Calcolo del carico termico su ACS • Dichiarazione tecnica

L'argomento di questo articolo è il calcolo delle reti di approvvigionamento idrico in una casa privata. Poiché un tipico schema di approvvigionamento idrico di un piccolo cottage non è molto complesso, non dobbiamo addentrarci nella giungla di formule complesse; tuttavia, il lettore dovrà assimilare una certa quantità di teoria.

Frammento del sistema di approvvigionamento idrico di una casa privata. Come ogni altro sistema di ingegneria, anche questo necessita di calcoli preliminari.

Caratteristiche del cablaggio del cottage

Qual è, infatti, il sistema di approvvigionamento idrico in una casa privata più facile che in un condominio (ovviamente, oltre al numero totale di impianti idraulici)?

Esistono due differenze fondamentali:

Con l'acqua calda, di regola, non è necessario fornire una circolazione costante attraverso colonne montanti e portasciugamani riscaldati.

In presenza di inserti di circolazione, il calcolo della rete di approvvigionamento di acqua calda diventa notevolmente più complicato: le tubazioni devono attraversare se stesse non solo l'acqua smontata dai residenti, ma anche le masse d'acqua circolanti in continuo.

Nel nostro caso, la distanza dagli impianti idraulici alla caldaia, colonna o collegamento alla linea è abbastanza piccola da ignorare la velocità di fornitura di acqua calda al rubinetto.

Importante: per coloro che non si sono imbattuti in schemi di circolazione dell'acqua calda sanitaria - nei moderni condomini, le colonne montanti per la fornitura di acqua calda sono collegate a coppie. A causa della differenza di pressione nei collegamenti creata dalla rondella di ritegno, l'acqua circola continuamente attraverso le colonne montanti. Ciò garantisce una rapida fornitura di acqua calda ai miscelatori e il riscaldamento per tutto l'anno dei termoarredo nei bagni.

Lo scaldasalviette è riscaldato dalla circolazione continua attraverso le colonne montanti dell'acqua calda.

Il sistema di approvvigionamento idrico in una casa privata è diviso secondo uno schema senza uscita, che implica un carico costante su alcune sezioni del cablaggio. Per confronto, il calcolo della rete dell'anello di approvvigionamento idrico (che consente di alimentare ciascuna sezione del sistema di approvvigionamento idrico da due o più fonti) deve essere eseguito separatamente per ciascuno dei possibili schemi di collegamento.

Altri parametri

I criteri di cui sopra per la scelta di una caldaia sono i principali, ma ci sono altre caratteristiche che possono influenzare la scelta di un particolare modello, come la lavorazione e il materiale, nonché il costo dell'attrezzatura. I serbatoi più resistenti sono considerati realizzati in acciaio inossidabile. Un vantaggio importante è la presenza di uno scambiatore di calore rimovibile in modo da poterlo decalcificare da soli. Dovresti evitare di acquistare dispositivi che utilizzano gommapiuma come isolamento, poiché questo materiale ha una vita molto breve. Inoltre, il prezzo di una caldaia dipende direttamente dal produttore e dal paese in cui è stata assemblata l'apparecchiatura.

Il sistema di acqua calda rende la tua casa confortevole e accogliente. Questo è facile da ottenere con uno scaldabagno di qualità. La scelta dei modelli è attualmente ottima e, calcolati i parametri necessari, ognuno può scegliere attrezzature con un buon rapporto qualità-prezzo.

Cosa ne pensiamo

Dobbiamo:

Stimare il consumo di acqua al picco di consumo.
Calcolare la sezione trasversale del tubo dell'acqua in grado di fornire questa portata a una portata accettabile.

Nota: la massima portata d'acqua alla quale non genera rumore idraulico è di circa 1,5 m / s.

Calcola la prevalenza alla fixture finale. Se è inaccettabilmente basso, vale la pena considerare di aumentare il diametro della tubazione o di installare una pompa intermedia.

