Как выполняется гидравлический расчет отопительной системы?

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

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

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

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

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

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

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

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

На данном этапе проектирования определяются:

диаметр труб и их пропускная способность;
местные потери давления по отдельным участкам системы отопления;
требования гидравлической увязки;
потери давления по всей системе (общие);
оптимальный расход теплоносителя.

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

Собрать исходные данные и систематизировать их.
Выбрать методику расчета.

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

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

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

мощности радиаторов;
расхода теплоносителя;
расстановки теплового оборудования и пр.

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

Расчет диаметра труб

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

для двухтрубной системы – разность между tr (горячим теплоносителем) и to (охлажденным – обраткой);
для однотрубной – расход теплоносителя G, кг/ч.

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

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

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

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

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

Таблица параметров участков

Обозначение участка	Длина участка в метрах	Количество приборов а участке, шт.
1-2	1,8	1
2-3	3,0	1
3-4	2,8	2
4-5	2,9	2

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

Монтажники при подборе диаметра труб пользуются правилом, выведенным на основании анализа большого числа отопительных систем. Правда, это касается только небольших частных домов и квартир.

Практически все отопительные котлы оборудованы патрубками подачи и обратки ¾ и ½ дюйма. Такой трубой и выполняется разводка до первого разветвления.

Далее на каждом участке размер трубы уменьшают на один шаг.

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

Вычисление местных сопротивлений

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

шероховатость внутренней поверхности трубы;
наличие мест расширения или сужения внутреннего диаметра трубопровода;
повороты;
протяженность;
наличие тройников, шаровых кранов, приборов балансировки и их количество.

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

Исходные данные для расчета:

длина расчетного участка – l, м;
диаметр трубы – d, мм;
заданная скорость теплоносителя – u, мм;
характеристики регулирующей арматуры, предоставляемые производителем;
коэффициент трения (зависит от материала трубы), λ;
потери на трение — ∆Pl, Па;
плотность теплоносителя (расчетная) – ρ = 971,8 кг/м3;
толщина стенки трубы – dн х δ, мм;
эквивалентная шероховатость трубы – kэ, мм.

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

Символ ξ в формуле означает коэффициент местного сопротивления.

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

Гидравлическая увязка системы производится на основании:

проектной нагрузки (массового расхода теплоносителя);
данных производителей труб по динамическому сопротивлению;
количества местных сопротивлений на рассматриваемом участке;
технических характеристик арматуры.

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

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

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

Приведенный коэффициент ξпр является суммой всех местных сопротивлений системы.

Определение потерь

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

первичного контура — ∆Plk;
местных систем — ∆Plм;
генератора тепла — ∆Pтг;
теплообменника ∆Pто.

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

Гидравлический расчет системы отопления — пример расчета

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

расчетная тепловая нагрузка системы – Qзд. = 133 кВт;
параметры системы – tг = 750С, tо = 600С;
расход теплоносителя (расчетный) – Vсо = 7,6 м3/ч;
присоединение отопительной системы к котлам производится через гидравлический разделитель горизонтального типа;
автоматика каждого из котлов в течение всего года поддерживает постоянную температуру теплоносителя на выходе – tг = 800С;
автоматический регулятор перепада давления устанавливается на вводе каждого распределителя;
система отопления от распределителей смонтирована из металлопластиковых труб, а теплоснабжение распределителей производится посредством стальных труб (водогазопроводных).

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

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

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

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

Варианты двухтрубной отопительной системы

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

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

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

Видео на тему

Источник: https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/gidravlicheskij.html

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 давления на всех участках сети с диаметрами труб.

О методике его выполнения пойдет речь в представленной статье.

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 под спойлер.

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.

Центральная отопительная система (котельня-дом-квартира) основывается на стандартных типах энергоносителя — уголь, газ. В автономной системе можно использовать практический любое вещество, которое имеет высокую удельную теплоту сгорания, или же комбинацию из нескольких жидких, твёрдых, гранулированных материалов.
ЦОС построена на обычных элементах: металлические трубы, «топорные» батареи, запорная арматура. Индивидуальная же система отопления позволяет комбинировать самые разные элементы: многосекционные радиаторы с хорошей теплоотдачей, высокотехнологичные термостаты, ПВХ и медные трубопроводы, краны, заглушки, фитинги и конечно собственные более экономичные котлы, циркуляционные насосы.
Если зайти в квартиру типичного панельного дома, построенного лет 20-40 назад, видим что система отопления сводиться к наличию 7-секционной батареи под окном в каждой комнате квартиры плюс вертикальную трубу через весь дом (стояк), с помощью которой можно «общаться» с соседями сверху/снизу. То ли дело автономная система отопления (АСО) — позволяет строить систему любой сложности с учётом индивидуальных пожеланий жильцов квартиры.
В отличи от ЦОС, отдельная система отопления учитывает достаточно внушительный список параметров, которые влияют на передачу, расход энергии и утери теплоты. Температурный режим окружающей среды, требуемый диапазон температуры в помещениях, площадь и объём помещения, количество окон и дверей, назначение помещений и т.д.

