Гидравлические потери в системе отопления

Содержание
  1. Что такое гидравлический расчёт
  2. Расчет гидравлики системы отопления
  3. Шаг 1: считаем диаметр труб
  4. Пример
  5. Шаг 2: вычисление местных сопротивлений
  6. Шаг 3: гидравлическая увязка
  7. Шаг 4: определение потерь
  8. Обзор программ
  9. Как работать в EXCEL
  10. Ввод исходных данных
  11. Формулы и алгоритмы
  12. Оформление результатов
  13. Пример от Александра Воробьёва
  14. Расчет тепловых потерь
  15. Расчет гидравлики
  16. Перепады давления в СО
  17. Расчет циркуляционного кольца включает:
  18. Расчет трубопроводов СО
  19. Расчет количества радиаторов при водяном отоплении
  20. Формула расчета
  21. Характеристики радиаторов
  22. Видео осуществления гидравлического расчета
  23. Нюансы, о которых надо знать, для выполнения гидравлического расчета системы радиаторного отопления.
  24. Нюансы, о которых надо знать перед выполнением гидравлического расчёта
  25. Системы отопления с тупиковым и попутным движением теплоносителя
  26. Цели гидравлического расчета
  27. Как выбор комплектующих для системы отопления влияет на гидравлический расчёт
  28. Подведение итогов

Гидравлические потери в системе отопления

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.

Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

  • Сбор и обработку информации по объекту с целью:
  • определения количества требуемого тепла;
  • выбора схемы отопления.
  • Тепловой расчёт системы отопления с обоснованием:
    • объёмов тепловой энергии;
    • нагрузок;
    • теплопотерь.
    • Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

      Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

      Что такое гидравлический расчёт

      Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

      • диаметр и пропускную способность труб;
      • местные потери давления на участках;
      • требования гидравлической увязки;
      • общесистемные потери давления;
      • оптимальный расход воды.
      Читайте так же:  Как установить терморегулятор на котел твердотопливный

      Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов.

      Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор).

      Комплексные задачи — минимизация расходов:

      1. капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
      2. эксплуатационных:
        • зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
        • стабильность и надёжность;
        • бесшумность.

        Гидравлические потери в системе отопления

        Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

        Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

        1. по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
        2. по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
        3. по характеристикам проводимости и сопротивления;
        4. сопоставление динамических давлений.

        Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

        Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

        Расчет гидравлики системы отопления

        Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

        Гидравлические потери в системе отопления

        Вынесите данные в эту таблицу:

        № расчётного участка Тепловая нагрузка Длина
        записать записать записать

        Шаг 1: считаем диаметр труб

        В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

        1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º

        • Δtco=tг- tо=90º-70º=20ºС

        1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для однотрубной системы.

        2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.

        Чем меньше внутренний диаметр труб — тем выше скорость. Достигая отметки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.

        3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

        Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):

        Гидравлические потери в системе отопления

        Формула для расчёта скорости теплопотока

        4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

        5. Параметры участков:

        Участок Длина участка, м Число приборов N, шт
        1 — 2 1.78 1
        2 — 3 2.60 1
        3 — 4 2.80 2
        4 — 5 2.80 2
        5 — 6 2.80 4
        6 — 7 2.80
        7 — 8 2.20
        8 — 9 6.10 1
        9 — 10 0.5 1
        10 — 11 0.5 1
        11 — 12 0.2 1
        12 — 13 0.1 1
        13 — 14 0.3 1
        14 — 15 1.00 1

        Для определения внутреннего диаметра по каждому участку удобно пользоваться таблицей.

