что называется расчетным участком при гидравлическом расчете системы отопления

Особенности гидравлического расчета системы радиаторного отопления

Комфорт в загородном доме во многом зависит от надёжной работы системы отопления. Теплоотдача при радиаторном отоплении, системе «тёплый пол» и «тёплый плинтус» обеспечивается за счёт движения по трубам теплоносителя. Поэтому правильному подбору циркуляционных насосов, запорно-регулирующей арматуры, фитингов и определению оптимального диаметра трубопроводов предшествует гидравлический расчёт системы отопления.

Данный расчёт требует профессиональных знаний, поэтому мы в данной части учебного курса «Системы отопления: выбор, монтаж», с помощью специалиста компании REHAU, расскажем:

Нюансы, о которых надо знать перед выполнением гидравлического расчёта

В современной системе отопления протекают сложные гидравлические процессы с динамически меняющимися характеристиками. Поэтому на гидравлический расчёт оказывает влияние множество нюансов: начиная от типа системы отопления, вида отопительных приборов и способа их присоединения, режима регулирования и заканчивая материалом комплектующих.

Важно: Трубопроводная отопительная система загородного дома — это сложная разветвлённая сеть. Гидравлический расчет определяет её правильную работу так, чтобы ко всем отопительным приборам поступало необходимое количество теплоносителя. Правильно рассчитать и спроектировать систему отопления может только квалифицированный специалист, имеющий профильное образование по данной дисциплине.

Системы радиаторной и водопроводной разводок — это разветвленные трубопроводные сети. В трубопроводах давление теряется на трение о стенки труб и на местные сопротивления в фасонных частях при разделении или слиянии потоков, на внезапные расширения или сужения «живого» сечения. Для того чтобы теплоноситель или вода поступали к отопительным приборам или точкам водоразбора в необходимом количестве, трубопроводная сеть должна быть правильно рассчитана.

Вне зависимости от того, какая система отопления смонтирована в доме, например, радиаторная разводка или тёплый пол, принцип гидравлического расчёта одинаков для всех, но каждая система требует индивидуального подхода.

Например, система отопления может быть заправлена водой, этилен- или пропиленгликолем, а это повлияет на гидравлические параметры системы.

У этиленгликоля или пропиленгликоля большая вязкость и меньшая текучесть, чем у воды, а значит, и сопротивление при движении по трубопроводу будет больше. Кроме этого, теплоёмкость этиленгликоля меньше, чем у воды, и составляет 3,45 кДж/(кг▪К), а у воды 4.19 кДж/(кг*К). В связи с этим расход, при том же перепаде температур, должен быть на 20 с лишним процентов выше.

Важно: вид теплоносителя, который будет циркулировать в системе отопления, определяется заранее. Соответственно: проектировщик при гидравлическом расчёте системы отопления должен учесть его характеристики.

Выбор одно- или двухтрубной системы отопления также влияет на методику гидравлического расчёта.

Это связано с тем, что в однотрубной системе вода последовательно проходит через все радиаторы, и расход через все приборы в расчетных условиях будет единым при различных небольших перепадах температур на каждом приборе. В двухтрубной системе вода через отдельные кольца поступает независимо в каждый радиатор. Поэтому в двухтрубной системе перепад температур на всех приборах будет одинаковым и большим, порядка 20 К, а вот расходы через каждый прибор будут существенно различаться.

При гидравлическом расчете выбирается самое нагруженное кольцо. Оно является расчётным. Все остальные кольца увязываются с ним так, чтобы потери в параллельных кольцах были одинаковыми, с соответствующими им участками главного кольца.

При выполнении гидравлического расчета обычно вводятся следующие допущения:

Системы отопления с тупиковым и попутным движением теплоносителя

Отметим, что в системах радиаторной разводки, при едином принципе гидравлического расчёта, существуют разные подходы, т.к. системы подразделяются на тупиковые и попутные.

При тупиковой схеме теплоноситель движется по трубам «подачи» и «обратки» в противоположные стороны. И, соответственно, в попутной схеме теплоноситель движется по трубам в одном направлении.

В тупиковых системах расчет ведётся через дальние — наиболее нагруженные участки. Для этого выбирается главное циркуляционное кольцо. Это самое неблагоприятное направление для воды, по которому прежде всего подбираются диаметры отопительных труб. Все остальные второстепенные кольца, которые возникают в этой системе, должны увязываться с главным. В попутной системе расчёт ведётся через средний, наиболее нагруженный, стояк.

В системах водопровода соблюдается аналогичный принцип. Система рассчитывается через самый удалённый и самый нагруженный стояк. Но есть особенность – в расчёте расходов.

Важно: если в радиаторной разводке расход зависит от количества тепла и перепадов температур, то в водопроводе расход зависит от норм водопотребления, а также от типа установленной водоразборной арматуры.

