Υπολογισμός της αερόθερμης θέρμανσης: βασικές αρχές + παράδειγμα υπολογισμού

Η εγκατάσταση ενός συστήματος θέρμανσης είναι αδύνατη χωρίς προηγούμενους υπολογισμούς. Οι πληροφορίες που λαμβάνονται πρέπει να είναι όσο το δυνατόν ακριβέστερες, γι' αυτό τον υπολογισμό της αεροθέρμανσης πραγματοποιούν ειδικοί χρησιμοποιώντας εξειδικυμένα προγράμματα, λαμβάνοντας υπόψη τις λεπτομέρειες της κατασκευής.

Το σύστημα αεροθέρμανσης (εφεξής – ΣΑΘ) μπορεί να υπολογιστεί μόνος σας, έχοντας βασικές γνώσεις μαθηματικών και φυσικής.

Σε αυτό το άρθρο θα σας εξηγήσουμε πώς να υπολογίσετε το επίπεδο απωλειών θερμότητας του σπιτιού και του ΣΑΘ. Για να γίνουν όλα απόλυτα κατανοητά, θα δοθούν συγκεκριμένα παραδείγματα υπολογισμών.

Υπολογισμός απωλειών θερμότητας του σπιτιού

Για την επιλογή ΣΑΘ, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η ποσότητα αέρα για το σύστημα, η αρχική θερμοκρασία αέρα στον αεραγωγό για τη βέλτιστη θέρμανση του χώρου. Για να μάθετε αυτές τις πληροφορίες, πρέπει να υπολογίσετε τις απώλειες θερμότητας του σπιτιού και να προχωρήσετε στους κύριους υπολογισμούς αργότερα.

Κάθε κτίριο κατά την περίοδο του κρύου χάνει θερμική ενέργεια. Η μέγιστη ποσότητά της εγκαταλείπει τον χώρο μέσω τοίχων, οροφής, παραθύρων, θυρών και άλλων δομικών στοιχείων (εφεξής – ΔΣ) που βγαίνουν από τη μία πλευρά στο δρόμο.

Για να εξασφαλιστεί μία συγκεκριμένη θερμοκρασία στο σπίτι, πρέπει να υπολογιστεί η θερμική ισχύς που μπορεί να αντισταθμίσει τις θερμικές δαπάνες και να διατηρήσει στο σπίτι την επιθυμητή θερμοκρασία.

Υπάρχει μια εσφαλμένη αντίληψη ότι οι θερμικές απώλειες είναι ίδιες για κάθε σπίτι. Ορισμένες πηγές ισχυρίζονται ότι 10 kW είναι αρκετά για τη θέρμανση ενός μικρού σπιτιού οποιασδήποτε διαμόρφωσης, ενώ άλλες περιορίζονται σε 7-8 kW ανά τετραγωνικό μέτρο.

Σύμφωνα με το απλοποιημένο σχήμα υπολογισμού, κάθε 10 m² εκμεταλλεύσιμης επιφάνειας στις βόρειες περιοχές και τις ζώνες της μέσης ζώνης πρέπει να εξασφαλίζονται με παροχή 1 kW θερμικής ισχύος. Αυτό το νούμερο, εξατομικευμένο για κάθε κτίριο, πολλαπλασιάζεται με συντελεστή 1,15, δημιουργώντας έτσι ένα απόθεμα θερμικής ισχύος για απρόβλεπτες απώλειες.

Ωστόσο, τέτοιες εκτιμήσεις είναι αρκετά χονδροειδείς, και επιπλέον δεν λαμβάνουν υπόψη τις ιδιότητες, τα χαρακτηριστικά των υλικών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του σπιτιού, τις κλιματικές συνθήκες και άλλους παράγοντες που επηρεάζουν τις θερμικές δαπάνες.

Η ποσότητα της θερμότητας που διαφεύγει εξαρτάται από την επιφάνεια του περιβλήματος και τη θερμική αγωγιμότητα κάθε στρώματός του. Η μεγαλύτερη ποσότητα θερμικής ενέργειας φεύγει από το δωμάτιο μέσω τοίχων, δαπέδου, οροφής, παραθύρων.

Εάν στην ανέγερση του σπιτιού χρησιμοποιήθηκαν σύγχρονα δομικά υλικά με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, τότε οι θερμικές απώλειες της κατασκευής θα είναι μικρότερες, και συνεπώς θα απαιτείται μικρότερη θερμική ισχύς.

Εάν ληφθεί θερμικός εξοπλισμός που παράγει ισχύ μεγαλύτερη από την απαραίτητη, θα προκύψει περίσσεια θερμότητας, η οποία συνήθως αντισταθμίζεται μέσω εξαερισμού. Σε αυτήν την περίπτωση, προκύπτουν πρόσθετες οικονομικές δαπάνες.

Εάν για το ΣΑΘ (Σύστημα Αερόθερμης Θέρμανσης) επιλεγεί εξοπλισμός μικρής ισχύος, τότε στο δωμάτιο θα γίνεται αισθητή έλλειψη θερμότητας, καθώς η συσκευή δεν θα μπορεί να παράγει την απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας, με αποτέλεσμα να χρειαστεί η αγορά πρόσθετων θερμικών μονάδων.

Η χρήση πολυουρεθάνης, υαλοβάμβακα και άλλων σύγχρονων μονωτικών υλικών επιτρέπει την επίτευξη μέγιστης θερμικής μόνωσης του δωματίου.

Οι θερμικές δαπάνες ενός κτιρίου εξαρτώνται από:

• τη δομή των περιβαλλόντων στοιχείων (τοίχοι, οροφές κ.λπ.), το πάχος τους·
• την επιφάνεια της θερμαινόμενης επιφάνειας·
• τον προσανατολισμό ως προς τα σημεία του ορίζοντα·
• την ελάχιστη εξωτερική θερμοκρασία στην περιοχή ή την πόλη κατά τη διάρκεια 5 χειμερινών ημερών·
• της διάρκειας της περιόδου θέρμανσης·
• των διαδικασιών διήθησης, αερισμού·
• των οικιακών θερμικών κερδών·
• της κατανάλωσης θερμότητας για οικιακές ανάγκες.

