Рассмотрим подробный расчет системы отопления частного дома. В нем представлена информация обо всех источниках тепла – как основных, так и вспомогательных, описаны все особенности монтажа.
Нередко еще на начальном этапе строительства частного дома возникает вопрос, касающийся системы отопления.
Ведь правильно подобранное оборудование и выполненный монтаж позволят вам на протяжении многих лет наслаждаться теплом и уютом в собственном доме, получая высокий кпд системы отопления.
Однако для создания такой качественной системы необходимо провести тщательный предварительный расчет системы отопления.
На сегодняшний день большинство владельцев частных домов, планируя отопительную систему, останавливают свой выбор на водяном отоплении. Рассмотрим, как же правильно производится расчет для нее.
Современные отопительные элементы
Крайне редко можно сегодня увидеть дом, в котором отопление выполняется исключительно воздушными источниками.
К ним можно отнести электрические отопительные приборы: тепловентиляторы, радиаторы, УФО, тепловые пушки, электрические камины, печи.
Рациональнее всего использовать их в качестве вспомогательных элементов при стабильно работающей основной отопительной системе. Причина их «второстепенности» — достаточно высокая себестоимость электроэнергии.
Основные элементы системы отопления
При планировании отопительной системы любого типа важно знать, что есть общепринятые рекомендации, касающиеся удельной мощности используемого нагревательного котла. В частности, для северных регионов страны она составляет примерно 1,5 – 2,0 кВт, в центральных — 1,2 – 1,5 кВт, в южных — 0,7 – 0,9 кВт.
При этом перед тем, как рассчитать систему отопления, для вычисления оптимальной мощности котла следует воспользоваться формулой:
W кот. = S*W / 10.
Расчет системы отопления зданий, а именно – мощности котла – важный этап при планировании создания отопительной системы. При этом важно обратить особенное внимание на следующие параметры:
- суммарная площадь всех помещений, которые будут подключены к отопительной системе – S;
- рекомендованная удельная мощность котла (параметр, зависящий от региона).
Для того чтобы максимально упростить расчет системы отопления онлайн, в некоторых случаях в качестве рекомендованной мощности котла можно брать 1.
Допустим, что необходимо рассчитать емкость системы отопления и мощность котла для дома, в котором суммарная площадь помещений, которые необходимо отапливать S = 100 м2. При этом возьмем рекомендованную удельную мощность для центральных регионов страны и подставим данные в формулу. Получим:
W кот. = 100*1,2/10=12 кВт.
Что следует учитывать при планировании отопления
Подбирая наиболее подходящий тип отопительной системы, непременно следует учитывать площадь дома. Это важно, поскольку, например, однотрубная система с естественной циркуляцией прекрасно себя показывает только в домах, площадь которых не превышает 100 м2. А вот в доме, площадь которого значительно больше, она функционировать не сможет по причине довольно большой инертности.
Система отопления частного дома
Таким образом, предварительный расчет давления в системе отопления и планирование отопительной системы необходимы для того чтобы найти и спроектировать систему, использование которой в доме будет наиболее эффективным.
На стадии предварительного планирования необходимо постараться учесть все особенности архитектуры строения.
В частности, если здание достаточно большое и, соответственно, – площадь помещений, которые подлежат отапливанию, тоже большая, наиболее целесообразным является внедрение отопительной системы с насосом, который будет осуществлять циркуляцию теплоносителя.
При выборе места для установки циркуляционного насоса важно помнить одну особенность – при постоянном контакте с горячим теплоносителем отдельные элементы насоса значительно быстрее выходят из строя.
То есть, для более длительной работы оборудования такого типа его следует устанавливать на контур обрата, по которому уже остывший теплоноситель возвращается для повторного нагрева к котлу.
Система отопления с циркуляционным насосом
При этом есть определенные параметры, которым должен соответствовать циркуляционный насос:
- продолжительный срок эксплуатации;
- низкий уровень энергопотребления;
- высокая мощность;
- надежность;
- простота эксплуатации;
- бесшумность и отсутствие вибрации во время работы.
Расчет отопительной системы
При планировании отопительной системы для частного дома наиболее сложным и ответственным этапом является проведение гидравлических расчетов – нужно определить сопротивление системы отопления.
Тем, кто никогда прежде не сталкивался с подобным, не рекомендуется производить объем системы отопления расчет самостоятельно. Гораздо лучше – обратится к специалистам, которые выполнят данную работу максимально качественно и быстро.
Ведь, берясь самостоятельно как рассчитать объем системы отопления, так и далее планировать систему, мало кто знает, что предварительно необходимо произвести некоторые графически-проектные работы. В частности, следует определить и отобразить на плане отопительной системы такие параметры:
- тепловой баланс помещений, в которых будут расположены отопительные приборы;
- тип наиболее подходящих отопительных приборов и теплообменных поверхностей, указать их на предварительном плане отопительной системы;
- наиболее подходящий тип отопительной системы, подобрать наиболее подходящую конфигурацию. Также следует создать подробную схему расположения нагревательного котла, трубопровода.
- выбрать тип трубопровода, определить необходимые для качественной работы дополнительные элементы (вентили, клапаны, датчики). Указать на предварительной схеме системы их расположение.
- создать полную аксонометричную схему. В ней следует указать номера участков, их продолжительность и уровень тепловой нагрузки.
- спланировать и отобразить на схеме основной отопительный контур. При этом важно учесть максимальный расход теплоносителя.
Принципиальная схема отопления
Двухтрубная отопительная система
Для любой отопительной системы расчетным участком трубопровода является тот сегмент, диаметр на котором не изменяется и где происходит стабильный расход теплоносителя. Последний параметр вычисляется из теплового баланса помещения.
