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.

Расчет гидравлики водяной 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:

1. Собрать исходные данные и систематизировать их.
2. 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.

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.

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/м 3 ;
• 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.

Если в доме стоит печка, отопить она сможет лишь небольшое помещение. Установка батарей отопления в частном доме большой площади обязательна, так как в противном случае отдаленные от печи комнаты отапливаться не будут.

Основные характеристики газового котла Buderus представлены в этом обзоре.

О том, как запустить газовый котел, расскажем в этой статье.

Гидравлическая увязка

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.

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 = 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.

Видео на тему

Расчет и гидравлическая увязка системы отопления

Точный расчет трубопровода, верные настройки термостатических вентилей и разумное применение вентильных систем на стояках, регуляторов расхода или перепада давления, а также регулируемого циркуляционного насоса — все это гарантирует экономное распределение требуемого количества теплоносителя. Таким образом будет обеспечено снабжение всех потребителей теплом.

Если отсутствует корректный расчет и гидравлическая увязка, помимо повышенного потребления энергии в системе, также появляются другие недостатки:

• помещения не прогреваются до нужной температуры;
• отдельные части системы отопления прогреваются со значительным опозданием;
• наблюдаются перепады температуры в режиме частичной нагрузки;
• термостатические вентили «шумят».

По законам физики вода выбирает путь наименьшего сопротивления. Это приводит к слишком большому расходу на гидравлически выгодных участках отопительной системы (ближе к насосу) и недостатку теплоносителя на гидравлически невыгодных. Ведь сначала должны прогреться помещения на гидравлически оптимальных участках, затем термостатические вентили сдросселируют поток. Лишь после этого потребители, чье расположение с гидравлической точки зрения невыгодно, получат достаточное количество теплоносителя. Чтобы скорректировать эту погрешность, приходится либо раньше включать систему, чтобы все помещения вовремя прогрелись, либо завышать расход в системе отопления. Но это приведет к повышению сопротивления, которое можно преодолеть насосом большей мощности. А это влечет за собой ненужные затраты энергии и денег. Отопление загородного дома при двухтрубной системе с постоянно меняющимся расходом различают несколько режимов работы. В режиме полной нагрузки (расчетная точка) система находится в гидравлическом равновесии. Фактический перепад давления совпадает с расчетным. При большей нагрузке расход через стояк увеличивается. В результате последующие за ним стояки получают недостаточное количество теплоносителя. Это наблюдается, когда термостатические вентили полностью открыты, например, во время утреннего прогрева помещений системы отопления загородного дома.

В режиме неполной нагрузки (меньший расход) перепад давления значительно повышается и срабатывается на вентилях, что является причиной шума. В течение отопительного сезона система отопления работает преимущественно в режиме частичной нагрузки. Расход в системе отопления регулируется при помощи регулирующих вентилей на стояках, регуляторах расхода и перепада давления, термостатических вентилей на обратную подводку. Если на стояке установлен регулирующий вентиль, при правильной его настройке расход может превысить расчетный совсем незначительно. Корректное снабжение теплоносителем всех частей отопительной системы гарантировано. Проектирование отопления помогает подобрать оптимальную настройку на этапе расчетов. Ограничить максимальный расход каждого отдельного стояка возможно при помощи регулятора воздуха. Он настраивается на расчетное значение расхода. Он самостоятельно производит регулировку, чувствуя перепад давления, сравнивает его с расчетным через меморану и сдвигает тарелку вентиля в соответствии с имеющимся перепадом давления. Дополнительной энергии для этого не требуется. Чтобы система отопления была надежно защищена от шумов, перепад давления на термостатических вентилях должен быть ниже шумовой кривой. Обычный термостатический вентиль должен работать бесшумно при максимальном перепаде давления в 150 мбар. Если может случиться так, что установленный насос циркуляции в одном из режимов работы выдаст больший перепад давления на термостатический вентиль, каждый стояк придется оборудовать регулятором перепада давления. Он устанавливается на обратную линию. Верхняя мембранная камера соединяется с подающей линией капиллярной трубкой. Мембрана чувствует разницу давлений между подающей и обратной и в соответствии с настройкой подбирает нужную степень открытия вентиля. Таким образом, при любом расходе перепад давления на стояке поддерживается постоянным. Избыточный перепад давления «гасится» на регуляторе.

Монтаж отопления и регуляторов перепада давления целесообразен тогда, когда располагаемое давление насоса может превысить 220мбар. При применении циркуляционных насосов с регулируемой характеристикой проблема высокого перепада давления смягчается, но не устраняется. Объяснение этому следующее: чтобы обеспечить поступление теплоносителя в достаточном количестве во все части системы отопления, насос должен развить напор более 200мбар, что заставит клапаны «шуметь». Насосы с частотным регулированием и регуляторы перепада давления на стояках идеально дополняют друг друга. Циркуляционный насос должен подать определенный перепад давления, чтобы снабдить самого удаленного потребителя достаточным количеством теплоносителя. Это означает слишком большой перепад давления на гидравлически выгодных участках системы. А если система работает к тому же в режиме частичной нагрузки, перепад давления увеличивается еще больше. Понижать его следует отдельно на каждом стояке, для этого и используется регулятор перепада давления. Проектирование отопления обеспечит корректную гидравлическую увязку системы и энергосберегающее функционирование. Комфортность достигается равномерной теплоотдачей отопительных приборов и бесшумной работой вентилей и регуляторов. Идеальная комбинация арматуры состоит из термостатического вентиля с преднастроикой, регулятора перепада давления на стояках и регулируемого циркуляционного насоса.

• регулирующий вентиль на стояк или регулятор расхода применяются в системах с постоянным расходом (однотрубные системы отопления, системы воздушного отопления) в широко разветвленных системах для поддержки арматуры на отопительных приборах с преднастройкой; системах с перепадом давления. А регулятор перепада давления — при сильном различие рабочих точек в режимах полной и частичной нагрузки, если при этом перепад давления выходит за пределы шумовой границы термостатичесних вентилей;
• термостатический вентиль с преднастройкой или вентиль на обратную подводку ставится на каждом отопительном приборе.

В своих проектах специалисты компании «Еврострой Инжиниринг» применяют гидравлическую увязку на оборудовании марки Oventrop.