Цели гидравлического расчета

Цели гидравлического расчета заключаются в следующем:

Раскроем подробнее каждый из этих пунктов.

1. Подбор диаметров трубопроводов

Чем меньше диаметр трубопровода, тем больше сопротивление оказывается потоку теплоносителя из-за трения о стенки трубопровода и местных сопротивлений на поворотах и ответвлениях. Поэтому для малых расходов, как правило, берутся малые диаметры трубопроводов, для больших расходов, соответственно, большие диаметры, за счёт чего можно ограниченно отрегулировать систему.

И, по мере уменьшения расхода, от начала к концу ветки диаметры труб должны уменьшаться так, чтобы скорость теплоносителя была примерно одинакова.

2. Увязка давлений в отдельных ветвях сети

Увязка может производиться подбором соответствующих диаметров труб или, если возможности этого способа исчерпаны, то за счёт установки регуляторов расхода давления или регулировочных вентилей на отдельных ветвях.

Частично мы, как это описано выше, можем увязать давление с помощью подбора диаметров трубопроводов. Но не всегда это удаётся сделать. Например, если берём самый маленький диаметр трубопровода на короткой ветке, а сопротивление в нём все равно недостаточно большое, тогда весь поток воды будет идти через короткую ветку, не заходя в длинную. В этом случае требуется дополнительная регулировочная арматура.

Регулировочная арматура может быть разной.

Бюджетный вариант — ставим регулировочный вентиль — т.е. вентиль с плавной регулировкой, который имеет градацию в настройке. Каждый вентиль имеет свою характеристику. При гидравлическом расчёте проектировщик смотрит, какое давление необходимо погасить, и определяется так называемая невязка давлений между длинной и короткой ветками. Тогда по характеристике вентиля проектировщик определяет, на сколько оборотов этот вентиль, от полностью закрытого положения, надо будет открыть. Например, на 1, на 1.5 или на 2 оборота. В зависимости от степени открытия вентиля будет добавляться разное сопротивление.

Более дорогой и сложный вариант регулировочной арматуры — т.н. регуляторы давления и регуляторы расхода. Это устройства, на которых мы задаём необходимый расход или необходимый перепад давлений, т.е. падение давлений на этой ветке. В этом случае устройства сами контролируют работу системы и, если расход не соответствует требуемому уровню, то они открывают сечение, и расход увеличивается. Если расход слишком большой, то сечение перекрывается. Аналогично происходит и с давлением.

Если все потребители после ночного понижения теплоотдачи одновременно открыли утром свои отопительные приборы, то теплоноситель попытается, в первую очередь, поступать в ближние к тепловому пункту приборы, а до дальних дойдет спустя часы. Тогда сработает регулятор давления, прикрывая ближайшие ветки и, тем самым, обеспечит равномерное поступление теплоносителя во все ветки.

3. Подбор циркуляционного насоса по давлению (напору) и по расходу (подаче)

Расчетные потери давления в главном циркуляционном кольце (с небольшим запасом) определят напор для циркуляционного насоса. А расчетный расход насоса – это суммарный расход теплоносителя по всем ветвям системы. Насос подбирается по напору и по расходу.

Если в системе стоит несколько циркуляционных насосов, то в случае их последовательного монтажа у них суммируется напор, а расход будет общим. Если насосы работают параллельно, то у них суммируется расход, а напор будет одинаковым.

Важно: Определив в ходе гидравлического расчёта потери давления в системе, можно выбрать циркуляционный насос, который оптимально будет соответствовать параметрам системы, обеспечивая оптимум затрат – капитальных (стоимость насоса) и эксплуатационных (стоимость электроэнергии на циркуляцию).

Как выбор комплектующих для системы отопления влияет на гидравлический расчёт

Материал, из которого изготовлены трубы системы отопления, фитинги, а также техника их соединения, оказывает существенное влияние на гидравлический расчет.

Трубы, имеющие гладкую внутреннюю поверхность, уменьшают потери на трение при движении теплоносителя. Это даёт нам преимущества – берём трубопроводы меньшего диаметра и экономим на материале. Также уменьшаются затраты электроэнергии, необходимые для работы циркуляционного насоса. Можно взять насос меньшей мощности, т.к. за счёт меньшего сопротивления в трубопроводах требуется меньший напор.

В местах соединений «фитинг-труба», в зависимости от способа их монтажа, могут быть большие потери, или, наоборот, потери на сопротивление потоку при движении теплоносителя сведены к минимуму.

Например, если используется техника соединения методом «надвижной гильзы», т.е. развальцовывается конец трубопровода, и внутрь вставляется фитинг, то за счёт этого не происходит заужения живого сечения. Соответственно: уменьшается местное сопротивление, и уменьшаются энергетические затраты на циркуляцию воды.

