3 типа нагревательных и охлаждающих нагрузок: изучите основы

Общий метод определения потребности в обогревателях

Большинство проблем с электрическим нагревом можно легко решить, определив количество тепла, необходимое для выполнения работы. Для этого необходимо преобразовать потребность в тепле в электрическую мощность, после чего для работы можно выбрать наиболее практичный нагреватель. Независимо от того, является ли проблема нагревом твердых тел, жидкостей или газов, метод или подход к определению требуемой мощности одинаков.

Все проблемы с отоплением предполагают следующие этапы их решения:

Шаг 1: Определите проблему нагрева

• Соберите информацию о приложении
• Эскиз задачи для наглядности

Шаг 2: Рассчитайте требуемую мощность

• Требуемая мощность при запуске системы
• Требования к питанию для обслуживания системы
• Эксплуатационные потери тепла

Шаг 3. Просмотрите факторы системного применения

• Рабочая Температура
• Операционная эффективность
• Безопасная/допустимая плотность мощности
• Механические соображения
• Факторы рабочей среды
• Требования к сроку службы нагревателя
• Соображения по поводу электрических проводов

Шаг 4: Выберите обогреватель

Шаг 5: Выберите систему управления

• Тип датчика температуры и расположение
• Тип регулятора температуры
• Тип контроллера мощности

Определение проблемы

Ваша проблема с отоплением должна быть четко сформулирована, уделяя особое внимание определению рабочих параметров. Примите это во внимание:

• Ожидаемые минимальные температуры старта и финиша
• Максимальный расход нагреваемого материала(ов)
• Требуемое время для пускового нагрева и продолжительность технологических циклов
• Вес и размеры как нагретого(ых) материала(ов), так и содержащего(их) сосуда(ов)
• Влияние изоляции и ее тепловые свойства
• Электрические требования — напряжение
• Методы измерения температуры и место(я)
• Тип регулятора температуры
• Тип контроллера мощности
• Электрические ограничения
• А поскольку создаваемая вами тепловая система может не учитывать всех возможных или непредвиденных потребностей в отоплении, не забывайте о факторе безопасности. Коэффициент безопасности увеличивает мощность нагревателя сверх расчетных требований.

Расчет необходимой тепловой энергии

При выполнении собственных расчетов обратитесь к уравнениям для значений материалов, охватываемых этими уравнениями.

Общая тепловая энергия (кВтч или БТЕ), необходимая для удовлетворения потребностей системы, будет иметь одно из двух значений, показанных ниже, в зависимости от того, какой расчетный результат больше.

• Тепло, необходимое для запуска
• Тепло, необходимое для поддержания заданной температуры

Требуемая мощность (кВт) будет равна значению тепловой энергии (кВтч), деленному на необходимое время запуска или рабочего цикла.

Номинальная мощность нагревателя в кВт будет равна большему из этих значений плюс коэффициент безопасности.

Расчет пусковых и эксплуатационных требований состоит из нескольких отдельных частей, которые лучше всего обрабатывать отдельно. Однако краткий метод также можно использовать для быстрой оценки требуемой тепловой энергии.

Расчет коэффициента безопасности

Вы всегда должны включать коэффициент запаса разной величины, чтобы учитывать неизвестные или непредвиденные условия. Размер коэффициента безопасности зависит от точности расчета мощности. Нагреватели всегда должны быть рассчитаны на большее значение, чем расчетное значение. Коэффициента 10% достаточно для небольших систем, которые тщательно рассчитываются; 20% дополнительной мощности встречается чаще. Коэффициенты безопасности 20% и 35% не являются редкостью, и их следует учитывать для больших систем, таких как те, которые содержат открывающиеся двери или большие системы лучистого тепла. Вы также захотите предсказать, как долго ваша система будет работать без сбоев, поэтому изучите срок службы нагревателя, который вам понадобится. А поскольку электроэнергия стоит денег, примите во внимание коэффициенты эффективности, чтобы эксплуатация вашей системы стоила как можно меньше.

