Гидравлический расчет двухтрубной горизонтальной системы отопления. Видео-инструкции и обзоры. Как производится сбор данных

С тем, что автономная отопительная система лучше централизованного теплоснабжения спорить вряд ли кто станет. Обогревать свое жилище собственными силами сегодня стремятся многие. И причина в первую очередь заключается в желании создать оптимальное сочетание: тепло-уют и экономичность. И пусть вначале придется понести определенные затраты. Благодаря тому, что современные отопительные системы обладают принципиально иным подходом к регулированию процесса теплоподачи в сравнении со старыми системами, вложенные средства быстро окупятся. Но подобна гармония будет достигнута только при правильно созданном отоплении. И в этой связи особую актуальность приобретает гидравлический расчет системы отопления.

Разница между старым подходом к контролю отопительного процесса и новым заключается в механизмах обеспечения гидравлического режима. Благодаря новым решениям, материалам и конструкциям, применяемым в отопительных системах, создаются сложнейшие динамические технологии, позволяющие очень чутко реагировать на изменение температурного режима. С одной стороны выгода налицо: сбережение энергии – оптимизированные капитальные затраты, а с другой устройство такой системы требует специальных знаний в специфике применения высокотехнологичной регулирующей арматуры и иных средств в процессе устройства такого отопления.

Обратите внимание! Гидравлический расчет и регулирующая арматура – гарантия эффективной работы современных отопительных систем.

Гидравлический расчет поможет правильно устроить отопительную систему при минимальных энергозатратах

Соблюдение этих ключевых условий обеспечивается такими обстоятельствами:

• подача теплоносителя к приборам отопительной системы должна выполняться в достаточном количестве, что обеспечит тепловой баланс помещений при изменяемой температуре наружного воздуха и заданной потребителем внутри помещения;

• минимизация эксплуатационных затрат, в первую очередь энергетических, направленных на преодоление гидравлического сопротивления отопительной системы;
• минимизация капитальных вложений во время устройства отопления, зависящая в первую очередь от диаметра, используемых труб;
• бесшумность, надежность и стабильность функционирования системы отопления.

Что определяет такой расчет?

• Диаметр трубопровода на составных участках отопительной системы, при этом учитываются все рекомендованные и экономически целесообразные скорости движения теплоносителя.
• Гидравлические потери давления на разных участках системы.
• Гидравлическую увязку параллельных и иных ветвей системы. При этом используется регулирующая арматура, предназначенная для динамической балансировки в условиях нестационарных и тепловых режимов работы.
• Потери давления теплоносителя и его потери в системе.

Обратите внимание! Гидравлический расчет – наиболее трудоемкий, сложный и важный этап в процессе проектирования водяного отопления.

Пример схемы размещения конструкционных элементов отопительной системы

Однако прежде чем приступить непосредственно к вычислениям, необходимо выполнить такие расчетно-графические работы:

• определить показатель теплового баланса отапливаемого помещения;
• определиться с типом отопительных приборов, а также теплообменных поверхностей и указать на планах помещения их размещение;
• принять окончательное решение относительно конфигурации системы (размещение источник тепла, приборных веток и трассировка магистральных трубопроводов), типа трубопровода, запорной и регулирующей арматуры (краны, вентили, клапана, регуляторы давления и расхода, терморегуляторы);
• вычертить полную схему отопительной системы (желательно аксонометрической), указав при этом номер тепловых нагрузок и длину расчетных участков;
• определить главное циркулирующее кольцо, то есть замкнутый контур, включающий последовательные участки трубопровода, где ожидается максимальный расход теплоносителя на расстоянии от источника тепловой энергии до самого удаленного отопительного прибора (2-х контурная система) или до приборной ветки-стояка (1-о трубная система) и назад к нагревательному оборудованию.

Особенности расчетной части

В качестве расчетного трубопровода берется участок с неизменным расходом теплоносителя и постоянного диаметра. Он определяется на основании теплового баланса помещения. Нумерация расчетных участков начинается от источника тепла (теплогенератора или ИТП). Для обозначения узловых точек на подающем магистральном трубопроводе в местах ответвлений используют заглавные буквы алфавита. На сборных магистралях в соответствующих узлах их обозначают штрихом.