Για να υπολογίσετε σωστά τις απώλειες θερμότητας, είναι αδύνατο χωρίς να λάβετε υπόψη τη διήθηση και τον αερισμό, που επηρεάζουν σημαντικά την ποσοτική συνιστώσα. Η διήθηση – είναι μια φυσική διαδικασία μετακίνησης των αέριων μαζών, η οποία συμβαίνει κατά την κίνηση των ανθρώπων στο χώρο, το άνοιγμα παραθύρων για αερισμό και άλλες οικιακές διαδικασίες.

Ο αερισμός – είναι ένα ειδικά εγκατεστημένο σύστημα, μέσω του οποίου γίνεται η παροχή αέρα, και ο αέρας μπορεί να εισέρχεται στο χώρο με χαμηλότερη θερμοκρασία.

Μέσω του αερισμού χάνεται 9 φορές περισσότερη θερμότητα από ό,τι κατά τη φυσική διήθηση

Η θερμότητα εισέρχεται στο χώρο όχι μόνο μέσω του συστήματος θέρμανσης, αλλά και μέσω των θερμαινόμενων ηλεκτρικών συσκευών, λαμπτήρων πυράκτωσης, ανθρώπων. Είναι σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη και οι δαπάνες θερμότητας για τη θέρμανση κρύων αντικειμένων που φέρθηκαν από έξω, ρούχων.

Πριν από την επιλογή εξοπλισμού για ΣΒΟ (σύστημα θέρμανσης αέρα), τον σχεδιασμό του συστήματος θέρμανσης είναι σημαντικό να υπολογιστούν με υψηλή ακρίβεια οι απώλειες θερμότητας του σπιτιού. Αυτό μπορεί να γίνει με το δωρεάν πρόγραμμα Valtec. Για να μην εμβαθύνετε στις λεπτομέρειες της εφαρμογής, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μαθηματικούς τύπους που δίνουν υψηλή ακρίβεια υπολογισμών.

Για τον υπολογισμό των συνολικών απωλειών θερμότητας Q της κατοικίας, είναι απαραίτητο να υπολογιστούν οι θερμικές δαπάνες των κλειστών κατασκευών Q_org.k, οι δαπάνες ενέργειας για αερισμό και διήθηση Q_v, και να ληφθούν υπόψη οι οικιακές δαπάνες Q_t. Οι απώλειες μετρώνται και καταγράφονται σε W.

Για τον υπολογισμό των συνολικών θερμικών δαπανών Q χρησιμοποιείται ο τύπος:

Q = Q_org.k + Q_v – Q_t

Στη συνέχεια, θα δούμε τους τύπους για τον προσδιορισμό των θερμικών δαπανών:

Q_org.k , Q_v,  Q_t.

Προσδιορισμός απωλειών θερμότητας των δομικών στοιχείων

Μέσω των κλειστών στοιχείων του σπιτιού (τοίχοι, πόρτες, παράθυρα, οροφή και δάπεδο) χάνεται η μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας. Για τον προσδιορισμό του Q_org.k είναι απαραίτητο να υπολογιστούν ξεχωριστά οι απώλειες θερμότητας που φέρει κάθε στοιχείο της κατασκευής.

Δηλαδή το Q_org.k υπολογίζεται με τον τύπο:

Q_org.k = Q_pol + Q_st + Q_okn + Q_pt + Q_dv

Για να προσδιοριστεί το Q κάθε στοιχείου του σπιτιού, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη δομή του και τον συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας ή τον συντελεστή θερμικής αντίστασης, ο οποίος αναγράφεται στο πιστοποιητικό του υλικού.

Για τον υπολογισμό των θερμικών δαπανών λαμβάνονται υπόψη τα στρώματα που επηρεάζουν τη θερμομόνωση. Για παράδειγμα, μονωτικά, τοιχοποιία, επένδυση κ.λπ.

Ο υπολογισμός των απωλειών θερμότητας γίνεται για κάθε ομοιογενές στρώμα του κλειστού στοιχείου. Για παράδειγμα, εάν ο τοίχος αποτελείται από δύο ετερογενή στρώματα (μονωτικό και πλινθοδομή), τότε ο υπολογισμός γίνεται ξεχωριστά για το μονωτικό και για την πλινθοδομή.

Οι θερμικές δαπάνες του στρώματος υπολογίζονται λαμβάνοντας υπόψη την επιθυμητή θερμοκρασία στο χώρο σύμφωνα με την έκφραση:

Q_st = S × (t_v – t_n) × B × l/k

Στην έκφραση, οι μεταβλητές έχουν την ακόλουθη σημασία:

• S – εμβαδόν στρώματος, m²;
• t_v – επιθυμητή θερμοκρασία στο σπίτι, °C; για γωνιακά δωμάτια η θερμοκρασία λαμβάνεται 2 βαθμούς υψηλότερη;
• t_n – μέση θερμοκρασία της ψυχρότερης πενθήμερης περιόδου στην περιοχή, °C;
• k – συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού;
• B – πάχος κάθε στρώματος του στοιχείου περιβλήματος, m;
• l – παραμετρικός πίνακας, λαμβάνει υπόψη τις ιδιαιτερότητες θερμικών απωλειών για ΟΚ (περιβληματικές κατασκευές) που βρίσκονται σε διαφορετικές πλευρές του ορίζοντα.

Εάν στον τοίχο για τον οποίο γίνεται ο υπολογισμός είναι ενσωματωμένα παράθυρα ή πόρτες, τότε κατά τον υπολογισμό του Q από τη συνολική επιφάνεια του ΟΚ (περιβλήματος) πρέπει να αφαιρεθεί η επιφάνεια του παραθύρου ή της πόρτας, καθώς οι θερμικές απώλειές τους είναι διαφ ορετικές.

Στο τεχνικό φύλλο των παραθύρων ή πορτών μερικές φορές αναγράφεται ο συντελεστής θερμομεταφοράς D, χάρη στον οποίο μπορούν να απλοποιηθούν οι υπολογισμοί.

