Даже самое новое и инновационное тепловое оборудование, установленное в доме, может оказаться бесполезным, поскольку не способно работать слаженно в едином отопительном комплексе. Связывающим звеном многочисленных узлов и элементов тепловой системы является теплоноситель и его оптимальный гидравлический режим. Если собственник жилого дома решил создать экономичную и работоспособную систему теплоснабжения, ему понадобится знать, как выполнить гидравлический расчет системы отопления.
Содержание
Этапы проектирования отопительных систем
Гидравлический вместе с тепловым расчетом считаются одними из базовых в процессе создания работоспособной внутридомовой системы теплоснабжения. Главная задача гидравлического расчета — обеспечить соответствие расчётных расходов с ее реальными рабочими показателями. Объем теплоносителя, циркулирующего в сети должен сформировать устойчивый тепловой баланс, обеспечивающий необходимую санитарную температуру внутри здания.
Гидравлический расчет системы отопления состоит из системы вычислений, способных установить важные характеристики тепловой сети:
- Минимально допустимые внутренние диаметры труб и объем теплоносителя, который способен пропустить выбранный сортамент и типоразмер трубопроводов;
- все гидравлические потери на рассчитываемых участках;
- условия гидромеханической наладки;
- общие потери напора воды;
- оптимизированный объем воды.
В соответствии с полученными расчетными данными, выполняют подбор электронасосов и типоразмеры прямых и обратных труб.
Гидравлический расчет системы отопления: цели и задачи
Практическая цель такого расчета — это выбор внутренних Д вн труб и установление перепада напора в сети, для профессионального подбора электронасоса, способного обеспечить надежную циркуляцию теплоносителя.
Диаметр труб обязан обеспечить радиатор таким объемом греющей воды, которое требуется ему для функционирования с рабочей производительностью. Одновременно с этим принимается скорость циркуляции теплоносителя, она должна находится в промежутке от 0.2 до 0.5 л/с, а разница температур воды на входе/выходе из прибора отопления — 15-20 С.
Чем дальше размещена батарея от котла, тем большую дистанцию обязана пройти жидкость и, следовательно, тем более значимое гидросопротивление станет мешать ее продвижению. Для выполнения корректировки скорости течения воды необходимо использовать трубы разного диаметра.
Технология выполнения гидравлического расчета системы отопления
Перед тем как начинать выполнять гидравлический расчет системы отопления делают тепловой расчет объекта отопления с установлением теплового баланса и мощности основного оборудования: котла и приборов отопления. Если этих данных нет, то пользуются приблизительным методом определения по размеру отапливаемой площади исходя из соотношения: 1 кВт на 10 м2. Данная формула хорошо работает для объектов расположенных в центральных районах России, для северных и южных регионов вводятся соответствующие повышающие/понижающие коэффициенты.
Далее приступают непосредственно к выполнению гидравлического расчета.
Стандартная схема расчета:
- Выполняют аксонометрическую схему;
- наносят на чертеж около каждого прибора его тепловую мощность, кВт;
- определяют объемные расходы греющей воды и внутренние Д труб;
- рассчитывают общее сопротивления сети;
- выполняют выбор электронасоса;
- рассчитывают расширительный бак.
Гидравлический расчет однотрубной и двухтрубной системы
Для установления потерь потока в сети, ее разделяют на ответвления. Одно ответвление — это расстояние от источника нагрева до каждого прибора отопления. Они в свою очередь подразделяют на расчетные участки — части труб с равным объемным расходом сетевой воды. Для любого такого участка устанавливают температуру теплоносителя, разницу температур, общий тепловой поток — сумму мощностей всех установленных батарей на данном отрезке сети. В обязательном порядке учитывают местные сопротивления в виде запорной арматуры, фитингов, тройников и других элементов по схеме.
Для однотрубной/двухтрубных систем теплоснабжения с простой геометрией контура, не имеющей большого количества нагревательных приборов, расчеты можно провести ручным способом с применением калькулятора. Для более сложных развитых схем тепловой сети – с помощью программных методов.
Объемный расход греющей воды устанавливают по формуле:
Рт = Мт/(Ср х ΔТ)
Где:
- Мт — общая мощность тепловой сети, определенная при теплотехническом расчете или по проекту, кВт;
- Ср — физическая величина теплоемкости воды, кДж/(кг х C);
- ΔТ – перепад температур на входе/выходе горячей воды из котлоагрегата, C.
Скорость жидкой среды, циркулирующей по трубам:
Ст= Рт /(ρ х Пс)
Где:
- Рт — расчетный расход воды на расчетном участке, кг/с;
- ρ – плотность жидкой среды, кг/ м3;
- Пс — площадь сечения трубопровода, м2
Гидравлические потери в трубопроводе определяются:
ΔPpтр = R х Дт
Где:
- R – справочные данные удельных потерь в трубах на трение, Па/м;
- Дт — длина трубопровода, м.
ΔPм.с = Σξ х (V²/2) х ρ
Где:
- Σξ – сумма потерь;
- V – скорость воды м/сек.
Системы с естественной циркуляцией
При выполнении гидравлического расчета пользуются исключительно внутренними Д труб и соответствующим им условному проходу — Ду. Для таких систем применяют следующие рекомендации:
- Протяженность горизонтальных линий труб не могут быть больше 20 м.
- Магистральный трубопровод от источника нагрева принимают не менее Ду 50 мл.
- Аналогичный диаметр трубопроводов принимают на отдельные 35 секций алюминиевых радиаторов.
- Для ответвлений с количеством радиаторов от 25-35 шт., Ду = 40 мм.
- А также для ответвлений с количеством радиаторов 10-25 шт., Ду = 25 мм.
- И для ответвлений с количеством радиаторов до 10шт., Ду = 20 мм.
