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

Гидравлическое сопротивление системы отопления

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

• Гидравлический расчет отопительной системы с учетом трубопроводов
• Пример гидравлического расчета двухтрубной гравитационной системы отопления

Для чего нужен гидравлический расчет двухтрубной системы отопления
Каждое здание индивидуально. В связи с этим отопление с определением количества тепла будет индивидуальным. Сделать это можно при помощи гидравлического расчета, при этом облегчить задачу может программа и таблица расчета.

Расчет системы отопления дома начинают с выбора топлива, исходя из учета потребностей и особенностей инфраструктуры местности, где расположен дом.

Цель гидравлического расчета, программа и таблица которого есть в сети, заключается в следующем:

• определение количества нагревательных приборов, которые необходимы;
• подсчет диаметра и количества трубопроводов;
• определение возможной потери отопления.

Все подсчеты должны производиться по схеме отопления со всеми элементами, которые входят в систему. Подобная схема и таблица должны быть предварительно составлены. Для проведения гидравлического расчета понадобится программа, аксонометрическая таблица и формулы.

Двухтрубная система отопления частного дома с нижней разводкой.

За расчетный объект принимается более нагруженное кольцо трубопровода, после чего определяется необходимое сечение трубопровода, возможные потери давления всего контура отопления, оптимальная площадь поверхности радиаторов.

Проведение подобного расчета, для чего используется таблица и программа, может создать четкую картину с распределением всех сопротивлений в контуре отопления, которые существуют, а также позволяет получить точные параметры температурного режима, расхода воды в каждой части отопления.

Гидравлический расчет в результате должен выстроить наиболее оптимальный план отопления собственного дома. Не нужно полагаться исключительно на свою интуицию. Таблица и программа расчета упростят процесс.

Элементы, которые нужны:

Гидравлический расчет отопительной системы с учетом трубопроводов

Схема систем отопления с насосной циркуляцией и открытым расширительным бачком.

При проведении всех подсчетов будут использоваться основные гидравлические параметры, в том числе гидравлическое сопротивление трубопроводов и арматуры, расход теплоносителя, скорость теплоносителя, а также таблица и программа. Между подобными параметрами есть полная взаимосвязь. На это и необходимо опираться при проведении расчетов.

Пример: если повысить скорость носителя тепла, одновременно повысится и гидравлическое сопротивление у трубопровода. Если будет повышен расход теплоносителя, одновременно может возрасти и скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. Чем большим будет диаметр трубопровода, тем меньшей будет скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. На основе анализа подобных взаимосвязей есть возможность превратить гидравлический расчет в анализ параметров надежности и эффективности полностью всей системы, что может помочь снизить расходы на материалы, которые используются. Стоит помнить, что гидравлические характеристики не отличаются постоянством, с чем могут помочь номограммы.
Гидравлический расчет системы водяного отопления. расход теплоносителя

Возможная схема будущей двухтрубной системы отопления.

Расход теплоносителя напрямую будет зависеть от того, какая тепловая нагрузка придется на теплоноситель во время перемещения им тепла к прибору отопления от теплогенератора. Данный критерий содержит таблица и программа.

Гидравлический расчет подразумевает определение расходного уровня теплоносителя по отношению к заданному участку. Расчетный участок будет представлять собой участок, который имеет стабильный расход теплоносителя и постоянный диаметр.

Пример краткого расчета будет содержать ветку, которая включает в себя 10 киловаттных радиаторов, при этом расход теплоносителя рассчитывается на перенос тепловой энергии на уровне 10 кВт. В данном случае расчетный участок представляет собой отрез от радиатора, который является первым в ветке, до теплогенератора. Однако это только лишь при условии, что подобный участок будет характеризоваться постоянным диаметром. Второй участок будет расположен между первым и вторым радиаторами. Если в первом случае высчитывается расход переноса 10-киловаттной энергии тепла, то на втором участке количество энергии, которое рассчитывается, составит 9 кВт с возможным постепенным уменьшением по мере проведения подобных расчетов.

Схема отопления с естественной циркуляцией.

Гидравлическое сопротивление будет рассчитываться одновременно до обратного и подающего трубопроводов.