Ο συντελεστής θερμικής αντίστασης υπολογίζεται από τον τύπο:

D = B/k

Ο τύπος θερμικών απωλειών για ένα μεμονωμένο στρώμα μπορεί να εκφραστεί ως:

Q_st = S × (t_v – t_n) × D × l

Στην πράξη, για τον υπολογισμό του Q δαπέδου, τοίχων ή οροφών υπολογίζονται ξεχωριστά οι συντελεστές D κάθε στρώματος του ΟΚ (περιβλήματος, προστίθενται και αντικαθίστανται στον γενικό τύπο, γεγονός που απλοποιεί τη διαδικασία υπολογισμού.

Υπολογισμός δαπανών διείσδυσης και αερισμού

Στον χώρο από το σύστημα εξαερισμού μπορεί να εισέρχεται αέρας χαμηλής θερμοκρασίας, ο οποίος επηρεάζει σημαντικά τις θερμικές απώλειες. Ο γενικός τύπος για αυτήν τη διαδικασία είναι ο εξής:

Q_v = 0.28 × L_n × p_v × c × (t_v – t_n)

Στην έκφραση, τα σύμβολα γραμμάτων έχουν την ακόλουθη σημασία:

• L_n – παροχή εισερχόμενού αέρα, m³/h;
• p_v – πυκνότητα αέρα στον χώρο στη δεδομένη θερμοκρασία, kg/m³;
• t_v – θερμοκρασία στο σπίτι, °C;
• t_n – μέση θερμοκρασία της ψυχρότερης πενθήμερης περιόδου στην περιοχή, °C;
• c – θερμοχωρητικότητα αέρα, kJ/(kg·°C).

Η παράμετρος L_n λαμβάνεται από τα τεχνικά χαρακτηριστικά του συστήματος εξαερισμού. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η παροχή αέρα εισόδου έχει ειδική τιμή 3 m³/h, βάσει της οποίας το L_n υπολογίζεται από τον τύπο:

L_n = 3 × S_pol

Στον τύπο, S_pol – εμβαδόν δαπέδου, m².

Η πυκνότητα αέρα στον χώρο p_v ορίζεται από την έκφραση:

p_v = 353/273+t_v

Εδώ t_v – ορισμένη θερμοκρασία στο σπίτι, μετριέται σε °C.

Η θερμοχωρητικότητα c είναί σταθερή φυσική ποςότητα και ισούται με 1,005 kJ/(kg·°C).

Στον φυσικό αερισμό, ο κρύος αέρας εισέρχεται μέσω παραθύρων και θυρών, εκτοπίζοντας τη θερμότητα μέσω της κα μινάδας.

Ο μη οργανωμένος αερισμός, ή διείσδυση, ορίζεται από τον τύπο:

Q_i = 0,28 × ∑G_h × c × (t_v – t_n) × k_t

Στην εξίσωση:

• G_h – παροχή αέρα μέσω κάθε περιβλήματος, είναί πινακοποιημένη τιμή, kg/h;
• k_t – συντελεστής επιρροής της θερμής ροής αέρα, λαμβάνεται από τον πίνακα·
• t_v , t_n – οι δεδομένες θερμοκρασίες εσωτερικού και εξωτερικού χώρου, °C.

Κατά το άνοιγμα των θυρών συμβαίνουν οι σημαντικότερες απώλειες θερμότητας αέρα, επομένως, εάν η είσοδος είναι εξοπλισμένη με αεροθερμικές κουρτίνες, θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη.

Η θερμική κουρτίνα είναι ένας επιμήκης θερμοανεμιστήρας, που σχηματίζει μια ισχυρή ροή εντός του ανοίγματος παραθύρου ή πόρτας. Ελαχιστοποιεί ή σχεδόν εξαλείφει τις απώλειες θερμότητας και τη διείσδυση αέρα από το εξωτερικό ακόμα και με ανοιχτή πόρτα ή παράθυρο

Για τον υπολογισμό των απωλειών θερμότητας των θυρών χρησιμοποιείται ο τύπος:

Q_ot.d = Q_dv × j × H

Στην έκφραση:

• Q_dv – υπολογιζόμενες απώλειες θερμότητας εξωτερικών θυρών·
• H – ύψος κτιρίου, m·
• j – συντελεστής πίνακα, που εξαρτάται από τον τύπο των θυρών και τη θέση τους.

Εάν στο σπίτι υπάρχει οργανωμένος αερισμός ή διείσδυση, τότε οι υπολογισμοί γίνονται σύμφωνα με τον πρώτο τύπο.

Η επιφάνεια των περιφρακτικών στοιχείων της κατασκευής μπορεί να είναι ανομοιογενής – μπορεί να υπάρχουν σχισμές, ανομοιογένειες, από τις οποίες περνάει αέρας. Αυτές οι απώλειες θερμότητας θεωρούνται ασήμαντες, αλλά μπορούν επίσης να προσδιοριστούν. Αυτό μπορεί να γίνει αποκλειστικά με λογισμικές μεθόδους, καθώς είναι αδύνατο να υπολογιστούν ορισμένες συναρτήσεις χωρίς τη χρήση εφαρμογών.

Την πιο ακριβή εικόνα των πραγματικών απωλειών θερμότητας δίνει η θερμογραφική εξέταση του σπιτιού. Αυτή η διαγνωστική μέθοδος επιτρέπει τον εντοπισμό κρυφών λαθών κατασκευής, κενών στη θερμομόνωση, διαρροών του συστήματος ύδρευσης, που μειώνουν τις θερμοτεχνικές ιδιότητες του κτιρίου και άλλες ελλείψεις

Οικιακές εισροές θερμότητας

Μέσω ηλεκτρικών συσκευών, του ανθρώπινου σώματος, λαμπτήρων, έρχεται επιπλέον θερμότητα στο χώρο, η οποία επίσης λαμβάνεται υπόψη κατά τον υπολογισμό των απωλειών θερμότητας.

Εμπειρικά έχει διαπιστωθεί ότι αυτές οι εισροές δεν μπορούν να υπερβούν το όριο των 10 W ανά 1 m². Επομένως, ο τύπος υπολογισμού μπορεί να έχει τη μορφή:

Q_t = 10 × S_pol

Στην έκφραση S_pol – επιφάνεια δαπέδου, m².