Подведение итогов

Выше уже говорилось, что гидравлический расчёт системы отопления — это сложная задача, требующая профессиональных знаний. Если предстоит спроектировать сильно разветвлённую систему отопления (большой дом), то расчёт вручную отнимает много сил и времени. Для упрощения данной задачи разработаны специальные компьютерные программы.

С помощью этих программ можно сделать гидравлический расчёт, определить регулировочные характеристики запорно-регулировочной арматуры и автоматически составить заказную спецификацию. В зависимости от типа программ, расчёт осуществляется в среде AutoCAD или в собственном графическом редакторе.

Добавим, что сейчас при проектировании промышленных и гражданских объектов наметилась тенденция к использованию BIM технологий (building information modeling). В этом случае все проектировщики работают в едином информационном пространстве. Для этого создаётся «облачная» модель здания. Благодаря этому любые нестыковки выявляются ещё на стадии проектировании, и своевременно вносятся необходимые изменения в проект. Это позволяет точно спланировать все строительные работы, избежать затягивания сроков сдачи объекта и тем самым сократить смету.

Источник

Гидравлический расчет системы отопления: главные цели и задачи выполнения данного действия

Эффективность отопительной системы вовсе не гарантируют качественные трубы и высокопроизводительный теплогенератор.

Наличие ошибок, допущенных при монтаже, может свести на нет работу котла, работающего на полную мощность: либо в помещениях будет холодно, либо затраты на энергоносители будут неоправданно высокими.

Поэтому важно начинать с разработки проекта, одним из важнейших разделов которого является гидравлический расчет системы отопления.

Расчет гидравлики водяной системы отопления

Теплоноситель циркулирует по системе под давлением, которое не является постоянной величиной. Оно снижается из-за наличия сил трения воды о стенки труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Домовладелец также вносит свою лепту, корректируя распределение тепла по отдельным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева теплоносителя повышается и наоборот – падает при ее снижении.

Чтобы избежать разбалансировки отопительной системы, необходимо создать условия, при которых к каждому радиатору поступает столько теплоносителя, сколько необходимо для поддержания заданной температуры и восполнения неизбежных теплопотерь.

Главной целью гидравлического расчета является приведение в соответствие расчетных расходов по сети с фактическими или эксплуатационными.

На данном этапе проектирования определяются:

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

Первым делом проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и выполняет теплотехнический расчет. В итоге у него появляется информация о количестве тепла, необходимом для каждого помещения. После этого выбираются отопительные приборы и источник тепла.

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

На стадии разработки принимается решение о типе отопительной системы и особенностях ее балансировки, подбираются трубы и арматура. По окончании составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указанием:

Расчет диаметра труб

Расчет сечения труб должен опираться на результаты теплового расчета, обоснованные экономически:

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

Для расчетов потребуется еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она обозначается буквой Q, измеряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

Кроме вышеперечисленных исходных данных для расчета потребуются параметры отопительной системы – длина каждого участка с указанием приборов, подключенных к нему. Эти данные для удобства можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Таблица параметров участков

Расчет диаметров труб достаточно сложный, поэтому проще воспользоваться справочными таблицами. Их можно найти на сайтах производителей труб, в СНиП или специальной литературе.

Монтажники при подборе диаметра труб пользуются правилом, выведенным на основании анализа большого числа отопительных систем. Правда, это касается только небольших частных домов и квартир. Практически все отопительные котлы оборудованы патрубками подачи и обратки ¾ и ½ дюйма. Такой трубой и выполняется разводка до первого разветвления. Далее на каждом участке размер трубы уменьшают на один шаг.

Вычисление местных сопротивлений

Местные сопротивления возникают в трубе и арматуре. На величину данных показателей влияют:

Сопротивление рассчитывается для каждого участка, который характеризуется постоянным диаметром и неизменным расходом теплоносителя (в соответствии с тепловым балансом помещения).

Исходные данные для расчета:

Гидравлическое сопротивление — ∆P на участке сети рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха.

Символ ξ в формуле означает коэффициент местного сопротивления.

Если в доме стоит печка, отопить она сможет лишь небольшое помещение. Установка батарей отопления в частном доме большой площади обязательна, так как в противном случае отдаленные от печи комнаты отапливаться не будут.

Основные характеристики газового котла Buderus представлены в этом обзоре.

О том, как запустить газовый котел, расскажем в этой статье.

Гидравлическая увязка

Балансировка перепадов давления в отопительной системе выполняется посредством регулирующей и запорной арматуры.

Гидравлическая увязка системы производится на основании:

Установочные характеристики – перепад давления, крепление, пропускная способность – задаются для каждого клапана. По ним определяют коэффициенты затекания теплоносителя в каждый стояк, а затем – в каждый прибор.