Гидравлический расчет подобного отопления заключается в вычислении расхода теплоносителя по формуле для расчетного участка:

G уч = (3,6*Q уч)/(c*(t r-t o)), где Q уч — тепловая нагрузка участка, который рассчитывается (в Вт). Данный пример содержит нагрузку тепла на 1 участок в 10000 Вт или 10 кВт, с — (удельная теплоемкость для воды) постоянная, которая равняется 4,2 кДж (кг*°С), t r — температура теплоносителя в горячем виде в системе отопления, t o — температура холодного теплоносителя в системе отопления.
Гидравлический расчет отопительной гравитационной системы: скорость потока теплоносителя

Схема системы теплоснабжения распределителей.

За минимальную скорость теплоносителя следует принять пороговое значение 0,2-0,26 м/с. Если скорость меньше, из теплоносителя может выделяться избыточный воздух, что способно привести к появлению воздушных пробок. Это, в свою очередь, будет служить причиной полного или частичного отказа отопительной системы. Касательно верхнего порога, скорость теплоносителя должна быть 0,6-1,5 м/с. Если скорость не поднимется выше этого показателя, в трубопроводе не смогут образовываться гидравлические шумы. Практика показывает, что для отопительных систем оптимальный скоростной диапазон составляет 0,4-0,7 м/с.

Если есть необходимость в проведении более точного расчета диапазона скорости теплоносителя, понадобится брать в расчет параметры материалов трубопроводов в системе отопления. Говоря более точно, будет необходим коэффициент шероховатости для внутренних трубопроводных поверхностей. Например, если речь пойдет о стальных трубопроводах, оптимальной будет скорость теплоносителя на уровне 0,26-0,5 м/с. Если имеется полимерный или медный трубопровод, скорость есть возможность увеличить до 0,26-0,7 м/с. Если есть желание перестраховаться, необходимо внимательно почитать, какая скорость рекомендуется изготовителями оборудования для отопительных систем.

Более точный диапазон скорости теплоносителя, которая рекомендуется, будет зависеть от материала трубопроводов, которые применяются в отопительной системе, точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопровода. К примеру, для стальных трубопроводов рекомендуется придерживаться скорости теплоносителя от 0,26 до 0,5 м/с. Для полимерных и медных (полиэтиленовые, полипропиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,26 до 0,7 м/с. Есть смысл пользоваться рекомендациями от изготовителя, если они имеются.
Расчет гидравлического сопротивления отопительной гравитационной системы: потеря давления

Схема системы отопления от распределителя «3» .

Потери давления на определенных участках, что может называться термином «гидравлическое сопротивление», представляют собой сумму полностью всех потерь на гидравлическое трение и локальных сопротивлениях. Такой показатель, который измеряется в Па, можно высчитать по формуле:

Руч = R * l + ((p * v2) / 2) * E3, где v — скорость теплоносителя, который используется (измеряется в м/с), p — плотность теплоносителя (измеряется в кг/м³), R — потери давления в трубопроводе (измеряется в Па/м), l — расчетная длина трубопровода на участке (измеряется в м), E3 — сумма всех коэффициентов локальных сопротивлений на оборудованном участке и запорно-регулирующей арматуры.

Общее гидравлическое сопротивление представляет собой сумму сопротивлений расчетных участков. Данные содержит следующая таблица (ИЗОБРАЖЕНИЕ 6).
Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной отопительной системы: выбор основной ветви

Гидравлический расчет трубопроводов.

Если система гидравлики будет характеризоваться попутным движением теплоносителя, для двухтрубной системы необходимо выбрать кольцо наиболее загруженного стояка через прибор отопления, расположенный снизу.

Если система будет характеризоваться тупиковым движением носителя тепла, для двухтрубной конструкции необходимо выбрать кольцо нижнего отопительного прибора для наиболее загруженного из самых удаленных стояков.

Если речь будет идти о горизонтальной отопительной конструкции, нужно выбрать кольцо через самую загруженную ветвь, которая относится к нижнему этажу.

Вернуться к оглавлению

Пример гидравлического расчета двухтрубной гравитационной системы отопления

Расчет системы теплоснабжения распределителей.