Βασική μεθοδολογία υπολογισμού ΣΑΘ

Βασική αρχή λειτουργίας κάθε ΣΒΟ είναι η μεταφορά θερμικής ενέργειας μέσω του αέρα με ψύξη του θερμοφόρου. Τα κύρια στοιχεία της είναι η γεννήτρια θερμότητας και ο αγωγός θερμότητας.

Ο αέρας στο χώρο παρέχεται ήδη θερμαινόμενος σε θερμοκρασία t_r, για να διατηρείται η επιθυμητή θερμοκρασία t_v. Επομένως, η ποσότητα της συσσωρευμένης ενέργειας πρέπει να ισούται με τις συνολικές απώλειες θερμότητας του κτιρίου, δηλαδή Q. Ισχύει η ισότητα:

Q = E_ot × c × (t_v – t_n)

Στον τύπο E – ο ρυθμός ροής του θερμού αέρα kg/s για τη θέρμανση του δωματίου. Από την ισότητα μπορούμε να εκφράσουμε E_ot:

E_ot = Q/ (c × (t_v – t_n))

Υπενθυμίζουμε ότι η ειδική θερμότητα του αέρα είναι c=1005 J/(kg×K).

Με τον τύπο προσδιορίζεται αποκλειστικά η ποσότητα του παρεχόμενου αέρα που χρησιμοποιείται μόνο για θέρμανση μόνο σε συστήματα ανακυκλοφορίας (εφεξής – ΡΣΒΟ).

Στα συστήματα προσαγωγής-ανακυκλοφορίας, ένα μέρος του αέρα λαμβάνεται από τον δρόμο και το άλλο μέρος – από το δωμάτιο. Και τα δύο μέρη αναμιγνύονται και μετά τη θέρμανση στην απαιτούμενη θερμοκρασία παρέχονται στο δωμάτιο.

Εάν το ΣΒΟ χρησιμοποιείται ως αερισμός, τότε η ποσότητα του παρεχόμενου αέρα υπολογίζεται ως εξής:

• Εάν η ποσότητα αέρα για θέρμανση υπερβαίνει ή είναι ίση με την ποσότητα αέρα για αερισμό, τότε λαμβάνεται υπόψη η ποσότητα αέρα για θέρμανση και το σύστημα επιλέγεται ως ευθείας ροής (εφεξής – ΠΣΒΟ) ή με μερική ανακυκλοφορία (εφεξής – ΤσΡΣΒΟ).
• Εάν η ποσότητα αέρα για θέρμανση είναι μικρότερη από την ποσότητα αέρα που απαιτείται για αερισμό, τότε λαμβάνεται υπόψη μόνο η ποσότητα αέρα που απαιτείται για αερισμό, εφαρμόζεται ΠΣΒΟ (μερικές φορές – ΤσΡΣΒΟ), και η θερμοκρασία του παρεχόμενου αέρα υπολογίζεται από τον τύπο: t_r = t_v + Q/c × E_vent.

Σε περίπτωση που η τιμή t_r υπερβαίνει τις επιτρεπόμενες παραμέτρους, πρέπει να αυξηθεί η ποσότητα του αέρα που εισάγεται μέσω αερισμού.

Εάν υπάρχουν πηγές σταθερής απελευθέρωσης θερμότητας στο δωμάτιο, τότε η θερμοκρασία του παρεχόμενου αέρα μειώνεται.

Οι ενεργοποιημένες ηλεκτρικές συσκευές παράγουν περίπου 1% θερμότητας στο δωμάτιο. Εάν μία ή περισσότερες συσκευές λειτουργούν συνεχώς, η θερμική τους ισχύς πρέπει να ληφθεί υπόψη στους υπολογισμούς.

Για ένα μεμονωμένο δωμάτιο, η τιμή t_r μπορεί να διαφέρει. Τεχνικά, είναι δυνατόν να υλοποιηθεί η ιδέα της παροχής διαφορετικής θερμοκρασίας σε μεμονωμένους χώρους, αλλά είναι πολύ πιο εύκολο να παρέχεται αέρας ίδιας θερμοκρασίας σε όλα τα δωμάτια.

Σε αυτήν την περίπτωση, η συνολική θερμοκρασία t_r λαμβάνεται ως αυτή που αποδείχθηκε η χαμηλότερη. Στη συνέχεια, η ποσότητα του παρεχόμενου αέρα υπολογίζεται από τον τύπο που καθορίζει το E_ot.

Στη συνέχεια, ορίζουμε τον τύπο για τον υπολογισμό του όγκου του εισερχόμενου αέρα V_ot στη θερμοκρασία θέρμανσής του t_r:

V_ot = E_ot/p_r

Η απάντηση καταγράφεται σε m³/h.

Ωστόσο, η ανταλλαγή αέρα στο δωμάτιο V_p θα διαφέρει από την τιμή V_ot, καθώς πρέπει να προσδιορίζεται με βάση την εσωτερική θερμοκρασία t_v:

V_ot = E_ot/p_v

Στον τύπο για τον προσδιορισμό των V_p και V_ot, οι δείκτες πυκνότητας αέρα p_r και p_v (kg/m³) υπολογίζονται λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοκρασία του θερμαινόμενου αέρα t_r και τη θερμοκρασία στο δωμάτιο t_v.

Η θερμοκρασία παροχής στο δωμάτιο t_r πρέπει να είναι υψηλότερη από t_v. Αυτό θα μειώσει την ποσότητα του αέρα που παρέχεται και θα επιτρέψει τη μείωση των διαστάσεων των αγωγών συστημάτων με φυσική κίνηση αέρα ή τη μείωση των εξόδων ηλεκτρικής ενέργειας σε περίπτωση που χρησιμοποιείται μηχανική ώθηση για την κυκλοφορία της θερμής αέριας μάζας.

Παραδοσιακά, η οριακή θερμοκρασία του αέρα που εισέρχεται στο δωμάτιο όταν παρέχεται σε ύψος που υπερβαίνει τα 3.5 m, πρέπει να είναι 70 °C. Εάν ο αέρας παρέχεται σε ύψος μικρότερο των 3.5 m, η θερμοκρασία του συνήθως εξισώνεται στους 45 °C.

