Расчет однотрубной системы отопления с примерами

Наверное, нет смысла подвергать сомнению утверждение, что автономный обогрев собственного жилища имеет ряд преимуществ перед централизованными системами отопления. Единственным недостатком можно считать достаточно большие первоначальные вложения, львиную долю которых составляет проведение гидравлического расчета однотрубной системы отопления. В этой публикации будет рассказано, как самостоятельно рассчитать однотрубную отопительную систему (СО) для небольшого помещения или частного дома.

Сбор данных и подготовительные расчеты

Прежде всего ответим, для чего нужен гидравлический расчет?

1. Для эффективного обогрева всех помещений независимо от внешней и внутренней температуры воздуха.
2. Для снижения эксплуатационных затрат, которые возникают в процессе работы отопительного оборудования.
3. Для снижения затрат, связанных с приобретением оборудования и материалов. Это касается грамотного подбора диаметров трубопровода на каждом участке отопительной системы.
4. Для снижения уровня шума, связанного с движением теплоносителя по контуру.
5. Для стабильной работы отопительной системы.

Для того чтобы сделать расчет системы отопления (в этом повествовании будет говориться исключительно об однотрубной схеме с принудительной циркуляцией теплоносителя), необходимо получить следующие данные:

• Необходимую мощность теплогенератора.
• Мощность и количество радиаторов для каждого отапливаемого помещения.
• Диаметр и протяженность отопительного контура.

Имея на руках искомые данные можно переходить к подбору циркуляционного насоса, расчетам количества теплоносителя, емкости расширительного бака и настройки группы безопасности. Теперь обо всем по порядку.

Расчет тепловой производительности котельной установки

Итак, вы решили создавать однотрубную систему отопления частного дома своими руками. Первое, что нужно сделать, чтобы узнать искомую величину мощности теплогенератора – это произвести расчет теплопотерь каждого отапливаемого помещения. Как известно, основные потери тепла исходят от:

• Наружных стен.
• Потолка.
• Пола.
• Окон.

На примере рассмотрим теплопотери угловой комнаты, с размерами 6 х 3 метра, двумя окнами 1,5 х 1,2 м, и высотой потолков 2,5 м.

1. Наружные стены (S1) = (6 х 2,5)+(3 х 2,5)-2 (1,5 х 1,2); S1= 15+7,5-3,6=18,9 м 2
2. Окна (S2) = 2(1,5 х 1,2)= 3,6 м 2
3. Пол (S3) = 18 м 2
4. Потолок (S4) =18 м 2

Применяем формулу расчета теплопотерь (Q) = k; для наружных стен k = 62; для окон k = 135; для пола k = 35; для потолка k = 27. Подставляем необходимые значения.

1. Q1 = 18,9 х 62 = 1171,8 Вт или 1,172 кВт;
2. Q2 = 3,6 х 135 = 486 Вт или 0,486 кВт;
3. Q3 = 18 х 35 = 630 Вт или 0,63 кВт
4. Q4 = 18 х 27 = 486 Вт или 0,486 кВт;

Теперь суммируем все теплопотери для выявления необходимого количества тепла, которого необходимо для конкретного помещения = 2,774 кВт;

Те же действия необходимы для каждого отдельного помещения. Суммируя теплопотери можно сделать вывод о необходимой производительности котельной установки. Есть методика менее точная, но достаточно надежная и быстрая: необходимо использовать удельную мощность котлоагрегата рекомендованную в зависимости от региона.

Тепловую производительность котельной установки можно высчитать, используя Wк = Wуд х S/10; где:

Wк = мощность котлоагрегата;

Wуд = рекомендованная удельная мощность, представленная на рис.;

S/10 = площадь обогреваемого помещения на 10 м 3 .

Теперь, когда, есть данные о мощности котлоагрегата, необходимого для обогрева дома, можно приступать к чертежам контура отопительной системы, прикидывать место размещения радиаторов отопления.

Расчет количества и мощности батарей

Как в однотрубном подключение радиаторов отопления, так и в двухтрубных схемах, эффективность отопления конкретного помещения зависит не только от количества секций радиаторов, их конструкции, материала, из которого они изготовлены, площади поверхности и способа подсоединения к магистральному трубопроводу, но и от материала стен и способа утепления, теплопотерь в окнах и пр.

Воспользуемся рекомендованными данными, которые можно найти в специализированной литературе. 1 м 3 в кирпичном доме требует приблизительно 0.034 кВт тепла для поддержания комфортной температуры; в доме из СИП – панелей – 0,041 кВт; в кирпичном доме с утепленными: перекрытием, чердаком, несущими стенами, фундаментом – 0,02 кВт.