Потери давления прямо пропорциональны квадрату расхода теплоносителя и измеряются в кг/ч, где

S — произведение динамического удельного давления, выраженного в Па/(кг/ч), и приведенного коэффициента для местных сопротивлений участка (ξпр).

Приведенный коэффициент ξпр является суммой всех местных сопротивлений системы.

Определение потерь

Гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца представляет собой сумму потерь его составляющих элементов:

Гидравлический расчет системы отопления — пример расчета

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

Диаметры участков трубопроводов подобраны с использованием номограммы для заданной скорости теплоносителя 0,4-0,5 м/с.

На участке 1 установлен клапан dу 65. Его сопротивление согласно информации производителя составляет 800 Па.

На участке 1а установлен фильтр диаметром 65 мм и с пропускной способностью 55 м3/ч. Сопротивление этого элемента составит:

0,1 х (G/kv) х 2 = 0,1 х (7581/55) х 2 = 1900 Па.

Варианты двухтрубной отопительной системы

Сопротивление трехходового клапана dу = 40 мм и kv = 25 м3/ч составит 9200 Па.

Суммарные потери давления в системе снабжения теплом распределителей будут равняться 21514 Па или приблизительно 21,5 кПа.

Самодельная печь хорошо подойдет для обогрева дачного домика или подсобного помещения. Печка из газового баллона своими руками — смотрите инструкцию по изготовлению.

Как собрать пресс для топливных брикетов своими руками, вы узнаете в этой статье.

Аналогичным образом производится расчет остальных частей системы теплоснабжения распределителей. При расчете системы отопления от распределителя выбирается основное циркуляционное кольцо через наиболее нагруженное отопительное устройство. Гидравлический расчет производится с использованием 1-го направления.

Видео на тему

Источник

Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет системы отопления

Проживание в большинстве регионов страны вынуждает заботиться о качественном, надежном и эффективном отоплении собственного жилья. Традиционно для многоквартирных домов применяется централизованное отопление, однако, в последнее время популярными стали автономные системы, которые предусматривают монтаж всех элементов замкнутого контура от котла до радиаторов в пределах одной квартиры.

Частные дома не имеют подвода централизованного топления, поэтому в них установка независимой отопительной системы является неотъемлемым атрибутом жилья. И для автономных систем в квартирах, и для частного сектора требуется грамотный гидравлический расчет системы отопления. Такой подход обеспечит разумный баланс в использовании материалов и получении необходимого результата в виде достаточной температуры в помещении.

Систематизация данных

Чтобы правильно провести гидравлический расчёт системы отопления, понадобится разобраться в основных терминах. Это обеспечит понимание происходящих внутри системы процессов. Например, повышение скорости теплоносителя способно привести к параллельному увеличению в трубопроводе гидросопротивления.

Когда повышается расход теплоносителя, учитывая трубопровод установленного диаметра, повысится скорость прохождения теплоносителя, а возрастет гидросопротивление. С увеличением трубопровода скорость движения в нем воды понижается, равно как и давление в результате трения.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

В большинстве традиционных отопительных систем, для которых принято проводить гидравлический расчет отопления, присутствуют следующие обязательные элементы:

Каждый из элементов имеет свои гидравлические характеристики, которые принимаются в виде входных данных для гидравлического расчета системы отопления через онлайн калькулятор.

Помогают получить практические данные и номограммы от производителей. В некоторых из них указываются понижение давления в трубах, из расчета на 1 м длины. Здесь видна взаимосвязь физических характеристик от гидравлических значений.

Почему необходимо делать расчет

Современные системы отопления в большинстве случаев применяют новые технологии и материалы, для которых производители предусмотрели режимы работы с большей эффективностью. Также современные системы способны осуществлять температурный контроль практически на любом этапе и в любой области контуров.

ВИДЕО: Гидравлический расчёт системы отопления в программе VALTEC.PRG

Использование усовершенствованной системы обеспечит пониженное энергопотребление отопления. Такой подход позволит повысить экономичность ее использования. Желательно для расчетов и монтажа задействовать более опытных помощников, помогающих учесть многие нюансы:

Результатом гидравлического расчета системы отопления, пример расчета будет дальше, станет получение следующих значений:

Разбираем пример

Контур предположительно состоит из десяти радиаторов, имеющих мощность по 1 кВт. Расчетный отрезок будет представлен в виде трубы, располагающейся между радиатором и источником тепла (котлом). Подразумевается, что на участке присутствует труба одинакового диаметра.

На первом этапе проводится расчет перемещения 10 кВт тепловой энергии, а во второй ситуации в расчет будет включено уже 9 кВт, чтобы обеспечить постепенное уменьшение значения. Гидросопротивление принято рассчитывать как для подачи, так и для обратки.