Για κατοικίες με ύψος 2.5 m, το επιτρεπτό όριο θερμοκρασίας είναι 60 °C. Όταν η θερμοκρασία ρυθμίζεται υψηλότερα, η ατμόσφαιρα χάνει τις ιδιότητές της και δεν είναι κατάλληλη για εισπνοή.

Εάν οι αεροθερμικές κουρτίνες βρίσκονται σε εξωτερικές πύλες και ανοίγματα που οδηγούν προς τα έξω, επιτρέπεται θερμοκρασία εισερχόμενου αέρα 70 °C, για κουρτίνες που βρίσκονται σε εξωτερικές πόρτες, έως 50 °C.

Στη θερμοκρασία παροχής επηρεάζουν οι τρόποι παροχής αέρα, η κατεύθυνση του πίδακα (κάθετα, υπό κλίση, οριζόντια κ.λπ.). Εάν στο δωμάτιο βρίσκονται συνεχώς άτομα, τότε η θερμοκρασία του αέρα παροχής πρέπει να μειωθεί στους 25 °C.

Μετά την εκτέλεση των προκαταρκτικών υπολογισμών, μπορούν να προσδιοριστούν οι απαραίτητες θερμικές δαπάνες για τη θέρμανση του αέρα.

Για το ΡΣΒΟ, οι θερμικές δαπάνες Q₁ υπολογίζονται από την έκφραση:

Q₁ = E_ot × (t_r – t_v) × c

Για το ΠΣΒΟ, ο υπολογισμός του Q₂ γίνεται με τον τύπο:

Q₂ = E_vent × (t_r – t_v) × c

Η δαπάνη θερμότητας Q₃ για το ΧΡΣΒΟ βρίσκεται από την εξίσωση:

Q₃ = [E_ot × (t_r – t_v) + E_vent × (t_r – t_v)]× c

Σε όλες τις τρεις εκφράσεις:

• E_ot και E_vent – ρυθμός ροής αέρα σε kg/s για θέρμανση (E_ot) και αερισμό (E_vent);
• t_n – θερμοκρασία εξωτερικού αέρα σε °C.

Τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά των μεταβλητών παραμένουν ίδια.

Στο ΧΡΣΒΟ, η ποσότητα του αέρα ανακυκλοφορίας προσδιορίζεται από τον τύπο:

E_rec = E_ot – E_vent

Η μεταβλητή E_ot εκφράζει την ποσότητα του μικτού αέρα που έχει θερμανθεί στη θερμοκρασία t_r.

Στο ΠΣΒΟ με φυσική ώθηση υπάρχει ένα χαρακτηριστικό – η ποσότητα του κινούμενου αέρα αλλάζει ανάλογα με την εξωτερική θερμοκρασία. Εάν η εξωτερική θερμοκρασία πέσει, η πίεση του συστήματος αυξάνεται. Αυτό οδηγεί σε αύξηση του εισερχόμενου αέρα στο σπίτι. Εάν η θερμοκρασία αυξηθεί, συμβαίνει η αντίστροφη διαδικασία.

Επίσης, στο ΣΒΟ, σε αντίθεση με τα συστήματα αερισμού, ο αέρας μετακινείται με μικρότερη και μεταβαλλόμενη πυκνότητα σε σύγκριση με την πυκνότητα του αέρα που περιβάλλει τους αεραγωγούς.

Λόγω αυτού του φαινομένου συμβαίνουν οι ακόλουθες διεργασίες:

1. Εισερχόμενος από τη γεννήτρια, ο αέρας, περνώντας μέσα από τους αεραγωγούς, ψύχεται αισθητά κατά τη διάρκεια της μετακίνησης.
2. Στη φυσική κίνηση， η ποσότητα του αέρα που εισέρχεται στο δωμάτιο αλλάζει με την πάροδο της περιόδου θέρμανσης.

Οι παραπάνω διαδικασίες δεν λαμβάνονται υπόψη, εάν στο ΣΒΟ χρησιμοποιούνται ανεμιστήρες για την κυκλοφορία του αέρα, επίσης έχει περιορισμένο μήκος και ύψος.

Εάν το σύστημα έχει πολλές διακλαδώσεις, είναι αρκετά εκτεταμένο, και το κτήριο είναι μεγάλο και ψηλό, τότε είναι απαραίτητο να μειωθεί η διαδικασία ψύξης του αέρα στους αεραγωγούς, να μειωθεί η ανακατανομή του αέρα που εισέρχεται υπό την επίδραση της φυσικής πίεσης κυκλοφορίας.

Κατά τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος εκτεταμένων και διακλαδισμένων συστημάτων θέρμανσης αέρα, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο η φυσική διαδικασία ψύξης της μάζας αέρα κατά τη μετακίνηση κατά μήκος του αεραγωγού, αλλά και η επίδραση της φυσικής πίεσης της μάζας αέρα κατά τη διέλευση από τον αγωγό.

Για τον έλεγχο της διαδικασίας ψύξης του αέρα, πραγματοποιείται θερμικός υπολογισμός των αεραγωγών. Για αυτό, είναι απαραίτητο να καθοριστεί η αρχική θερμοκρασία του αέρα και να διευκρινιστεί η παροχή του χρησιμοποιώντας τύπους.

Για τον υπολογισμό της θερμικής ροής Q_ohl μέσω των τοιχωμάτων του αεραγωγού, του οποίου το μήκος είναι l, χρησιμοποιείται ο τύπος:

Q_ohl = q₁ × l

Στην έκφραση, η ποσότητα q₁ υποδηλώνει τη θερμική ροή που διέρχεται από τα τοιχώματα του αεραγωγού μήκους 1 m. Η παράμετρος υπολογίζεται από την έκφραση:

q₁ = k × S₁ × (t_sr – t_v) = (t_sr – t_v)/D₁

Στην εξίσωση, D₁ – η αντίσταση μεταφοράς θερμότητας από τον θερμαινόμενο αέρα με μέση θερμοκρασία t_sr μέσω της επιφάνειας S₁ των τοιχωμάτων του αεραγωγού μήκους 1 m στο δωμάτιο σε θερμοκρασία t_v.