Для примера, рассмотрим подбор батарей для комнаты 18 м 2 с высотой потолков 2,5 м. в кирпичном доме. (0,034 кВт).

1. Узнаем объем помещения: 18 х 2,5 = 45 м 3 .
2. Рассчитываем, сколько необходимо тепловой энергии для данной комнаты: 45 х 0,034 = 1,53 кВт

Теперь нужно воспользоваться таблицей, с характеристиками батарей.

На рисунке показаны основные характеристики наиболее распространенных радиаторов. Исходя из представленных данных, лучшее соотношение характеристик и стоимости у алюминиевых батарей. Нам необходимы данные о мощности одной секции, нижняя граница которой равна 0,175 кВт.

1. Делим полученный результат на мощность секции выбранного типа радиаторов и получаем количество секций: 1,53/ 0,175 = 8,74

Итог: для обогрева помещения 45 м 3 нам необходим алюминиевый радиатор, состоящий из 9 секций. Аналогичные расчеты проведите для каждой комнаты в доме.

Вычисления диаметра трубы для отопительного контура

Данная процедура является обязательной при расчете любой системы отопления. В однотрубных схемах – это еще и достаточно сложно сделать, так как теплоноситель все больше остывает в каждом последующем радиаторе. Для поддержания определенной температуры нужно на каждом последующем участке контура увеличивать скорость движения теплоносителя. Сделать это можно, уменьшая диаметр трубы, согласно необходимой тепловой мощности для каждого радиатора.

Сделать вычисления можно по формуле Rср = β*?рр/∑L; Па/м, Получим среднее значение потери давления вследствие трения на 1 метр расчетного кольца СО. Далее, используя формулу, рассчитываем диаметр трубопровода для конкретного участка контура.

∆t° —разница температур теплоносителя между входом и выходом из котлоагрегата, °С
Q —количество тепла, необходимое на обогрев конкретного помещения
V — скорость теплоносителя, м/с

Несколько слов о скорости движения воды в системе. Чтобы отопление работало эффективно необходимо чтобы скорость движения теплоносителя была как можно выше. Однако, при этом увеличивается давление в системе и возникает шум от трения о поверхность трубопровода. Оптимальная скорость теплоносителя в горизонтальной однотрубной системе отопления должна находиться в пределах 0,3 – 0,7 м/сек. Медленнее – возможно завоздушивание; Быстрее – появляется шум.

Существуют таблицы, в которых можно выбрать необходимый диаметр труб. Для этого диаметра предлагается оптимальная скорость и расход теплоносителя. Рассмотрим пример подбора труб из армированного полипропилена для каждого участка отопительного контура с 6-ю радиаторами разной мощности.

Важно! В таблице указан внутренний диаметр трубы. Оптимальные результаты находятся в колонках, обозначенных синим цветом.

1. На первом участке СО (от выхода котла до радиатора) мощность системы 15 кВт. Выбираем данные, соответствующие мощности из синих колонок. Подходит труба с внутренним диаметром 20 мм и 25 мм. Выбираем 20 мм (она дешевле). Скорость движения теплоносителя на этом участке будет 0,6 м/с; расход теплоносителя, через трубу такого диаметра при данной скорости – 659 кг/ч.
2. Первый радиатор имеет мощность 3 кВт поэтому нагрузка на нем уже 15 – 3 = 12 кВт. В оптимальной зоне таблицы данное значение находится в зоне трубы 20 мм.
3. На участке между первым и вторым радиатором: 12 кВт – 2,5 = 9,5 кВт; диаметр трубы 20 мм.
4. На третьем радиаторе тепловая нагрузка падает уже до 9,5 – 2 = 7,5 кВт. Исходя из таблицы на этом участке требуется труба с 15 мм внутреннего диаметра.

Аналогично делается расчет трубопровода на всех участках СО.

Совет: Следует знать, что армированный полипропилен имеет несколько другие внутренние размеры, чем указано в таблице. Показанный нами пример внутреннего диаметра 20 мм реально имеет 21,2 мм. и маркировку ПП32, и соответственно внешний диаметр 32 мм.

Расчет объема расширительного бака

Для того чтобы рассчитать объем расширительного бачка мембранного типа следует знать количество теплоносителя, который находится в отопительном контуре. Зависимость такая: расширительный бак должен быть объемом в 10 % от количества теплоносителя.

Количество воды в СО рассчитывается по формуле: W = π (D 2 /4) L где:

• π – 3,14;
• D – внутренний диаметр участка трубопровода;
• L – длина участка трубопровода (если весь контур выполнен из трубы одного диаметра, то считаем длину контура).

