التدفئة المركزية – التصميم والحساب والمشعات

ملاحظة أمنية: هذا نص تعليمي مؤرشف من 2018. سنة، وليس مشروع أو تعليمات للتركيب المستقل لنظام التدفئة. يجب أن يعهد بالحساب واختيار المعدات والتركيب والاختبار والتشغيل إلى المصممين والمقاولين المؤهلين، وفقًا للوائح السارية ووثائق الشركة المصنعة.

تتأثر أيضًا احتياجات التدفئة العامة للمبنى بغلاف المبنى. تحقق من النوافذ الخشبية، النوافذ الخشبية والألومنيوم والخدمات، أو أرسل طلب عرض أسعار.

إن تسخين الشقق الكبيرة والمباني العائلية باستخدام المواقد التقليدية ليس هواية الشتاء الأكثر متعة. التدفئة بهذه الطريقة غير سارة ليس فقط لأنها تخلق عملاً لصيانة الموقد، ولكن أيضًا لأنه يتعين عليك تحضير الوقود وإشعال النار وتنظيف الرماد، وخلال كل هذه الأعمال تصبح الشقة أكثر اتساخًا من المعتاد. وبالإضافة إلى هذه السلبيات فإن التدفئة بالمواقد لا تلبي متطلبات السكن الحديث سواء من الناحية الجمالية أو من حيث التوزيع المتساوي لدرجات الحرارة. بناءً على هذه الحقائق، ليس من المستغرب أنه ليس فقط في المباني الجديدة في الملكية الاجتماعية، ولكن أيضًا في المباني العائلية الخاصة، يتم استخدام نظام التدفئة المركزية اليوم.

نظام التدفئة ومبدأ التشغيل

يتكون جهاز التدفئة المركزية (شكل 1) من نظام: غلاية وعناصر تسخين وخطوط أنابيب. أعلى نقطة في هذا النظام هي وعاء التمدد. النظام بأكمله مملوء بالماء. إذا احترقنا في الغلاية، فإن الماء يسخن، وبسبب جاذبيته النوعية المنخفضة، فإنه يرتفع، ويتم استبدال الماء الساخن بالماء الذي تم تبريده في عناصر التسخين (وبالتالي، فهو يتمتع بثقل نوعي أعلى). يأتي الماء المتدفق للأعلى عبر الأنابيب إلى عناصر التسخين، حيث يطلق حرارته ويبرد ويعود إلى المرجل.

الصورة 1 — جهاز التدفئة المركزية.

وبالتالي، نظرًا للاختلاف في الوزن النوعي للماء البارد والساخن في النظام، يتم إنشاء تدفق مغلق مستمر، مما يتيح توفير كمية معينة من الحرارة لعناصر التسخين.

القوة التي تمكن دوران الماء بسبب اختلاف درجة الحرارة - خاصة عند التسخين على مستوى واحد فقط - تكون صغيرة جدًا ولذلك من المهم قياس أبعاد الأجهزة بناءً على حسابات دقيقة ودقيقة. من الناحية العملية، غالبًا ما يتم تصميم الأجهزة، خاصة للشقق الصغيرة والفردية، بسرعة وعلى أساس بيانات من الخبرة. ليس هناك شك في أنه يمكن أحيانًا تنفيذ نظام التدفئة المركزية بنجاح بهذه الطريقة، ولكن الأكثر شيوعًا هو أنه لا يعمل بشكل لا تشوبه شائبة، كما يصعب تصحيح الأخطاء الناتجة لاحقًا. 

ولهذا السبب يجب ألا نندم على الجهود المبذولة لإنشاء الحسابات والمشاريع اللازمة، لأنها ستؤتي ثمارها بالتأكيد. يجب ألا نغفل حقيقة أن نظامًا مثل هذا يجب أن يستمر مدى الحياة.

حساب كمية الحرارة المطلوبة

المهمة الأولى أثناء التصميم هي حساب كمية الحرارة المطلوبة لتدفئة الغرف المرغوبة. الكمية المطلوبة من الحرارة للتدفئة تتناسب مع خسائرها. يعتمد فقدان الحرارة على الفرق بين درجة الحرارة الخارجية ودرجة حرارة الغرفة المراد تسخينها، وعلى معامل انتقال الحرارة لتلك الأسطح التي تحدد الغرفة المرصودة، وكذلك على حجم هذه الأسطح.