Отопительные приборы горизонтальной двухтрубной системы отопления подсоединяются к отопительной системе при помощи распределителя, который разделяет отопление на 2 системы: снабжение тепла распределителям (между распределителями и тепловым пунктом), а также отопление от распределителей (между отопительными приборами и распределителем).

В большинстве случаев схема отопительной системы выполняется в виде раздельных схем:

• схема систем отопления от распределителей;
• схема системы теплоснабжения распределителей.

В качестве примера предлагается гидравлический расчет 2-х трубной системы отопления с нижней разводкой в двухэтажном административном здании. Теплоснабжение устраивается от встроенной топочной.

Имеются следующие исходные данные:

1. Расчетная нагрузка тепла отопительной системы: Q зд = 133 кВт.
2. Параметры отопительной системы: t г = 75°С, t o = 60°С.
3. Расчетный расход теплоносителя в отопительной системе: V co = 7,6 м³/ч.
4. Отопительная система присоединяется к котлам через гидравлический горизонтальный разделитель.
5. Автоматика каждого котла поддерживает постоянную температуру носителя тепла на выходе из котла: t г = 80°С на протяжении всего года.
6. На вводе каждого распределителя проектируется автоматический регулятор перепада давления.
7. Система теплоснабжения распределителей выполнена из стальных водогазопроводных труб, отопительной системы от распределителей — из металлополимерных труб.

Для данной двухтрубной системы отопления нужно установить насос с управлением скоростью вращения. Для того, чтобы подобрать циркуляционный насос, понадобится определить значения подачи V н, м³/ч и напора P н, кПа.

Подача насоса идентична расчетному расходу в отопительной системе:

V н = V co = 7,6 м3/ч.

Требуемый напор P н, который равен расчетным потерям давления отопления A P со, определяется суммой следующих составляющих:

1. Потери давления распределителей OA P уч.с.т.
2. Потери давления отопительной системы от распределителей OA P уч.от.
3. Потерь давления в распределителе A P распр.

P н = A P co = OA P уч.с.т + OA P уч.от + A P распр.

Для подсчета OA P уч.с.т и OA P уч.от циркуляционного расчетного кольца следует выполнить схему системы теплоснабжения и схему отопления от распределителя «3»

На схеме отопительной системы от распределителя «3» нужно распределить тепловые нагрузки помещений Q4 (расчетные потери помещением теплоты) по приборам отопления, которые суммируются по распределителям. Далее на расчетной схеме указываются тепловые нагрузки распределителей.

В зависимости от теплопроизводительности топочной, которая требуется, могут функционировать оба котла либо только один из них (в весенний и летний периоды времени). Каждый из котлов имеет отдельный циркуляционный контур с насосом Р1, в котором будет постоянный расход теплоносителя и одинаковая температура теплоносителя t г = 80°С на протяжении года.

В бойлере 2 температура воды t г = 55°С водоснабжения может обеспечиваться за счет двухпозиционного регулятора температуры, который управляет включением насоса P2. В отоплении циркуляцию теплоносителя будет обеспечивать насос с электронным управлением Р3. Температура подающей воды отопительной системы изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха при помощи следящего электронного регулятора 11, который воздействует на трехходовой регулирующий клапан.

Гидравлический расчет системы снабжения тепла распределителей может быть выполнен с использованием первого направления. В качестве расчетного основного циркуляционного кольца нужно выбрать кольцо через нагруженный прибор отопления самого нагруженного распределителя «3».

Диаметры участков магистральных теплопроводов d y, мм подбираются при помощи номограммы, задаваясь водной скоростью 0,4-0,5 м/с.