Помня об этих соображениях, внимательно изучите их все, чтобы убедиться, что у вас действительно есть окончательная информация для принятия решения о конкретном решении вашей проблемы с отоплением. Некоторая из этой вспомогательной информации может быть недоступна или очевидна для вас. Вам может понадобиться обратиться к справочным таблицам и диаграммам в этом разделе справочных данных или обратиться к книге, в которой рассматривается конкретный параметр, который вам нужно определить. Как минимум, потребуются тепловые свойства как обрабатываемого/нагреваемого материала(ов), так и содержащего их сосуда(ов).

Вычисление коэффициента безопасности требует некоторой интуиции с вашей стороны. Список возможных влияний может быть велик. От изменения рабочей температуры окружающей среды, вызванного сезонными изменениями, до изменения температуры материала или обрабатываемого материала, вы должны тщательно изучить все влияния.

Вообще говоря, чем меньше система с меньшим количеством переменных и внешних воздействий, тем меньше коэффициент безопасности. И наоборот, чем больше система и чем больше переменных и внешних воздействий — тем больше запас прочности.

Вот несколько общих рекомендаций:

• Коэффициент безопасности 10 % для небольших систем с точно рассчитанными требованиями к мощности
• Коэффициент запаса прочности 20 % является средним значением от 20 % до 35 % для больших систем.

Коэффициент безопасности должен быть выше для систем, в которых производственные операции включают циклы оборудования, подвергающие их чрезмерному рассеиванию тепла, например: открывание дверей в печах, введение новых партий материала, которые могут иметь различную температуру, большие лучистые применения и т.п.

Отопительные и охлаждающие нагрузки: изучите основы

Индустрия ОВКВ описывает потребность домов в кондиционировании как нагрузку на отопление и охлаждение (также известную как тепловая нагрузка). Нагрузка относится к объему работы, которую должна выполнять любая система, чтобы поддерживать комфорт в конструкции. Тепловые нагрузки относятся к количеству тепловой энергии, необходимой для добавления в помещение для поддержания температуры в соответствующем диапазоне. С другой стороны, холодильная нагрузка относится к количеству тепловой энергии, которое необходимо удалить из помещения для поддержания температуры в соответствующем диапазоне.

Прежде чем узнать о различных типах нагрузки на отопление и охлаждение, важно различать нагрузку и мощность. Если вы новичок в системе HVAC, легко запутаться между ними.

нагрузка означает количество тепла или охлаждения, необходимое зданию. Пропускная способность относится к количеству нагрева или охлаждения, которое может предложить система HVAC.

Тепловые нагрузки учитывают следующие факторы:

• Строительство и изоляция вашего дома (включая стены, полы и потолки)
• Остекление и световые люки вашего дома (в зависимости от производительности, размера и затенения)

Какие существуют типы нагрузок на отопление и охлаждение?

Профессионалы HVAC основывают размер систем, которые они устанавливают, на их способности удовлетворять три различных типа нагрузок по отоплению и охлаждению.

Перед покупкой нового оборудования HVAC важно иметь более глубокие знания об этих трех типах, чтобы убедиться, что вы покупаете соответствующую мощность.

Три типа нагрузок

1. Расчетная нагрузка
2. Экстремальная нагрузка
3. Частичная загрузка

Расчетная нагрузка

Расчетные нагрузки напрямую связаны с заданными проектными характеристиками вашего дома. Другими словами, расчет нагрузки на отопление и охлаждение, требуемой вашей системе HVAC, зависит от заданных зимних и летних температур в вашем районе. Например, расчетная температура во Флориде составляет около 90°F летом и 65°F зимой.

Наиболее влиятельной нагрузкой, которую считают инженеры HVAC, является расчетная нагрузка на конструкции. В эту нагрузку входит планировка здания, его общая энергоэффективность и ориентация на солнце. Дома с адекватной изоляцией, теплоизоляционными окнами и малой инфильтрацией воздуха имеют меньшую расчетную нагрузку. Двухэтажные дома имеют другие нагрузки кондиционирования, чем одноэтажные дома.

Экстремальная нагрузка

Экстремальная нагрузка относится к самым горячим и самым низким температурам в любом конкретном месте. В отличие от расчетной нагрузки, эта нагрузка имеет небольшой вес, когда подрядчики HVAC рассчитывают размер оборудования HVAC. Экстремальные погодные условия редко длятся достаточно долго, чтобы оказать заметное влияние на общую производительность или комфорт системы HVAC надлежащего размера.