На любые 10 м ровного участка без размещенных батарей к Ду нужно прибавить еще 1/2 дюйма для уменьшения скорости циркуляции воды и потерь напора по длине.
Системы с принудительной циркуляцией
В схемах с принудительным движением среды, обеспечиваемого электронасосом Д труб непосредственно связан со скоростью циркуляции воды, состоянием внутренней шероховатости труб или материала из которого они изготовлены. Полимерные трубы или выполненные из меди, обладают наименьшим показателем и чем стальные.
С целью профилактики увеличения шума от работающей отопительной системы, скорости циркуляции воды ограничивают, соответственно для Ду от 10 до 20 мм, соответственно от 1.5 м/с до 1.0 м/с.
Расчет по отапливаемой площади
Наиболее точный гидравлический расчет системы отопления основывается на размерах нагреваемой площади объекта. Кроме того при этом учитывают площадь оконных и внешних дверных проемов, степень утепления здания и кровли, а также климатические район размещения здания.
С помощью такого расчета не только правильно подбирают Ду и протяженность трубопроводов, но устанавливают балансировку системы с применением радиаторных клапанов.
Имея суммарную мощность всех батарей, определяют по вышеперечисленной формуле:
Рт = Мт/(Ср х ΔТ)
Например, для дома 150 м2, минимальная мощность тепловой сети – 15 кВт, тогда расход теплоносителя составит 0.239 л/сек или 14,34 л/мин.
С тем чтобы обеспечить вышеуказанные условия, потребуется грамотно выбрать диаметры труб. Это можно сделать по следующей таблице.
В ней указана суммарная мощность радиаторов, которые трубопровод может обеспечить теплом.
Для объектов с отапливаемой площадью до 200 м2 с принудительным контуром циркуляции и установленными радиаторными термоклапанами, возможно не выполнять полный гидрорасчет, а подобрать Д труб по таблице ниже.
Расчет расширительного бака
Для того чтобы рассчитать рабочий объем расширительного бака, нужно установить общий объем отопительной системы.
Объем емкости бака вычисляют по формуле
Орб = (О сис x Е) / Д,
Где:
- О сис — общий внутренний объём сети;
- Е – коэффициент расширения водной среды;
- Д – эффективность бачка.
Объем системы теплоснабжения весьма трудно определяется. Поэтому для приблизительных расчетов его можно взять из соотношения 1.0 кВт – 15.0 литров
К примеру, нагрузка на отопление дома составляет 40 кВт, тогда Осис = 15 х 40 = 600 л. Для упрощения расчета можно воспользоваться онлайн расчетом. Для данных условий расчет онлайн показал, что минимальный объем бака должен быть 91 литр.
Возможные модификации баков, подходящие для полученных расчетов:
- Wester Heating 100, 5508 руб.;
- WRV 100, 6100 руб.;
- STOUT 100, 5084 руб.
Предварительная балансировка системы
Профессионально выполненный гидравлический расчет устанавливает, в каких контурах движения теплоносителя его расход будет большим. Это имеет существенное значение, поскольку в неуравновешенной системе нагрев дома по помещениям будет неравномерный. Если расчеты показали, что потери напора в контурах циркуляции очень сильно различаются, то ее регулируют дополнительной установкой клапанов.
Если гидравлическая балансировка в сети не произведена, то тепло преимущественно расходуется на первой к котлу батареи, а самые крайние останутся холодными.
Первый метод балансировки довольно точный, требует наличие проекта и гидравлического расчета тепловой сети с обозначением расходов теплоносителя на каждом ответвлении труб. Без этого точная наладка сети неосуществима. Второй метод осуществляется с использованием регулировочной арматуры, встроенной на каждом участке либо стояке. И третий выполняется с применением специально предназначенного электронного прибора, присоединяемого к контрольной арматуре.
Обзор программ для гидравлических вычислений
Прежде всего, с целью упрощения гидравлического расчета внутридомовых систем теплоснабжения лучше обратиться к узкоспециализированным программам. Но их не очень много, хотя выбрать всё же есть из чего. Некоторые из них бесплатные, а иные – в демо вариантах.
Наиболее популярные программы для расчета гидравлики отопительной сети:
- «Oventrop CO» – ПО вполне справится с расчетами для загородного домовладения для однотрубной/двухтрубной системы. У нее широкий потенциал: от выбора Ду труб до выполнения анализов расхода теплоносителя. Все итоги можно перевести в Виндовс, работает программа бесплатно.
- «Instal-Therm HCR» способна рассчитать схему радиаторного и наружного теплоснабжения. В нее включены еще 3 ПО: San для любой воды, Heat&Energy – для определения потерь тепла и Scan – для анализа схем отопления. Распространяется бесплатно в виде пробной версии.
- «HERZ C.O.» – бесплатное ПО для гидравлического расчёта одно и двухтрубной схемы теплоснабжения, как для новых, так и для отремонтированных помещениях, с водяным и гликолиевым теплоносителем. Программа обладает свидетельство качества ООО ЦСПС.
Фотографии по тексту для наглядности о сказанном
Потери напора жидкости на внезапном сужении
Потери напора при внезапном расширении труб
Расчет гидросопротивления в тепловой сети
Схема гидравлического расчета участка сети
Формулы расчета Д труб отопления
Выбор расширительного бака
Видео по теме
Таким образом, можно подвести итог, что гидравлический расчет тепловых сетей очень важный и ответственный этап проектирования систем теплоснабжения любого объекта от небольшого дачного домика до жилого квартала с десятками тысяч квадратных метров. Прежде всего, такой расчет помогает правильно выбрать все необходимое оборудование и запорно-регулировочную арматуру, чтобы обеспечить оптимальные характеристики работы тепловой сети.
не делайте замкнутых систем отопления.не будет проблем