Расчет затрат на выработку тепла по котельным в Excel

Введение

Программное приложение MS Excel считается отличным инструментом, предназначенным для обработки и анализа больших информационных объёмов, а помимо этого она предоставляет возможность выполнения простых вычислений. Основой таких великолепных возможностей программного продукта может считаться использование сеточной совокупности ячеек, в которые может быть записана числовая и текстовая информация, а кроме этого и формулы. Необходимо сначала занести информационные данные в ячейки и сгруппировать их в столбцах и строчках. Далее становится возможным выполнение различных вычислений с данными, их сортировка и фильтрация, а также размещение их в таблицах и формирование профессиональных диаграмм.

Принципы расчета затрат на выработку тепла по котельным в Excel

Расчет эффективности систем водяного отопления в наши дни является весьма актуальной задачей.

Лучше всего рассмотреть принцип расчета затрат на водяное отопление на несколько абстрактном и упрощённом примере. Такой идеализированный пример позволяет не отвлекаться на типовые и громоздкие, но по существу элементарные вычисления, а уделить всё внимание главным и принципиально важным аспектам.

Предположим, что имеется герметичный бокс (в виде коробки, ящика, вагончика, гаража, помещения, здания, корпуса и так далее) в форме параллелепипеда, имеющего длину l, ширину b и высоту h, заполненный воздухом, температура которого tвр (внутренняя расчетная температура). Стенки бокса обладают толщиной δ и все они выполнены из одного материала с коэффициентом теплопроводности λ.

Со всех сторон бокс окружён воздушной средой с температурой tн (наружная температура). Количество воздуха в боксе и габариты бокса достаточно малы в сравнении с объёмом и размерами окружающей воздушной среды. Поэтому любые колебания внутренней температуры воздуха tв никак не способны влиять на изменения температуры наружного воздуха tн.

Внутри бокса расположены две трубы, к которым подключается расположенный внутри отопительный прибор, например, радиатор. По первой трубе в отопительный прибор поступает из котла, являющегося источником теплоснабжения, горячая вода, имеющая температуру tп (температура подачи). По другой трубе вода, оставившая некоторую часть тепла и охлаждённая до температуры tо (температура «обратки»), должна возвращаться в котел. Расход воды при этом является постоянным и равным Gр (расчетный расход теплоносителя).

Теплоснабжающий источник и используемые теплотрассы не рассматриваются в этой задаче. Предполагается, что на входе в бокс всегда имеется достаточное количество тепловой энергии, и можно её брать именно столько, сколько требуется, к примеру, с помощью автоматизированного устройства подачи и учета тепловой энергии.

Дополнительно считаются известным коэффициенты теплообмена на внутренних и наружных поверхностях ограждений α1 и α2. Считается заданным и уровень нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления n. На рисунке ниже показана блок-схема рассматриваемой задачи.

Рисунок 1. Блок-схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Передняя стенка бокса для большей наглядности просто не изображена. Габаритные размеры бокса должны отличаться от расчетных на толщину стенок δ. Это означает, что расчетные плоскости расположены посередине толщины ограждений.

Итак, необходимо определить следующие параметры:

1. Расчетные тепловые потери бокса и соответствующую им мощность системы водяного отопления Nр.
2. При задаваемых расчетных температурах теплоносителя tпр и tор необходимо найти его расчетный расход через систему Gр.
3. Тепловые потери бокса и соответствующую им мощность водяной системы отопления N для температур наружного воздуха tн, которые отличаются от расчетной температуры tнр.
4. Температуру теплоносителя, то есть воды, на подаче tп и в обратке tо, которые способны обеспечить поддержание внутри бокса требуемой расчетной температуры воздуха tвр, при постоянном расчетном расходе Gр для разных температур наружного воздуха tн.

Все расчетные операции выполняются в программе MS Excel. Всю исходную информацию необходимо занести в следующие ячейки:

1. Длина бокса l (м) заносится в ячейку D3: 10,000.
   • Ширина бокса b (м) заносится в ячейку D4: 5,000.
   • Высота бокса h (м) заносится в ячейку D5: 3,000.
   • Толщина стенок бокса δ (м) заносится в ячейку D6: 0,250. При разности температур воздуха внутри бокса и снаружи должен начинаться теплообмен, включающий в себя определённые этапы, а именно, передача тепла от внутреннего воздуха к внутренней стенке ограждения (определяется коэффициентом α1), передача тепла через материал стенки (определяется коэффициентом λ) и передача тепла наружному воздуху от внешней стенки ограждения (определяется коэффициентом α2).
   • Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения α1 (Вт/(м2*˚С)) заносится в ячейку D7: 8,700.
   • Коэффициент теплопроводности материала ограждения (древесина – сосна) λ (Вт/(м*˚С)) заносится в ячейку D8: 0,140.
   • Коэффициент теплообмена на внешней поверхности ограждения α2 (Вт/(м2*˚С)) заносится в ячейку D9: 23,000.
   • Внутри бокса должна поддерживаться неизменная температура воздуха tвр (˚С), которая заносится в ячейку D10: 20,0.
   • Расчетная температура наружного воздуха tнр (˚С) заносится в ячейку D11: -37,0.
   • Расчетная температура воды на подаче tпр (˚С) заносится в ячейку D12: 90,0.
   • Расчетная температура воды на обратке tор (˚С) заносится в ячейку D13: 70,0.
   • Нелинейность теплоотдачи приборов системы отопления (среднее значение в рассматриваемом примере) n записывается в ячейку D14: 1,30.

Таблица Excel с программой расчета системы водяного отопления показана на рисунке ниже.

Рисунок 2. Таблица Excel. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