Частичная нагрузка

Частичная нагрузка в сочетании с расчетной нагрузкой сильно влияет на расчет нагрузки на отопление и охлаждение с точки зрения ее мощности, а также типа выбранной системы. В нашем регионе влажность влияет на частичную нагрузку, а в режиме охлаждения влажность имеет значение.

Влажность увеличивает объем работы, которую кондиционер или тепловой насос должны выполнять для охлаждения воздуха. Помимо расчета охлаждающей нагрузки для дома, специалисты по HVAC используют программные инструменты для оценки пригодности системы для управления скрытой тепловой нагрузкой, которая описывает тепло плюс влажность. Явной тепловой нагрузкой является только температура воздуха.

Флорида имеет высокую скрытую тепловую нагрузку. При модернизации вашей системы HVAC настаивайте на том, чтобы подрядчик HVAC рассчитал нагрузку на отопление и охлаждение.

Как рассчитать нагрузку ОВКВ

Наиболее подходящим способом расчета блока HVAC является ручной расчет жилого помещения J. Этот расчет в основном осуществляется с помощью сложных компьютерных программ, которые требуют энергии, времени и денег. По этой причине подрядчики сделали калькулятор БТЕ практическим правилом. В индустрии отопления и охлаждения БТЕ используются для измерения количества тепла, которое блок кондиционирования воздуха может удалить из помещения в час. Измеряя BTU (британские тепловые единицы), технические специалисты могут определить общую оценку, находясь в полевых условиях. Блок HVAC идеального размера гарантирует, что в желаемом помещении может быть достигнута нужная температура без лишних затрат энергии.

Шаг 1: Найдите площадь вашего дома

Вы можете определить квадратные метры своего дома, взглянув на план или измерив все помещение по комнатам. Начните с расчета длины каждой комнаты и умножьте эти измерения, чтобы оценить площадь этой комнаты. Добавьте все расчеты, которые вы получаете для каждой комнаты, для получения окончательного результата.

Другой метод определения площади в квадратных футах заключается в вычислении внешних размеров всего дома и вычитании площади в квадратных футах любой части дома, которую вы не хотите обогревать или охлаждать, например, подвала или гаража.

Не забудьте измерить высоту комнат. В комнатах с высокими потолками, вероятно, потребуется больше БТЕ, чем в комнатах стандартной высоты.

Шаг 2. Учитывайте факторы, влияющие на изоляцию

Посмотрите, с какой степенью изоляции был построен дом. Если вы не совсем уверены, US Standard Insulation — хороший ресурс. Другими важными моментами, которые следует учитывать, являются окна, солнечный свет и воздухонепроницаемость всего дома.

Точки отсчета включают в себя:

• Добавьте 100 BTUS на каждого члена семьи.
• Добавьте 1000 BTUS за каждое окно
• Добавьте 1000 BTUS за каждую наружную дверь

Шаг 3: Представьте, как используется ваше жилое пространство

В вашем доме или конкретном помещении есть тепловыделяющие устройства? Сколько членов ежедневно занимают площадь, которую вы рассчитываете? Это также должно определять нагрузку HVAC, которой будет достаточно для обогрева или охлаждения конкретного помещения.

Пример расчета

Применим теорию на практике. Допустим, ваш дом площадью 2500 кв. футов имеет 10 окон, 3 наружные двери и в нем живут 5 человек.

Следуйте приведенной ниже формуле:

1. 2,500 x 25 = 62,500 базовых БТЕ
2. 5 членов x 500 = 2,500
3. 10 окон x 1,000 = 10,000 XNUMX
4. 3 наружные двери x 1,000 = 3,000
5. 62,500 2,500 + 10,000 3,000 + 78,100 XNUMX + XNUMX XNUMX = XNUMX XNUMX БТЕ

Готовы рассчитать тепловые нагрузки вашего дома?

Расчет нагрузки по отоплению и охлаждению является важным навыком для проектировщиков и консультантов HVAC. Все мы знаем, что отопление или охлаждение помещений — это самые большие затраты энергии. Чтобы оценить размер обогреваемого или охлаждающего помещения, мы должны знать количество тепла, которое должно быть добавлено или удалено.

