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 перепада давления по отоплению

Узнай стоимость ремонта

Ремонтные работы?

Почему клиенты выбирают нас?

Отопление и Ремонт

У нас самые выгодные цены!

Каждый здравомыслящий хозяин квартиры предпочитает ознакомиться: что сделать, чтобы улучшить систему дома. Всем известно, что газ, уголь, нефть постоянно увеличиваются в цене. Затруднительно представить себе существование проживающего в нашей стране без отопления жилища. В любой части нашей стране нужно зимой обогревать дом. На нашем интернет сайте размещенно много систем отопления квартиры, которые используют совершенно уникальные принципы производства обогрева. Указанные схемы получения тепла рекомендуется использовать по отдельности или гибридно.

Рабочее давление отопительной системы

Для начала определим — говоря про давление в системе отопления, в расчет берется избыточное давление, а не абсолютное. Все характеристики котлов, и тепловых сетей описываются именно этим параметром, манометры также показывают его. Избыточное давление отличается от абсолютного на величину атмосферного. В расчет обычно берется, что оно на 0,1 МПа или 1 Бар (атмосферу) меньше, хотя точное значение может колебаться, так как атмосферное давление непостоянно и зависит от высоты над уровнем моря и метеорологических процессов.

Рабочее давление в системе отопления складывается из двух величин это:

1. Статическое — обусловленное высотой столба воды системе отопления. В расчет можно брать то, что 10 метров создают давление в 1 атмосферу;
2. Динамическое — которое создают насосы для циркуляции теплоносителя, а также конвективное течение воды от нагрева. При этом следует учитывать, что оно не определяется только характеристиками сетевых насосов, так как на него большое влияние оказывает регулятор отопления, который перераспределяет потоки теплоносителя. Также регулятор зачастую включает в свою схему повысительные насосы или элеваторы.

Наиболее часто задаваемый вопрос — какое давление теплоносителя должно быть в системе отопления дома, и как производится его расчет? Здесь также возможны два варианта:

1. Если мы говорим о схеме отопления дома с естественной циркуляцией. то оно на небольшую величину превышает статическое давление в системе;
2. Если мы говорим о системе с принудительным движением теплоносителя, то оно обязательно выше чем статическое, и выбирается возможно большим для обеспечения высокого КПД системы.

В расчет берутся предельно допустимые значения для элементов отопительной системы, например чугунные радиаторы, как правило, не могут работать при давлении более 0,6 МПа.

Если мы берем в качестве примера дома большой этажности, то там приходится использовать регулятор давления на нижних уровнях и насосы для повышения напора воды на верхних этажах.

Как контролировать давление в системе?

Для контроля в различных точках системы отопления врезают манометры, причем (как уже говорилось выше) они фиксируют избыточное давление. Как правило, это деформационные приборы с трубкой Бредана. В том случае, если в расчет нужно брать то, что измеритель давления должен работать не только для визуального контроля но и в системе автоматики используют электроконтактные или другие типы датчиков.

Точки врезки определены нормативными документами, но даже если у вас смонтирован небольшой котел для отопления частного дома, который неподконтролен ГосТехнадзору, все равно желательно воспользоваться этими правилами, так как в них выделены наиболее важные для контроля над давлением точки отопительной системы.

Врезать манометры нужно обязательно через трехходовые краны, которые обеспечивают их продувку, сброс на ноль и замену без остановки всего отопления.

Точками для контроля являются:

1. До и после отопительного котла;
2. Перед входом и после циркуляционных насосов;
3. Выход тепловых сетей от теплогенерирующей установки (котельной);
4. Ввод отопления в здание;
5. Если используется регулятор отопления, то манометры врезаются до и после его;
6. При наличии грязевиков или фильтров, манометры желательно врезать до и после их. Таким образом, легко контролировать их засоренность, беря в расчет то, что исправный элемент почти не создает перепада.

Система с установленными манометрами

Симптомом неисправностей или неправильной работы системы отопления являются скачки давления. Что они обозначают?

Если давление снижается

В этом случае желательно сразу проверить, как ведет себя статическое давление (остановить насос) — если нет его падения, значит неисправны циркуляционные насосы, которые не создают напор воды. Если же оно тоже снижается, то скорее всего где-то в трубопроводах дома, теплотрассе или самой котельной возникла утечка.

Проще всего локализовать это место отключением различных участков, следя за давлением в системе. Если на очередном отсечении ситуация нормализуется, значит на этом отрезке сети утечка воды. При этом берите в расчет, даже небольшая течь через фланцевое соединение может значительно уменьшить напор теплоносителя.

Но есть небольшой нюанс — регулятор отопления дома может самостоятельно отсекать участки в ходе автоматического управления, поэтому его необходимо отключить.

Если давление растет

Подобная ситуация встречается реже, но все же возможна. Ее наиболее вероятная причина — нет движения воды по контуру. Для диагностики делаем следующее:

1. И снова вспоминаем про регулятор — в 75 % случаев проблема в нем. Для снижения температуры в сети он может отсекать подачу теплоносителя от котельной. Если она работает на один-два дома, то возможно что устройства у всех потребителей сработали одновременно и остановили поток.