Η εξίσωση θερμικού ισοζυγίου έχει ως εξής:

q₁l = E_ot × c × (t_nach – t_r)

Στον τύπο:

• E_ot – η ποσότητα αέρα που απαιτείται για τη θέρμανση του δωματίου, kg/h;
• c – η ειδική θερμοχωρητικότητα του αέρα, kJ/(kg °C);
• t_nac – η θερμοκρασία του αέρα στην αρχή του αεραγωγού, °C;
• t_r – η θερμοκρασία του αέρα που εκλύεται στο δωμάτιο, °C.

Η εξίσωση θερμικού ισοζυγίου επιτρέπει τον καθορισμό της αρχικής θερμοκρασίας του αέρα στον αεραγωγό με βάση τη δεδομένη τελική θερμοκρασία και, αντιστρόφως, την εύρεση της τελικής θερμοκρασίας με δεδομένη αρχική, καθώς και τον προσδιορισμό της παροχής αέρα.

Η θερμοκρασία t_nach μπορεί επίσης να βρεθεί από τον τύπο:

t_nach = t_v + ((Q + (1 – η) × Q_ohl)) × (t_r – t_v)

Εδώ η είναι το μέρος του Q_ohl που εισέρχεται στο δωμάτιο, στους υπολογισμούς λαμβάνεται ίσο με μηδέν. Τα χαρακτηριστικά των υπόλοιπων μεταβλητών αναφέρθηκαν παραπάνω.

Ο βελτιωμένος τύπος για την παροχή ζεστού αέρα θα έχει ως εξής:

Eot = (Q + (1 – η) × Q_ohl)/(c × (t_sr – t_v))

Όλες οι τιμές των συμβόλων στην έκφραση καθορίστηκαν παραπάνω. Ας προχωρήσουμε στην εξέταση ενός παραδείγματος υπολογισμού θέρμανσης αέρα για ένα συγκεκριμένο σπίτι.

Παράδειγμα υπολογισμού απωλειών θερμότητας σπιτιού

Το υπό εξέταση σπίτι βρίσκεται στην πόλη Κοστρομά, όπου η θερμοκρασία έξω κατά την ψυχρότερη πενθήμερη περίοδο φτάνει τους -31 βαθμούς, η θερμοκρασία του εδάφους είναι – +5 °C. Η επιθυμητή θερμοκρασία στο δωμάτιο είναι – +22 °C.

Θα εξετάσουμε ένα σπίτι με τις ακόλουθες διαστάσεις:

• πλάτος – 6.78 m;
• μήκος – 8.04 μ;
• ύψος – 2.8 μ.

Οι τιμές θα χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της επιφάνειας των περιβληματικών στοιχείων.

Για τους υπολογισμούς, είναι πιο βολικό να σχεδιάσετε την κάτοψη του σπιτιού σε χαρτί, σημειώνοντας πάνω του το πλάτος, το μήκος, το ύψος του κτιρίου, τη θέση των παραθύρων και θυρών και τις διαστάσεις τους.

Οι τοίχοι του κτιρίου αποτελούνται από:

• αεριωμένου σκυροδέματος πάχους B=0.21 μ, συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας k=2.87;
• αφρώδους πλαστικού B=0.05 μ, k=1.678;
• επενδυτικού τούβλου B=0.09 μ, k=2.26.

Κατά τον προσδιορισμό του k, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται οι πληροφορίες από τους πίνακες, ή καλύτερα, οι πληροφορίες από το τεχνικό φυλλάδιο, καθώς η σύνθεση των υλικών διαφορετικών κατασκευαστών μπορεί να διαφέρει, επομένως να έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά.

Το οπλισμένο σκυρόδεμα έχει την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα, οι πλάκες ορυκτοβάμβακα την χαμηλότερη, επομένως είναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιούνται στην κατασκευή θερμών σπιτιών.

Το δάπεδο του σπιτιού αποτελείται από τα εξής στρώματα:

• άμμου, B=0.10 μ, k=0.58;
• χαλικιού, B=0.10 μ, k=0.13;
• σκυροδέματος, B=0.20 μ, k=1.1;
• μονωτικού οικοβάμβακα, B=0.20 μ, k=0.043;
• οπλισμένης τσιμεντοκονίας, B=0.30 μ, k=0.93.

Στην παρουσιαζόμενη κάτοψη, το δάπεδο έχει την ίδια δομή σε όλη την επιφάνεια, δεν υπάρχει υπόγειο.

Η οροφή αποτελείται από:

• ορυκτοβάμβακα, B=0.10 μ, k=0.05;
• γυψοσανίδας, B=0.025 μ, k=0.21;
• πευκοσανίδων, B=0.05 μ, k=0.35.

Η οροφή δεν έχει εξόδους προς τη σοφίτα.

Το σπίτι έχει συνολικά 8 παράθυρα, όλα είναι διπλού υαλοπίνακα με γυαλί K, αργό, δείκτης D=0.6. Έξι παράθυρα έχουν διαστάσεις 1.2×1.5 μ, ένα – 1.2×2 μ, ένα – 0.3×0.5 μ. Οι πόρτες έχουν διαστάσεις 1×2.2 μ, ο δείκτης D σύμφωνα με το φυλλάδιο είναι 0.36.

Υπολογισμός θερμικών απωλειών τοίχων

Θα υπολογίσουμε τις θερμικές απώλειες για κάθε τοίχο ξεχωριστά.

Αρχικά, βρίσκουμε το εμβαδόν του βόρειου τοίχου:

S_sev = 8.04 × 2.8 = 22.51

Στον τοίχο δεν υπάρχουν ανοίγματα θυρών ή παράθυρων, επομένως στους υπολογισμούς θα χρησιμοποιήσουμε αυτή την τιμή S.

Για τον υπολογισμό των θερμικών απωλειών των περιβληματικών στοιχείων (ΠΣ) που προσανατολίζονται σε μία κατεύθυνση, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι διορθωτικοί συντελεστές.