يجب إجراء الحساب بشكل منفصل لكل سطح بمعاملات نقل حرارة مختلفة ومع وجود اختلافات في درجات الحرارة الخارجية والداخلية. مجموع النتائج الجزئية التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة سوف يعطي المبلغ الإجمالي المطلوب من حرارة الغرفة. (بالنسبة لأولئك الذين يترددون في إجراء العمليات الحسابية، نلاحظ أن الحسابات الأساسية فقط هي المطلوبة لإجراء الحساب).

يتم حساب كمية الحرارة المطلوبة باستخدام النموذج:

Q=F*k (tb - tk)

أين:

Q - كمية الحرارة التي تفقدها الغرفة، كيلو كالوري/ساعة؛

F - السطح (الجدار، النافذة، الباب، الأرضية، السقف) الذي تمر من خلاله الحرارة، m2;

k - معامل انتقال الحرارة للسطح المرصود، كيلو كالوري/م2°C

tb - درجة حرارة الغرفة الداخلية المطلوبة، °C

tk - درجة الحرارة الخارجية للسطح المرصود، درجة مئوية

الشكل 2 — مثال لحساب كمية الحرارة المطلوبة.

مثال أرشيفي لحساب الغرفة

للحصول على نظرة عامة أفضل على التدفق الحسابي، سنأخذ مثالاً عمليًا. المهمة هي حساب كمية الحرارة المطلوبة للمبنى السكني من الصورة رقم. 2. البيانات الفنية هي: جدران فاصلة مصنوعة من الطوب المسامي، مقاس 10 cm، مُلصقة على كلا الجانبين، سمك الجدار الرئيسي 38 cm مُلصق على كلا الجانبين، باب زجاجي واحد، نافذة مزدوجة بإطار خشبي. سقف بعوارض خشبية من الجانبين مغطى بألواح وفوق السقف علية مغلقة وتحت الأرض أرض. الحد الأدنى لدرجة الحرارة الخارجية المتوقعة - 20°C. مرور الحرارة عبر النافذة الخارجية:

السطح: F =1,5 x 2 = 3 m2

معامل نقل الحرارة: k = 3,5

فرق درجة الحرارة: tb = +20°C، tk = - 20°C، tb - tk = 20 - (-20) = 40°C

Q=3 x 3,5 x 40 = 420 سعر حراري/ساعة

مرور الحرارة عبر الجدار الرئيسي الخارجي:

المنطقة: F = 3 ح 4 - مساحة النافذة = 12 - 3 = 9 m2

Q = 9 ح 1,3 x 40 = 468 سعر حراري/ساعة

مرور الحرارة من الباب إلى القاعة:

السطح: F = 0,9 × 2 = 1,8 m2

ك = 3

فرق درجة الحرارة: تيرابايت = 20°C; tk =16°C، tb - tk = 20 - 16 = 4°C

Q = 1,8 ح 3 ح 4 = 21,6 سعر حراري/ساعة

مرور الحرارة عبر الجدار نحو القاعة:

المنطقة: F = 3 x 3,5 - مساحة الباب = 10,5 - 1,8 = 8,7m2

ك = 1,6

فرق درجة الحرارة: tb - tk = 40°C

Q = 8,7 x 1,6 x 4 = 55,7 كيلو كالوري/ساعة

مرور الحرارة عبر الجدار باتجاه المرحاض:

السطح: F = 1,5 x 3 = 4,5m2

ك = 1,6

فرق درجة الحرارة: tb - tk = 2°C

Q = 4,5 ح 1,6 ح 2 = 14,2 سعر حراري/ساعة

تمرير الحرارة عبر الجدار إلى الحمام:

السطح: F = 1,9 × 3 = 5,7m2

ك = 1,6

فرق درجة الحرارة: tb - tk = 20 - (+24) = -4°C

في هذه الحالة تنتقل الحرارة من الحمام إلى الغرف، أي أنها ليست فقدانًا للحرارة، بل مكسبًا، وبالتالي يجب طرح هذه القيمة من إجمالي الحرارة المطلوبة.

Q = 5,7 ح 1,6 س (-4) = -36,5

lلا يوجد اختلاف في درجات الحرارة بين الغرف الفردية وبالتالي لا يحدث انتقال للحرارة وبالتالي لا داعي للحساب.

مرور الحرارة عبر السقف:

السطح: F = 3,5 x 4 =15 m2

ك = 1,5

فرق درجة الحرارة: tb - tk = 20 - (-12) = 32°C

Q = 15 ح 1,5 x 32 = 720 كيلو كالوري/ساعة

تمرير الحرارة عبر الأرضية:

السطح: F = 15m2

ك = 1,5

فرق درجة الحرارة: tb – tk = 20 - (-2) = 22°C

Q = 15 x 1,5 x 22 = 495 سعر حراري/ساعة

إجمالي الحرارة المطلوبة:

420

468

21,6

55,7

14,2

720

495

-–––––

2194,5 كيلو كالوري/ساعة

يجب زيادة القيمة التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة من خلال بدلات مثل بدل جوانب العالم وبدل الريح وبدل انقطاع التدفئة.