        • зависимость скорости движения воды — ν, с
        • теплового потока — Q, Вт
        • расхода воды G, кг/час от внутреннего диаметра труб
        Ø 8 Ø 10 Ø 12 Ø 15 Ø 20 Ø 25 Ø 50
        ν Q G v Q G v Q G v Q G v Q G v Q G v Q G
        0.3 1226 53 0.3 1916 82 0.3 2759 119 0.3 4311 185 0.3 7664 330 0.3 11975 515 0.3 47901 2060
        0.4 1635 70 0.4 2555 110 0.4 3679 158 0.4 5748 247 0.4 10219 439 0.4 15967 687 0.4 63968 2746
        0.5 2044 88 0.5 3193 137 0.5 4598 198 0.5 7185 309 0.5 12774 549 0.5 19959 858 0.5 79835 3433
        0.6 2453 105 0.6 3832 165 0.6 5518 237 0.6 8622 371 0.6 15328 659 0.6 23950 1030 0.6 95802 4120
        0.7 2861 123 0.7 4471 192 0.7 6438 277 0.7 10059 433 0.7 17883 769 0.7 27942 1207 0.7 111768 4806

        Пример

        Задача: подобрать диаметр трубы для отопления гостиной площадью 18 м², высота потолка 2,7 м.

        • расход мощности – 1 кВт на 30 м³
        • запас тепловой мощности – 20%

        Расчёт:

        • объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м³
        • расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
        • запас на случай морозов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
        • итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

        Находим в таблице наиболее близкое значения Q:
        Гидравлические потери в системе отопления

        Получаем интервал внутреннего диаметра: 8-10 мм.
        Участок: 3-4.
        Длина участка: 2.8 метров.

        Шаг 2: вычисление местных сопротивлений

        Чтобы определиться с материалом труб, необходимо сравнить показатели их гидравлического сопротивления на всех участках отопительной системы.

        Факторы возникновения сопротивления:

        Гидравлические потери в системе отопления

        Трубы для отопления

        • в самой трубе:
        • шероховатость;
        • место сужения/расширения диаметра;
        • поворот;
        • протяжённость.
      3. в соединениях:
        • тройник;
        • шаровой кран;
        • приборы балансировки.
        • Расчетным участком является труба постоянного диаметра с неизменным расходом воды, соответствующим проектному тепловому балансу помещения.

          Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:

          1. длина трубы на расчётном участке/l,м;
          2. диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
          3. принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
          4. данные регулирующей арматуры от производителя;
          5. справочные данные:
            • коэффициент трения/λ;
            • потери на трение/∆Рl, Па;
            • расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;
            • технические характеристики изделия:
              • эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
              • толщина стенки трубы/dн×δ, мм.

              Для материалов со сходными значениями kэ производители предоставляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.

              Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:
              Гидравлические потери в системе отопления
              Для стальных и полимерных труб (из полипропилена, полиэтилена, стекловолокна и т.д.) коэффициент трения/ λ наиболее точно вычисляется по формуле Альтшуля:
              Гидравлические потери в системе отопления
              Re — число Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=v*d/ν) или с помощью онлайн-калькулятора:
              Гидравлические потери в системе отопления

              Шаг 3: гидравлическая увязка

              Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.

              • проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или низкозамерзающей жидкости для систем отопления);
              • данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
              • технические характеристики арматуры.
              • количество местных сопротивлений на участке.

              Задача: выровнять гидравлические потери в сети.

              В гидравлическом расчёте для каждого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность). По характеристикам сопротивления определяют коэффициенты затекания в каждый стояк и далее — в каждый прибор.

              Гидравлические потери в системе отопления

              Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора

              Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².

              Потери давления/∆P, Па прямо пропорциональны квадрату расхода воды по участку/G, кг/ч:
              Гидравлические потери в системе отопления
              В физическом смысле S — это потери давления на 1 кг/ч теплоносителя:
              Гидравлические потери в системе отопления
              где:

              • ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
              • А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².

              Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч теплоносителя в трубе заданного диаметра (информация предоставляется производителем).

              Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.

              Приведенный коэффициент:
              Гидравлические потери в системе отопления
              Он суммирует все местные сопротивления:
              Гидравлические потери в системе отопления
              С величиной:
              Гидравлические потери в системе отопления
              которая соответствует коэффициенту местного сопротивления с учётом потерь от гидравлического трения.