Например, внутренний диаметр трубопровода из армированного полипропилена – 21,2 мм = 0,021м; длина контура – 100 м. 3,14 х (0,021 2 /4) х 100 = 0.0345м 3 или 34,5 литра. От сюда вывод: при объеме теплоносителя в системе 34,5 л, в температурных пределах СО от 0 до 80°С и давлении в системе от 0,3 до 1 Бар, необходим расширительный бак, емкостью 3,5 л.

Чтобы рассчитать параметры циркуляционного насоса нужны данные о мощности котла, разница температур на входе и выходе котельной установки. Далее можно воспользоваться формулой Q = N /(t 2- t 1), где N – мощность котлоагрегата; T1 – температура теплоносителя на подающем патрубке, T2 – температура охлажденного теплоносителя на обратной ветке контура.

Совет: следует знать, что для построения грамотной однотрубной системы отопления, кроме полученных данных необходимо сделать расчет гидравлических сопротивлений, которые возникают на равнопроходных отводах, учесть гидравлические потери на точках сужения трубопровода, грязевике и обратном клапане (если предполагается). Данный расчет сделать самостоятельно достаточно просто, используя программы: «Гидравлические и тепловые расчеты» и HERZ. C. O. С.

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией

Принудительная циркуляция в системах отопления обеспечивается установкой гидравлического насоса. Он устанавливается на участок системы, в котором остывший теплоноситель движется в сторону нагревательного элемента – котла. Такая система энергозависима, но позволяет строить здания с любым количеством этажей, подключать желаемое число радиаторов, а также избавляет от необходимости прокладывать трубы с уклоном для увеличения скорости потока жидкости в трубах (последний фактор сказывается на эстетичности всей системы в целом).

Однотрубная система отопления » Л енинградка«

Однотрубная система максимально проста и экономична с точки зрения количества используемых материалов/оборудования. Ее может собрать любой человек, знакомый с правилами монтажа оборудования, владеющий навыками обращения с электро- и иным инструментом, способный в процессе проектирования собственного частного дома отметить линии прокладки трубопроводов и других элементов системы.

Важно произвести гидравлический расчет, чтобы выбрать диаметр труб отопления и мощность насоса. Регулировка скорости потока теплоносителя отражается на количестве производимого тепла, а соответственно, и температуре помещений.

Гидравлический расчет

Видео – Расчет системы отопления однотрубной самостоятельно

Отрицательные и положительные качества однотрубной системы

Рассмотрим, какими еще преимуществами, помимо описанных выше, обладает однотрубная система отопления открытого типа с принудительной циркуляцией.

1. Погрешности в расчетах не отразятся на работе системы, ведь диаметр труб может быть небольшим, что позволяет сократить расходы на обустройство отопления в доме.
2. Все узлы системы имеют продолжительный срок службы, что достигается отсутствием температурных перепадов в системе.
3. Регулировать температуру возможно как в отдельно взятых помещениях здания, так и во всей системе в целом.

Стоит помнить о недостатках системы:

• системы с принудительной циркуляцией не рекомендуется монтировать в регионах с частыми перебоями электроэнергии. С отключением электричества циркуляционный насос прекращает свою работу, а поток теплоносителя продолжает двигаться естественным путем за счет сил гравитации и разницы температуры в системе. Производительность и теплоотдача при выключенном насосе резко падают;
• насосное оборудование редко бывает полностью бесшумным. Рекомендуется выделять под котельную отдельную подсобку.

Элементы и принцип функционирования системы

Однотрубная система, которую также именуют Ленинградкой, представляет собой замкнутый контур. В этом контуре объединен и подающий, и обратный трубопровод. Система заполняется антифризом или водопроводной водой. Для последнего предусматривают подвод отдельного трубопровода с запорной арматурой. Для слива теплоносителя обязательно присутствует отдельный патрубок с вентилем, ведущий в канализацию. Узел пополнения системы желательно оборудовать фильтром.

Основные элементы системы отопления

Теплоноситель, нагреваемый в змеевике котла, поступает в трубопровод, проходит через стояки и радиаторы, отдает энергию, остывая, протекает через насос, который нагнетает поток, движущийся в котел. Для предотвращения аварийных ситуаций в системе присутствует бачок закрытого (мембранного) либо открытого типа. Независимо от типа бачка, монтаж производится на верхнем техническом этаже здания (либо чердаке дома).