È improbabile che la bassa pressione sul miscelatore finale piaccia al proprietario.

I compiti sono formulati. Iniziamo.

Consumo

Può essere approssimativamente stimato dai tassi di consumo per i singoli impianti idraulici. I dati, se lo si desidera, possono essere facilmente trovati in uno degli allegati a SNiP 2.04.01-85; per comodità del lettore, ne citeremo le citazioni.

Tipo di dispositivo	Consumo di acqua fredda, l / s	Consumo totale di acqua calda e fredda, l / s
Rubinetto per l'irrigazione	0,3	0,3
Tazza igienica con rubinetto	1,4	1,4
Toilette con cassetta	0,10	0,10
Vano doccia	0,08	0,12
Bagno	0,17	0,25
Lavaggio	0,08	0,12
Lavandino	0,08	0,12

Nei condomini, nel calcolo del consumo, viene utilizzato il coefficiente di probabilità dell'uso simultaneo dei dispositivi. Ci basta fare semplicemente una somma dei consumi di acqua tramite dispositivi utilizzabili contemporaneamente. Diciamo che un lavandino, un box doccia e un water daranno una portata totale di 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 l / s.

Viene riepilogato il consumo di acqua attraverso dispositivi in grado di funzionare contemporaneamente.

Quale scaldabagno scegliere?

Schema caldaia.

A seconda del compito che ti è stato assegnato, il calcolo della caldaia adatto a te può essere effettuato in due modi. Nel primo caso, viene preso in considerazione il volume d'acqua immagazzinato e viene calcolata la capacità dello scambiatore di calore e l'alimentazione. Nella seconda, viene calcolato il volume di uno scaldacqua per immagazzinare il calore generato in un certo tempo da una sorgente di una certa potenza.

Dovrebbe essere chiaro che indipendentemente dalla tecnica utilizzata, la capacità di accumulo dell'acqua è sempre caratterizzata dalla sua capacità termica. Questo valore è costante ed è pari a 4.187 kJ.kg / ° C. Ciò significa che, ad esempio, per riscaldare 1 kg di acqua di 1 ° C, è necessario fornire una quantità di calore pari a 4,187 kJ. E questo richiede 1.163 kWh.

Dispositivo caldaia elettrica.

Ad esempio, se si dispone di uno scaldabagno con un volume di 1000 litri e è necessario riscaldare l'acqua fino a 50 ° C, la richiesta di energia termica viene calcolata come segue: 1000 × 50 = 58 kWh.

La potenza dello scambiatore di calore dipende dalla differenza di temperatura tra l'acqua riscaldata e l'acqua riscaldata, nonché dal coefficiente di scambio termico. Per ogni specifico scambiatore di calore, il coefficiente di scambio termico sarà individuale. Pertanto, non può esistere una formula universale per il calcolo di uno scaldabagno. E il modo più semplice per scegliere uno scambiatore di calore sono i diagrammi che i produttori indicano nelle specifiche tecniche dei loro scaldacqua.

Dopo aver ricordato questa semplice verità, puoi procedere alla considerazione delle caratteristiche individuali.

Dispositivo caldaia elettrica standard

Schema bollitore bollitore.

Nel nostro paese, è generalmente accettato che uno scaldabagno e una caldaia siano dispositivi diversi. Ma in realtà, l'intera differenza è che la caldaia ha un serbatoio di accumulo per il riscaldamento e l'accumulo di acqua calda. Ecco perché nella letteratura tecnica vengono chiamati "scaldacqua ad accumulo". Inoltre, le caldaie differiscono nella fonte di calore. Ora ci sono sistemi di riscaldamento diretti e indiretti. Se il dispositivo genera calore da solo utilizzando un riscaldatore termoelettrico o un bruciatore a gas, si tratta di un sistema di riscaldamento diretto. Il riscaldamento indiretto si verifica a causa del vettore di calore riscaldato a una certa temperatura dalla caldaia di riscaldamento. Molto spesso, vengono utilizzati scaldacqua ad accumulo, puoi vedere il loro diagramma nell'immagine 1.