Для расчета двухтрубной системы отопления следует провести предварительную нумерацию участков. Начинается она с нагревательного элемента (котла). Все узловые точки подающей магистрали, в которых происходит разветвление системы, необходимо отмечать заглавными буквами.
Двухтрубная отопительная система
Соответственные узлы, расположенные на сборных магистральных трубопроводах, следует обозначать черточками. Места ответвления приборных веток (на узловом стояке) чаще всего обозначаются арабскими цифрами.
Эти обозначения соответствуют номеру этажа (в случае, если внедрена горизонтальная отопительная система) или номеру стояка (вертикальная система).
При этом в месте соединения потока теплоносителя данный номер обозначается дополнительным штрихом.
Для максимально качественного выполнения работы следует нумеровать каждый участок. При этом важно учитывать, что номер должен состоять из двух значений – начала и конца участка.
Вертикальная отопительная система
При разработке предварительной план-схемы вертикальной отопительной системы для нумерации стояков следует использовать арабские цифры.
При этом начало нумерации следует проводить от квартиры, которая на схеме изображена в верхнем левом углу, и постепенно перемещаться по часовой стрелке.
Предварительный план со строгим соблюдением масштабности позволяет определить продолжительность отдельного участка отопительной системы с точностью до 0,1 м.
Вертикальная отопительная система
При планировании отопительной системы дома особое внимание программа для расчета системы отопления должна уделить определению тепловой нагрузки участков.
Для этого следует вычислить плотность теплового потока, который отдается теплоносителем.
При этом изначально выясняется уровень распределения тепловой нагрузки для всех отопительных элементов, присутствующих в сети, а уже после этого определяют и тепловую нагрузку отдельных участков системы.
При отображении тепловой нагрузки участка (Qi-j) на плане ее показывают над выносной линией. А под этой чертой обозначена продолжительность данного отрезка системы.
Однотрубная отопительная система
Пример расчета системы отопления, выполняемый при планировании однотрубной системы, является несколько более простым по сравнению с системой двухтрубной.
Прежде всего, он содержит меньше особенностей, которые проявляются при определении необходимой для качественного отопления площади поверхности нагревательного элемента.
Кроме того, в такой системе возникает сравнительно меньше сложностей при определении продолжительности и диаметра участков замыкающих.
Первым этапом расчетов для однотрубной отопительной системы является определение наиболее подходящего диаметра стояков.
При этом важным фактором является уровень давления в трубе.
С другой стороны, расчеты можно производить и несколько по-иному – изначально определить диаметры трубы, используемой для основного контура, и только после этого – для замыкающих сегментов системы.
При этом важно отобразить результаты исследований на графике – ведь в его помощью в дальнейшем будет производиться расчет коэффициента затекания.
Следует помнить, что количество воды, циркулирующей в системе, может изменяться под количеством многочисленных факторов. По этому, не следует относиться к количеству воды в системе, как к постоянной величине.
Гидравлический расчет системы отопления: формулы и онлайн-калькулятор, диаметр труб и циркуляционный насос
Отопление
26.09.2018
4.9 тыс.
3.3 тыс.
4 мин.
Для корректного проведения гидравлического расчета отопления потребуется изучить основную терминологию, чтобы лучше понять происходящие процессы в пределах системы. К примеру, увеличение скорости нагретой рабочей жидкости может спровоцировать параллельное увеличение гидросопротивления в магистралях трубопровода. Измеряется сопротивление системы отопления в метрах водного столба.
Основные ошибки монтажа отопления дома. Системы.отопление дома.
Большинство классических схем теплоснабжения состоит из следующих обязательных элементов:
С помощью регулировочной арматуры проводится увязка отопительной системы. Каждому элементу присуща своя индивидуальная техническая характеристика, которая используется для гидравлического расчета системы отопления.
Онлайн-калькулятор или таблица excel с формулами и алгоритмами вычислений смогут в значительной степени упростить эту задачу.
Эти программы предоставляются абсолютно бесплатно и никак не повлияют на бюджет проекта.
Как произвести гидравлические испытания систем отопления
Чтобы рассчитать гидравлику отопительной системы, понадобится информация по тепловому расчету и аксонометрической схеме. Для подбора сечения труб используются целесообразные, с экономической точки зрения, итоговые данные теплорасчета:
Оптимальной разницей температур между горячей и охлажденной рабочей жидкостью для двухтрубного контура является значение 20 ºC. Δtco = tг — tо = 90 ºС — 70 ºС = 20 ºС, где tг — температура горячей воды, tо — температура охлажденного теплоносителя.Чтобы определить внутренний диаметр каждого участка, используют таблицу. Предварительно каждая отопительная ветвь разбивается на сегменты начиная с самой конечной точки. Разбивка осуществляется исходя из расхода теплоносителя, который варьируется от одного отопительного элемента к другому. Новый сегмент начинается после каждого отопительного прибора.
На первом сегменте определяют значение массового расхода теплоносителя, отталкиваясь от показателя мощности последней батареи: G = 860q / ∆t, где q — мощность отопительного элемента (кВт).
Теплоноситель на первом участке рассчитывается следующим образом: 860 x 2 / 20 = 86 кг/ч. Полученные результаты непосредственно наносятся на аксонометрическую схему, однако, чтобы продолжить дальнейшие вычисления, полученное итоговое значение потребуется перевести в другие единицы измерения — литры в секунду.