Узловые точки на приборных ветках в местах ответвлений обозначаются арабскими цифрами. Каждая из них отвечает номеру этажа при горизонтальной системе или номеру приборной ветки-стояка – при вертикальной. Узлы сбора потоков теплоносителя также имеют обозначения этих точек, но выполняются они в виде штриха. Номер всегда состоит из двух цифр: начало и конец участка.

Пример рабочей схемы в программе при выполнении гидравлического расчета

В вертикальных системах нумерация приборных веток выполняется арабскими цифрами по всему периметру здания по часовой стрелке.

Длина участков трубопровода определяется планом, вычерченным в масштабе. Точность равняется 0,1 м.

Тепловой поток расчетного участка равняется тепловой нагрузке, которую должен передать или передал теплоноситель, транспортирующийся ну участке.

Выполнение гидравлического и теплового расчета системы отопления при проектировании нового строения лучше всего выполнять в специальной программе, например, HERZ С.О. Эта программа сама «умеет» подбирать:

• диаметр трубопровода;
• размеры отопительных приборов;
• настройку балансировочных вентилей;
• настройку регулирующих вентилей;
• предварительную настройку термостатических клапанов (если это необходимо);
• настройку регуляторов перепада давления.

Конечно, приведенная в этой статье информация является обобщающей и без чтения специальной литературы не обойтись. Но все, же смеем надеяться, что главные акценты и особенности выполнения гидравлического расчета системы отопления мы расставили. Теперь вам нужно проявить немного терпения и возможно вы самостоятельно сумеете выполнить самую сложную часть проекта отопительной системы вашего жилища.

Современная система отопления - это демонстрация абсолютно нового подхода к ее регулированию. На сегодняшний день это не предварительная наладка перед запуском системы с облегчением последующего гидравлического режима функционирования. Современное отопление в частном доме в процессе работы имеет постоянно изменяющийся тепловой режим. Что требует от оборудования не только отслеживать изменения при обогреве помещения, но и правильно на них реагировать.

Условия для эффективной работы системы

Существуют некоторые моменты, соблюдение которых позволит обеспечить качественную и эффективную работу системы отопления:

• Подача теплоносителя в нагревательные приборы должна производиться в тех количествах, которые будут обеспечивать тепловой баланс помещения, при условии постоянно меняющейся наружной температуры и в зависимости от температурного режима помещений, определенного ее владельцем.
• Снижение затрат, в том числе энергетических, для преодоления
• Снижение при монтаже системы отопления, зависящих также от диаметра прокладываемых трубопроводов.
• Низкий стабильность и надежность работы отопительных устройств.

Как правильно рассчитать систему отопления

Чтобы рассчитать отопление в частном доме, требуется знать необходимое количество тепла. С этой целью рассчитываются тепловые потери всего дома в теплое и холодное время года. Сюда относятся теплопотери через оконные, дверные проемы, и т. д. Это довольно кропотливые расчеты. Принято считать, что в среднем источник тепла должен производить 10 кВт на 100 м 2 отапливаемой площади.

Под отопительной системой понимают взаимосвязь между совокупностью приборов: трубопроводы, насосы, запорно-регулирующее оборудование, средства контроля и автоматики для передачи тепла от источника непосредственно в помещение.

Типы отопительных котлов

Перед тем как сделать гидравлический расчет систем отопления, необходимо правильно подобрать котел (источник тепла). Различают следующие виды котлов: электрический, газовый, твердотопливный, комбинированный и другие. Выбор в большинстве случаев зависит от топлива, преобладающего в районе проживания.

Электрический котел

Ввиду проблем с подключением мощностей и довольно высокой ценой на электроэнергию данное оборудование не обрело своего широкого распространения.

Котел газовый

Чтобы установить такой котел, ранее требовалось специальное отдельное помещение (котельная). В настоящее время это относится только к оборудованию с открытой камерой сгорания. Подобный вариант наиболее распространен в местах с газификацией.

Твердотопливный котел

При относительной доступности топлива данное оборудование не пользуется высокой популярностью. При его эксплуатации возникают некоторые неудобства. В течение суток необходимо производить несколько раз топку. Кроме того, режим теплоотдачи имеет циклический характер. Применение этих котлов облегчается (уменьшается число топок) путем использования термобаллона или топлива с высокой температурой сгорания, благодаря которому увеличивается время горения за счет регулируемой подачи воздуха. Также это можно производить за счет водяных теплоаккумуляторов, к которым подключается центральное отопление.