              Шаг 4: определение потерь

              Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:

              • первичного контура/ΔPIк ;
              • местных систем/ΔPм;
              • теплогенератора/ΔPтг;
              • теплообменника/ΔPто.

              Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:

              Гидравлические потери в системе отопления

              Обзор программ

              Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

              Самой популярной является Excel.

              Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

              • HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
              • DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
              • «Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

              Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

              Как работать в EXCEL

              Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

              Ввод исходных данных

              Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

              Ячейка Величина Значение, обозначение, единица выражения
              D4 45,000 Расход воды G в т/час
              D5 95,0 Температура на входе tвх в °C
              D6 70,0 Температура на выходе tвых в °C
              D7 100,0 Внутренний диаметр d, мм
              D8 100,000 Длина, L в м
              D9 1,000 Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
              D10 1,89 Сумма коэф. местных сопротивлений — Σ(ξ)

              Пояснения:

              • значение в D9 берётся из справочника;
              • значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

              Формулы и алгоритмы

              Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

              Ячейка Алгоритм Формула Результат Значение результата
              D12 !ERROR! D5 does not contain a number or expression tср=(tвх+tвых)/2 82,5 Средняя температура воды tср в °C
              D13 !ERROR! D12 does not contain a number or expression n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2) 0,003368 Кинематический коэф. вязкости воды — n, cм2/с при tср
              D14 !ERROR! D12 does not contain a number or expression ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000 0,970 Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
              D15 !ERROR! D4 does not contain a number or expression G’=G*1000/(ρ*60) 773,024 Расход воды G’, л/мин
              D16 !ERROR! D4 does not contain a number or expression v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600) 1,640 Скорость воды v, м/с
              D17 !ERROR! D16 does not contain a number or expression Re=v*d*10/n 487001,4 Число Рейнольдса Re
              D18 !ERROR! Cell D17 does not exist λ=64/Re при Re≤2320
              λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000
              λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000
              0,035 Коэффициент гидравлического трения λ
              D19 !ERROR! Cell D18 does not exist R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d) 0,004645 Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
              D20 !ERROR! Cell D19 does not exist dPтр=R*L 0,464485 Потери давления на трение dPтр, кг/см2
              D21 !ERROR! Cell D20 does not exist dPтр=dPтр*9,81*10000 45565,9 и Па соответственно
              D20
              D22 !ERROR! D10 does not contain a number or expression dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10) 0,025150 Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
              D23 !ERROR! Cell D22 does not exist dPтр=dPмс*9,81*10000 2467,2 и Па соответственно D22
              D24 !ERROR! Cell D20 does not exist dP=dPтр+dPмс 0,489634 Расчетные потери давления dP, кг/см2
              D25 !ERROR! Cell D24 does not exist dP=dP*9,81*10000 48033,1 и Па соответственно D24
              D26 !ERROR! Cell D25 does not exist S=dP/G2 23,720 Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

              Пояснения:

              • значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
              • ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

              Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

              Оформление результатов

              Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

              • Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
              • Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
              • Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
              • Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
              • Шрифты:
              • синий — исходные данные;
              • чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
              • красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

              Гидравлические потери в системе отопления

              Результаты в таблице Эксель

              Пример от Александра Воробьёва

              Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

              • длина трубы100 метров;
              • ø108 мм;
              • толщина стенки 4 мм.

              Гидравлические потери в системе отопления

              Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

              Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

              Гидравлические потери в системе отопленияДля климата средней полосы тепло в доме является насущной потребностью. Вопрос отопления в квартирах решается районными котельными, ТЭЦ или тепловыми станциями. А как же быть владельцу частного жилого помещения? Ответ один — установка отопительной техники, необходимой для комфортного проживания в доме, она же — автономная система отопления. Чтобы не получить в результате установки жизненно необходимой автономной станции груду металлолома, к проектированию и монтажу следует отнестись скрупулёзно и с большой ответственностью.