Также в системе обязательно присутствует группа безопасности (иногда называется блоком безопасности). В приборе объединены следующие элементы:

• воздухоотводчик;
• предохранительный клапан;
• манометр и термометр (могут быть объединены в едином корпусе).

В случае возникновения аварийной ситуации, связанной с чрезмерно высоким давлением, группа безопасности выровняет его и предотвратит поломки оборудования и разрыв трубопроводов. С помощью прибора легко регулировать температуру и давление в системе отопления. Иногда приборы, которые входят в состав группы безопасности, монтируют на подающий трубопровод по отдельности, врезая предохранительный клапан выше уровня котельного оборудования, но чаще в систему отопления подключают единый блок безопасности, сокращая время на монтаж.

Манометр и термометр в одном корпусе

Группа безопасности. Фото

Радиаторы в однотрубной системе могут подключаться по нескольким схемам – параллельно, диагонально, с байпасами и т.д. На этапе монтажа рекомендуется устанавливать регуляторы температуры на каждый радиатор. Дополнительно для стравливания воздуха и предотвращения образования воздушных пробок стоит на каждый радиатор установить краны Маевского либо приобрести батареи отопления с уже вмонтированными кранами.

Сепаратор воздуха — аналог клапана Маевского

Отдельно о насосе и его выборе

В системах с естественной циркуляцией используются трубы увеличенного диаметра, что необходимо для преодоления потоком теплоносителя гидравлического сопротивления. Гидравлический насос же «подталкивает» теплоноситель, позволяя ему преодолевать сопротивление даже в трубах небольшого диаметра. Как устанавливается двухтрубная система отопления, Вы можете прочитать в нашей статье.

В быту обычно применяются насосы мощностью до 100 Вт. Этот прибор прогоняет через себя поток, увеличивая его скорость, но не изменяя существующий объем. Чтобы выбрать насос, следует правильно определить величину необходимого напора.

Расчет

Для расчета необходимо узнать мощность отопительного прибора. Этот показатель равен количеству воды, которая проходит через котел (расход).

Мощность (кВт) = Расход (л/мин)

Если мощность котла составляет 50 кВт, то расход будет равен 50 литрам в минуту. Через радиатор мощностью 5 кВт за минуту проходит 5 литров воды. Такой же принцип используется для всех участков цепи.

Мощность насоса (кВт) = L / 10 х 0,6,

где L – длина циркуляционного кольца.

То есть, для каждых десяти метров системы требуется 0,6 кВт мощности. Для отрезка 50 м необходим насос мощностью 3 кВт. Для отрезка 100 м – 6 кВт. В приведенной ниже таблице указаны рекомендуемые диаметры труб, при выборе трубы диаметром меньше необходимого, рекомендуется приобретать насос с увеличенными показателями мощности и напора.

Таблица 1. Соотношение диаметра трубопровода и расхода теплоносителя

Таблица 2. Показатели скорости потока теплоносителя для бесшумной работы системы

В системе может присутствовать не один насос, а два. В случае поломки одного насоса, второй (резервный) поможет предотвратить перерыв в работе всей системы отопления.

Насосное оборудование стоит монтировать на участке с остывшим теплоносителем, так как высокие температуры жидкости, которая проходит через оборудование, приводит к уменьшению срока службы подшипников, сальника, ротора.

В частных домах часто используются циркуляционные насосы «мокрого» типа без дросселя. Корпус насосов обычно чугунный, а ротор стальной либо изготовленный из прочного пластика. Такие модели в течение двух десятков лет не нуждаются в смазке и ином обслуживании. Роль смазки и охлаждения играет теплоноситель.

Разводка однотрубной системы отопления

Однотрубную систему отопления монтируют горизонтально либо вертикально. К любому типу разводки допустимо подключать бойлер и систему теплого пола. Для этого в обвязке котла предусматривается распределительный коллектор, через который нагретый теплоноситель будет поступать в бойлер, радиаторы и контур теплого пола.

Горизонтальная разводка

Горизонтальная магистраль, к которой подключаются радиаторы, монтируют над чистовым покрытием пола либо под ним. Второй скрытый способ подразумевает использование теплоизоляционных материалов для снижения тепловых потерь.

Вертикальная разводка

Такая схема подразумевает наличие вертикального стояка, по которому теплоноситель поднимается на максимальную высоту. От вертикального центрального стояка отводится горизонтальная разводка к другим стоякам. На каждом этаже устанавливаются радиаторы, которые подключаются к дополнительным стоякам. В верхней точке центрального стояка устанавливается расширительный бачок.