Tabella di calcolo per uno scaldacqua ad accumulo.

Prima di decidere l'acquisto di uno specifico scaldabagno, è necessario calcolare tutti i parametri e tenere conto delle caratteristiche della propria casa e delle condizioni di utilizzo futuro. Assicurati di valutare i seguenti parametri:

stato del cablaggio elettrico;
possibile carico sul cablaggio elettrico;
disponibilità della possibilità di connettersi alle comunicazioni del gas;
praticità di tutte le apparecchiature a servizio della casa (comprese le pompe dell'acqua, se presenti).

Installazione di uno scaldacqua ad accumulo (caldaia).

Inoltre, è necessario tenere conto del numero di persone che utilizzeranno lo scaldabagno e pianificare approssimativamente quanta acqua calda consumeranno ogni giorno. Successivamente, puoi iniziare a scegliere un modello specifico.

Per scegliere uno scaldabagno adatto a te, dovresti prima decidere le sue caratteristiche principali, vale a dire:

la fonte energetica più adatta;
volume richiesto di acqua riscaldata;
consumo di liquido di raffreddamento;
tempo di riscaldamento.

In base a questi parametri, viene calcolato lo scaldabagno.

Fonte di energia per il riscaldamento dell'acqua

Circuito di riscaldamento della caldaia.

Il gas e l'elettricità sono utilizzati come le principali fonti di energia per gli scaldacqua. Esistono anche fonti più esotiche come i pannelli solari, ma non sono molto comuni nel nostro paese. Pertanto, per eseguire un calcolo accurato, è necessario confrontare i vantaggi e gli svantaggi del gas e dell'elettricità.

Gli scaldacqua elettrici sono disponibili con capacità da 1 a 6 kW. La potenza di una caldaia a gas parte da 4 kW.
Di norma, gli scaldacqua a gas ad accumulo hanno un serbatoio dell'acqua calda più grande (fino a 150 litri), mentre quelli elettrici raramente superano i 100 litri.
Il costo del gas in Russia è molto più economico dell'elettricità.

Schema di un dispositivo di scaldacqua a pressione.

Sembra che la scelta sia ovvia e non sia necessario fare calcoli complessi. Ci vorrà circa la metà del tempo per ottenere 100-150 litri di acqua calda utilizzando uno scaldabagno a gas rispetto a un sistema alimentato da elettricità. Ma i dispositivi elettrici non richiedono apparecchiature di linea elettrica aggiuntive: per loro è sufficiente una semplice presa. Non è necessario invitare specialisti per installare una tale caldaia. Considerando che uno scaldabagno a gas deve essere collegato a un gasdotto, che non è disponibile in tutti i cottage estivi. Inoltre, è necessario un camino per l'installazione sicura di uno scaldabagno a gas.

È impossibile confrontare i prezzi per caldaie con diverse fonti di alimentazione. Il costo degli impianti elettrici dipende principalmente dalla potenza dell'elemento riscaldante e dal volume del serbatoio. Il prezzo per gli scaldacqua a gas è formato in base al tipo di camera di combustione. Sono interni ed esterni. L'installazione di apparecchiature con una camera interna richiede uno sforzo e un tempo minimi. Ma tali dispositivi costano circa il doppio delle caldaie con una camera esterna.

Un'altra condizione deve essere presa in considerazione. Le caldaie a gas sono in grado di riscaldare in modo significativo l'aria. Nelle condizioni di una residenza estiva e di stanze piccole, una tale caratteristica può diventare un vero problema se si posiziona uno scaldabagno, ad esempio, in cucina.

Pertanto, è impossibile fornire raccomandazioni inequivocabili per la scelta di una caldaia con una fonte energetica specifica.