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;
выбрать и установить радиаторы, теплообменные поверхности, теплоотдающие панели;
подобрать терморегуляторы, клапаны и регуляторы давления;
определить общую схему транспортировки теплоносителя (полный и малый контур, одно- или двух-трубная магистраль).

Кроме того, нужно определить участки системы с максимальным и минимальным расходом носителя тепла. 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.

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 метров. 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. Мощность самого котла определяется по ниже приведённой формуле:

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10

где Sпомещ — сумма площадей всех комнат, которые требую отопления, Wудел — удельная мощность с учётом климатических условий местоположения (вот для чего нужно было знать климат региона).
Что характерно, для разных климатических зон имеем следующие данные:

для северных областей — 1,5 — 2 кВт/м2;
для центральных областей — 1 — 1,5 кВт/м2;
для южных областей — 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 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 бытовые электрические 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.

По фактической емкости системы. Суммируются все без исключения объёмы полостей, где будет протекать поток горячей воды: сумма отдельных участков труб, секций радиаторов и т.д. Но это достаточно трудоёмкий вариант.
По мощности котла. Здесь мнения специалистов разошлись очень сильно, одни говорят 10, другие 15 литров на единицу мощности котла.

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 возможно 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 литров.

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). (0.86 * 8080* 0.95)/80-60 = 6601,36/20=330кг/ч. Таким образом за один час в системе перемещается 330 килограмм теплоносителя (литров воды), а ёмкость системы около 110 литров.

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.

Потери давления потока в трубе. Этот параметр прямо пропорционален произведению удельной потери на трение внутри трубы (предоставляет производитель) на общую длину трубы. Но учитывая текущую задачу такие потери можно не учитывать.
Потери напора на местных трубных сопротивлениях — утери теплоты на фитингах и внутри оборудования. Но учитывая условия задачи, небольшое количество фитинг-изгибов и число радиаторов, такими потерями можно пренебречь.
Существует ещё один тип тепловых потерь, но он больше связан с расположением помещения относительного остального здания. Для обычной квартиры, которая находиться в средине дома и соседствует слева/справа/сверху/снизу с другими квартирами, тепловые потери через боковые стены, потолок и пол практически равны «0».

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.

Как видно из таблицы, диаметр металлической трубы должен составлять 16-18 мм с толщиной 1,5-2 мм или 20-25 мм пластиковые ПВХ-трубы с толщиной стенки 3-4 мм

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.

Выводы и полезное видео по теме

Особенности, преимущества и недостатки естественной и принудительной систем циркуляции теплоносителя для систем отопления:

Подводя итого вычислений гидравлического расчёта, в результате получили конкретные физические характеристики будущей системы отопления. Естественно, что это упрощенная схема расчёта, которая даёт приблизительные данные относительно гидравлического расчёта для системы отопления типичной 2-комнатной квартиры.

Источник: http://sovet-ingenera.com/otoplenie/project/gidravlicheskij-raschet-sistemy-otopleniya.html

Как и с какой целью делают гидравлический расчёт системы отопления

Наличие производительного теплогенератора, качественных труб и современных радиаторов вовсе не означает, что отопление получится эффективным.

Если система неправильно сконструирована, то возможны ситуации, когда работающий на полную мощность котёл не может обеспечить комфортную температуру во всех комнатах. Либо тепла хватает, но расходы на энергоносители непомерно велики.

Чтобы не совершать непоправимых ошибок, необходимо разработать проект, важной часть которого является гидравлический расчёт системы отопления. Пожалуй, самой сложной частью.

Зачем нужен расчёт гидравлики системы отопления

Суть проблемы

Современные отопительные установки являются динамичными системами, которые во время эксплуатации работают в разных рабочих режимах. Теплоноситель водяного отопления циркулирует под давлением, но эта величина не является постоянной.