Базовую формулу для вычисления в однотрубной схеме для расчетного участка на расход теплоносителя принято брать следующую:

в которой присутствуют следующие значения:

Автоматизировать процесс помогают различные программы для расчета системы отопления, скачать бесплатно их можно на многих сайтах.

Значения скорости воды и потери давления на трение

Место размещения трубопровода

Для расчетов понадобятся также следующие данные:

Значение перепадов давления

Расчет перепадов давления также относится к приоритетному вопросу во время монтажа отопления. На перепады влияют наличие следующих факторов:

Схема отопления должна содержать расчетную тепловую нагрузку для каждого из отопительных приборов. При монтаже более, чем одного потребителя, понадобится поделить общую нагрузку между всеми элементами.

ВИДЕО: Практический урок гидравлического расчета системы отопления

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

Для чего нужен гидравлический расчет двухтрубной системы отопления
Каждое здание индивидуально. В связи с этим отопление с определением количества тепла будет индивидуальным. Сделать это можно при помощи гидравлического расчета, при этом облегчить задачу может программа и таблица расчета.

Расчет системы отопления дома начинают с выбора топлива, исходя из учета потребностей и особенностей инфраструктуры местности, где расположен дом.

Цель гидравлического расчета, программа и таблица которого есть в сети, заключается в следующем:

Все подсчеты должны производиться по схеме отопления со всеми элементами, которые входят в систему. Подобная схема и таблица должны быть предварительно составлены. Для проведения гидравлического расчета понадобится программа, аксонометрическая таблица и формулы.

Двухтрубная система отопления частного дома с нижней разводкой.

За расчетный объект принимается более нагруженное кольцо трубопровода, после чего определяется необходимое сечение трубопровода, возможные потери давления всего контура отопления, оптимальная площадь поверхности радиаторов.

Проведение подобного расчета, для чего используется таблица и программа, может создать четкую картину с распределением всех сопротивлений в контуре отопления, которые существуют, а также позволяет получить точные параметры температурного режима, расхода воды в каждой части отопления.

Гидравлический расчет в результате должен выстроить наиболее оптимальный план отопления собственного дома. Не нужно полагаться исключительно на свою интуицию. Таблица и программа расчета упростят процесс.

Элементы, которые нужны:

Гидравлический расчет отопительной системы с учетом трубопроводов

Схема систем отопления с насосной циркуляцией и открытым расширительным бачком.

При проведении всех подсчетов будут использоваться основные гидравлические параметры, в том числе гидравлическое сопротивление трубопроводов и арматуры, расход теплоносителя, скорость теплоносителя, а также таблица и программа. Между подобными параметрами есть полная взаимосвязь. На это и необходимо опираться при проведении расчетов.

Пример: если повысить скорость носителя тепла, одновременно повысится и гидравлическое сопротивление у трубопровода. Если будет повышен расход теплоносителя, одновременно может возрасти и скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. Чем большим будет диаметр трубопровода, тем меньшей будет скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. На основе анализа подобных взаимосвязей есть возможность превратить гидравлический расчет в анализ параметров надежности и эффективности полностью всей системы, что может помочь снизить расходы на материалы, которые используются. Стоит помнить, что гидравлические характеристики не отличаются постоянством, с чем могут помочь номограммы.
Гидравлический расчет системы водяного отопления. расход теплоносителя

Возможная схема будущей двухтрубной системы отопления.

Расход теплоносителя напрямую будет зависеть от того, какая тепловая нагрузка придется на теплоноситель во время перемещения им тепла к прибору отопления от теплогенератора. Данный критерий содержит таблица и программа.

Гидравлический расчет подразумевает определение расходного уровня теплоносителя по отношению к заданному участку. Расчетный участок будет представлять собой участок, который имеет стабильный расход теплоносителя и постоянный диаметр.

Пример краткого расчета будет содержать ветку, которая включает в себя 10 киловаттных радиаторов, при этом расход теплоносителя рассчитывается на перенос тепловой энергии на уровне 10 кВт. В данном случае расчетный участок представляет собой отрез от радиатора, который является первым в ветке, до теплогенератора. Однако это только лишь при условии, что подобный участок будет характеризоваться постоянным диаметром. Второй участок будет расположен между первым и вторым радиаторами. Если в первом случае высчитывается расход переноса 10-киловаттной энергии тепла, то на втором участке количество энергии, которое рассчитывается, составит 9 кВт с возможным постепенным уменьшением по мере проведения подобных расчетов.

Схема отопления с естественной циркуляцией.

Гидравлическое сопротивление будет рассчитываться одновременно до обратного и подающего трубопроводов.