Sezione trasversale

Il calcolo della sezione trasversale di un tubo di alimentazione dell'acqua può essere eseguito in due modi:

Selezione secondo la tabella dei valori.
Calcolato in base alla portata massima consentita.

Selezione per tabella

In realtà, la tabella non richiede commenti.

Foro nominale del tubo, mm	Consumo, l / s
10	0,12
15	0,36
20	0,72
25	1,44
32	2,4
40	3,6
50	6

Ad esempio, per una portata di 0,34 l / s, è sufficiente un tubo DU15.

Nota: DN (diametro nominale) è approssimativamente uguale al diametro interno del tubo dell'acqua e del gas. Per i tubi in polimero contrassegnati con un diametro esterno, quello interno differisce da esso di circa un gradino: diciamo, un tubo in polipropilene da 40 mm ha un diametro interno di circa 32 mm.

Il foro nominale è approssimativamente uguale al diametro interno.

Calcolo della portata

Il calcolo del diametro del sistema di approvvigionamento idrico in base alla portata d'acqua attraverso di esso può essere eseguito utilizzando due semplici formule:

Formule per il calcolo dell'area di una sezione lungo il suo raggio.
Formule per il calcolo della portata attraverso una sezione nota a una portata nota.

La prima formula è S = π r ^ 2. Dentro:

S è l'area della sezione trasversale richiesta.
π è pi greco (circa 3,1415).
r è il raggio della sezione (metà del DN o diametro interno del tubo).

La seconda formula è simile a Q = VS, dove:

Q - consumo;
V è la portata;
S è l'area della sezione trasversale.

Per comodità di calcolo, tutti i valori vengono convertiti in SI - metri, metri quadrati, metri al secondo e metri cubi al secondo.

Unità SI.

Calcoliamo con le nostre mani il DU minimo del tubo per i seguenti dati di input:

Il flusso che lo attraversa è lo stesso di 0,34 litri al secondo.
La velocità del flusso utilizzata nei calcoli è la massima consentita di 1,5 m / s.

Iniziamo.

La portata in valori SI sarà pari a 0,00034 m3 / s.
L'area della sezione secondo la seconda formula deve essere almeno 0.00034 / 1.5 = 0.00027 m2.
Il quadrato del raggio secondo la prima formula è 0,00027 / 3,1415 = 0,000086.
Prendi la radice quadrata di questo numero. Il raggio è di 0,0092 metri.
Per ottenere DN o diametro interno, moltiplica il raggio per due. Il risultato è 0,0184 metri o 18 millimetri. Come puoi facilmente vedere, è vicino a quello ottenuto con il primo metodo, anche se non coincide esattamente con esso.

Consumo di energia

Dopo aver preso una decisione sulla necessità di acquistare e calcolare il volume di una caldaia a riscaldamento indiretto, è necessario calcolare quanta acqua calda è necessaria per l'esistenza normale. Immagina una famiglia di 4 persone ed esegui un'analisi media giornaliera per una settimana e uno studio di punta (mattina della giornata lavorativa) sul consumo di acqua calda.

Analisi settimanale

Per lavare i piatti, avrai bisogno di circa 5 litri di acqua calda al minuto. Si tiene conto del tempo di risciacquo, che è di circa 5 minuti. Lavo i miei piatti due volte al giorno, riceviamo 50 litri di acqua calda usata per gli utensili da cucina al giorno. Moltiplichiamo per 7 giorni un totale di 350 litri a settimana.
Ogni persona fa il bagno 2-3 volte a settimana, spendendo circa 170 litri. 4 * 2,5 = 10 * 170 = 1700 litri in 7 giorni.
Fare la doccia altre 4-5 volte per 10 minuti ad una portata di circa 12 l / min. 4,5 * 10 * 12 = 540 per membro della famiglia, rispettivamente, per tutti i 2160 litri a settimana.
Piccola igiene (lavarsi le mani, le scarpe, pulire la casa) - circa 10 litri per persona al giorno ammonteranno a 280 litri per il periodo di studio.