Характер использования номограммы изображает таблица (пример участка №1) G уч = 7581 кг/ч. Рекомендуется при этом ограничиваться удельной потерей давления на трение R не больше 100 Па/м. На местные сопротивления Z, Па потери давления определяются согласно номограммам как функция Z = f (Oae). Результаты гидравлического расчета содержит таблица.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений Oae для каждого из участков основного циркуляционного кольца должна определяться следующим образом:

• участок №1 (начало от напорного патрубка насоса P3, без обратного клапана): внезапное сужение, внезапное расширение, задвижка, Oae = 1,0 + 0,5 + 0,5 = 2,0;
• участок №2: тройник на ответвление, Оае = 1,5;
• участок №3: проходной тройник, отвод, Оае = 1,0 + 0,5 = 1,5;
• участок №4: проходной тройник, отвод, Оае = 1,0 + 1,0 = 2,0;
• участок №2: тройник на противотоке, Оае = 3,0;
• участок №1 до перемычки подмеса: внезапное сужение, внезапное расширение, задвижка, отвод, Оае = 1,0 + 0,5 + 0,5 + 0,5 = 2,5;
• участок №1а от перемычки подмеса до всасывающего патрубка насоса P3, без клапана, без фильтра: гидравлический разделитель в виде внезапного сужения и внезапного расширения, два отвода, две задвижки, Оае = 1,0 + 0,5 + 0,5 + 0,5 = 2,5.

На участке №1 сопротивление клапана должно определяться по монограмме производителя для обратного клапана d y = 65 мм, G уч = 7581 кг/ч, это составляет:

На участке №1а сопротивление фильтра d = 65 мм должно определяться по значению пропускной способности, которую он имеет k v = 55 м3/ч.

A Pф = 0,1. (G | k v) 2 = 0,1. (7581 / 55) 2 = 1900 Па.

Типовой размер трехходового клапана выбирается, задаваясь необходимой величиной: k v = (2 G…3 G), то есть k v > 2. 7,58 = 15 м3/ч.

Принимается клапан d = 40 мм, k v = 25 м3/ч.

Сопротивление его составит:

A P кл = 0,1. (G | k v) 2 = 0,1. (7581 / 25) 2 = 9200 Па.

Следовательно, потери давления снабжения тепла распределителей равняются:

OA P уч.с.т = 21514 Па (21,5 кПа).

Подсчет оставшейся части снабжения тепла распределителей с подбором трубопроводных диаметров производится таким же образом.

Для расчета OA P уч.с.т отопительной системы от распределителя «3», следует выбрать расчетное основное циркуляционное кольцо через самое нагруженное устройство отопления Q пр = 1500 Вт (Ветка «В»).

Гидравлический расчет выполняется с использованием 1-го направления.

Диаметры участков теплопроводов d y, мм подбираются при помощи номограммы для металлополимерных труб, при этом скорость воды — не больше 0,5-0,7 м/с.

Характер пользования номограммой изображается рисунке (пример участков №1 и №4). Рекомендуется при этом ограничиваться удельной потерей давления на трение R не больше 100 Па/м.

Потери давления на сопротивления Z, Па определяется как функция Z = f (Oae).

Гидравлический расчет системы отопления

При проектировании систем водяного обогрева в доме принято выполнять гидравлический расчёт системы отопления. Это нужно для того, чтобы гарантировать максимальную эффективность работы при минимуме финансовых затрат и при правильном функционировании всех узлов.

Целью гидравлического расчёта является:

• Правильный выбор диаметра труб на тех участках трубопроводов, где его величина постоянна;
• Определение действующего давления в магистрали;
• Правильный выбор всех узлов системы.

От того, насколько верно выполнен гидравлический расчёт, будет зависеть температурный комфорт в доме, экономический эффект и долговечность системы отопления.

Основные положения гидравлического расчёта

Для выполнения всех необходимых вычислений, нам необходимы исходные данные:

• Результаты теплового баланса комнат;
• Температуры теплоносителя – начальная и конечная;
• Схема заданной системы отопления;
• Типы обогревающих устройств и метод их соединения с магистралью;
• Гидравлические характеристики используемого оборудования (клапанов, теплообменников и т.п.);
• Циркуляционное кольцо – это контур замкнутого типа. Он состоит из отрезков с наибольшим расходом теплонесущей жидкости от точки нагрева до наиболее удалённой точки (в двухтрубной системе) или до стояка (в однотрубной) и в противоположную сторону к источнику тепла.

Участком для расчёта принимают часть трубопроводного диаметра с неизменяющимся значением расхода теплонесущей жидкости – его определяют, исходя из теплового баланса комнаты.