Для выполнения конвертации применяют формулу: GV = G / 3600 х ρ, где GV — ёмкостное потребление жидкости (л/сек), ρ — показатель плотности теплоносителя (при температуре 60 ºС составляет 0,983 кг/литр).
Получается: 86 ÷ 3600 x 0,983 = 0,024 л/сек. Необходимость в конвертации меры физической величины обосновывается использованием табличных значений, при помощи которых определяется сечение трубопровода.
Читайте также: Монтаж воздуховодов: правила монтажа и схемы установки
Гидравлический расчет систем водоснабжения в Revit (Revit+liNear Analyse Potable Water)
Чтобы определить относительные теплопотери на сцепление в магистрали, применяют следующее приближенное уравнение: R = 510 4 v 1.9 / d 1,32 (Па/м). Применение данного уравнения оправдано для скоростей не более 1,25 м/с.
Если известно значение потребления горячей воды, то применяют приближенное уравнение для нахождения сечения внутри трубы: d = 0,75 √G (мм). После получения результата потребуется обратиться к специальной таблице, чтобы получить сечение условного прохода.
Самым утомительным и требующим больших затрат труда будет вычисление местного сопротивления в соединительных частях трубопровода, регулирующих клапанах, задвижках и отопительных приборах.
Существуют два класса отопительных насосов: с роторами мокрого и сухого типа. Для отопительной системы частного домовладения с небольшой протяженностью трубопровода лучше всего подойдет насос мокрого типа. С помощью ротора, вращающегося в середине корпуса, циркуляция рабочей жидкости ускоряется. Благодаря жидкой среде, в которую помещен ротор, механизм смазывается и охлаждается. Устанавливая насос такого типа, необходимо контролировать горизонтальность вала.
Насосы сухого типа применяются в системах с большой протяженностью. Электродвигатель и рабочая часть разделены уплотнительными кольцами, которые необходимо менять один раз в три года.
Теплоноситель с ротором не контактирует. К преимуществам насосов данного типа можно отнести высокую производительность — примерно 80%.
Из недостатков выделяют высокий уровень шума и контроль за отсутствием пыли в двигателе.
Основным назначением циркуляционного насоса является создание напора теплоносителя, способного справляться с гидравлическим сопротивлением, возникающим в определенных участках магистрали, и обеспечение нужной производительности путем транспортировки тепла в системе, необходимого для прогревания жилища.
Расчет однотрубной системы отопления
Следовательно, выбирая циркуляционный насос, необходимо сделать расчет потребности помещения в теплоэнергии, а также выяснить значение общего гидравлического сопротивления системы теплоснабжения. Не зная этих данных, подобрать соответствующий насос будет крайне сложно.
Электронасос с контроллером мощности подбирают, ориентируясь на производительность, предварительно выставив регулятор в среднее положение.
Такая манипуляция позволит подкорректировать мощность в большую или меньшую сторону при ошибочном действии. Скорости в циркуляционном насосе могут переключаться как в ручном, так и автоматическом режиме.
В зависимости от протяженности трубопровода применяются разные типы отопительных насосов.
Гидравлический расчет и балансировка трубопроводных систем отопления (Revit+liNear Analyse Heating)
Гидравлический расчет системы отопления + расчет по площади
Отопление на основе циркуляции горячей воды – наиболее распространенный вариант обустройства частного дома. Для грамотной разработки системы необходимо иметь предварительные результаты анализа, так называемый гидравлический расчет системы отопления, увязывающий давление на всех участках сети с диаметрами труб.
В представленной статье подробно описана методика вычислений. Чтобы лучше понять алгоритм действий, мы рассмотрели порядок расчета на конкретном примере.
Придерживаясь описанной последовательности, получится определить оптимальный диаметр магистрали, количество отопительных приборов, мощность котла и прочие параметры системы, необходимые для обустройства эффективного индивидуального теплоснабжения.
Понятие гидравлического расчета
Определяющим фактором технологического развития систем отопления стала обычная экономия на энергоноситель. Стремление сэкономить заставляет тщательней подходить к проектированию, выбору материалов, способов монтажа и эксплуатации отопления для жилища.
- Поэтому, если вы решили создать уникальную и в первую очередь экономную систему отопления для своей квартиры или дома, тогда рекомендуем ознакомится с правила расчета и проектирования.
- Перед тем как дать определение гидравлического расчёта системы, нужно ясно и четко понимать, что индивидуальная система отопления квартиры и дома расположена условно на порядок выше относительно центральной системы отопления большого здания.
- Персональная отопительная система базируется на принципиально ином подходе к понятиям тепла и энергоресурса.
Суть гидравлического расчета заключается в том, что расход теплоносителя не задаются заранее с существенным приближением к реальным параметрам, а определяются путем увязки диаметров трубопровода с параметрами давления во всех кольцах системы
Достаточно провести тривиальное сравнение этих систем по следующим параметрам.
Таким образом, гидравлический расчет системы отопления (ГРСО) – это условный набор вычисляемых характеристик отопительной системы, который предоставляет исчерпывающую информацию о таких параметрах, как диаметр труб, количество радиаторов и клапанов.
Данный тип радиаторов устанавливался в большинстве панельных домов на постсоветском пространстве.
Экономия на материалах и отсутствие конструкторской идеи “на лицо”
ГРСО позволяет правильно выбрать водно-кольцевой насос (отопительного котла) для транспортировки горячей воды к конечным элементам системы отопления (радиаторам) и, в конечном результате, иметь максимально уравновешенную систему, что напрямую влияет на финансовые вложения в части отопления жилища.