Необходимые параметры при расчете мощности

• W уд - удельная мощность источника тепла (котла), приходящаяся на площадь здания в 10 м 2 с учетом климатических условия региона.
• S - площадь отапливаемого помещения.

Также имеются общепринятые значения удельной мощности, которые зависят от климатической зоны:

• W уд = 0,7-0,9 - для Южного района.
• W уд = 1,2-1,5 - для Центрального района.
• W уд = 1,5-2,0 - для Северного района.

Формула для мощности котла

Перед тем как приступить к такому ответственному мероприятию, как гидравлический расчет систем отопления, нужно определить мощность источника тепла по следующей формуле:

W кот = S×W уд /10.

Для удобства расчета примем усредненное значение W уд за 1 кВт, таким образом получаем, что 10 кВт должно приходиться на 100 м 2 отапливаемой площади. В результате схемы монтажа системы отопления будут зависеть от площади дома.

В остальных случаях используется принудительная циркуляция теплоносителя при помощи циркуляционных насосов.

Двухтрубная система

Это классический вариант системы отопления, который зарекомендовал себя наилучшим образом за долгое время эксплуатации. Гидравлический расчет будет рассмотрен ниже. Почему она так называется? Все дело в том, что основой инженерного замысла послужил монтаж нескольких трубопроводов через этажи здания. К одному стояку с горячей водой подключался по всем этажам нагревательный прибор, а в проложенный рядом трубопровод поступала охлажденная вода из отопительного прибора.

В результате еще не успевший остыть теплоноситель из первого прибора поступал в прибор, который находился этажом ниже, а циркулирующая жидкость имела ту же температуру, что и в первом. Таким образом, температура теплоносителя в первом и последнем трубопроводах была идентичной - это означает, что одинаковой была и теплоотдача.

Двухтрубная система отопления - преимущества

Центральное отопление в частном доме с двухтрубной системой имеет следующие преимущества:

Расчетно-графические мероприятия

Выполняя сложный гидравлический расчет систем отопления, в первую очередь необходимо произвести целый ряд предварительных мероприятий:

За расчетный участок принимается тот, который имеет неизменный расход теплоносителя и одинаковое сечение.

Пример гидравлического расчета системы отопления

На расчетном отрезке тепловая нагрузка равна потоку тепла, который на подающем трубопроводе должен передать, а на обратном уже передал циркулирующую жидкость, которая проходила через этот участок.

Расход теплоносителя G i - j , кг/ч вычисляется по следующей формуле:

G i - j = 0,86×Q i - j /(t 2 -t 0), где

G i - j - это количество тепла на расчетном отрезке i-j;

t 2 -t 0 - это расчетные температуры горячей и холодной жидкости соответственно.

Как выбрать диаметр трубопроводов

Чтобы сократить затраты на преодоление сопротивлений во время движения циркулирующей жидкости, диаметры трубопроводов должны располагаться в пределах минимальной скорости теплоносителя, которая требуется для удаления пузырьков воздуха, способствующих появлению воздушных пробок. Чтобы уменьшить их, диаметр трубопроводов приводится к минимальному значению, которое не приводит к гидравлическому шуму в арматуре и трубах системы.

Все трубопроводы производственного изготовления делятся на полимерные и металлические. Первые являются более долговечными, вторые - механически более прочные. Какие трубы использовать в отопительной системе, зависит от ее индивидуальных особенностей.

Гидравлический расчет системы отопления - программа

Учитывая объем работ, который нужно произвести на этапе проектирования, вы можете воспользоваться специализированным программным обеспечением.

Используя исходные данные, программа выполняет автоматический подбор трубопроводов необходимого диаметра, осуществляет предварительную настройку регулирующих и балансировочных и автоматических регуляторов в отопительной системе. Также программа может самостоятельно оценить, какого размера потребуются нагревательные приборы.

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.

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.

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

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.

Данный тип радиаторов устанавливался в большинстве панельных домов на постсоветском пространстве. Экономия на материалах и отсутствие конструкторской идеи «на лицо»

Достаточно провести тривиальное сравнение этих систем по следующим параметрам.