Με βάση τη σύνθεση του τοίχου, βρίσκουμε τη συνολική θερμική του αντίσταση, ίση με:

D_s.sten = D_gb + D_pn + D_kr

Για την εύρεση του D, χρησιμοποιούμε τον τύπο:

D = B/k

Τότε, αντικαθιστώντας τις αρχικές τιμές, λαμβάνουμε:

D_s.sten = 0.21/2.87 + 0.05/1.678 + 0.09/2.26 = 0.14

Για τους υπολογισμούς, χρησιμοποιούμε τον τύπο:

Q_st = S × (t_v – t_n) × D × l

Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο συντελεστής l για τον βόρειο τοίχο είναι 1.1, λαμβάνουμε:

Q_sev.st = 22.51 × (22 + 31) × 0.14 × 1.1 = 184

Στον νότιο τοίχο υπάρχει ένα παράθυρο με εμβαδόν:

S_ok3 = 0.5 × 0.3 = 0.15

Επομένως, στους υπολογισμούς από το S του νότιου τοίχου πρέπει να αφαιρεθεί το S του παραθύρου για να επιτευχθούν τα πιο ακριβή αποτελέσματα.

S_yuj.s = 22,51 – 0,15 = 22,36

Η παράμετρος l για τη νότια κατεύθυνση είναι 1. Τότε:

Q_sev.st = 22,36 × (22 + 31) × 0,14 × 1 = 166

Για τον ανατολικό και δυτικό τοίχο, ο συντελεστής διόρθωσης l=1,05, επομένως αρκεί να υπολογίσουμε την επιφάνεια του ΟΚ χωρίς να λάβουμε υπόψη τα S των παραθύρων και της πόρτας.

S_ok1 = 1,2 × 1,5 × 6 = 10,8

S_ok2 = 1,2 × 2 = 2,4

S_d = 1 × 2,2 = 2,2

S_zap+vost = 2 × 6,78 × 2,8 – 2,2 – 2,4 – 10,8 = 22,56

Τότε:

Q_zap+vost = 22,56 × (22 + 31) × 0,14 × 1,05 = 176

Τελικά, το συνολικό Q των τοίχων ισούται με το άθροισμα Q όλων των τοίχων, δηλαδή:

Q_sten = 184 + 166 + 176 = 526

Σύνολο, η θερμότητα διαφεύγει μέσω των τοίχων σε ποσότητα 526 W.

Απώλειες θερμότητας μέσω παραθύρων και θυρών

Από την κάτοψη του σπιτιού φαίνεται ότι η πόρτα και τα 7 παράθυρα βλέπουν ανατολικά και δυτικά, επομένως η παράμετρος l=1,05. Η συνολική επιφάνεια των 7 παραθύρων, λαμβάνοντας υπόψη τους παραπάνω υπολογισμούς, είναι:

S_okn = 10,8 + 2,4 = 13,2

Για αυτά, το Q, δεδομένου ότι D=0,6, θα υπολογιστεί ως εξής:

Q_ok4 = 13,2 × (22 + 31) × 0,6 × 1,05 = 630

Υπολογίζουμε το Q του νότιου παραθύρου (l=1).

Q_ok5 = 0,15 × (22 + 31) × 0,6 × 1 = 5

Για τις πόρτες D=0,36, και S=2,2, l=1,05, τότε:

Q_dv = 2,2 × (22 + 31) × 0,36 × 1,05 = 43

Αθροίζουμε τις προκύπτουσες απώλειες θερμότητας και λαμβάνουμε:

Q_ok+dv = 630 + 43 + 5 = 678

Στη συνέχεια, προσδιορίζουμε το Q για την οροφή και το δάπεδο.

Υπολογισμός απωλειών θερμότητας οροφής και δαπέδου

Για την οροφή και το δάπεδο l=1. Υπολογίζουμε την επιφάνειά τους.

S_pol = S_pot = 6,78 × 8,04 = 54,51

Λαμβάνοντας υπόψη τη σύνθεση του δαπέδου, προσδιορίζουμε το συνολικό D.

D_pol = 0,10/0,58 + 0,10/0,13 + 0,2/1,1 + 0,2/0,043 + 0,3/0,93 =61

Τότε οι απώλειες θερμότητας του δαπέδου, δεδομένου ότι η θερμοκρασία του εδάφους είναι +5, είναι ίσες με:

Q_pol = 54,51 × (21 – 5) × 6,1 × 1 = 5320

Υπολογίζουμε το συνολικό D της οροφής:

D_pot = 0,10/0,05 + 0,025/0,21 + 0,05/0,35 = 2,26

Τότε το Q της οροφής θα είναι:

Q_pot = 54,51 × (22 + 31) × 2,26 = 6530

Οι συνολικές απώλειες θερμότητας μέσω του ΟΚ θα είναι:

Q_ogr.k = 526 + 678 +6530 + 5320 = 13054

Σύνολο, οι απώλειες θερμότητας του σπιτιού θα είναι 13054 W ή σχεδόν 13 kW.

Υπολογισμός απωλειών θερμότητας αερισμού

Στο δωμάτιο λειτουργεί εξαερισμός με ειδική ανταλλαγή αέρα 3 m³/h, η είσοδος είναι εξοπλισμένη με αεροθερμικό υπόστεγο, επομένως για τους υπολογισμούς αρκεί να χρησιμοποιηθεί ο τύπος:

Q_v = 0.28 × L_n × p_v × c × (t_v – t_n)

Υπολογίζουμε την πυκνότητα του αέρα στο δωμάτιο στη δεδομένη θερμοκρασία +22 βαθμούς:

p_v = 353/(272 + 22) = 1,2

Η παράμετρος L_n ισούται με το γινόμενο της ειδικής κατανάλωσης επί την επιφάνεια του δαπέδου, δηλαδή:

L_n = 3 × 54,51 = 163,53

Η θερμοχωρητικότητα του αέρα c είναι 1,005 kJ/(kg× °C).

Λαμβάνοντας υπόψη όλες τις πληροφορίες, βρίσκουμε το Q αερισμού:

Q_v = 0,28 × 163,53 × 1,2 × 1,005 × (22 + 31) = 3000

Σύνολο, οι θερμικές δαπάνες για τον αερισμό θα ανέλθουν σε 3000 W ή 3 kW.

Οικιακές θερμικές εισροές

Οι εισροές οικιακής φύσης υπολογίζονται με τον τύπο.