Перед началом вычислений определяем тепловую нагрузку каждого отопительного агрегата. Она будет соответствовать заданной тепловой нагрузке комнаты. Если в помещении используется более одного обогревающего агрегата, распределяем тепловую нагрузку на всё их количество.

Затем назначаем главное кольцо циркуляции – контур закрытого типа из последовательных отрезков. Для вертикальной однотрубной магистрали число циркуляционных колец соответствует числу стояков. Для горизонтальной двухтрубной – числу обогревающих агрегатов. Главным назначают кольцо, идущее через стояк с наибольшей нагрузкой – для вертикальной магистрали, и идущее через нижний отопительный агрегат ветки с наибольшей нагрузкой – для горизонтальной системы.

Необходимо учитывать, что значение диаметра для трубопроводов и величина действующего давления в кольце циркуляции зависят от скорости теплонесущей жидкости. При этом обязательным условием является обеспечение бесшумности движения теплоносителя.

Для того чтобы избежать возникновения пузырьков воздуха, мы должны принять скорость теплоносителя более 0,25 м/с. Следует учитывать силу сопротивления, возникающего в контуре при движении жидкости. Вследствие этого сопротивления удельные потери давления R должны составлять не более 100-200 Па/м.

Существуют величины допустимой скорости воды, обеспечивающей бесшумность работы– она зависит от удельного местного сопротивления.

Таблица 1 показывает пример величины допустимой скорости воды при разных коэффициентах местного сопротивления.

Слишком маленькая скорость может стать причиной следующих негативных последствий:

1. Увеличение расхода материала на все работы по монтажу;
2. Увеличение финансовых расходов на монтаж и обслуживание системы отопления;
3. Увеличение объёма теплонесущей жидкости в трубах;
4. Значительный рост тепловой инерции.

Пример определения величины расхода теплонесущей жидкости

Для определения диаметра труб на заданных отрезках трубопроводов нам необходимо знать величину расхода теплоносителя. Её определяем, исходя из величины теплового потока – количества тепла, необходимого для компенсации теплопотерь.

Зная величину теплового потока Q на участке 1-2, вычисляем расход теплоносителя G:

t _г и t _х соответственно температуры горячего и холодного (остывшего) теплоносителя;

с = 4,2 кДж/(кг·°С) — удельная теплоемкость воды.

Пример определения диаметра труб на заданном участке

Правильный выбор диаметра труб необходим для решения следующих задач:

• оптимизация эксплуатационных затрат на нейтрализацию гидравлического сопротивления при циркуляции жидкости в контуре;
• достижение необходимого экономического эффекта при монтаже и обслуживании системы отопления.

Для обеспечения экономического эффекта выбираем наименьшую возможную величину диаметра труб, однако такую, которая не приведёт к возникновению гидравлических шумов в магистрали, если скорость теплоносителя составит 0,6-1,5 м/с, в зависимости от местного сопротивления.

Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной системы отопления, принимаем разницу температур в подающем и отводящем трубопроводах равной:

∆t _co = 90 – 70 = 20 °С

где 90°С – температура жидкости в подающей трубе горизонтальной системы;

70°С – температура жидкости в отводящей трубе.

Зная величину теплового потока и вычислив расход теплоносителя по приведённой выше формуле, из таблицы 2 мы можем выбрать подходящий для наших условий внутренний диаметр труб.

Определение внутреннего диаметра труб для отопления

После определения внутреннего диаметра выбираем сам тип труб – он зависит от эксплуатационных условий, от поставленных задач, от требований к прочности и долговечности. Основываясь на всех этих предпосылках, выбираем тип трубы рассчитанного диаметра, который удовлетворяет заданные условия.

Пример определения действующего давления на заданном участке магистрали

Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления, нам необходимо также знать действующее давление на заданном участке магистрали.

Оно вычисляется по формуле:

ρ _o – плотность остывшей воды, кг/м3 ;

ρ _г – плотность нагретой воды, кг/м3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с2 ;

h – вертикальное расстояние от точки нагрева до точки охлаждения (от средней точки высоты котла до средней точки нагревательного прибора), м;

∆p _доп – дополнительное давление, возникающее за счёт остывания воды в магистрали.

Значения плотности воды для заданных температур, а также величину дополнительного давления узнаём из справочника.