Чтобы узнать больше о нагрузках на отопление и охлаждение, свяжитесь с отделом энергетических решений Rinaldi, который с 1969 года предоставляет выдающиеся услуги ОВКВ для домовладельцев в районе Орландо.

3 типа нагревательных и охлаждающих нагрузок

Что не так с цифрой три? У вас есть три мушкетера, три поросенка и три марионетки. Затем есть три забастовки (чего хочет каждый питчер), три ветви власти (исполнительная, законодательная и судебная) и три типа людей (те, кто умеет считать, и те, кто не умеет). И не забудем троих на спичке, троих мудрецов и троих. Сегодня мы рассмотрим еще одну большую тройку: три типа нагрузки на отопление и охлаждение. Вы знаете, что они собой представляют?

Нагрузка против емкости

Однако, прежде чем мы перейдем к трем типам нагревательных и охлаждающих нагрузок, было бы неплохо убедиться, что мы все четко понимаем разницу между двумя словами, которые легко спутать: нагрузка и мощность. Если вы новичок в жаргоне HVAC, легко пропустить различие, поэтому вот оно:

нагрузка – количество тепла или охлаждения, которое необходимо зданию

Пропускная способность – количество тепла или охлаждения, которое может обеспечить часть оборудования HVAC

Всякий раз, когда вы видите слово «нагрузка» в контексте отопления и охлаждения, оно относится к потребностям здания. Когда вы видите «производительность», это то, что может обеспечить нагревательное или охлаждающее оборудование.

Понятно? Большой. Давайте теперь перейдем к этим трем типам нагрузок, зная, что мы говорим о потребностях здания.

Расчетная нагрузка

Если вы спросите компетентного проектировщика систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, какова холодопроизводительность дома, и он скажет вам, что это две тонны, они говорят о расчетная нагрузка. Это означает, что они рассчитали количество охлаждения, необходимого для дома, используя планы и спецификации для дома или фактические полевые данные для существующих домов. В основном входные данные в расчете постоянны (например, теплоизоляция, ориентация дома…), но некоторые вещи меняются в течение дня или года (например, температуры наружного воздуха), а некоторые могут быть изменены жильцами (например, температуры в помещении).

Факторы, влияющие на холодопроизводительность дома

В протоколах расчетов, таких как Руководство ACCA J, указываются температуры, которые следует использовать в расчетах, и они называются расчетными условиями. Например, летняя расчетная температура наружного воздуха в Атланте составляет 92°F. Рекомендуемая ACCA расчетная летняя расчетная температура внутри помещений составляет 75°F. Зимой расчетная температура в Атланте составляет 23°F и 70°F.

Таким образом, ваша проектная охлаждающая нагрузка — это то, сколько кондиционера вам нужно, когда температура внутри и снаружи находится на летних проектных уровнях. Расчетная отопительная нагрузка – это количество тепла, которое вам необходимо, когда температура внутри и снаружи помещения соответствует зимнему расчетному уровню.

Экстремальная нагрузка

Если вы не живете в таком месте, как Санта-Моника, Калифорния, где всегда идеальная температура, вы, вероятно, понимаете, что расчетные нагрузки — это просто руководство. Дом никогда не будет проводить много времени в соответствии с проектными условиями, поэтому, если вы подбираете свое отопительное и охлаждающее оборудование для точного соответствия расчетным нагрузкам, в большинстве случаев у вас будет оборудование неправильного размера.

Экстремальные нагрузки происходит, когда вы получаете самые высокие или самые низкие температуры в вашем регионе. В Атланте в прошлом году мы опустились до однозначных цифр по Фаренгейту, что почти на 20 градусов по Фаренгейту ниже расчетной температуры. Летом 2012 года мы установили рекорд с высокой температурой 106 ° F. Должны ли мы устанавливать оборудование HVAC, способное выдерживать нагрузки от таких экстремальных температур?

Ответ – нет. Во-первых, если вы выполняете точный расчет нагрузки вручную J, у него есть встроенное заполнение. Нагрузки, которые вы рассчитываете, вероятно, будут на 15-20 % выше, чем фактическая нагрузка при проектных условиях, что дает вам буфер, который поможет справиться с экстремальными нагрузками.