Q_t = 10 × S_pol

Δηλαδή, αντικαθιστώντας τις γνωστές τιμές, λαμβάνουμε:

Q_t = 54.51 × 10 = 545

Συνοψίζοντας, μπορεί να φανεί ότι οι συνολικές απώλειες θερμότητας Q του σπιτιού θα είναι ίσες με:

Q = 13054 + 3000 – 545 = 15509

Ας πάρουμε ως τιμή εργασίας Q=16000 W ή 16 kW.

Παραδείγματα υπολογισμών για ΣΑΘ

Ας υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία του εισαγόμενου αέρα (t_r) είναι 55 °C, η επιθυμητή θερμοκρασία στο δωμάτιο (t_v) είναι 22 °C, και οι απώλειες θερμότητας του σπιτιού (Q) είναι 16000 W.

Προσδιορισμός ποσότητας αέρα για ΡΣΒΟ

Για τον προσδιορισμό της μάζας του εισαγόμενου αέρα στη θερμοκρασία t_r χρησιμοποιείται ο τύπος:

E_ot = Q/(c × (t_r – t_v))

Αντικαθιστώντας τις τιμές των παραμέτρων στον τύπο, λαμβάνουμε:

E_ot = 16000/(1.005 × (55 – 22)) = 483

Η ογκομετρική ποσότητα του εισαγόμενου αέρα υπολογίζεται με τον τύπο:

V_ot = E_ot /p_r,

όπου:

p_r = 353/(273 + t_r)

Αρχικά, υπολογίζουμε την πυκνότητα p:

p_r = 353/(273 + 55) = 1.07

Τότε:

V_ot = 483/1.07 = 451.

Η ανταλλαγή αέρα στο δωμάτιο προσδιορίζεται από τον τύπο:

Vp = E_ot /p_v

Ας υπολογίσουμε την πυκνότητα του αέρα στο δωμάτιο:

p_v = 353/(273 + 22) = 1.19

Αντικαθιστώντας τις τιμές στον τύπο, λαμβάνουμε:

V_p = 483/1.19 = 405

Έτσι, η ανταλλαγή αέρα στο δωμάτιο είναι 405 m³ ανά ώρα, και ο όγκος του εισαγόμενου αέρα πρέπει να είναι 451 m³ ανά ώρα.

Υπολογισμός ποσότητας αέρα για ΤσΡΣΒΟ

Για τον υπολογισμό της ποσότητας αέρα για το ΤΣΡΣΒΟ, λαμβάνουμε τα στοιχεία από το προηγούμενο παράδειγμα, καθώς και t_r=55 °C, t_v=22 °C; Q=16000 W. Η ποσότητα αέρα που απαιτείται για τον αερισμό, E_vent=110 m³/h. Η υπολογιζόμενη εξωτερική θερμοκρασία t_n=-31 °C.

Για τον υπολογισμό του ΤΣΡΣΒΟ χρησιμοποιούμε τον τύπο:

Q₃ = [E_ot × (t_r – t_v) + E_vent × p_v × (t_r – t_v)] × c

Αντικαθιστώντας τις τιμές, λαμβάνουμε:

Q₃ = [483 × (55 – 22) + 110 × 1.19 × (55 – 31)] × 1.005 = 27000

Ο όγκος του αέρα ανακυκλοφορίας θα είναι 405-110=296 m³ ανά ώρα. Η πρόσθετη κατανάλωση θερμότητας είναι 27000-16000=11000 W.

Προσδιορισμός αρχικής θερμοκρασίας αέρα

Η αντίσταση του μηχανικού αεραγωγού είναι D=0.27 και προέρχεται από τα τεχνικά χαρακτηριστικά του. Το μήκος του αεραγωγού εκτός του θερμαινόμενου χώρου είναι l=15 m. Έχει προσδιοριστεί ότι Q=16 kW, η θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα είναι 22 βαθμοί, και η απαιτούμενη θερμοκρασία για θέρμανση του χώρου είναι 55 βαθμοί.

Ας υπολογίσουμε το E_ot σύμφωνα με τους προαναφερθέντες τύπους. Λαμβάνουμε:

E_ot = 10 × 3.6 × 1000/ (1.005 × (55 – 22)) = 1085

Το μέγεθος της θερμικής ροής q₁ θα είναι:

q₁ = (55 – 22)/0.27 = 122

Η αρχική θερμοκρασία με απόκλιση η = 0 θα είναι:

t_nach = 22 + (16 × 1000 + 137 × 15) × (55 – 22)/ 1000 × 16 = 60

Ας διευκρινίσουμε τη μέση θερμοκρασία:

t_sr = 0.5 × (55 + 60) = 57.5

Τότε:

Q_otkl = ((574 -22)/0.27) × 15 = 1972

Λαμβάνοντας υπόψη τα δεδομένα που προέκυψαν, βρίσκουμε:

t_nach = 22 + (16 × 1000 + 1972) × (55 – 22)/(1000 × 16) = 59

Από αυτό προκύπτει το συμπέρασμα ότι κατά την κίνηση του αέρα χάνονται 4 βαθμοί θερμότητας. Για να μειώσετε τις απώλειες θερμότητας, είναι απαραίτητο να μονώνονται θερμικά οι σωλήνες. Επίσης, σας συνιστούμε να διαβάσετε το άλλο μας άρθρο, στο οποίο περιγράφεται λεπτομερώς η διαδικασία εγκατάστασης του συστήματος θέρμανσης αέρα.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Ενημερωτικό βίντεο σχετικά με τους υπολογισμούς του συστήματος θέρμανσης αέρα με τη βοήθεια του προγράμματος Ecxel:

Οι υπολογισμοί του συστήματος θέρμανσης αέρα πρέπει να εμπιστεύονται σε επαγγελματίες, καθώς μόνο οι ειδικοί διαθέτουν εμπειρία, κατάλληλες γνώσεις και θα λάβουν υπόψη όλες τις λεπτομέρειες κατά τους υπολογισμούς.

Έχετε ερωτήσεις, βρήκατε ανακρίβειες στους παρουσιαζόμενους υπολογισμούς ή θέλετε να συμπληρώσετε το υλικό με πολύτιμες πληροφορίες; Παρακαλώ, αφήστε τα σχόλιά σας στο παρακάτω πλαίσιο.