Гидравлический расчёт – задача крайне ответственная. От правильного выполнения всех вычислений зависит не только экономический эффект отопления дома, но также эффективность работы всех узлов и соответствие эксплуатационных характеристик всем нормам и требованиям.

При проектировании систем водяного обогрева в доме принято выполнять гидравлический расчёт системы отопления. Это нужно для того, чтобы гарантировать максимальную эффективность работы при минимуме финансовых затрат и при правильном функционировании…

• Теплоаккумулятор своими руками
• Самотечная система отопления
• Разводка отопления в частном доме своими руками
• Схема отопления дома с принудительной циркуляцией

Расчет гидравлического сопротивления в системе отопления.

В этой статье я научу Вас находить гидравлические сопротивления в трубопроводе. Далее эти сопротивления помогут нам находить расходы в каждой отдельной ветке.

Ниже будут реальные задачи.

Вы, конечно, можете воспользоваться специальными программами, для этого, но пользоваться программами весьма затруднительно, если вы не знаете основ гидравлики. Что касается некоторых программ, то в них не разжевываются формулы, по которым происходит гидравлический расчет. В некоторых программах не описываются некоторые особенности по разветвлению трубопроводов, и нахождению сопротивления в сложных схемах. И весьма затруднительно считать, это требует дополнительного образования и научно-технического подхода.

В этой статье я раскрываю для Вас абсолютный расчет (алгоритм) по нахождению гидравлического сопротивления.

Я приготовил специальный калькулятор для нахождения гидравлического сопротивления. Вводите данные и получаете мгновенный результат. В данном калькуляторе используются самые распространенные формулы, которые используются в продвинутых программах по гидравлическим расчетам. К тому же Вам не придется долго разбираться в этом калькуляторе.

Данный калькулятор дает возможность мгновенно получать результат о гидравлическом сопротивление. Процесс вычисления гидравлических потерь весьма трудоемок и это не одна формула, а целый комплекс формул, которые переплетаются между собой.

Существуют местные гидравлические сопротивления, которые создают различные элементы систем, например: Шаровый кран, различные повороты, заужения или расширения, трайники и тому подобное. Казалось бы, с поворотами и сужениями понятно, а расширения в трубах тоже создают гидравлические сопротивления.

Протяженность прямой трубы тоже создает сопротивление движению. Вроде прямая труба без сужений, а все равно создает сопротивление движению. И чем длиннее труба, тем больше сопротивление в ней.

Эти сопротивления, хоть и отличаются, но для системы отопления они просто создают сопротивление движению, а вот формулы по нахождению этого сопротивления отличаются между собой.

Для системы отопления не важно, какое это сопротивление местное или по длине трубопровода. Это сопротивление одинаково действует на движение воды в трубопроводе.

Сопротивление будем измерять в метрах водяного столба. Также сопротивление можно обзывать как потеря напора в трубопроводе. Но только однозначно это сопротивление измеряется в метрах водяного столба, либо переводится в другие единицы измерения, например: Bar, атмосфера, Па (Паскаль) и тому подобное.

Что такое сопротивление в трубопроводе?

Чтобы понять это рассмотрим участок трубы .

Манометры, установленные на подающей и обратной ветке трубопроводов, показывают давление на подающей трубе и на обратной трубе. Разница между манометрами показывает перепад давления между двумя точками до насоса и после насоса.

Для примера предположим, что на подающем трубопроводе (справа) стрелка манометра указывает на 2,3 Bar, а на обратном трубопроводе (слева) стрелка манометра показывает 0,9 Bar. Это означает, что перепад давления составляет:

Величину Bar переводим в метры водяного столба, оно составляет 14 метров.

Очень важно понять, что перепад давления, напор насоса и сопротивление в трубе — это величины, которые измеряются давлением (Метрами водяного столба, Bar, Па и т.д.)

В данном случае, как указано на изображение с манометрами, разница на манометрах показывает не только перепад давления между двумя точками, но и напор насоса в данном конкретном времени, а также показывает сопротивление в трубопроводе со всеми элементами, встречающимися на пути трубопровода.