Гидравлический расчет подобного отопления заключается в вычислении расхода теплоносителя по формуле для расчетного участка:

G уч = (3,6*Q уч)/(c*(t r-t o)), где Q уч — тепловая нагрузка участка, который рассчитывается (в Вт). Данный пример содержит нагрузку тепла на 1 участок в 10000 Вт или 10 кВт, с — (удельная теплоемкость для воды) постоянная, которая равняется 4,2 кДж (кг*°С), t r — температура теплоносителя в горячем виде в системе отопления, t o — температура холодного теплоносителя в системе отопления.
Гидравлический расчет отопительной гравитационной системы: скорость потока теплоносителя

Схема системы теплоснабжения распределителей.

За минимальную скорость теплоносителя следует принять пороговое значение 0,2-0,26 м/с. Если скорость меньше, из теплоносителя может выделяться избыточный воздух, что способно привести к появлению воздушных пробок. Это, в свою очередь, будет служить причиной полного или частичного отказа отопительной системы. Касательно верхнего порога, скорость теплоносителя должна быть 0,6-1,5 м/с. Если скорость не поднимется выше этого показателя, в трубопроводе не смогут образовываться гидравлические шумы. Практика показывает, что для отопительных систем оптимальный скоростной диапазон составляет 0,4-0,7 м/с.

Если есть необходимость в проведении более точного расчета диапазона скорости теплоносителя, понадобится брать в расчет параметры материалов трубопроводов в системе отопления. Говоря более точно, будет необходим коэффициент шероховатости для внутренних трубопроводных поверхностей. Например, если речь пойдет о стальных трубопроводах, оптимальной будет скорость теплоносителя на уровне 0,26-0,5 м/с. Если имеется полимерный или медный трубопровод, скорость есть возможность увеличить до 0,26-0,7 м/с. Если есть желание перестраховаться, необходимо внимательно почитать, какая скорость рекомендуется изготовителями оборудования для отопительных систем.

Более точный диапазон скорости теплоносителя, которая рекомендуется, будет зависеть от материала трубопроводов, которые применяются в отопительной системе, точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопровода. К примеру, для стальных трубопроводов рекомендуется придерживаться скорости теплоносителя от 0,26 до 0,5 м/с. Для полимерных и медных (полиэтиленовые, полипропиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,26 до 0,7 м/с. Есть смысл пользоваться рекомендациями от изготовителя, если они имеются.
Расчет гидравлического сопротивления отопительной гравитационной системы: потеря давления

Потери давления на определенных участках, что может называться термином «гидравлическое сопротивление», представляют собой сумму полностью всех потерь на гидравлическое трение и локальных сопротивлениях. Такой показатель, который измеряется в Па, можно высчитать по формуле:

Руч = R * l + ((p * v2) / 2) * E3, где v — скорость теплоносителя, который используется (измеряется в м/с), p — плотность теплоносителя (измеряется в кг/м³), R — потери давления в трубопроводе (измеряется в Па/м), l — расчетная длина трубопровода на участке (измеряется в м), E3 — сумма всех коэффициентов локальных сопротивлений на оборудованном участке и запорно-регулирующей арматуры.

Общее гидравлическое сопротивление представляет собой сумму сопротивлений расчетных участков. Данные содержит следующая таблица (ИЗОБРАЖЕНИЕ 6).
Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной отопительной системы: выбор основной ветви

Гидравлический расчет трубопроводов.

Если система гидравлики будет характеризоваться попутным движением теплоносителя, для двухтрубной системы необходимо выбрать кольцо наиболее загруженного стояка через прибор отопления, расположенный снизу.

Если система будет характеризоваться тупиковым движением носителя тепла, для двухтрубной конструкции необходимо выбрать кольцо нижнего отопительного прибора для наиболее загруженного из самых удаленных стояков.

Если речь будет идти о горизонтальной отопительной конструкции, нужно выбрать кольцо через самую загруженную ветвь, которая относится к нижнему этажу.

Вернуться к оглавлению

Пример гидравлического расчета двухтрубной гравитационной системы отопления

Расчет системы теплоснабжения распределителей.

Отопительные приборы горизонтальной двухтрубной системы отопления подсоединяются к отопительной системе при помощи распределителя, который разделяет отопление на 2 системы: снабжение тепла распределителям (между распределителями и тепловым пунктом), а также отопление от распределителей (между отопительными приборами и распределителем).

В большинстве случаев схема отопительной системы выполняется в виде раздельных схем:

В качестве примера предлагается гидравлический расчет 2-х трубной системы отопления с нижней разводкой в двухэтажном административном здании. Теплоснабжение устраивается от встроенной топочной.

Имеются следующие исходные данные:

Для данной двухтрубной системы отопления нужно установить насос с управлением скоростью вращения. Для того, чтобы подобрать циркуляционный насос, понадобится определить значения подачи V н, м³/ч и напора P н, кПа.

Подача насоса идентична расчетному расходу в отопительной системе:

Требуемый напор P н, который равен расчетным потерям давления отопления A P со, определяется суммой следующих составляющих:

P н = A P co = OA P уч.с.т + OA P уч.от + A P распр.