Потери возникают на разных участках из-за конструктивных особенностей системы (трение о стенки труб, сопротивление на фитингах и т.д.). Также мы сами манипулируем давлением, когда с помощью арматуры балансируем распределение тепла по комнатам.

Вручную или с помощью автоматизации систем пользователь управляет мощностью отопительного устройства, меняет уровень нагрева теплоносителя. И снова напор в сети скачет, ведь чем выше температура, тем выше давление, и наоборот.

Падение давления на конкретном участке приводит к уменьшению его тепловой производительности. Качественное отопление должно в любых условиях работать стабильно и экономично, но для этого нужно, чтобы к каждому радиатору поступало ровно столько теплоносителя, сколько необходимо для восполнения теплопотерь в помещении и поддержания заданной температуры.

Решение

Одна из основных задач разработчика – снизить возможные потери напора, что позволяет улучшить регулирование отдельных участков и системы в целом. Существует специальный термин «рост авторитета вентиля».

Он означает, что местное сопротивление, которое оказывает кран или клапан на проток в регулируемой ветке, более выгодно соотносится с рабочим давлением в участке.

Чем большим объёмом теплоносителя конкретный элемент управляет, тем он ценнее.

Информативная таблица как результат гидравлического расчёта

Также следует произвести гидравлическую увязку циркуляционных колец.

Грамотное использование балансировочных клапанов, вентилей, регуляторов давления позволяет избежать перегрева ближних к котлу помещений и недостатка тепла в удалённых (лишние пару градусов в комнате – это перерасход тепла на уровне 5-10 процентов). Ограничивая проток в одной ветке, мы увеличиваем его для других – перераспределяем теплоноситель.

Итак, гидравлический расчёт отопления помогает инженеру-конструктору решить следующие задачи:

высчитать пропускную способность трубопроводов и падение напора на главном и второстепенных контурах;
подобрать сечение труб, если показатели расхода теплоносителя и давления в системе уже заданы;
рассчитать оптимальные способы балансировки ветвей системы;
определить необходимую мощность циркуляционного насоса.

Этапы проведения гидравлического расчёта отопления

Сбор и систематизация исходных данных

Перед началом вычислений разработчик изучает теплотехнические характеристики объекта и на основании ТЗ предварительно конструирует подходящий вариант системы отопления. Выполняют следующие мероприятия:

Производят тепловой расчёт, в результате которого получают информацию о необходимом количестве тепла для каждого помещения.
Выбирают теплогенератор и отопительные приборы.
Принимают решение о способах разводки трубопроводов и особенностях балансировки системы.
Выбирают тип труб и спецификацию регулирующей арматуры.
Составляют аксонометрические схемы разводки и детальные планы помещений с указанием основных исходных данных (расход теплоносителя, мощность батарей, расстановка оборудования и т.д.). Узловые точки, основной контур и отдельные участки маркируются, обозначается длина колец.

План помещения с обозначением разводки и радиаторов

Аксонометрическая схема для выполнения гидравлического расчёта

Выбор метода

Есть несколько способов выполнить расчёт гидравлики отопительной системы (как правило, все они выполняются с применением специального программного обеспечения):

сложением характеристик проводимости и сопротивления;
по удельным потерям давления;
по длинам трубопроводов;
сравнением динамических давлений;
по объёму транспортируемого теплоносителя.

Конкретный метод используют в зависимости от того, являются ли перепады температуры в системе динамичными или стабильными. Также берётся во внимание конфигурация отопления: некоторые способы вычислений подходят только для однотрубных схем разводки, другие – универсальны. Чаще всего применяют гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления по потерям давления.

Расчёт сечения труб

Выбор оптимального размера труб – один из действенных методов управления рабочими характеристиками системы отопления. Так, использование труб завышенного сечения влечёт за собой:

рост капитальных затрат;
снижение рабочего давления;
критичное уменьшение скорости перекачки теплоносителя с большой вероятностью завоздушивания;
появление существенной тепловой инерции отопления.

Справочная таблица позволяет увидеть соотношения оптимального сечения трубы и расхода теплоносителя

Уменьшение диаметра трубопроводов позволяет сократить как капитальные, так и эксплуатационные затраты, но приводит к увеличению скорости потока. При показателях от 0,6 м/с в системе появляются шумы, поэтому оптимальной для жилых помещений считается скорость транспортировки теплоносителя в пределах 0,3-0,7 метров в секунду.