ملحقات الرياح:

المناطق العادية: بجدار خارجي واحد مع فتحة:

10% مع جدران خارجية متعددة مع فتحات: 15%

المناطق العاصفة: بجدار خارجي واحد مع فتحة:

20%، بجدران خارجية متعددة بفتحات: 25%.

ملحق انقطاع الحرارة:

انقطاع متوقع للتدفئة من 8 - 12 ساعة يومياً: 15%.

انقطاع متوقع للتدفئة من 12 - 16 ساعة يوميًا: 25%.

إضافة إلى جوانب العالم

الاتجاه الشمالي الغربي: 5%.

الاتجاه شمالا: 10%.

الغرفة في المثال تقع في منطقة ذات رياح عادية، وهي موجهة نحو الشمال وبالتالي يجب إضافة القيمة التي تم الحصول عليها مرتين 10%، أي المجموع 20%.

لن نحسب بدل انقطاع التدفئة لأنه أقل استمرارية.

2194,5

+438,9 (20%)

-———————

2633,4

من هذه القيمة يجب خصم كمية الحرارة الواردة من الحائط باتجاه الحمام:

2633,4

- 36,5

-————

2596,9

وعليه فإن كمية الحرارة اللازمة لتدفئة الغرفة هي Q = 2597 كيلو كالوري/ساعة

تصميم النظام

أولاً، عند التصميم، يجب عليك رسم قاعدة الجوانب في المقياس 1:100. أو إذا أمكن 1:50. يجب وضع عناصر التدفئة تحت النافذة، وفي الغرف التي لا توجد بها نوافذ، بجوار الباب المؤدي إلى المساحة الحرة، أو باتجاه الغرف الأكثر برودة. نظرًا لاحتمال وجود خط أنابيب أطول، يكون هذا الترتيب أكثر تكلفة إلى حد ما من ترتيب أجسام التدفئة على طول الجدران الداخلية، ولكن المزايا، وتدفق الهواء، وفيما يتعلق بذلك، ترتيب درجة الحرارة، أكثر أهمية بكثير. (الشكل 3)

الشكل 3 — تدفق الهواء حول جسم التسخين.

اختيار عناصر التسخين

بعد التصميم يتبع اختيار نوع عناصر التسخين وتحديد أسطح التسخين المطلوبة. لتسخين الماء الساخن، عناصر التسخين الأكثر ملاءمة هي مشعات الصلب. يتردد العديد من الأشخاص في استخدام هذه المشعات، بزعم أنها تتلف بسبب الماء وتتسرب بسرعة. ومع ذلك، يحدث هذا فقط عندما يتم تصريف المياه بشكل متكرر وغير مبرر من النظام، أو عند ترك الرادياتير بدون ماء لفترة طويلة بعد تصريف المياه. في ظل الاستخدام العادي، يكون عمر المشعاعات الفولاذية تقريبًا نفس عمر مشعات الحديد الزهر. مشعات الحديد الزهر ليست هي الأنسب لتسخين الماء الساخن في المقام الأول لأنها باهظة الثمن وأيضًا لأنها ذات وزن ساكن كبير. من حيث الأداء الحراري، كلا النوعين من المشعات متطابقان.

تعد مشعات الألمنيوم من أحدث أجهزة التدفئة (Alutherm، Radal). الخصائص الحرارية لهذه المشعات مواتية للغاية، ووزنها منخفض، ولها مظهر خارجي جميل جدًا وحديث. يتم الاتصال بهم باستخدام الشفاه الملولبة. عند توصيل الرادياتير، لتجنب إنشاء عنصر كلفاني، وفي هذا الصدد، التآكل، يجب عزل رؤوس وأعمدة البراغي باستخدام عازل كهربائي.