Для подсчета OA P уч.с.т и OA P уч.от циркуляционного расчетного кольца следует выполнить схему системы теплоснабжения и схему отопления от распределителя «3»

На схеме отопительной системы от распределителя «3» нужно распределить тепловые нагрузки помещений Q4 (расчетные потери помещением теплоты) по приборам отопления, которые суммируются по распределителям. Далее на расчетной схеме указываются тепловые нагрузки распределителей.

В зависимости от теплопроизводительности топочной, которая требуется, могут функционировать оба котла либо только один из них (в весенний и летний периоды времени). Каждый из котлов имеет отдельный циркуляционный контур с насосом Р1, в котором будет постоянный расход теплоносителя и одинаковая температура теплоносителя t г = 80°С на протяжении года.

В бойлере 2 температура воды t г = 55°С водоснабжения может обеспечиваться за счет двухпозиционного регулятора температуры, который управляет включением насоса P2. В отоплении циркуляцию теплоносителя будет обеспечивать насос с электронным управлением Р3. Температура подающей воды отопительной системы изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха при помощи следящего электронного регулятора 11, который воздействует на трехходовой регулирующий клапан.

Гидравлический расчет системы снабжения тепла распределителей может быть выполнен с использованием первого направления. В качестве расчетного основного циркуляционного кольца нужно выбрать кольцо через нагруженный прибор отопления самого нагруженного распределителя «3».

Диаметры участков магистральных теплопроводов d y, мм подбираются при помощи номограммы, задаваясь водной скоростью 0,4-0,5 м/с.

Характер использования номограммы изображает таблица (пример участка №1) G уч = 7581 кг/ч. Рекомендуется при этом ограничиваться удельной потерей давления на трение R не больше 100 Па/м. На местные сопротивления Z, Па потери давления определяются согласно номограммам как функция Z = f (Oae). Результаты гидравлического расчета содержит таблица.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений Oae для каждого из участков основного циркуляционного кольца должна определяться следующим образом:

На участке №1 сопротивление клапана должно определяться по монограмме производителя для обратного клапана d y = 65 мм, G уч = 7581 кг/ч, это составляет:

На участке №1а сопротивление фильтра d = 65 мм должно определяться по значению пропускной способности, которую он имеет k v = 55 м3/ч.

A Pф = 0,1. (G | k v) 2 = 0,1. (7581 / 55) 2 = 1900 Па.

Типовой размер трехходового клапана выбирается, задаваясь необходимой величиной: k v = (2 G…3 G), то есть k v > 2. 7,58 = 15 м3/ч.

Принимается клапан d = 40 мм, k v = 25 м3/ч.

Сопротивление его составит:

A P кл = 0,1. (G | k v) 2 = 0,1. (7581 / 25) 2 = 9200 Па.

Следовательно, потери давления снабжения тепла распределителей равняются:

OA P уч.с.т = 21514 Па (21,5 кПа).

Подсчет оставшейся части снабжения тепла распределителей с подбором трубопроводных диаметров производится таким же образом.

Для расчета OA P уч.с.т отопительной системы от распределителя «3», следует выбрать расчетное основное циркуляционное кольцо через самое нагруженное устройство отопления Q пр = 1500 Вт (Ветка «В»).

Гидравлический расчет выполняется с использованием 1-го направления.

Диаметры участков теплопроводов d y, мм подбираются при помощи номограммы для металлополимерных труб, при этом скорость воды — не больше 0,5-0,7 м/с.

Характер пользования номограммой изображается рисунке (пример участков №1 и №4). Рекомендуется при этом ограничиваться удельной потерей давления на трение R не больше 100 Па/м.

Потери давления на сопротивления Z, Па определяется как функция Z = f (Oae).

Гидравлический расчет системы отопления: главные цели и задачи выполнения данного действия

Эффективность отопительной системы вовсе не гарантируют качественные трубы и высокопроизводительный теплогенератор.

Наличие ошибок, допущенных при монтаже, может свести на нет работу котла, работающего на полную мощность: либо в помещениях будет холодно, либо затраты на энергоносители будут неоправданно высокими.

Поэтому важно начинать с разработки проекта, одним из важнейших разделов которого является гидравлический расчет системы отопления.

Расчет гидравлики водяной системы отопления

Теплоноситель циркулирует по системе под давлением, которое не является постоянной величиной. Оно снижается из-за наличия сил трения воды о стенки труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Домовладелец также вносит свою лепту, корректируя распределение тепла по отдельным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева теплоносителя повышается и наоборот – падает при ее снижении.

Чтобы избежать разбалансировки отопительной системы, необходимо создать условия, при которых к каждому радиатору поступает столько теплоносителя, сколько необходимо для поддержания заданной температуры и восполнения неизбежных теплопотерь.