Во-вторых, если вы не живете в протекающем, неизолированном сите дома, будет задержка между тем, когда экстремальные температуры возникают на открытом воздухе, и тем, когда внутри дома ощущаются последствия. К тому времени, когда тепло от того 106 ° F дня начинает проникать внутрь дома, температура снаружи уже упала. Это один из способов, которыми изоляция и герметизация воздуха помогут вам.

В-третьих, экстремальные температуры наблюдаются в среднем около 1% времени. Да, будут годы с аномальной жарой и годы с периодами холода, но оборудование HVAC, подобранное в соответствии с расчетными нагрузками, и протокол выбора оборудования ACCA Manual S должны охватывать большинство экстремальных нагрузок, с которыми вы сталкиваетесь.

На мой взгляд, экстремальным нагрузкам уделяется больше внимания, чем они того заслуживают. Если у вас есть дом, который надлежащим образом герметизирован и изолирован, оборудование подходящего размера должно подойти. Если ваш дом недостаточно хорошо герметизирован или изолирован, а ваше оборудование HVAC не справляется с этой задачей, атакуйте корпус здания и систему распределения, прежде чем устанавливать более крупное оборудование. (Подробнее о том, что вы можете сделать, если ваше оборудование не справляется, см. статью, которую я написал вскоре после того, как мы установили рекорд высокой температуры в Атланте, 9 необычных советов, как сохранить прохладу с неисправным кондиционером.)

Частичная загрузка

Экстремальные нагрузки, кажется, всегда привлекают внимание, но условия частичной нагрузки на самом деле заслуживают большего внимания. В течение почти 99 % времени температура наружного воздуха будет менее экстремальной, чем расчетная температура для вашего местоположения. Подумай об этом. Вы встаете летним утром, смотрите на термометр и видите, что на улице 73°F. Возможно, днем ​​он поднимется до расчетной температуры, но даже в этом случае он не останется там надолго.

Таким образом, даже в день, когда вы достигнете проектной температуры, ваша система отопления или кондиционирования воздуха будет работать с пониженной температурой. частичная загрузка условиях большую часть дня. Еще одним фактором является сезонное изменение условий в периоды похолодания или отопительного сезона. В начале и конце сезона каждый день будет днем ​​с частичной загрузкой.

Проблема с режимами частичной нагрузки заключается в том, что большая часть оборудования для отопления и охлаждения работает с фиксированной мощностью. Если охлаждающая нагрузка составляет всего 6000 БТЕ/час, а у вас есть кондиционер на 24,000 XNUMX БТЕ/час, этот кондиционер не будет работать очень долго, пока не достигнет заданного значения термостата. Этот дисбаланс не идеален для комфорта или осушения.

По мере того, как дома становятся более герметичными и лучше изолированными, дисбаланс усугубляется. Имея оборудование фиксированной мощности с минимальной производительностью 1.5 тонны для кондиционеров или 30-40 тысяч БТЕ/ч для печей, легко иметь оборудование, которое никогда не будет нуждаться в полной мощности в небольших энергоэффективных домах. Затем, если вы будете чрезмерно вентилировать, пытаясь следовать рекомендациям стандарта ASHRAE 62.2-2013, вы можете в конечном итоге вырастить плесень во влажном климате.

Да, есть способы обойти проблемы. Вы можете установить дополнительное осушение или использовать двухступенчатое оборудование для нагрева и охлаждения. Или вы можете пойти еще дальше и установить полностью модулирующее оборудование, такое как мини-сплит-тепловые насосы. Важно понимать нюансы нагревательных и охлаждающих нагрузок и последствия выбора типа оборудования. Мир проектирования HVAC уже не так прост, как раньше, когда вы могли использовать эмпирические правила или глупые протоколы, такие как Manual E (показано ниже). На самом деле, это никогда не было так просто.

Бедренная кость все еще соединена с бедренной костью, которая все еще соединена с коленной костью. Это три вещи, так что я надеюсь, что это означает, что я в группе, которая может делать математику!

Статьи по теме

Изображение притока тепла в летний день из Руководства ACCA J.

ВНИМАНИЕ: Комментарии проходят модерацию. Ваш комментарий не появится ниже, пока не будет одобрен.