Totale - 350 + 1700 + 2160 + 280 = 4490 litri a settimana. Aggiungiamo gli ospiti che sono entrati e nel caso otteniamo una cifra approssimativa di circa 5000 litri a settimana. Ma la caldaia conta in ore, devi tradurre nelle sue unità. 5000/7/24 = 30 litri l'ora di acqua calda è il consumo medio di una famiglia di 4 persone.

Sulla base dei nostri dati per il rapporto tra temperatura e potenza, otteniamo il consumo energetico medio richiesto: 30 * 0,0375 = 1,125 kW / h.

Pressione

Cominciamo con alcune note generali:

La pressione tipica nella linea di alimentazione dell'acqua fredda è da 2 a 4 atmosfere (kgf / cm2)... Dipende dalla distanza dalla stazione di pompaggio o dalla torre dell'acqua più vicina, dal terreno, dallo stato della linea principale, dal tipo di valvole sulla rete idrica principale e da una serie di altri fattori.
La pressione minima assoluta che consente a tutti i moderni impianti idraulici ed elettrodomestici che utilizzano l'acqua di funzionare è di 3 metri... Le istruzioni per gli scaldacqua istantanei Atmor, ad esempio, dicono direttamente che la soglia di risposta inferiore del sensore di pressione che include il riscaldamento è 0,3 kgf / cm2.

Il sensore di pressione del dispositivo viene attivato a una pressione di 3 metri.

Riferimento: alla pressione atmosferica, 10 metri di prevalenza corrispondono a 1 kgf / cm2 di sovrapressione.

In pratica, su un apparecchio di estremità, è meglio avere una prevalenza minima di cinque metri. Un piccolo margine compensa le perdite non contabilizzate nelle connessioni, nelle valvole di intercettazione e nel dispositivo stesso.

Dobbiamo calcolare la caduta di prevalenza in una tubazione di lunghezza e diametro noti. Se la differenza di pressione corrispondente alla pressione nella linea principale e la caduta di pressione nel sistema di approvvigionamento idrico è superiore a 5 metri, il nostro sistema di approvvigionamento idrico funzionerà perfettamente.Se è inferiore, è necessario aumentare il diametro del tubo o aprirlo pompando (il cui prezzo, a proposito, supererà chiaramente l'aumento dei costi per i tubi a causa di un aumento del loro diametro di un passo ).

Allora come viene effettuato il calcolo della pressione nella rete di approvvigionamento idrico?

Qui vale la formula H = iL (1 + K), in cui:

H è il valore ambito della caduta di pressione.
i è la cosiddetta pendenza idraulica del gasdotto.
L è la lunghezza del tubo.
K è un coefficiente determinato dalla funzionalità del sistema di approvvigionamento idrico.

Il modo più semplice è determinare il K.

È uguale a:

0,3 per uso domestico e per bere.
0,2 per uso industriale o antincendio.
0,15 per fuoco e produzione.
0,10 per un vigile del fuoco.

Nella foto c'è un sistema di approvvigionamento idrico antincendio.

Non ci sono particolari difficoltà nella misurazione della lunghezza della condotta o della sua sezione; ma il concetto di polarizzazione idraulica richiede una discussione separata.

Il suo valore è influenzato dai seguenti fattori:

La rugosità delle pareti del tubo, che a sua volta dipende dal materiale e dall'età. Le materie plastiche hanno una superficie più liscia dell'acciaio o della ghisa; inoltre, i tubi di acciaio nel tempo diventano ricoperti di calcare e ruggine.
Diametro del tubo. Qui opera la relazione inversa: più è piccola, maggiore è la resistenza della tubazione al movimento dell'acqua al suo interno.
Portata. Con il suo aumento, aumenta anche la resistenza.