              Расчет тепловых потерь

              Первый этап расчета заключается в расчете тепловых потерь комнаты. Потолок, пол, количество окон, материал из которых изготовлены стены, наличие межкомнатной или входной двери — все это источники теплопотерь.

              Рассмотрим на примере угловой комнаты объемом 24,3 куб. м.:

              • Гидравлические потери в системе отопленияплощадь комнаты — 18 кв. м. (6 м х 3 м)
              • 1 этаж
              • потолок высотой 2,75 м,
              • наружные стены — 2 шт. из бруса (толщина18 см), обшитые изнутри гипроком и оклеенные обоями,
              • окно — 2 шт., 1,6 м х 1,1 м каждое
              • пол — деревянный утепленный, снизу — подпол.

              Расчеты площадей поверхностей:

              • наружных стен за минусом окон: S1 = (6+3) х 2,7 — 2×1,1×1,6 = 20,78 кв. м.
              • окон: S2 = 2×1,1×1,6=3,52 кв. м.
              • пола: S3 = 6×3=18 кв. м.
              • потолка: S4 = 6×3= 18 кв. м.

              Теперь, имея все расчеты теплоотдающих площадей, оценим теплопотери каждой:

              • Q1 = S1 х 62 = 20,78×62 = 1289 Вт
              • Q2= S2 x 135 = 3×135 = 405 Вт
              • Q3=S3 x 35 = 18×35 = 630 Вт
              • Q4 = S4 x 27 = 18×27 = 486 Вт
              • Q5=Q+ Q2+Q3+Q4=2810 Bт

              Итого: суммарные теплопотери комнаты в самые холодные дни равны 2,81 кВт. Это число записывается со знаком минус и теперь известно сколько тепла необходимо подать в комнату для комфортной температуры в ней.

              Расчет гидравлики

              Переходим к наиболее сложному и важному гидравлическому расчету — гарантии эффективной и надежной работы ОС.

              Единицами расчета гидравлической системы являются:

              • диаметр трубопровода на участках отопительной системы;
              • величины давлений сети в разных точках;
              • потери давления теплоносителя;
              • гидравлическая увязка всех точек системы.

              Гидравлические потери в системе отопленияПеред расчетом нужно предварительно выбрать конфигурацию системы, тип трубопровода и регулирующей/запорной арматуры. Затем определиться с видом приборов отопления и их расположением в доме. Составить чертеж индивидуальной системы отопления с указанием номеров, длины расчетных участков и тепловых нагрузок. В заключении выявить основное кольцо циркуляции, включающее поочередные отрезки трубопровода, направленные к стояку (при однотрубной системе) или к самому уделенному прибору отопления (при двухтрубной системе) и обратно к источнику тепла.

              При любом режиме эксплуатации СО необходимо обеспечить бесшумность работы. В случае отсутствия неподвижных опор и компенсаторов на магистралях и стояках возникает механический шум из-за температурного удлинения. Использование медных или стальных труб способствует распространению шума по всей системе отопления.

              Из-за значительной турбулизации потока, который возникает при увеличенном движении теплоносителя в трубопроводе и усиленном дросселировании потока воды регулирующим клапаном, возникает гидравлический шум. Поэтому, учитывая возможность возникновения шума, необходимо на всех этапах гидравлического расчета и конструирования — подбор насосов и теплообменников, балансовых и регулирующих клапанов, анализ температурных удлинений трубопровода — выбирать соответствующие для заданных исходных условий оптимальное оборудование и арматуру.

              Изготовить отопление в частном доме возможно и самостоятельно. Возможные варианты представлены в данной статье: https://teplo.guru/sistemy/varianty-otopleniya-doma-svoimi-rukami.html

              Перепады давления в СО

              Гидравлический расчет включает имеющиеся перепады давления на вводе отопительной системы:

              • диаметры участков СО
              • регулирующие клапаны, которые устанавливаются на ветках, стояках и подводках приборов отопления;
              • разделительные, перепускные и смесительные клапаны;
              • балансовые клапаны и величины их гидравлической настройки.