Другими словами, сопротивление системы отопления это и есть перепад давления в пути трубопровода. Насос создает этот перепад давления.

Устанавливая манометры на две разные точки, можно будет находить потери напора в разных точках трубопровода, на которые Вы установите манометры.

На стадии проектирования нет возможности создавать похожие развязки и устанавливать на них манометры, а если имеется такая возможность, то она очень затратная. Для точного расчета перепада давления манометры должны быть установлены на одинаковые трубопроводы, то есть исключить в них разность диаметров и исключить разность направление движения жидкости. Также манометры не должны быть на разных высотах от уровня горизонта.

Ученые приготовили для нас полезные формулы, которые помогают находить потери напора теоретическим способом, не прибегая к практическим проверкам.

Разберем сопротивление водяного теплого пола. Смотри изображение.

Труба металлопластиковая 16мм, внутренний диаметр 12мм.
длина трубы 40 м.
По условию обогрева, расход в контуре должен быть 1,6 л/мин
Поворотов 90 градусов соответствует: 30 шт.
Температура теплоносителя (воды): 40 градусов Цельсия.

Для решения данной задачи были использованы следующие материалы:

Все методики расчетов были разработаны по научным книгам гидравлики и теплотехники.

Первым делом находим скорость течения в трубе.

Q= 1,6 л/мин = 0,096 м 3 /ч = 0,000026666 м 3 /сек.

V = (4•0,000026666)/(3,14•0,012•0,012)=0,24 м/с

Находим число Рейнольдса

ν=0,65•10 -6 =0,00000065. Взято из таблицы. Для воды при температуре 40°С.

Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

У меня попадает на первую область при условии

4000 0,25 = 0,3164/4430 0,25 = 0,039

Далее завершаем формулой:

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,039•(40•0,24•0,24)/(0,012•2•9,81)= 0,38 м.

Находим сопротивление на поворотах

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(0,31•0,24 2 )/( 2•9,81)= 0,00091 м.

Данное число умножаем на количество поворотов 90 градусов

В итоге полное сопротивление уложенной трубы составляет: 0,38+0,0273=0,4 м.

Теория о местном сопротивление

Хочу подметить процесс вычисления местных сопротивлений на поворотах и различных расширений и сужений в трубопроводе.

Потеря напора на местном сопротивление находится по этой формуле:

h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
ζ-Это коэффициент сопротивления, он будет находиться дополнительными формулами, о которых напишу ниже.
V — скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
g — ускорение свободного падения равен 9,81 м/с 2

В этой формуле меняется только коэффициент местного сопротивления, коэффициент местного сопротивления для каждого элемента свой.

Подробнее о нахождение коэффициента

Обычный отвод в 90 градусов.

Коэффициент местного сопротивления составляет примерно единице.

Формула для других углов:

Постепенный или плавный поворот трубы

Постепенный поворот трубы (отвод или закруглённое колено) значительно уменьшает гидравлическое сопротивление. Величина потерь существенно зависит от отношения R/d и угла α.

Коэффициент местного сопротивления для плавного поворота можно определить по экспериментальным формулам. Для поворота под углом 90° и R/d>1 он равен:

для угла поворота более 100°

Для угла поворота менее 70°

Для теплого пола, поворот трубы в 90° составляет: 0,31-0,51

В формулу вставляется скорость течения в трубе с малым диаметром.

Также существуют и плавные расширения и сужения, но в них сопротивление потоку уже значительно ниже.

Внезапное расширение и сужение встречается очень часто, например, при входе в радиатор получается внезапное расширение, а при уходе жидкости из радиатора внезапное сужение. Также внезапное расширение и сужение наблюдается в гидрострелках и коллекторах.

Для тройников ответвлений в два и более направлений, процесс вычисления очень сложен тем, что еще непонятно какой расход будет в каждой отдельной ветке. Поэтому можно тройник разделить на отводы и посчитать исходя из скоростей потока на ветках. Можно прикинуть приблизительно на глаз.

Более детально о разветвлениях поговорим в других статьях.

Находим сопротивление для радиаторной системы отопления. Смотри изображение.