Главной целью гидравлического расчета является приведение в соответствие расчетных расходов по сети с фактическими или эксплуатационными.

На данном этапе проектирования определяются:

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

Первым делом проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и выполняет теплотехнический расчет. В итоге у него появляется информация о количестве тепла, необходимом для каждого помещения. После этого выбираются отопительные приборы и источник тепла.

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

На стадии разработки принимается решение о типе отопительной системы и особенностях ее балансировки, подбираются трубы и арматура. По окончании составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указанием:

Все участки системы, узловые точки маркируются, подсчитывается и наносится на чертеж длина колец.

Расчет диаметра труб

Расчет сечения труб должен опираться на результаты теплового расчета, обоснованные экономически:

Кроме того, в расчете должна учитываться скорость движения рабочей жидкости (теплоносителя) — V. Ее оптимальная величина находится в диапазоне 0,3-0,7 м/с. Скорость обратно пропорциональна внутреннему диаметру трубы.

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

Для расчетов потребуется еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она обозначается буквой Q, измеряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Кроме вышеперечисленных исходных данных для расчета потребуются параметры отопительной системы – длина каждого участка с указанием приборов, подключенных к нему. Эти данные для удобства можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Таблица параметров участков

Длина участка в метрах

Расчет диаметров труб достаточно сложный, поэтому проще воспользоваться справочными таблицами. Их можно найти на сайтах производителей труб, в СНиП или специальной литературе.

Монтажники при подборе диаметра труб пользуются правилом, выведенным на основании анализа большого числа отопительных систем. Правда, это касается только небольших частных домов и квартир. Практически все отопительные котлы оборудованы патрубками подачи и обратки ¾ и ½ дюйма. Такой трубой и выполняется разводка до первого разветвления. Далее на каждом участке размер трубы уменьшают на один шаг.

Такой подход не оправдывает себя, если в доме имеется два или более этажей. В этом случае приходится производит полноценный расчет и обращаться к таблицам.

Вычисление местных сопротивлений

Местные сопротивления возникают в трубе и арматуре. На величину данных показателей влияют:

Сопротивление рассчитывается для каждого участка, который характеризуется постоянным диаметром и неизменным расходом теплоносителя (в соответствии с тепловым балансом помещения).

Исходные данные для расчета:

Гидравлическое сопротивление — ∆P на участке сети рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха.

Символ ξ в формуле означает коэффициент местного сопротивления.

Если в доме стоит печка, отопить она сможет лишь небольшое помещение. Установка батарей отопления в частном доме большой площади обязательна, так как в противном случае отдаленные от печи комнаты отапливаться не будут.

Гидравлическая увязка

Балансировка перепадов давления в отопительной системе выполняется посредством регулирующей и запорной арматуры.

Гидравлическая увязка системы производится на основании:

Установочные характеристики – перепад давления, крепление, пропускная способность – задаются для каждого клапана. По ним определяют коэффициенты затекания теплоносителя в каждый стояк, а затем – в каждый прибор.

Потери давления прямо пропорциональны квадрату расхода теплоносителя и измеряются в кг/ч, где

S — произведение динамического удельного давления, выраженного в Па/(кг/ч), и приведенного коэффициента для местных сопротивлений участка (ξпр).

Приведенный коэффициент ξпр является суммой всех местных сопротивлений системы.

Определение потерь

Гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца представляет собой сумму потерь его составляющих элементов:

Сумма всех этих величин и дает полное гидравлическое сопротивление системы ∆Pсо.

Гидравлический расчет системы отопления — пример расчета

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

Диаметры участков трубопроводов подобраны с использованием номограммы для заданной скорости теплоносителя 0,4-0,5 м/с.

На участке 1 установлен клапан dу 65. Его сопротивление согласно информации производителя составляет 800 Па.

На участке 1а установлен фильтр диаметром 65 мм и с пропускной способностью 55 м3/ч. Сопротивление этого элемента составит:

0,1 х (G/kv) х 2 = 0,1 х (7581/55) х 2 = 1900 Па.

Варианты двухтрубной отопительной системы

Сопротивление трехходового клапана dу = 40 мм и kv = 25 м3/ч составит 9200 Па.

Суммарные потери давления в системе снабжения теплом распределителей будут равняться 21514 Па или приблизительно 21,5 кПа.

Самодельная печь хорошо подойдет для обогрева дачного домика или подсобного помещения. Печка из газового баллона своими руками — смотрите инструкцию по изготовлению.

Аналогичным образом производится расчет остальных частей системы теплоснабжения распределителей. При расчете системы отопления от распределителя выбирается основное циркуляционное кольцо через наиболее нагруженное отопительное устройство. Гидравлический расчет производится с использованием 1-го направления.

Источник