              При пуске отопительной системы балансовые клапаны настраиваются на схемные параметры настройки.

              На схеме отопления обозначается расчетная тепловая нагрузка каждого из отопительных приборов, которая равна тепловой расчетной нагрузке помещения, Q4. В случае наличия более одного прибора необходимо разделить величину нагрузки между ними.

              Далее необходимо определить основное циркуляционное кольцо. В однотрубной системе количество колец равно числу стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления. Клапаны баланса предусматривают для каждого кольца циркуляции, поэтому количество клапанов в однотрубной системе равно числу вертикальных стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления. В двухтрубной СО балансовые вентили располагают на обратной подводке прибора отопления.

              Санитарные нормы и правила, касающиеся отопления в частном доме, представлены здесь: https://teplo.guru/normy/snipy-po-otopleniyu.html

              Расчет циркуляционного кольца включает:

              • Гидравлические потери в системе отоплениясистему с попутным движением воды. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления более нагруженного стояка;
              • систему с тупиковым движением теплоносителя. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном и удаленном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления нагруженного удаленного стояка;
              • горизонтальную систему, где кольцо располагается в более нагруженной ветви 1-го этажа.

              Необходимо из двух направлений расчета гидравлики основного кольца циркуляции выбрать одно.

              При первом направлении расчета, диаметр трубопровода и потери давления в кольце циркуляции определяются по задаваемой скорости движения воды на каждом участке основного кольца с последующим подбором насоса циркуляции. Напор насоса Pн, Па определяется в зависимости от вида отопительной системы:

              • для вертикальных бифилярных и однотрубных систем: Рн = Pс. о. — Ре
              • для горизонтальных бифилярных и однотрубных, двухтрубных систем:Рн = Pс. о. — 0,4Ре
              • Pс.о — потери давления в основном кольце циркуляции, Па;
              • Ре — естественное циркуляционное давление, которое возникает вследствие понижения температуры теплоносителя в трубах кольца и приборах отопления, Па.

              В горизонтальных трубах скорость теплоносителя принимают от 0,25 м/с, для возможности удаления воздуха из них. Оптимальная расчетная движения теплоносителя в трубах из стали до 0,5 м/с, полимерных и медных — до 0,7 м/с.

              После расчета основного кольца циркуляции производят расчет остальных колец путем определения известного давления в них и подбора диаметров по примерной величине удельных потерь Rср.

              Применяется направление в системах с местным теплогенератором, в СО при зависимом (при недостаточном давлении на вводе тепловой системы) или независимом присоединении к тепловым СО.

              Второе направление расчета заключается в подборе диаметра трубы на расчетных участках и определении потерь давления в кольце циркуляции. Рассчитывается по изначально заданной величине циркуляционного давления. Диаметры участков трубопровода подбирают по примерной величине удельных потерь давления Rср. Этот принцип применяется в расчетах отопительных систем с зависимым присоединением к тепловым сетям, с естественной циркуляцией.

              Для исходного параметра расчета нужно определить величину имеющегося циркуляционного перепада давления PP, где PP в системе с естественной циркуляцией равно Pe, а в насосных системах — от вида отопительной системы:

              • в вертикальных однотрубных и бифилярных системах: PР = Рн + Ре
              • в горизонтальных однотрубных, двухтрубных и бифилярных системах: PР = Рн + 0,4.Ре

              Расчет трубопроводов СО

              Гидравлические потери в системе отопленияСледующей задачей расчета гидравлики является определение диаметра трубопровода. Расчет производится с учетом циркуляционного давления, установленном для данной СО, и тепловой нагрузки. Следует отметить, что в двухтрубных СО с водяным теплоносителем главное циркуляционное кольцо располагается в нижнем приборе отопления, более нагруженного и удаленного от центра стояка.