Еще один тип отопительного радиатора для ЦОС. Это более универсальное изделие, которое может иметь любое количество рёбер. Так можно увеличить или уменьшить площадь теплообмена
Последовательность шагов расчета
Говоря о расчете системы отопления, отмечаем что эта процедура является наиболее неоднозначной и важной в части проектирования.
Перед выполнением расчёта нужно произвести предварительный анализ будущей системы, например:
- установить тепловой баланс во всех и конкретно каждой комнаты квартиры;
- одобрать терморегуляторы, клапаны и регуляторы давления;
- выбрать радиаторы, теплообменные поверхности, теплоотдающие панели;
- определить участки системы с максимальным и минимальным расходом носителя тепла.
Кроме того, надо определить общую схему транспортировки теплоносителя: полный и малый контур, однотрубная система или двухтрубная магистраль.
В результате проведения гидравлического расчёта получаем несколько важных характеристик гидравлической системы, которые дают ответы на следующие вопросы:
- какая должна быть мощность источника отопления;
- какой расход и скорость теплоносителя;
- какой нужен диаметр основной магистрали теплового трубопровода;
- какие возможные потери теплоты и самой массы теплоносителя.
Еще одним важным аспектом гидравлического расчёт является процедура баланса (увязки) всех частей (веток) системы во время экстремальных тепловых режимов с помощью регулирующих приборов.
Выделяют несколько основных видов отопительных изделий: чугунные и алюминиевые многосекционные, стальные панельные, биметаллические радиаторы и ковекторы.
Но наиболее распространёнными являются алюминиевые многосекционные радиаторы
Расчетной зоной трубопроводной магистрали есть участок с постоянным диаметром самой магистрали, а также неизменяемым расходом горячей воды, который определён по формуле теплового баланса комнат. Перечисление расчётных зон начинается от насоса или источника тепла.
Начальные условия примера
Для более конкретного пояснения всех деталей гидравлического просчёта возьмем конкретный пример обычного жилищного помещения. В наличии имеем классическую 2-комнатную квартиру панельного дома, общей площадью 65,54 м2, которая включает две комнаты, кухню, раздельные туалет и ванная, двойной коридор, спаренный балкон.
После сдачи в эксплуатацию получили следующую информацию относительно готовности квартиры. Описываемая квартира включает обработанные шпаклевкой и грунтом стены из монолитных железо-бетонных конструкций, окна из профиля с двух камерными стеклами, тырсо-прессованные межкомнатные двери, керамическая плитка на полу санузла.
Типичный панельный 9-этажный дом на четыре подъезда. На каждом этаже по 3 квартиры: одна 2-комнатная и две 3-комнатных. Квартира расположена на пятом этаже
Кроме того, представленное жильё уже оснащено медной проводкой, распределителями и отдельным щитком, газовой плитой, ванной, умывальником, унитазом, полотенцесушителем, мойкой.
И самое главное в жилых комнатах, ванной и кухне уже имеются алюминиевые отопительные радиаторы. Вопрос относительно труб и котла остаётся открытым.
Как производится сбор данных
Гидравлический расчёт системы в большинстве своём основывается на вычислениях связанных с расчетом отопления по площади помещения.
Поэтому необходимо иметь следующую информацию:
- площадь каждого отдельного помещения;
- габариты оконных и дверных разъёмов (внутренние двери на потери теплоты практически не влияют);
- климатические условия, особенности региона.
Будем исходить из следующих данных. Площадь общей комнаты – 18,83 м2, спальня – 14,86 м2, кухня – 10,46 м2, балкон – 7,83 м2 (сумма), коридор – 9,72 м2 (сумма), ванная – 3,60 м2, туалет – 1,5 м2. Входные двери – 2,20 м2, оконная витрина общей комнаты – 8,1 м2, окно спальни – 1,96 м2, окно кухни – 1,96 м2.
Высота стен квартиры – 2 метра 70 см. Внешние стены изготовлены с бетона класса В7 плюс внутренняя штукатурка, толщиной 300 мм. Внутренние стены и перегородки – несущие 120 мм, обычные – 80 мм. Пол и соответственно потолок из бетонных плит перекрытия класса В15, толщина 200 мм.
Планировка данной квартиры предоставляет возможность создать одну единственную ветку отопления, проходящую через кухню, спальню и общую комнату, что обеспечит среднюю температуру 20-22⁰C в помещениях (+)
Что касаемо окружающей среды? Квартира находится в доме, который расположен в средине микрорайона небольшого города. Город расположен в некой низменности, высота над уровнем моря 130-150 м. Климат умеренно континентальный с прохладной зимой и достаточно тёплым летом.
Средняя годовая температура, +7,6°C. Средняя температура января -6,6°C, июля +18,7°C. Ветер — 3,5 м/с, влажность воздуха средняя — 74 %, количество осадков 569 мм.
Анализируя климатические условия региона, нужно отметить, что имеем дело с большим разбросом температур, что в свою очередь влияет на особое требование к регулировке системы отопления квартиры.
Мощность генератора тепла
Одним из основных узлов отопительной системы является котел: электрический, газовый, комбинированный – на данном этапе не имеет значения. Поскольку нам важна главная его характеристика – мощность, то есть количество энергии за единицу времени, которая будет уходить на отопление.
- Sпомещ – сумма площадей всех комнат, которые требую отопления;
- Wудел – удельная мощность с учётом климатических условий местоположения (вот для чего нужно было знать климат региона).
Читайте также: Утеплитель для труб водопровода: виды теплоизоляции, как выбрать, правила утепления
Что характерно, для разных климатических зон имеем следующие данные:
- северные области – 1,5 – 2 кВт/м2;
- центральная зона – 1 – 1,5 кВт/м2;
- южные регионы – 0,6 – 1 кВт/м2.