توصيل مقالات الرادياتير

يجب استخدام المشعاعات الفولاذية العريضة فقط إذا كان استخدام المشعاعات العادية (من 150 mm) سيؤدي إلى مشعاع طويل جدًا. تتوفر المشعاعات الفولاذية تجاريًا بمقالات 5 - 10 ​​​​-15 - 20 ملحومة معًا. إذا كانت هناك حاجة إلى أكثر من 20 لرادياتير واحد، فعندئذٍ ga

بوحدة من 5 أو ربما من عناصر 10 باستخدام براغي المبرد الوسيطة 5/4“ ذات الخيط الأيسر والأيمن ومانع التسرب الكلينجريت أو القنطور. يوصى بتشحيم البراغي بشحم مقاوم للماء مع نقطة غليان أعلاه 100°C، أو زيت الجرافيت مطلوب مفتاح خاص لتركيب العناصر

يتم تجميع المشعات المصنوعة من الحديد الزهر وكذلك المشعات الفولاذية ذات البناء القديم بواسطة عناصر ويتم تثبيتها بمسامير وسيطة. إذا اشترينا مشعات مستعملة، فيجب فحصها وفحصها بدقة قبل التثبيت، وخاصة مكونات العناصر الفردية. من الأفضل التحقق من حالة الورقة باستخدام أداة حادة (على سبيل المثال، مكشطة ثلاثية الحواف)، لأن الورقة الضعيفة سيتم ثقبها بسبب الضغط، وبهذه الطريقة سننقذ أنفسنا من المزيد من الإزعاج.

اختبار الضغط

يجب اختبار المشعاعات التي قمنا بتجميعها بأنفسنا، أو المشعاعات المستعملة، قبل التثبيت. سيتم إجراء الاختبار بأبسط طريقة إذا أغلقنا أحد طرفي الرادياتير بالمقابس ووضعناه على تلك المقابس. ثم نملأ الرادياتير بالماء بالكامل ونغلق إحدى الفتحات المتبقية بغطاء ملولب، ونضع خرطومًا مطاطيًا مع وصلة أنبوب على الفتحة الأخرى. قم بتوصيل الطرف الآخر من الخرطوم المطاطي بشبكة إمداد المياه. إذا لم نلاحظ، بسبب ضغط شبكة إمداد المياه، بعد 5 -10 mدقائق، أن الرادياتير يتسرب، فيمكننا تركيبه. في حالة عدم وجود شبكة مياه، يمكن إنتاج الضغط المطلوب من 2-3 بمضخة يدوية.

يمكن وضع المشعاعات على الأرجل أو على وحدات التحكم المثبتة على الحائط. الحل مع الكونسول أفضل لأنه لا يمنع التنظيف تحت الرادياتير كما أن له مظهر جمالي أفضل. لتركيب الكونسول يجب عمل فتحة بعمق 10 - 12cm في الحائط بحيث تكون جوانب الفتحة متوازية أو تمتد الفتحة نحو الحائط. يجب أن يبقى على الأقل صفين من الطوب غير التالفين فوق الفتحة. يتطلب المبرد المكون من عناصر 20 عنصرين، وللعنصر الأطول - ثلاث وحدات تحكم.

مصدر الحرارة

يتم تحديد سطح التسخين المطلوب للغلاية بناءً على إجمالي الحرارة المطلوبة للمبنى (الشقة). سوف نحصل على هذا الحجم عن طريق إضافة كميات الحرارة المطلوبة للغرف الفردية. في حالة الغلايات الأصغر حجمًا، التي يتم تشغيلها باستخدام فحم الكوك أو الفحم عالي الجودة، يمكن حسابها عمليًا بـ 10.000 كيلو كالوري/ساعة لسطح التسخين 1 m2. لذلك، إذا قسمنا إجمالي كمية الحرارة المطلوبة على 10.000، فسنحصل تقريبًا على سطح التسخين المطلوب للغلاية. ومع ذلك، فمن المستحسن أن تأخذ غلاية ذات أداء أعلى قليلاً من تلك المحسوبة.

يتم تحديد نوع الغلاية بشكل أساسي حسب نوع الوقود. بالنسبة لفحم الكوك، تعتبر غلايات الحديد الزهر الصغيرة هي الأنسب. تعتبر الغلايات المصنوعة من الفولاذ والبناء الملحوم أكثر ملاءمة لحرق أنواع الوقود المختلفة.

الغلايات الصغيرة عادة ما يكون لها سطح تسخين 1,5 m2 (15.000 كيلو كالوري/ساعة)، 2,14 m2 (22.000 كيلو كالوري/ساعة) و3.16 m2 (32.000 سعرة حرارية/ساعة). بالنسبة للمبنى العائلي الموضح في الصورة رقم 4 كمثال، يلزم تقريب 17.000 ​​​​كيلو كالوري/ساعة من إجمالي الحرارة. لقد اخترنا فحم الكوك للوقود. وفقًا لجميع البيانات المقدمة، يلزم وجود غلاية بسطح تسخين 2,14 m2.

الشكل 4 — الحرارة المطلوبة لمبنى عائلي.