Для вычисления подходящего внутреннего диаметра трубопроводов используются такие данные:

Разница температур подачи и обратки (для двухтрубных схем обычно принимается равной 20 градусам).
Расход теплоносителя – в таблицах обозначается литерой «G». В реальных вычислениях и в примерах гидравлического расчёта систем отопления данная величина, как правило, является уже заданной.
Скорость перемещения воды/антифриза – обозначается литерой «v»
Плотность теплоносителя.
Объём теплового потока – обозначается литерой «Q».
Особенности участка (длина, количество секций в радиаторах и т.п.).

Определение потерь напора в системе и отдельных её участках

На каждом участке общее падение давления происходит за счёт двух основных факторов:

Сопротивления трению, которое возникает из-за шероховатости и неровностей внутренних стенок труб.
Местного сопротивления, которое оказывают на перекачку рабочей среды соединительные фитинги, запорно-регулирующая арматура, повороты и ветвления, сужения/расширения трубопроводов. Также тормозящий эффект создают теплообменники отопительных приборов и теплогенераторов.

Особенности балансировки давления вентилями и клапанами

Уровень потерь давления в кольце вследствие сопротивления трению зависит от:

скорости потока;
коэффициента шероховатости материала трубопроводов;
длины ветки;
диаметра и формы внутреннего сечения труб;
вязкости и плотности теплоносителя.

На характер местного сопротивления влияет:

скорость перекачки жидкости;
коэффициенты местного сопротивления (данные для различных узлов и устройств сведены в таблицы).

Точные вычисления производятся по общедоступным формулам, результаты о сопротивлениях в отдельных участках суммируются, и инженер получает возможность рассчитать необходимую производительность насосного оборудования.

Такие схемы генерируются программами для гидравлических расчётов

Разработка увязки циркуляционных колец

Заключительный этап гидравлического расчёта системы отопления. Анализируя исходные и полученные на предварительных этапах данные (сопротивления, необходимые тепловые нагрузки, характеристики арматуры), конструктор должен выровнять потери давления в сети.

То есть в идеале потери давления во всех кольцах системы должны быть одинаковыми. Для балансировки напора и перераспределения расхода теплоносителя применяются ручные вентили или автоматические клапаны, которые отвечают за отдельные ветки или устанавливаются на каждом отопительном приборе.

Именно по результатам гидравлического расчёта выполняется предварительная настройка регулирующей арматуры.

Видео: практический урок гидравлического расчета системы отопления

Источник: http://teploguru.ru/sistemy/gidravlicheskij-raschyot.html

Как сделать гидравлический расчет системы отопления: постановка задачи, порядок выполнения расчета, ошибки и способы их исправления

От правильного выбора всех элементов системы водяного отопления, их установки, во многом зависит эффективность её работы, сроки безаварийной и экономичной эксплуатации.

Насколько экономичным и эффективным будет отопление в доме, покажут уже начальные вложения средств на этапе установки и монтажа системы.

Рассмотрим подробнее как осуществляется гидравлический расчет систым отопления, с целью определения оптимальной мощности отопительной системы.

Эффективность системы отопления «на глазок»

Во многом суммы таких затрат зависят от:

Желание минимизировать такие затраты не должно идти в ущерб качеству, но принцип разумной достаточности, некий оптимум, должен выдерживаться.

В большинстве современных индивидуальных отопительных комплексов применяются электронасосы для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя, в качестве которого часто используются незамерзающие составы антифризов. Гидравлическое сопротивление таких систем отопления для разных их типов теплоносителей будет разным.

Учитывая постоянно растущую стоимость энергоносителей (все виды топлива, электроэнергия) и расходных материалов (теплоносители, запчасти и пр.

), следует с самого начала стремиться заложить в систему принцип минимизации расходов на эксплуатацию системы.

Опять же, исходя из их оптимального соотношения для решения задачи создания комфортного температурного режима в отапливаемых помещениях.

Разумеется, соотношение мощности всех элементов отопительной системы должны обеспечивать оптимальный режим подачи теплоносителяк приборам отопления в объёме достаточном для выполнения основной задачи всей системы — обогрева и поддержания заданного температурного режима внутри помещения, независимо от изменения наружных температур. К элементам отопительной системы относятся:

котел
насос
диаметр труб
регулировочная и запорная арматура
тепловые приборы

Помимо того, очень неплохо, если в проект изначально будет заложена определённая «эластичность», допускаюшая переход на иной вид теплоносителя (замена воды на антифриз). Кроме того, отопительная система, при меняющихся режимах эксплуатации никоим образом не должна вносить дискомфорт во внутренний микроклимат помещений.