Эти цифры достаточно условны, но тем не менее дают явный численный ответ относительно влияния окружающей среды на систему отопления квартиры.
На данной карте представлены климатические зоны с разными температурными режимами.
От расположения жилья относительно зоны и зависит сколько нужно тратить на обогрев метра квадратного кВатт энергии (+)
Сумма площади квартиры которую необходимо отапливать – равна общей площади квартиры и равна, то есть – 65,54-1,80-6,03=57,71 м2 (минус балкон). Удельная мощность котла для центрального региона с холодной зимой – 1,4 кВт/м2. Таким образом, в нашем примере расчётная мощность котла отопления эквивалентна 8,08 кВт.
Динамические параметры теплоносителя
Переходим к следующему этапу расчетов – анализ потребления теплоносителя. В большинстве случаев система отопления квартиры отличается от иных систем – это связанно с количеством отопительных панелей и протяженностью трубопровода. Давление используется в качестве дополнительной “движущей силы” потока вертикально по системе.
В частных одно- и многоэтажных домах, старых панельных многоквартирных домах применяются системы отопления с высоким давлением, что позволяет транспортировать теплоотдающее вещество на все участки разветвлённой, многокольцевой системы отопления и поднимать воду на всю высоту (до 14-ого этажа) здания.
Напротив, обычная 2- или 3- комнатная квартира с автономным отоплением не имеет такого разнообразия колец и ветвей системы, она включает не более трех контуров.
А значит и транспортировка теплоносителя происходит с помощью естественного процесса протекания воды. Но также можно использовать циркуляционные насосы, нагрев обеспечивается газовым/электрическим котлом.
Рекомендуем применять циркуляционный насос для отопления помещений более 100 м2. Монтировать насос можно как до так и после котла, но обычно его ставят на “обратку” – меньше температура носителя, меньше завоздушенность, больше срок эксплуатации насоса
Специалисты в сфере проектирования и монтажа систем отопления определяют два основных подхода в плане расчёта объёма теплоносителя:
С прагматичной точки зрения нужно учитывать, тот факт что наверное система отопления будет не только подавать горячую воду для комнаты, но и нагревать воду для ванной/душа, умывальника, раковины и сушилки, а может и для гидромассажа или джакузи. Этот вариант попроще.
Поэтому в данном случае рекомендуем установить 13,5 литров на единицу мощности. Умножив этот число на мощность котла (8,08 кВт) получаем расчётный объём водяной массы – 109,08 л.
- Вычисляемая скорость теплоносителя в системе является именно тем параметром, который позволяет подбирать определённый диаметр трубы для системы отопления.
- Она высчитывается по следующей формуле:
- V = (0,86*W*k)/t-to,
- где:
- W – мощность котла;
- t – температура подаваемой воды;
- to – температура воды в обратном контуре;
- k – кпд котла (0,95 для газового котла).
Подставив в формулу расчетные данные, имеем: (0.86 * 8080* 0.95)/80-60 = 6601,36/20=330кг/ч. Таким образом за один час в системе перемещается 330 л теплоносителя (воды), а ёмкость системы около 110 л.
Определение диаметра труб
Для окончательного определения диаметра и толщины отопительных труб осталось обсудить вопрос относительно потерь теплоты.
Максимальное количество тепла уходит из помещения через стены – до 40%, через окна – 15%, пол – 10%, всё остальное через потолок/крышу. Для квартиры характерны потери в основном через окна и балконные модули
Существует несколько видов потерь теплоты в отапливаемых помещениях:
В расчёт можно только взять потери через фасадную часть квартиры – балкон и центральное окно общей комнаты. Но это вопрос закрывается за счёт дополнения 2-3 секций к каждому из радиаторов.
Значение диаметра труб подбирают по расходу теплоносителя и скорости его циркуляции в отопительной магистрали
Анализируя выше изложенную информацию, стоит отметить что для рассчитанной скорости горячей воды в системе отопления известна табличная скорость перемещения частиц воды относительно стенки трубы в горизонтальном положении 0,3-0,7 м/с.
В помощь мастеру представляем так называемый чек-лист проведения вычислений для типичного гидравлического расчёта системы отопления:
- сбор данных и расчёт мощности котла;
- объём и скорость теплоносителя;
- потери теплоты и диаметр труб.
Иногда при просчёте можно получить достаточно большой диаметр трубы, что бы перекрыть расчётный объём теплоносителя. Эту проблему можно решить увеличением литража котла или добавлением дополнительного расширительного бака.
На нашем сайте есть блок статей, посвященных расчету отопительной системы, советуем ознакомиться:
Выводы и полезное видео по теме
Пытаетесь самостоятельно провести гидравлический расчет отопительной системы? А может, не согласны с изложенным материалом? Ждем ваших комментариев и вопросов – блок для обратной связи расположен ниже.
Гидравлический расчет системы водяного отопления — PDF Free Download
1 Гидравлический расчет системы водяного отопления
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА Гидравлический расчет проводится по законам гидравлики. Расчет основан на следующем принципе: при установившемся движении воды действующая в системе разность давлений (насосного и естественного) полностью расходуется на преодоление сопротивления движению.
Правильный гидравлический расчет предопределяет работоспособность системы отопления. На основе гидравлического расчета осуществляется выбор диаметра труб d, мм, обеспечивающий при располагаемом перепаде давления в системе отопления ΔP o, Па, пропуск заданных расходов теплоносителя G, кг/ч.