Схема участка цепи вертикальной однотрубной системы

Видео – Вертикальная разводка однотрубной системы отопления

Видео – Однотрубная система отопления

Монтаж

Рассмотрим принципы монтажа отдельных элементов Ленинградки.

Котел

В первую очередь устанавливается нагревательный котел, выполняется монтаж трубопровода и вытяжки. Часто применяются газовые агрегаты, как наиболее экономичные. Для котла выделяется отдельная подсобка (котельная), обычно расположенная на первом либо цокольном этаже здания.

Трубы

Котел имеет входной и выходной патрубки, к которым крепятся трубы отопления, проходящие по периметру всех отапливаемых помещений. Материал труб теплопроводки выбирается владельцем индивидуально, рекомендуемые трубы для обвязки – медные. Соединение труб производится в зависимости от материала, посредством сварки, пайки, фитингами.

Обратите внимание! Монтаж магистралей необходимо проводить до укладки финишного напольного покрытия. Причем это правило актуально как в случае прокладки трубопровода в полости пола, так и в случае его монтажа над чистовым полом.

Несмотря на эстетичность скрытого типа монтажа, рекомендуется прокладывать трубы именно над полом, так как при аварийных ситуациях будет гораздо легче найти дефектный участок и произвести ремонт.

Расширительный бак и группа безопасности

На этой схеме показано, как правильно устанавливать все элементы водяной отопительной системы

Расширительный бачок стандартно монтируется в верхней точке системы (если дом имеет только один этаж, бачок должен располагаться на 3 м выше котла). К трубопроводу, который выходит из котла подключается тройник и фиксируется вертикальный стояк. Эта труба в свою очередь подключается к бачку открытого либо закрытого типа. С расширительным баком мембранного типа одновременно монтируется группа безопасности. Этот прибор устанавливается на трубопровод через тройник с резьбовым соединением.

Рекомендуемые схемы расположения насоса и расширительного бачка

Цены на расширительный бак

Радиаторы

Подключение труб к радиатору

Лучший вариант монтажа радиаторов – с байпасом и двумя запорными клапанами на входе и выходе. Таким образом можно отключать отдельный радиатор, не перекрывая полностью поток теплоносителя в системе. При поломке радиатор легко будет заменить, перекрыв краны и демонтировав отопительный элемент. Рекомендуется установка кранов Маевского на каждый радиатор.

Количество секций зависит от удаленности радиатора от котла – в самых дальних комнатах отопительный приборы должны быть мощнее ввиду последовательного подключения всей системы и остывания теплоносителя в процессе движения по трубопроводам. Если разводка вертикальная (многоэтажный дом), то большим количеством секций должны обладать радиаторы первого этажа.

Радиатор с байпасом

Насос

Любое произведенное в заводских условиях оборудование оснащается подробной инструкцией и технической документацией. Перед установкой важно ознакомиться со всеми рекомендациями производителя.

Насос устанавливается на участке с возвращающимся в котел остывшим теплоносителем, причем ротор должен быть расположен строго горизонтально. Чтобы узнать, как развернуть насос относительно потока теплоносителя, следует найти стрелку на корпусе и ориентироваться на ее положение.

Перед насосом в трубопровод необходимо врезать фильтр грубой очистки, чтобы посторонние примеси (например, окалина и песок) не нарушили работы крыльчатки и всего насоса в целом. Емкость для сбора осадка должна быть расположена под фильтром, тогда последний не будет препятствовать движению потока теплоносителя.

Схема установки циркуляционного насоса

Нередко насос устанавливают с байпасом. Этот небольшой участок трубы с двумя запорными вентилями позволяет производить замену и ремонт оборудования без полного слива теплоносителя из системы.

Схема установки циркуляционного насоса

Схема установки циркуляционного насоса

Для бесперебойного электроснабжения важно предусмотреть подключение насоса к трем независимым аккумуляторам, смонтированным последовательно. Этот внешний источник бесперебойного питания позволит системе функционировать минимум два часа даже в случае отключения электроэнергии. При монтаже используется термостойкий силовой кабель. Важно исключить соприкосновения трубопроводов, корпуса насоса и двигателя с силовым кабелем. Также важно правильно обустроить заземление устройства.

Схема установки циркуляционного насоса

Запуск системы

Когда все элементы Ленинградки будут смонтированы, следует открыть вентиль, чтобы заполнить систему теплоносителем. Далее из системы удаляется воздух, а на насосе откручивается центральный винт (находится на крышке корпуса). Появившаяся из под винта жидкость укажет на полное удаление воздуха и возможность запуска оборудования (винт перед включением следует затянуть).

Фото расширительного бачка и вмонтированного насоса