Гидравлический расчёт и решаемые задачи

В процессе выполнения гидравлического расчёта отопительной системы, решается достаточно большой круг вопросов обеспечения выполнения приведенных выше и целого ряда дополнительных требований. В частности, находится диаметр труб на всех секторах по рекомендованным параметрам, включающим определение:

В процессе движения теплоносителя происходит неизбежное его трение о стенки трубы, возникают потери скорости, особенно заметные на участках, содержащих повороты, колена и т. п.

В задачи гидравлического расчёта входит определение потерь скорости движения среды, вернее, давления на отрезках системы, подобных указанным, для общего учёта и включения в проект требуемых компенсаторов.

Параллельно определению потери давления, необходимо знать требуемый объём, называемый расходом, теплоносителя во всей проектируемой системе водяного отопления.

Учитывая разветвлённость современных отопительных систем и конструктивные требования реализации наиболее распространённых схем разводки, например, примерное равенство длин ветвей в коллекторной схеме, расчёт гидравлики даёт возможность учесть такие особенности.

Это позволит обеспечить более качественную автобалансировку и увязку ветвей, включенных параллельно или по другой схеме.

Такие возможности часто требуются в ходе эксплуатации с применением запорных и регулирующих элементов, в случае необходимости отключения или перекрытия отдельных веток и направлений, при возникновении необходимости работы системы в нестандартных режимах.

Подготовка выполнения расчёта

Проведению качественного и детального расчёта должны предшествовать ряд подготовительных мероприятий по выполнению расчётных графиков. Эту часть можно назвать сбором информации для проведения расчёта.

Являясь самой сложной частью в проектировании водяной отопительной системы, расчёт гидравлики позволяет точно спроектировать всю её работу.

В подготавливаемых данных обязательно должно присутствовать определение требуемого теплового баланса помещений, которые будут обогреваться проектируемой отопительной системой.

В проекте расчёт ведётся с учётом типа выбранных приборов отопления, с определёнными поверхностями теплообмена и размещения их в обогреваемых помещениях, это могут быть батареи секций радиаторов или теплообменники других типов. Точки их размещения указываются на поэтажных планах дома или квартиры.

Принимаемая схема конфигурирования системы водяного отопления должна быть оформлена графически.

На этой схеме указывается место размещения генератора тепла (котёл), показываются точки крепления приборов отопления, прокладка основных подводящих и отводящих магистралей трубопроводов, прохода веток приборов отопления.

На схеме подробно приводится расположение элементов регулирующей и запорной арматуры. Сюда входят все виды устанавливаемых кранов и вентилей, переходных клапанов, регуляторов, термостатов. В общем, всего, что принято называть регулирующей и запорной арматурой.

После определения на плане требуемой конфигурации системы, её необходимо вычертить в аксонометрической проекции по всем этажам. На такой схеме каждому отопительному прибору присваивается номер, указывается максимальная тепловая мощность. Важным элементом, также указываемым для теплового прибора на схеме, является расчётная длина участка трубопровода для его подключения.

Обозначения и порядок выполнения

На планах обязательно должно быть указано, определённое заранее, циркуляционное кольцо, называемое главным.

Оно обязательно представляет собой замкнутый контур, включающий все отрезки трубопровода системы с наибольшим расходом теплоносителя.

Для двухтрубных систем эти участки идут от котла (источника тепловой энергии) до самого удалённого теплового прибора и обратно к котлу. Для однотрубных систем берётся участок ветки — стояка и обратной части.

Единицей расчёта является отрезок трубопровода, имеющий неизменный диаметр и ток (расход) носителя тепловой энергии. Его величина определяется исходя из теплового баланса помещения.

Принят определённый порядок обозначения таких отрезков, начиная от котла (источника тепла, генератора тепловой энергии), их нумеруют. Если от подающей магистрали трубопровода есть ответвления, их обозначение выполняется заглавными буквами в алфавитном порядке.

Такой же буквой со штрихом обозначается сборная точка каждой ветки на обратном магистральном трубопроводе.

