Как сделать гидравлический расчет системы отопления?

Гидравлический расчет системы отопления частного дома

Целью гидравлического расчета системы отопления является подбор диаметров труб для подачи теплоносителя и выбор циркуляционного насоса.

Не секрет, что некоторые горе-мастера подбирают трубы отопления «на глазок» и уверяют, что нет смысла в расчете отопительной системе. В итоге радиаторы не могут работать на полную мощность, а собственники отопительной системы сетуют на то, что выбрали отопительный прибор с недостаточным количеством секций.

Чтобы этого не произошло, необходимо для каждого участка отопительной системы рассчитать диаметр минимального проходного сечения и выбрать трубы и выбрать тубы, внутренний диаметр которых будет равен ему или будет немного больше (но не меньше).

Для этого можно воспользоваться услугами специалиста, а можно выполнить расчет самостоятельно. Для этого потребуется схема будущей системы отопления, теплотехнические таблицы и понимание сути происходящего процесса

Для чего делается расчет

Вычисления производят в первую очередь для того, чтобы определить такие характеристики циркуляционного насоса, как производительность и напор, которые позволят системе отопления работать с наибольшей эффективностью.

Конечно, какую-то циркуляцию в контуре создаст любой насос, даже самый маломощный, но насколько экономичной будет такая схема? Часто бывает так, что и котел исправно работает и радиаторов в доме достаточно, но они не греют из-за слабой циркуляции в системе.

Чтобы контуры отопления работали в полную силу, необходимо, чтобы насос преодолел гидравлическое сопротивление элементов системы потоку воды в трубах, а также потери давления. Но и насос большей мощности, чем нужно, также приведет к нежелательным эффектам. Кроме повышенного расхода электроэнергии, превышение давления плохо скажется на долговечности соединений, а увеличение скорости продвижения теплоносителя приведет к возникновению шумов.

Правильно рассчитанное гидравлическое сопротивление и качественная регулирующая арматура – наиболее эффективное сочетание.

Соблюдение ключевых условий обеспечивают следующие факторы:

• снабжение отопительных приборов должно осуществляться в достаточном объеме для идеального баланса в помещении при температурных колебаниях воздуха снаружи и в жилище;
• минимизация затрат на эксплуатацию, чтобы преодолеть системное гидравлическое сопротивление;
• снижение капитальных затрат во время прокладки отопления.

Гидравлический расчет системы отопления: пример расчета

Часто инженерам приходится рассчитывать системы отопления на больших объектах.

В них большое количество приборов отопления и много сотен метров труб, но считать все равно нужно.

Ведь без ГР не получится правильно подобрать циркуляционный насос.

К тому же ГР позволяет установить еще до монтажа будет ли работать все это.

Для упрощения жизни проектировщикам разработаны различные численные и программные методы определения гидравлического сопротивления. Начнем от ручного к автоматическому.

Приближенные формулы расчета гидравлического сопротивления

Для определения удельных потерь на трение в трубопроводе используется следующая приближенная формула:

Здесь сохраняется практически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в трубопроводе.

Данная формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

Если у вас известен расход теплоносителя, то есть приближенная формула для определения внутреннего диаметра труб:

Получив результат необходимо воспользоваться следующей таблицей для получения диаметра условного прохода:

Наиболее трудоемким будет расчет местных сопротивлений в фитингах, запорной арматуре и приборах отопления.

Ранее я упоминал коэффициенты местного сопротивления ξ, их выбор делается по справочным таблицам.

Если с углами и запорной арматурой все ясно, то вот выбор КМС для тройников превращается в целое приключение.

Чтобы стало понятно о чем я говорю, посмотрим на следующую картинку:

По картинке видно, что у нас имеется целых 4 вида тройников, для каждого из которых будут свои КМС местного сопротивления.

Трудность тут будет состоять в правильном выборе направления тока теплоносителя.

Для тех кому очень нужно, приведу здесь таблицу с формулами из книги О.Д. Самарина «Гидравлические расчеты инженерных систем»:

Эти формулы можно перенести в MathCAD или любую другую программу и рассчитать КМС с погрешностью до 10 %.

Формулы применимы для скоростей движения теплоносителя от 0,1 до 1,25 м/с и для труб с диаметром условного прохода до 50 мм.

Такие формулы вполне подойдут для отопления коттеджей и частных домов. Теперь рассмотрим некоторые программные решения.

Программы для расчета гидравлического сопротивления в системах отопления.

Сейчас в интернете можно найти много различных программ для расчета отопления платных и бесплатных.

Понятное дело, что платные программы обладают более мощным функционалом, чем бесплатные и позволяют решать более широкий круг задач.

Такие программы имеет смыл приобретать профессиональным инженерам-проектировщикам.

Обывателю, который хочет самостоятельно посчитать систему отопления в своем доме будет вполне достаточно бесплатных программ.

Ниже приведу список наиболее распространенных программных продуктов:

• Valtec.PRG — бесплатная программа для расчета отопления и водоснабжения. Есть возможности расчета теплых полов и даже теплых стен
• HERZ — целое семейство программ. С их помощью можно рассчитывать как однотрубные так и двухтрубные системы отопления. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Имеется возможность расчета тепловых потерь
• Поток — отечественная разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети любой сложности. В отличии от предыдущих, Поток — платная программа. Поэтому простой обыватель вряд ли станет ей пользоваться. Она предназначена для профессионалов.