Перед гидравлическим расчетом должна быть выполнена пространственная схема системы отопления в аксонометрической проекции. Задачей гидравлического расчета является выбор экономически целесообразного диаметра труб системы отопления, обеспечивающих при заданном ΔP p пропуск расчетных расходов воды по всем участкам и всем отопительным приборам.
Потери давления в общем виде в системе отопления складываются из потерь давления на трение и потерь давления на местные сопротивления.
3 Величина потерь давления на трение на участке трубопровода определяется по уравнению Дарси-Вейсбаха: P mp = (λ /d b ) ((ν 2 ρ)/2), (1) где (ν 2 ρ)/2 динамическое давление; λ коэффициент гидравлического сопротивления, характеризующий потери давления на трение и зависит от характера движения жидкости; d b внутренний диаметр, мм; v скорость движения воды в трубопроводе, м/с; ρ плотность воды, кг/м3. Потери давления на местные сопротивления зависит от вида местного сопротивления и структуры потока, и определяется по уравнению: P mp = ξ (ν 2 ρ)/2, (2) где ξ коэффициент местного сопротивления, (запорно-регулирующая арматура, тройники, отводы, сужения, расширения и т.д.).
4 Kоэффициент местного сопротивления показывает потерю давления, выраженную в долях динамического давления потока. Рассмотрим линейные потери давления в системе отопления ΔP co, Па, уравнение: (3) где l длина трубы, м; или ΔP co = R l + z, где R удельные потери давления на 1 м трубы, Па/м; z потери давления в местных сопротивлениях, Па.
5 Определение располагаемого перепада давления в системе отопления. Располагаемый перепад давления для создания циркуляции воды ΔP p, Па, определяется по формуле: а) в носовой вертикальной однотрубной бифилярной системе с качественным регулированием теплоносителя: — с верхней разводкой: ΔP p = ΔP н + ΔP e.np + ΔP e.mp, — с нижней разводкой магистралей: ΔP p = ΔP н + ΔP e.np,
6 б) в носовой горизонтальной однотрубной и бифилярной вертикальной двухтрубной системах: — с верхней разводкой: ΔP p = ΔP н + 0,4(ΔP e.np + ΔP e.mp ), — с нижней разводкой магистралей: ΔP p = ΔP н + 0,4 ΔP e.
np, где ΔP e.np, ΔP e.
mp естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды соответственно в отопительных приборов и трубах циркуляционного кольца, Па; ΔP н давление, создаваемое циркуляционным насосом, Па.
7 Сейчас применяют множество методик гидравлического расчета, они трудоемки и чаще всего рассчитывают с помощью ЭВМ: — метод удельных потерь давления на трение; — метод сложения характеристик сопротивления; — метод динамического давления; — метод приведенных длин; — метод перемещения единицы объема воды; — метод эквивалентных сопротивлений. Чаще всего применяют первые две методики расчета. Первая: для расчета однотрубных и двухтрубных систем отопления. Вторая: только для однотрубных систем отопления.
8 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ПО УДЕЛЬНЫМ ПОТЕРЯМ ДАВЛЕНИЯ НА ТРЕНИЕ При расчете по этому способу линейные потери давления от трения R, Па/м, и местные потери давления, Z, Па, в системе отопления ΔP co, Па, находят по формуле: ΔP co = k (R l + z), (4) где l длина трубы, м; k переводной коэффициент (для СИ — k=1,0; для МКГСС — k=1,102); z потери давления в местных сопротивлениях, Па. Рассмотрим последовательность выполнения гидравлического расчета.
9 Рисунок 1. а) Двухтрубная тупиковая система отопления
10 Рисунок 1. б) Двухтрубная система отопления с попутным движением теплоносителя
11 1) На аксонометрической схеме выбирается главное циркуляционное кольцо. В двухтрубных системах водяного отопления (рис.
1) оно проходит при тупиковой разводке магистралей через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного и удаленного от теплового центра стояка, а при попутном движении воды в магистралях через нижний прибор наиболее нагруженного среднего стояка; Главное циркуляционное кольцо начинается от узла управления по ходу движения теплоносителя.
В однотрубных схемах отопления при тупиковом движении теплоносителя это кольцо через наиболее нагруженный и удаленный от теплового пункта стояк, а при попутной схеме через наиболее нагруженный средний стояк. В двухтрубных системах кольцо через нижний отопительный прибор аналогично выбранных стояков.
12 Рисунок 2. Однотрубная система отопления: а тупиковая; б с попутным движение теплоносителя.
13 2) Главное циркуляционное кольцо разбиваем на расчетные участки (Участок отрезок магистрали с постоянным G теплоносителя), где указывается G, кг/ч, длина l, м и d труб, мм; Причем стояки проточные и проточно-регулируемые рассматриваются как один участок.
Для стояков регулируемых с замыкающими участками и нетиповых стояков, стояки делятся на отдельные участки, в зависимости от распределения теплоносителя в трубах.
3) Для предварительного выбора диаметра трубопроводов определяют среднее значение удельного падения давления по главному циркуляционному кольцу, Па: где в поправочный коэффициент, учитывающий долю местных потерь давления в системе [Спр. пр. Староверова, ч.i, т. II.21].
4) Определяем расход теплоносителя на расчетных участках, кг/ч: (5) (6) где Q уч тепловая нагрузка на расчетном участке, Вт.
14 5) Ориентируясь на величину R cp, G и по предельно-допустимым скоростям движения теплоносителя [СНиП прил.14], по Спр. пр. Староверова ч.i т.ii.1 находится предварительный диаметр труб, фактические удельные потери R, и фактическая скорость теплоносителя v. 6) Определяют коэффициент местных сопротивлений [Спр.