Qualche tempo fa, è stato inoltre necessario tenere conto delle perdite idrauliche sulle valvole; tuttavia, le moderne valvole a sfera a passaggio totale creano all'incirca la stessa resistenza di un tubo e possono quindi essere tranquillamente ignorate.

Una valvola a sfera aperta non ha quasi alcuna resistenza al flusso dell'acqua.

È molto problematico calcolare da soli la pendenza idraulica, ma fortunatamente non è necessario: tutti i valori necessari si trovano nelle cosiddette tabelle di Shevelev.

Per dare al lettore un'idea della posta in gioco, presentiamo un piccolo frammento di uno dei tavoli per un tubo di plastica del diametro di 20 mm.

Consumo, l / s	Velocità del flusso, m / s	1000i
0,25	1,24	160,5
0,30	1,49	221,8
0,35	1,74	291,6
0,40	1,99	369,5

Qual è il 1000i nella colonna all'estrema destra della tabella? Questo è solo il valore della pendenza idraulica per 1000 metri lineari. Per ottenere il valore di i per la nostra formula, è sufficiente dividerlo per 1000.

Calcoliamo la perdita di carico in un tubo di diametro 20 mm con lunghezza pari a 25 metri e portata di un metro e mezzo al secondo.

Stiamo cercando i parametri corrispondenti nella tabella. Secondo i suoi dati, 1000i per le condizioni descritte è 221,8; i = 221,8 / 1000 = 0,2218.

Le tabelle di Shevelev sono state ristampate molte volte dalla prima pubblicazione.

Sostituisci tutti i valori nella formula. H = 0,2218 * 25 * (1 + 0,3) = 7,2085 metri. Con una pressione all'ingresso della rete idrica di 2,5 atmosfere all'uscita, sarà 2,5 - (7,2 / 10) = 1,78 kgf / cm2, che è più che soddisfacente.

Collegamento di una caldaia a riscaldamento indiretto con ricircolo

La tubazione per vari tipi di caldaie a riscaldamento indiretto con ricircolo è realizzata secondo il disegno. Quando si scelgono i componenti, è importante tenere conto delle caratteristiche di un sistema di riscaldamento domestico.

Per la tubazione del circuito dell'acqua alla caldaia, è possibile utilizzare i seguenti 3 sistemi di installazione:

Installazione di valvole a tre vie.
Installazione di una doppia pompa di circolazione.
Regolazione tramite frecce idrauliche.

L'uso di sistemi di ricircolo di liquidi aumenta notevolmente le prestazioni degli impianti di riscaldamento e aumentando l'efficienza durante il riscaldamento di liquidi e ambienti da caldaie.

Quando si installano sistemi di avvolgimento indiretto con valvole a tre vie, è necessario tenere presente che questo metodo è inteso per serbatoi con cilindrata maggiore. Quando si sviluppa un tale sistema, viene calcolato come verrà eseguita l'installazione di un tipo di riscaldamento a doppio circuito.

Collegamento della caldaia all'impianto della caldaia

Il monitoraggio delle informazioni sulla temperatura dell'acqua è molto importante.In una situazione in cui l'acqua nei serbatoi delle caldaie ha una temperatura di riscaldamento impostata molto più alta rispetto ai circuiti di riscaldamento degli impianti di riscaldamento stessi, ciò può portare a un funzionamento errato di tutte le apparecchiature.

Ciò impedirà la commutazione al riscaldamento dei circuiti di riscaldamento. Esistono anche opzioni per l'installazione di caldaie a riscaldamento indiretto utilizzando due circuiti. La selezione dell'opzione richiesta dipenderà anche dall'acqua nel sistema di approvvigionamento idrico. In una situazione in cui il liquido nel canale principale ha un alto grado di rigidità, è meglio utilizzare l'installazione di sistemi con valvole a tre vie, poiché i sistemi a due circuiti possono rompersi rapidamente a causa di blocchi.