Есть еще несколько других решений. В основном от производителей труб и фитингов.

Производители затачивают программы для расчета под свои материалы и тем самым в какой-то степени вынуждают покупать их материалы. Это такой маркетинговый ход и в нем нет ничего плохого.

Скорость потока и расчет сопротивления

Нежелательно, чтобы теплоноситель двигался по трубам медленнее, чем 0,2 – 0,3 м/с. Это грозит образованием воздушных пробок, за счет выделения газа из воды. Как результат, эффективность системы, как минимум, снизится. Что касается верхнего порога скорости, то он рекомендован на уровне 0,7 – 1,5 м/с.

При его превышении теплоноситель будет сильно шуметь. Рекомендованный показатель, на который необходимо ориентироваться при расчете скорости теплоносителя ― 0,5 – 0,7 м/с.

Проектирование инженерных систем

Точно также можно посчитать расход теплоносителя на любом участке трубы. Участки выбираются так, чтобы в трубе была одинаковая скорость воды. Таким образом, разбиение на участки происходит до тройника, либо до редукции. Нужно просуммировать по мощности все радиаторы, к которым течет теплоноситель через каждый участок трубы. Потом подставить значение в формулу выше. Эти расчеты необходимо сделать для труб перед каждым радиатором.

Затем, используя полученные значения расхода теплоносителя, необходимо для каждого участка труб перед радиаторами вычислить скорость движения воды в трубах по формуле :

где, V – скорость движения теплоносителя, м/с ;

m – расход теплоносителя через участок трубы, кг/с ;

ρ – плотность воды, кг/м3 – можно принять равной – 1 000 кг/м3 ;

f – площадь поперечного сечения трубы, м2 – можно посчитать по формуле: П * r2, где r – внутренний диаметр, разделенный пополам.

Затем для каждого участка нужно рассчитать потери напора на трение в трубе по формуле /учитывается и подача и обратка/ :

ΔPpтр = R * L,

ΔPpтр – потеря напора в трубе на трение, Па ;

R – удельные потери на трение в трубе, Па/м – в справочной литературе производителя трубы ;

L – длина участка, м.

Затем нужно посчитать потери напора на местных сопротивлениях /фитинги, арматура/ по формуле :

где, Δpм.с. – потери напора на местных сопротивлениях, Па ;

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке – коэффициенты местных сопротивлений указываются производителем для каждого фитинга ;

V – скорость теплоносителя в трубопроводе, м/с ;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м3.

В итоге необходимо просуммировать сопротивления всех участков до каждого радиатора и сравнить с контрольными значениями. Для того, чтобы насос, встроенный в газовый котел, обеспечил теплом все радиаторы, потери напора на самой длинной ветке не должны превышать – 20 000 Па. Скорость движения теплоносителя на любом участке должна быть в диапазоне – 0,25 – 1,5 м/с. При скорости выше – 1,5 м/с в трубах может появиться шум, а минимальная скорость в – 0,25 м/с рекомендуется по – СНиП 2.04.05-91 во избежание завоздушивания труб.

Для того, чтобы выдержать вышеуказанные условия, достаточно правильно подобрать диаметры труб. Это можно сделать по таблице.

В ней указана суммарная мощность радиаторов, которые труба обеспечивает теплом.

Отопление и водоснабжение – многогранный инженерный процесс,

требующий знаний и умений ПРОФЕССИОНАЛА.

Проясним Вашу ситуацию и ответим на вопросы бесплатно +7-932-2000-535

Сантехнические работы Тюмень

Порядок проведения вычислений

Гидравлический расчет системы отопления предполагает решение следующих задач:

• определение диаметров трубопровода на различных отрезках (при этом учитываются экономически целесообразные и рекомендованные скорости движения теплоносителя);
• вычисление на различных участках гидравлических потерь давления;
• гидравлическая увязка всех ветвей системы (гидравлических приборных и других). Она предполагает применение регулирующей арматуры, которая позволяет выполнить динамическую балансировку при нестационарных гидравлических и тепловых режимах функционирования отопительной системы;
• расход теплоносителя и расчёт потерь давления.

Содержание

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;

[include title=»РСЯ — в записи»]

• 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.

Эффективность системы отопления «на глазок»

Во многом суммы таких затрат зависят от:

• требуемых диаметров трубопроводов
• фитингов и соответствующих им приборов отопления
• переходников
• регулировочной и запорной арматуры

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.

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

• расчетная тепловая нагрузка системы – Qзд. = 133 кВт;
• параметры системы – tг = 75 0 С, tо = 60 0 С;
• расход теплоносителя (расчетный) – Vсо = 7,6 м 3 /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 = 80 0 С;
• 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.

Самодельная печь хорошо подойдет для обогрева дачного домика или подсобного помещения. Печка из газового баллона своими руками – смотрите инструкцию по изготовлению.

Как собрать пресс для топливных брикетов своими руками, вы узнаете в этой статье.

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.