В обозначении начала ветки приборов отопления указывается номер этажа (горизонтальные системы) или ветки — стояка (вертикальные). Тот же номер, но со штрихом ставится в точке их подключения к обратной линии сбора потоков теплоносителя.

В паре, эти обозначения составляют номер каждой ветки расчётного участка. Нумерация ведётся по часовой стрелке от левого верхнего угла плана. По плану определяется и длина каждой ветки, погрешность составляет не более 0,1 м.

На поэтажном плане отопительной системы по каждому её отрезку считается тепловая нагрузка, равная тепловому потоку, переданному теплоносителем, она принимается с округлением до 10 Вт.

После определения по каждому прибору отопления в ветке, определяется суммарная нагрузка по теплу на магистральной подающей трубе. Как и выше, тут округление полученных значений ведётся до 10 Вт.

После вычислений, каждый участок должен иметь двойное обозначение с указанием в числителе величины тепловой нагрузки, а в знаменателе — длины участка в метрах.

Не вдаваясь в детали, следует сказать, что дальнейшие расчёты позволяют определить диаметры труб каждого из участков системы отопления, потери давления на них, произвести гидравлическую увязку всех циркуляционных колец в сложных системах водяного отопления.

Последствия ошибок расчёта и способы их исправления

Очевидно, что гидравлический расчёт является достаточно сложным и ответственным этапом разработки отопления. Для облегчения подобных вычислений разработан целый математический аппарат, существуют многочисленные версии компьютерных программ, предназначенных для автоматизации процесса его выполнения.

Несмотря на это, от ошибок никто не застрахован. Среди наиболее распространённых выбор мощности тепловых приборов без проведения расчёта, указанного выше.

В этом случае, помимо более высокой стоимости самих радиаторных батарей (если мощность больше требуемой), система будет затратной, расходуя повышенное количество топлива и требуя более значительных на свое содержание. Проще говоря, в комнатах будет жарко, форточки постоянно открыты и придётся дополнительно оплачивать обогрев улицы.

В случае заниженной мощности попытки обогрева приведут к работе котла на повышенной мощности и также потребуют высоких финансовых затрат. Исправить такую ошибку достаточно сложно, возможно потребуется полностью переделывать всё отопление.

Если неверно проведен монтаж радиаторных батарей, эффективность работы всего отопительного комплекса также падает. К таким ошибкам относится нарушение правил установки батареи.

Ошибки этой группы могу вдвое снизить теплоотдачу самых качественных тепловых приборов. Как и в первом случае, стремление повысить температуру в помещении, приведёт к дополнительным расходам энергоносителя.

Чтобы исправить ошибки установки, зачастую достаточно переустановить и подключить заново радиаторные батареи.

Следующая группа ошибок относится к ошибке определения требуемой мощности источника тепла и приборов отопления.

Если мощность котла заведомо выше мощности отопительных приборов, он будет работать неэффективно, потребляя большее количество топлива.

Налицо двойной перерасход средств: в момент покупки такого котла и в ходе эксплуатации. Чтобы исправить положение, такой котёл, радиаторы или насос, а то и все трубы системы, придётся менять.

При расчёте требуемой мощности котла, может быть допущена ошибка в определении потерь тепла зданием. В результате мощность генератора тепловой энергии будет завышена. Результатом будет перерасход топлива. Чтобы исправить ошибку, придётся заменить котёл.

Ошибочный расчёт балансировки системы, нарушение требований примерного равенства веток и т. п. может привести к необходимости установки более мощного насоса, позволяющего доставить носитель к дальним приборам отопления в нагретом состоянии.

Однако в этом случае возможно появление «звукового сопровождения» в виде гула, свиста и т. п.

Если подобные ошибки допущены в системе тёплого водяного пола, то результатом установки мощного насоса может стать «поющий пол».

При ошибках определения требуемого количества теплоносителя или переводе гравитационной системы на принудительную циркуляцию, объём его может оказаться слишком велик, и дальние приборы отопления не будут работать.

Как и ранее, попытки решения проблемы увеличением интенсивности прогрева, приведут к перерасходу газа, износу котла. Решить вопрос можно применением нового насоса и гидрострелки, т. е. тепловой пункт придётся всё равно переделывать.

После всего можно однозначно сказать, что проведение гидравлического расчёта системы отопления позволит гарантированно минимизировать расходы на всех этапах проектирования, устройства, монтажа и долговременной эксплуатации высокоэффективной системы водяного отопления.

