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

Гидравлический расчет системы отопления: компоненты, рекомендации и вычисления

Гидравлический расчет системы отопления выполняют для нахождения необходимых параметров для построения обогрева здания:

• Диаметров трубопроводов;
• Мощности насоса.

Без этих вычислений невозможно построить качественного теплоснабжения. В этой статье мы поговорим о том, как выполняются такие работы и как выполнить их своими руками, а для того чтобы вы лучше разобрались для вас будут приведены видео и фото материалы.

Гидравлические вычисления

Чтобы провести необходимые подсчеты нам потребуется взять главные гидравлические показатели:

• Скорость движения жидкости в трубопроводах;
• Сопротивление таких элементов как трубы и арматура;
• Количество воды.

Все эти параметры, взаимозависимые между собой и изменение одного из них приведет к изменениям других.

Важно!
Если уменьшить диаметр трубопровода, то увеличится не только скорость теплоносителя, но также и гидравлическое сопротивление.
И соответственно если увеличиться диаметр, то скорость и сопротивление уменьшаться.
Зная эту зависимость можно с легкостью сократить расходы на материалы, а также улучшить качество отопления и надежность работы обогрева.

Система обогрева состоит из четырех главных элементов:

• Регулирующей (термоклапаны, термовентили) и запорной арматуры (шаровые краны, вентиля);
• Трубопроводов;
• Радиаторов;
• Источника теплоты.

Эти элементы обладают индивидуальными параметрами, и их нужно учитывать при построении отопления. Все производители на своем оборудовании указывают информацию о характеристиках, будь-то обычные батареи отопления или любые материалы.

Вычисления могут быть упрощены благодаря существующим таблицам и диаграммам. Так, например, подбор трубопроводов из полипропилена облегчается благодаря тому, что к трубам прилагается номограмма для гидравлического расчета систем отопления.

Её мы приводим для вас внизу и если вы её проанализируете, то заметите, что некоторые характеристики имеют четкую последовательность.

Расход теплоносителя

Должно быть, вы уже заметили взаимосвязь между расходом и количеством нагретой воды в котле. Первый будет зависеть от тепловой нагрузки на котел. А нагрузка будет зависеть от тепловых потерь помещений, которые необходимо компенсировать за счет обогрева.

Сам расчет гидравлики определяет расход теплоносителя на каждом участке. Каждый участок имеет постоянный диаметр и расход.

Пример

В начале вычислений образовывают два кольца отопления. Одно будет чуть больше и будет называться первым. Каждое кольцо разбивается на участки, нумерация начинается от магистрального трубопровода, в котором максимальный расход (сразу после котла).

Первый участок после генератора теплоты, он будет продолжаться до того момента пока не измениться расход теплоносителя, например, до следующего стояка или отопительного прибора. И так далее вплоть до последнего стояка.

Важно!
Гидравлический расчет отопления выполняется и для подачи и для обратки одновременно, чтобы не нарушить циркуляцию.

Один из необходимых расчетов это расчет расхода, он вычисляется таким образом:,

• Qуч – тепловая нагрузка отдельного участка, единицы измерения Ватты;
• С — теплоемкость для воды, является постоянной и равняется 4,2 кДж/(кг•°С);
• tг – температура подающего теплоносителя в отопительной системе;
• tо – температура обратного теплоносителя в системе.

Предположим что нагрузка участка у нас 1000 Ватт, тогда:

Имея на руках данные о расходах, благодаря специальным таблицам можно подобрать диаметра трубопроводов для отопления. В этих таблицах помимо диаметра указывается скорость потока и потери давления.

Нужно обратить внимание на то, что диаметры начинаются с большого и постепенно к последнему стояку уменьшаются. Например, магистральная труба 32 миллиметра, участок далее 24, еще дальше 16. Недопустимы скачки диаметров наподобие 32, 45, 16.

Труба из полипропилена

Скорость потока

Минимальная скорость движения теплоносителя не должна быть меньше значений 0,2 – 0,3 метра в секунду. При меньшем показателе из воды будет выделяться воздух, и будут возникать воздушные пробки, а это может стать причиной выхода из строя всего обогрева.

Верхний порог скорости 0,7 – 1,5. Если скорость будет выше, то будет наблюдаться шум в трубопроводах. Оптимальная скорость находится в пределах 0,5 – 0,7 метров в секунду.

Потери напора

Потери напора происходят на всех участках системы в обоих кольцах схемы. Представляет собой сумму потерь на трение в трубах, арматуре и радиаторах.

Имеет размерность Па и подсчитывается по формуле:

• ν – скорость;
• ρ – плотность;
• R –потери напора в трубопроводе;
• l –длина трубопровода на данном участке;
• Σζ – сумма сопротивлений.

Общее сопротивление – это сумма сопротивлений на всех участках.

Двухтрубная система отопления: выбор основной ветви системы

Инструкция к выполнению вычислений говорит о том, что в том случае, если схема имеет попутное движение теплоносителя, то в двухтрубном обогреве берется кольцо более нагруженного стояка через нижний радиатор. В однотрубной схеме отопления – это кольцо через наиболее загруженный стояк.

При тупиковом движении горячей воды, в двухтрубной схеме берется кольцо нижней батареи в самом загруженном и удаленном стояке. Для однотрубной схемы берется кольцо наиболее нагруженного и удаленного стояка.

В горизонтальной схеме принимается кольцо наиболее загруженной ветки нижнего этажа. На этом этапе нужно быть предельно внимательным, так как цена ошибки может быть очень большой.

Заключение

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления – это важный шаг к успешному функционированию вашего обогрева. Если вы не чувствуете уверенности в самостоятельном выполнении вычислений, то лучше обратитесь к специалистам.

Но если желание произвести вычисления своими руками настолько велико, то вам понадобится пример гидравлического расчета системы отопления и свободное время.