пр. Староверова, ч.i, т. II.10 II.] ξ, затем по известным значениям v и ξ определяют Z, Па. Местные сопротивления на границах 2х участков, относят к участку с меньшим G теплоносителя.
7) Общие потери давления на участке определяются (Rl + z) и записываются нарастающим итогом в главном циркуляционном кольце (Rl + z).
После предварительного выбора диаметра труб главного циркуляционного кольца выполняется гидравлическая увязка (Rl + z) с располагаемым давлением ΔP p, при этом выполняется условиe : где (Rl + z) суммарные потери давления в главном циркуляционном кольце, Па. Запас должен быть 5-10% на неучтенные потери. (7)
15 9) Если указанное условие выполняется, тогда приступают к увязке давлений во второстепенных циркуляционных кольцах через промежуточные стояки с давлением в главном циркуляционном кольце без учета общих участков.
Для этого сначала определяют располагаемое давление через второстепенный стояк, который должен равняться (Rl + z) главного циркуляционного кольца с поправкой на разность естественного циркуляционного давления во второстепенном ΔP е.вт и основном ΔP е.
осн стояках: — однотрубные: — двухтрубные: ΔP р.ст = (R l + z) осн + (ΔP е.вт ΔP е.осн ), ΔP р.ст = (R l + z) осн, 10) После подбора диаметра труб стояка должно выполняться условие — потери давления в располагаемом стояке должно быть меньше располагаемого давления ΔP р.
ст не больше чем на ± % при тупиковой схеме и ± 5 % при попутной схеме движения теплоносителя: (8)
16 где (Rl + z) ст суммарные потери давления на участках рассматриваемого стояка, Па.
При невозможности увязки потерь давления предусматривается установка диафрагмы (дроссельной шайбы) диаметром, мм: (9) где G ст расход теплоносителя в стояке, кг/ч; P ш требуемая потеря давления в шайбе, Па. Рисунок 3.
Обозначение и расположение диафрагмы (дроссельной шайбы). Дроссельные шайбы меньше 5 мм не устанавливаются. Они устанавливаются у крана на подземной части стояка в месте присоединения к подающей магистрали.
17 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ МЕТОДОМ СЛОЖЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЙ Метод сложения характеристик сопротивления применяют при проектировании насосных вертикальных и горизонтальных однотрубных систем, а также вертикальных двухтрубных систем с кранами повышенного сопротивления. Гидравлический расчет может производиться для постоянного или переменного перепада температуры в стояках с учетом заданной проводимости труб.
18 Рисунок 4. Однотрубная система отопления: тупиковая.
19 Рисунок 5. Однотрубная система отопления: с попутным движением теплоносителя.
20 При гидравлическом расчете по указанной методике потери давления на каждом расчетном участке от трения ΔP уч, Па, в местных сопротивлениях определяют по формуле: (10) где G уч расход воды на участке, кг/ч; характеристика сопротивления участка, Па/(кг/ч)2, вычисляем по S уч формуле: где A уч удельное динамическое давление в трубе на участке при внутреннем диаметре d b и расходе 1 кг/ч, выбираемое по [5, табл. 10.7]; λ/d b приведенный коэффициент гидравлического трения, м 1, принимаемый по [5, табл. 10.7] ; l уч длина участка, м; ξ уч сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке. (11)
21 Рекомендуемые значения для стандартных диаметров труб Диаметр условного прохода, мм Расход воды G, при скорости V = 1 м/с A g 10 4, Па/(кг/ч)2 λ/d b, м 1 S уд 10 4, Па/м(кг/ч)2 ГОСТ * ,50 3,60 95, ,60 2,70 28, ,19 1,80 5, ,23 1,40 1, ,39 1,00 0, ,23 0,80 0, ,082 0,55 0,045 ГОСТ * ,113 0,60 0, ,0269 0,40 0, ,0142 0,30 0, , ,23 0, , ,18 0, , , 0,000
22 Рассмотрим последовательность выполнения гидравлического расчета при равном перепаде температуры теплоносителя в стояках.
1) Перед выполнением гидравлического расчета конструируется однотрубная система водяного отопления из унифицированных узлов и на построенной схеме выбирается главное циркуляционное кольцо которое делится на расчетные участки с указанием расхода теплоносителя на участке G уч, кг/ч, длины участка l уч, м, диаметра d уч, мм; 2) Выбирается располагаемый перепад давления ΔP p, Па, в однотрубной системе отопления: ΔP p = ΔP н + ΔP e.np. 3) При предварительном выборе диаметра трубы для каждого участка вычисляется удельная характеристика сопротивления S уд, Па/(кг/ч)2м: (12) где G уч ориентировочный расход воды на участке, кг/ч, определяемый по формуле:
23 (13) где R cp среднее значение удельной потери давления от трения в расчетном кольце, определяемое по формуле: (14) 4) Выполнение гидравлического расчета начинается с самого удаленного и нагруженного стояка в тупиковой системе и с самого нагруженного стояка в системе водяного отопления с попутным движением теплоносителя.
Диаметры труб стояка назначают, сопоставляя полученное по формуле (12) S уд со значением S уд для стандартных диаметров труб. Для обеспечения тепловой устойчивости системы отопления принимается для стояков меньший ближайший диаметр, с последующей проверкой скорости движения воды в трубопроводах стояка. Возможна конструкция стояков из труб двух различных смежных диаметров.
Принятый диаметр труб двух различных смежных диаметров.