Источник: https://teplo.guru/sistemy/gidravlicheskii-raschet-sistemy-otopleniya.html

Как выполняется гидравлический расчет отопительной системы?

Для частного дома часто просто невозможно установить централизованную систему отопления, поэтому применяется автономная. О том, что она намного более эффективна, чем обычная, говорить не стоит, так как именно автономное отопление позволяет создать комфортную атмосферу, обеспечить экономию энергии.

Хотя на организацию отопления вначале и придется потратить определенные усилия и финансовые затраты.

Чтобы система стала действительно эффективной, необходимо не только смонтировать ее правильно, но и произвести предварительные расчеты, которые позволят закупить оборудование именно той мощности, которая требуется в конкретном случае.

Схема гравитационной системы отопления.

Именно для этого применяется гидравлический расчет системы отопления, который и помогает справиться с такой задачей.

Принято использовать специальный калькулятор и программы, которые позволят выполнить все расчеты отопительной системы в точности.

Что же представляет собой подобный расчет, каковы его задачи, особенности выполнения? Познакомимся с основными формулами, которые требует расчет однотрубной системы отопления или двухтрубной. Что такое гидравлический расчет?

Зачем необходим гидравлический расчет? Дело в том, что сегодня для монтажа отопительной системы применяются совершенно другие материалы и решения, схема отличается от той, которую применяли раньше. Она включает в себя сложное оборудование, использование различных приемов монтажа.

Соблюдение таких ключевых условий для отопительной системы обеспечивается следующим:

Схема теплопотерь.

для отопительных приборов системы теплоноситель должен подаваться в правильно рассчитанном количестве, что позволяет обеспечить необходимый баланс температуры снаружи и внутри помещения при заданных показателях;
минимизация всех затрат, необходимых на обслуживание. Это в первую очередь касается энергии, направленной на преодоление существующего гидростатического сопротивления всей системы;
обеспечение минимизации финансовых вложений при расчетах для установки отопительного оборудования. Это касается всех узлов схемы, включая диаметр труб, которые будут использованы при монтаже;
если расчет выполнен правильно, то вся система будет работать надежно, стабильно, бесшумно, ее обслуживание можно будет свести к минимуму, как и затраты на энергию.

Система отопления перед монтажом обязательно требует проведения таких расчетов, особенно если она планируется для большого двухэтажного дома. При помощи такого расчета можно определить следующие параметры:

возможные гидравлические потери для различных участков системы;
требуемый диаметр трубопровода, выбор которого зависит от целесообразной скорости движения теплоносителя;
гидравлическая увязка для отдельных ветвей системы. При этом будет использована специальная регулирующая арматура, которая позволяет обеспечить динамическую балансировку при любых режимах работы;
размер потерь давления для теплоносителя.

Внимание: гидравлический расчет является важной, ответственной составляющей всей работы по проектированию системы водяного отопления для дома.

Работа эта очень сложная, ее лучше всего проводить при помощи специализированной программы либо доверить специалисту, так как ошибки могут привести к тому, что отопление просто выйдет из строя при его запуске.

Приведенные формулы являются ознакомительными. Если вы не уверены в своих силах, доверьте проектирование профессионалам.

Что необходимо для выполнения расчета?
Чтобы произвести гидравлический расчет, потребуется выполнение некоторых предварительных работ, включающих в себя:

Схема двухтрубной системы отполения.

определение показателей теплового баланса для помещений;
определение типа приборов отопления, которые будут монтироваться, их теплообменных поверхностей, месторасположение на планах помещения;
разводка отопительной сетки, трассировка всей магистрали;
тип трубопровода, наличие регулирующей, запорной арматуры, вентилей, клапанов, регуляторов давления, терморегуляторов и прочего;
составление схемы, которую будет иметь система отопления, с указанием всех длин участков и номеров тепловых нагрузок.

Для проведения расчетов системы отопления рекомендуется пользоваться специальными программами, которые выполнят эту работу намного быстрее и качественнее. Многие сайты сегодня предлагают специальные расчетные калькуляторы, которые быстро предоставят такие данные, как:

диаметр трубопровода для циркуляции теплоносителя;
размеры используемых отопительных приборов;
правильная настройка балансировочных вентилей и регулирующего оборудования;
настройка для термостатических клапанов;
настройка для регуляторов перепадов давления системы.

Задачи гидравлического расчета
Гидравлический расчет преследует выполнение таких задач:

Схема однотрубной системы отполения.