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

Еще один тип отопительного радиатора для ЦОС. Это более универсальное изделие, которое может иметь любое количество рёбер. Так можно увеличить или уменьшить площадь теплообмена

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.

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 м 2 , 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 м 2 , спальня — 14,86 м 2 , кухня — 10,46 м 2 , балкон — 7,83 м 2 (сумма), коридор — 9,72 м 2 (сумма), ванная — 3,60 м 2 , туалет — 1,5 м 2 . Входные двери — 2,20 м 2 , оконная витрина общей комнаты — 8,1 м 2 , окно спальни — 1,96 м 2 , окно кухни — 1,96 м 2 .

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/м 2 ;
• для центральных областей — 1 — 1,5 кВт/м 2 ;
• для южных областей — 0,6 — 1 кВт/м 2 .

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 м 2 . 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.

1. 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.
2. 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.

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.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Видео-инструкции и обзоры

В представленном видео доступно рассказываются все основы и тонкие моменты схем проектирования и гидравлических расчётов отопительных систем на примерах:

Следующее видео демонстрирует 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.

Выполнить гидравлический расчет системы отопления - это значит так подобрать диаметры отдельных участков сети (с учетом располагаемого циркуляционного давления), чтобы по ним проходил расчетный расход теплоносителя. Расчет ведется подбором диаметра по имеющемуся сортаменту труб.

Для зданий малой этажности наиболее часто применяется двухтрубная система отопления, для повышенной этажности - однотрубная. Для расчета такой системы должны быть следующие исходные данные:

1. Общий для системы перепад температуры теплоносителя (т.е. разность температуры воды в подающей и обратной магистралях).

2. Количество теплоты, которое необходимо подать в каждое помещение для обеспечения требуемых параметров воздуха.

3. Аксонометрическая схема системы отопления с нанесенными на нее нагревательными приборами и регулирующей арматурой.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.

Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.

В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.

2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:

а) заданный расход воды;

б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце R ср .

Для расчета R cp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.

3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле

где - давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное

, (5.2)

где

- сумма длин участков главного циркуляционного кольца;

- естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как

, (5.3)

где - расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение коэффициента  можно определить из табл.5.1.

Таблица 5.1 - Значение  в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления

- естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубопроводах .

В насосных системах с нижней разводкой величиной

можно пренебречь.

Определяются удельные потери давления на трение

, (5.4)

где к=0,65 определяет долю потерь давления на трение.

5. Расход воды на участке определяется по формуле

(5.5)

(t г - t о) – разность температур теплоносителя.

6. По величинам

и

подбираются стандартные размеры труб .

6. Для выбранных диаметров трубопроводов и расчетных расходов воды определяется скорость движения теплоносителя v и устанавливаются фактические удельные потери давления на трение R ф .

При подборе диаметров на участках с малыми расходами теплоносителя могут быть большие расхождения между

и

. Заниженные потери

на этих участках компенсируются завышением величин

на других участках.

7. Определяются потери давления на трение на расчетном участке, Па:

. (5.6)

Результаты расчета заносят в табл.5.2.

8. Определяются потери давления в местных сопротивлениях, используя или формулу:

, (5.7)

где

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке .

Значение ξ на каждом участке сводят в табл. 5.3.

Таблица 5.3 - Коэффициенты местных сопротивлений

9. Определяют суммарные потери давления на каждом участке

. (5.8)

10. Определяют суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях в главном циркуляционном кольце

. (5.9)

11. Сравнивают Δр с Δр р . Суммарные потери давления по кольцу должны быть меньше величины Δр р на

Запас располагаемого давления необходим на неучтенные в расчете гидравлические сопротивления.

Если условия не выполняются, то необходимо на некоторых участках кольца изменить диаметры труб.

12. После расчета главного циркуляционного кольца производят увязку остальных колец. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные не общие участки, параллельно соединенные с участками основного кольца.

Невязка потерь давлений на параллельно соединенных участках допускается до 15% при тупиковом движении воды и до 5% – при попутном.

Таблица 5.2 - Результаты гидравлического расчета для 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.

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.

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:

1. Сопротивления трению, которое возникает из-за шероховатости и неровностей внутренних стенок труб.
2. 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.

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