24 5) По выбранному диаметру стояка назначаются диаметры подводки и замыкающего участка узла отопительного прибора.
Рекомендуемые диаметры трубопроводов узла нагревательного прибора Диаметр труб dу, мм Наименование узла Эскиз узла замыкающего стояка стояка подводки участка Этажестояк с осевым обходным участком и трехходовым краном Этажестояк со смещенным обходным участком / Этажестояк с осевым замыкающим участком и краном типа КРП
25 Этажестояк со смещенным замыкающим участком и краном типа КРП Этажестояк проточный Узел верхнего этажа при нижней разводке и трехходовом кране То же Узел верхнего этажа при нижней разводке и кране типа КРП То же / /
26 6) После выбора диаметра труб и типа отопительного прибора определяется характеристика сопротивления стояка по формуле: S cm = S m.y + S n.y, () где S n.y характеристика сопротивления приборных узлов стояка однотрубной системы отопления определяемая по формуле: S n.y = S n + S np l, (16) где S m.
y характеристика сопротивления трубных узлов стояка однотрубной системы отопления, Па/(кг/ч)2; характеристика сопротивления отопительного прибора длиной 1 м, S np Па/(кг/ч)2; характеристика сопротивления подводок к отопительному прибору, S n Па/(кг/ч)2; l длина прибора, м.
7) По характеристике сопротивления стояка S cm и расходу теплоносителя в стояке G cm, вычисляют потери давления в стояке, Па, по формуле: ΔP cm = S cm G 2 cm, (17)
27 Затем производится гидравлический расчет магистральных участков главного циркуляционного кольца. Предварительный выбор диаметра производится путем сопоставления значения S уд, полученного по формуле (12) со значением S уд для стандартных диаметров труб.
С целью повышения тепловой устойчивости системы отопления для магистралей принимается ближайший больший диаметр труб. 9) Затем проверяется скорость движения воды при выборе диаметра труб.
Например, расход воды в трубе d у = мм составляет 560 кг/ч, тогда скорость движения воды V = 560 : 690 = 0,79м/с.
28 Рекомендуемые диаметры трубопроводов узла нагревательного прибора Скорость движения теплоносителя, м/с, при большем из Допустимый уровень звука Z A, дб(а) коэффициентов местного сопротивления арматуры на трубах, примыкающих к помещению При коэффициентах местного сопротивления До ,5/- 1,1/0,7 0,9/0,55 0,75/0,5 0,6/0,4 30 1,5/- 1,5/1,2 1,2/1,0 1,05 0,85/0, ,5/- 1,5/1,5 1,5/1,1 0,8 1,0/0,8 40 1,5/- 1,5/1,5 1,5/1,5 1,2/0,95 1,3/1,2 45 и более 1,5/- 1,5/1,5 1,5/1,5 1,5/1,5 1,5/1,4 Примечание. В числителе даны значения скоростей воды при всех видах арматуры, кроме прямых вентилей; в знаменателе — при прямых вентилях. 10) В соответствии с предварительно выбранным диаметром труб на магистральных участках принимаются значения A g и λ/d у на 1 м трубы. 11) Определяются на расчетных участках магистральных труб сопротивление от трения l уч (λ/d у ) и значения коэффициентов местных сопротивлений S уч.
29 12) Далее определяются значения S уч по формуле (2), и G уч по формуле (13). После вычисления этих значений по формуле (10) рассчитываются потери давления на участках магистральных труб главного циркуляционного кольца.
13) Суммарные потери давления на участках магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца определяются по формуле, Па: ΔP м = S уч(1) G 2 уч(1)+ S уч(2) G 2 уч(2) S уч(n) G 2 уч(n), где S уч(n) значения характеристик сопротивления участков магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца, Па/(кг/ч)2; G уч(n) расход воды на участках магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца, кг/ч. 14) Определяются общие потери давления. Па, по значениям S cm и S уч, G cm и G уч на каждом расчетном участке, дальнем тупиковом стояке и главном циркуляционном кольце: ΔP c.o = ΔP cm ΔP ì,
30 ) После предварительного выбора диаметров труб стояка и на участках магистралей главного циркуляционного кольца выполняется гидравлическая увязка при этом должно выполняться условие: 0,9ΔP р ΔP c.
o, Величина невязки А, %, в расходуемых давлениях определяется по уравнению: 16) При обеспечении запаса располагаемого перепада давления 5-10 % приступаем к увязке расходуемых давлений в циркуляционных кольцах через промежуточные стояки главного 17) Рассчитываем располагаемое циркуляционное давление для предпоследнего стояка, которое складывается из потерь давления в последнем стояке и на двух параллельных участках магистралей до рассчитываемого стояка. При этом различием в значениях естественного циркуляционного давления в однотипных стояках можно пренебречь. Исходя из располагаемого давления по характеристикам сопротивления выполняют гидравлический расчет предпоследнего стояка (см. выше п.п. 4, 5, 6, 7).
31 Расчетная невязка между располагаемым давлением и потерями давления в предпоследнем стояке не должны отличаться более чем на ± % при тупиковой схеме и ±5 % при попутной схеме движения теплоносителя.
18) Сумма потерь давления в одном из двух рассчитанных стояков и на двух (четырех) параллельных участках магистралей принимается за располагаемое циркуляционное давление для третьего от конца системы стояка. Порядок гидравлического расчета третьего стояка выполняется аналогично (см. выше п.п. 4, 5, 6, 7, 16).
Таким образом, производится гидравлический расчет остальных стояков. При невязках потерь давления в увязываемых кольцах предусматривается установка на стояках дроссельных шайб.