правильная подача теплоносителя, который использует система отопления, обеспечение теплового баланса при условии изменений наружной температуры;
минимизация затрат на эксплуатацию системы, преодоление общего гидравлического сопротивления для системы;
минимизация финансовых вложений для планирования и монтажа отопления;
обеспечение надежности, стабильности работы, сведение возможности неполадок к минимуму.

Чтобы решить эти задачи, гидравлический расчет требует в процессе выявить некоторые моменты, среди которых:

определение диаметра труб на отдельных участках, посредством которых будет подаваться теплоноситель, обеспечение необходимой скорости движения теплоносителя;
расчет гидравлической потери давления на отдельных участках магистрали;
выполнение увязки отдельных узлов с использованием регулирующей арматуры. Система отопления должна быть полностью сбалансированной, чтобы ее работа стала бесперебойной и эффективной;
расчет по расходу теплоносителя, необходимой энергии для работы всей отопительной системы.

Особенности выполнения расчета
Особенностью проведения такой работы, как гидравлический расчет, является владение определенным уровнем знаний по гидравлике.

Именно поэтому все расчеты по отоплению рекомендуется доверять только специалистам в этой области, которые смогут обеспечить стабильность работы, надежность и долговечность. Хотя сами вы тоже можете все подсчитать и потом сверить результаты.

Сегодня предлагается множество калькуляторов, но они также требуют ввода определенных начальных данных, без которых начинать сам расчет просто невозможно. Рассмотрим основные данные, которые нужны для проведения такого рода расчетов.

Сопротивление в трубопроводах: что складывать и вычитать?

Схема котла отопления.

Этот параметр показывает, какой именно перепад давления будет испытывать система отопления в процессе своей работы. Замерить его можно таким образом: из показания манометра на подающей трубе следует вычесть показания на манометре обратного трубопровода, в результате получается значение потери давления на определенном участке.

Такой перепад давления создает насос, то есть расчет должен учитывать и мощность подобного подающего оборудования. На этапе проектирования нет возможности брать реальные цифры, так как трубопроводы и манометры еще не установлены.

Именно для этого случая имеются специальные формулы, которые и помогают выполнить гидравлический расчет, не прибегая к монтажу пробного участка, что очень затратно в финансовом отношении.

Рассмотрим пример.

Для трубопровода используется металлопластиковая труба на 16 мм с внутренним диаметром в 12 мм. Ее длина — 40 метров. Расход в контуре составляет 1,6 литра в минуту, поворотов в системе на 90° — тридцать штук. Для теплоносителя (воды) температура составляет 40°.

Сначала расчет включает в себя определение скорости течения теплоносителя по формуле: V=4Q/nD2=0,24 метра за секунду (n=3,14). После этого находится число Рейнольдса по формуле Re=VD/v= 4430.

Гидравлический расчет зависит и от шероховатости трубы, вычислить которую можно по двум формулам и специальным табличным данным. Например, используется формула Блазиуса: λ=0,3164/Re0,25=0,039.

Сопротивление на поворотах трубопровода, которые имеет система отопления, составляет 0,4 метра (высота умножается на количество, то есть 0,00091 метра*30=0,0273, после чего к полученному значению прибавляется сопротивление 0,0273+0,38=0,4 метра).

Потеря напора, которую имеет система отопления, включает в себя использование табличных данных, получить которые можно из специального справочника. Это коэффициент сопротивления материала труб, скорость движения теплоносителя (его уже вычислили), ускорение свободного падения (составляет 9,81).

При расчетах давления, которое должна иметь система отопления, необходимо учитывать и такие данные, как тип поворотов трубы, сопротивление радиаторов, наличие плавных либо коленных поворотов, сопротивление на входе и на выходе магистрали.

Только при условии учета всех данных можно с уверенностью сказать, что система отопления рассчитана верно, можно приступать к планированию.

Выполнение расчетов гидравлического давления для отопительных систем — это важное условие при проектировании.

В данном случае можно узнать не только требуемые параметры для отдельных узлов, но и рассчитать скорость движения теплоносителя, необходимые данные для осуществления регулировки отдельных узлов.

Расчеты эти очень сложные, их не рекомендуется выполнять вручную, для этого имеются специальные калькуляторы и программы. Также лучше всего доверить это дело специалистам, как и проектирование всего отопления дома.

Источник: https://1poteply.ru/sistemy/gidravlicheskij-sistemy-otopleniya.html