              По формуле Rср = β*?рр/∑L; Па/м определяем среднее значение на 1 метр трубы удельной потери давления от трения Rср, Па/м, где:

              • β — коэффициент, учитывающий часть потери давления на местные сопротивления от общей суммы расчётного циркуляционного давления (для СО с искусственной циркуляцией β=0,65);
              • рр — имеющееся давление в принятой СО, Па;
              • ∑L — сумма всей длины расчётного кольца циркуляции, м.

              Расчет количества радиаторов при водяном отоплении

              Формула расчета

              В создании уютной атмосферы в доме при водяной системе отопления необходимым элементом являются радиаторы. При расчете учитываются общий объем дома, конструкция здания, материал стен, вид батарей и другие факторы.

              Например: один кубометр кирпичного дома с качественными стеклопакетами потребует 0,034 кВт; из панели — 0,041 кВт; возведенные согласно всех современных требований — 0,020 кВт.

              Расчет производим следующим образом:

              • определяем тип помещения и выбираем вид радиаторов;
              • умножаем площадь дома на указанный тепловой поток;
              • делим полученное число на показатель теплового потока одного элемента (секции) радиатора и округляем результат в большую сторону.

              Например: комната 6x4x2,5 м панельного дома (тепловой поток дома 0,041 кВт), объем комнаты V = 6x4x2,5 = 60 куб. м. оптимальный объем теплоэнергии Q = 60×0, 041 = 2,46 кВт3, количество секций N = 2,46 / 0,16 = 15,375 = 16 секций.

              Характеристики радиаторов

              Тип радиатора

              Тип радиатора Мощность секции Коррозийное воздействие кислорода Ограничения по Ph Коррозийное воздействие блуждающих токов Давление рабочее/ испытательное Гарантийный срок службы (лет)
              Чугунный 110 6.5 — 9.0 6−9 /12−15 10
              Алюминиевый 175−199 7— 8 + 10−20 / 15−30 3−10
              Трубчатый
              Стальной
              85 + 6.5 — 9.0 + 6−12 / 9−18.27 1
              Биметаллический 199 + 6.5 — 9.0 + 35 / 57 3−10

              Правильно проведя расчет и монтаж из высококачественных комплектующих, вы обеспечите ваш дом надежной, эффективной и долговечной индивидуальной системой отопления.

              Видео осуществления гидравлического расчета

              Нюансы, о которых надо знать, для выполнения 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:

              • О каких нюансах следует знать перед выполнением гидравлического расчёта.
              • Чем отличаются системы отопления с тупиковым и попутным движением теплоносителя.
              • В чём состоят цели гидравлического расчёта.
              • Как материал труб и способ их соединения оказывает влияние на гидравлический расчёт.
              • Каким образом специальное программное обеспечивание позволяет ускорить и упростить процесс гидравлического расчета.

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

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

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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:

              1. Скорость воды в подводках не более 0,5 м/с, в магистралях в коридорах 0,6-0,8 м/с, в магистралях в подвалах 1,0-1,5 м/с.
              2. Удельные потери давления на трение в трубопроводах — не более 140 Па/м.

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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:

              1. Подобрать оптимальные диаметры трубопроводов.
              2. Увязать давления в отдельных ветвях сети.
              3. Выбрать циркуляционный насос для системы отопления.

              Раскроем подробнее каждый из этих пунктов.

              1. Подбор диаметров трубопроводов

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Если система разветвлённая – есть короткая и длинная ветка, то на длинной ветке идёт большой расход, а на короткой — меньший. В этом случае короткая ветка должна выполняться из труб меньших диаметров, а длинная ветка должна выполняться из труб большего диаметра.

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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)

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Гидравлические потери в системе отопления

              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.

              Оцените статью