Труба металлопластиковая 16мм, внутренний диаметр 12мм.
Длина трубы 5 м.
По условию обогрева, расход в контуре радиатора должен быть 2 л/мин
Плавных поворотов 90 градусов соответствует: 2 шт.
Отводов 90 градусов: 2шт.
Внезапное расширение на входе в радиатор. 1шт.
Внезапное сужение на выходе из радиатора: 1шт.
Температура теплоносителя (воды): 60 градусов Цельсия.

Для решения данной задачи, также можно воспользоваться калькулятором гидравлических потерь

Для начала посчитаем сопротивление по длине трубопровода.

Первым делом находим скорость течения в трубе.

Q= 2 л/мин = 0,096 м 3 /ч = 0,000033333 м 3 /сек.

V = (4•0,000033333)/(3,14•0,012•0,012)=0,29 м/с

Находим число Рейнольдса

ν=0,65•10 -6 =0,000000475. Взято из таблицы. Для воды при температуре 60°С.

Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения. У меня попадает на первую область при условии

4000 0,25 = 0,3164/7326 0,25 = 0,034

Далее завершаем формулой:

h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,034•(5•0,29•0,29)/(0,012•2•9,81)= 0,06 м.

Находим сопротивление на плавном повороте

К сожалению, в литературе встречаются разные коэффициенты по нахождению коэффициента на местном сопротивление, согласно формуле из проверенного учебника на поворот как используют в теплых полах, составляет: 0,31.

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(0,31•0,292)/( 2•9,81)= 0,0013 м.

Данное число умножаем на количество поворотов 90 градусов

Находим сопротивление на коленном (прямом 90°) повороте

Вообще, фитинг у металлопластиковой трубы идет с внутренним диаметром меньше чем у трубы, а если диаметр меньше, то соответственно и скорость увеличивается, а если увеличивается скорость, то увеличивается сопротивление на повороте. В итоге я принимаю сопротивление равное: 2. Кстати во многих программах резкие повороты принимают за 2 единицы и выше.

Там, где имеется сужение и расширение — это тоже будет являться гидравлическим сопротивлением. Я не стану считать сужение и расширение на металлопластиковых фитингах, так как далее мы все равно затронем эту тему. Потом сами посчитаете.

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(2•0,292)/( 2•9,81)= 0,0086 м.

Данное число умножаем на количество поворотов 90 градусов

Находим сопротивление на входе в радиатор.

Вход в радиатор — это ни что иное как расширение трубопровода, поэтому коэффициент местного сопротивления будем находить для трубы идущий на резкое расширение.

Минимальный диаметр примем за 15мм, а максимальный диаметр у радиатора примем за 25мм.

Находим площадь сечения двух разных диаметров:

ω₁ = π • D 2 /4 = 3.14 • 15 2 / 4 = 177 мм 2

ω₂ = π • D 2 /4 = 3.14 • 25 2 / 4 = 491 мм 2

Поскольку диаметр 15мм это больше чем 12 мм, поэтому скорость уменьшилась и стала равна: 0,19 м/с

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(0,41•0,19 2 )/( 2•9,81)= 0,00075 м.

Находим сопротивление на выходе из радиатора.

Выход из радиатора — это ни что иное как сужение трубопровода, поэтому коэффициент местного сопротивления будем находить для трубы идущий на резкое сужение.

Площади уже известны

ω₂ = π • D 2 /4 = 3.14 • 15 2 / 4 = 177 мм 2

ω₁ = π • D 2 /4 = 3.14 • 25 2 / 4 = 491 мм 2

h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(0,32•0,19 2 )/( 2•9,81)= 0,00059 м.

Далее все потери складываются, если эти потери идут последовательно друг для друга.

В следующих статьях я уже не буду разжевывать все формулы по нахождению сопротивления на участках одной ветки, мы будем использовать калькулятор расчетов гидравлического сопротивления, который помогает мгновенно находить гидравлические сопротивления на каждой отдельной ветке.

Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:

На этом статья закончена, кому не понятно пишите вопросы, и я обязательно отвечу. В других статьях я расскажу, как считать гидравлические потери для сложных разветвленных участков систем отопления. Мы будем теоретически находить расходы на каждой ветке.

Кстати, данные расчеты можно применять и к системам водоснабжения .