М. и др. Мол Дайверс. 2009 ноябрь; 13 (4): 529-43. doi: 10.1007/s11030-009-9167-3. Epub 2009 23 июня. Мол Дайверс. 2009. PMID: 19548098
Раскрытие потенциала микроволн для обеспечения безопасности и качества пищевых продуктов.
Тан Дж. Тан Дж. Дж. Пищевая наука. 2015 авг;80(8):E1776-93. дои: 10.1111/1750-3841.12959. Epub 2015 4 августа. Дж. Пищевая наука. 2015. PMID: 26242920 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Влияние микроволнового нагрева на образование акриламида в пищевых продуктах.
Михалак Ю., Чарновска-Куявска М., Клепацкая Ю., Гуйска Е. Михалак Дж. и др. Молекулы. 2020 10 сентября; 25 (18): 4140. doi: 10,3390/молекулы 25184140. Молекулы. 2020. PMID: 32927728 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
Посмотреть все похожие статьи
использованная литература
ССЫЛКИ
Агиар, HDF, Ямасита, А.С., и Гут, Дж.А.В. (2012). Разработка ферментных интеграторов время-температура с быстрым обнаружением для оценки непрерывных процессов пастеризации HTST. LWT — Пищевая наука и технология, 47(1), 110-116. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2011.12.027
Аль-Али, М., Салих, К.И., и Альсамарра, А. (2020). Температуры микроволнового нагрева и характеристики фармацевтических порошков. Материалы сегодня: Слушания, 20, 583-587. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.09.193
Альбанезе Д., Чинкванта Л., Куккурулло Г. и Ди М.М. (2013). Влияние методов микроволновой сушки и сушки горячим воздухом на цвет, β-каротин и активность удаления радикалов абрикосов. Международный журнал пищевых наук и технологий, 48(6), 1327-1333. https://doi.org/10.1111/ijfs.12095
Амброс, С., Домбровски, Дж., Беттгер, Д., и Кулозик, У.
No related posts.