Нужно исследовать настройки и откорректировать их так чтобы регуляторы не давал приказ на полное закрытие клапанов, его инерционность увеличится, но подобные ситуации будут исключены;

Возможно, система находится под постоянной подпиткой (неисправность автоматики или чья-то небрежность). Как показывает простейший расчет — чем больше теплоносителя в ограниченном объеме, тем выше давление. В этом случае достаточно перекрыть линию питания или наладить автоматику;

Если же с приборами управления все в порядке или система отопления их вообще не включает, снова берем в расчет в первую очередь человеческий фактор — возможно, где то по ходу теплоносителя перекрыт кран или задвижка;

Реже всего возможна ситуация когда движению теплоносителя мешает воздушная пробка — необходимо ее обнаружить и удалить. Может также быть засорен по ходу движения теплоносителя фильтр или грязевик;

Что обозначает большой или малый перепад давления между подачей и обраткой?

Нормальная разность между давлением подающего и обратного трубопровода составляет 1-2 атмосферы. Что обозначает изменение этого значения в одну или другую сторону?

1. Если разница между давлением подачи и обратки значительна, значит система почти стоит, возможно из-за воздушной пробки. Нужно отыскать причину и восстановить циркуляцию теплоносителя;
2. Если в системе отопления вашего дома оно значительно меньше, и стремится к нулю, значит нарушено движение воды по трубам. Скорее всего вода протекает по ближним участкам и не доходит до удаленных участков, нарушена регулировка. Но нужно брать в расчет и то, что если перепад меняется со временем, а все радиаторы прогреваются нормально, возможно виноват регулятор отопления — принцип его работы включает перепуск части воды из подачи в обратку, и возможно скачок связан с тем, что выполнялся как раз этот цикл.

Для чего нужен регулятор перепада давления

Для нормального функционирования отопительной системы и устойчивой циркуляции воды через все ее элементы необходим стабильный перепад давления. Резкие скачки напора теплоносителя приводят к нарушению гидравлического режима и неправильной работе отдельных узлов.

В системе отопления небольшого дома, как правило, монтируют мембранные аккумуляторы воды, которые позволяют избавиться от этих нежелательных явлений. В более сложных и больших системах применяют регулятор, который обеспечивает стабильный перепад давления в системе отопления и позволяет избежать завоздушивания даже при резких скачках в магистральных трубопроводах. Также зачастую регулятор монтируют на обводных (байпасных) линиях насосов, что позволяет сделать постоянными характеристики агрегата.

И напоследок видео о том, как НЕ нужно делать — сначала делается расчет, и лишь потом реализация, а не наоборот:

Для обогрева частного дома необходима полностью исправная отопительная система. Но принцип работы ее зависит во многом от того, соблюдается ли рабочее давление. Если оно падает либо повышается, то работоспособность системы в разы меньше. Рассмотрим основные причины поломок в системе отопления частного дома. определим способ их устранения.

Схема работы геотермальной системы.

Методы контроля

Чтобы сделать правильно отопительную систему, контролировать самостоятельно уровень давления, необходим монтаж приборов контроля. Это манометры с трубкой Бредана, расчет установки которых осуществляется согласно нормативным документам. Принцип работы их прост, в систему они врезаются при помощи трехходовых кранов, что гарантирует продувку. Если выбрать для монтажа такие краны, то их можно поставить, даже не отключая всю систему. Это удобнее и лучше.

Расчет выбора точек установки включает в себя такие ключевые позиции:

• до и после котла отопления. Если используется отопление камином, то манометры не нужны;
• перед и после циркуляционных насосов;
• при выходе от теплогенератора;
• если применяется регулятор, то в расчет надо включить установку манометров до и после него;
• при наличии грязевиков манометры включает до и после них. Это тоже надо клочить в расчет комплектующих для системы отопления.

Возможные неисправности и работы по устранению

Схема манометра абсолютного давления: 1 — сосуды; 2 — металлические пластины; 3 — ртуть; 4 — стеклянные соединительные трубки; 5 — отсчётный микроскоп; 6 — шкала.

Электрическое отопление в частном доме действует или газовое — это не так важно. Проблемы, связанными с падением давления, могут возникнуть в любой системе отопления. Электрическое отопление в частном доме или иное спустя несколько лет начинает давать сбои, котел отказывается функционировать либо работает не так корректно. Бывает и такая проблема, как постоянное падение давления, но с сохранением работоспособности, то есть без серьезных сбоев.

Если вы наблюдаете, что происходят такие неполадки, надо начинать предпринимать соответствующие меры, но сначала стоит выяснить, какая именно неполадка стала причиной сбоев в системе. Рассмотрим основные причины, встречающиеся в отопительных системах:

Чаще всего наблюдается такая проблема, как скрытая протечка при разводке системы трубопроводов. Любые варианты систем обогрева могут быть подвержены такой проблеме (кроме инфракрасных).

Для обнаружения причины помещения обследуются при помощи такого инструмента, как тепловизор, выявляющего дефектные участки.

Утечка может быть устранена несколькими методами, обычно это монтаж нового узла, подтяжка слишком слабого соединения, отдельного элемента системы. Лучше это сделать вовремя, чем потом тратится на глобальный ремонт отопительной системы в доме.

• случается и так, что в падении давления виноваты не трубы, а другое оборудование системы. Причинами могут стать такие неполадки, как разрывы мембраны в расширительном баке. В таком случае необходимо осмотреть сам компенсационный бак. Ремонт в этом случае включает лишь монтаж нового ниппеля. Эта поломка устраняется довольно быстро. Но причиной может стать неправильный расчет объема бака либо разрыв мембраны. В таком случае необходим монтаж нового оборудования, то есть замена расширительного бака;
• причиной падения давления может стать и такая проблема, как появление трещины на теплообменнике. Происходит это в процессе эксплуатации водяного отопления, но может быть и такая причина, как заводской брак котла, полный физический его износ. В таком случае возможно потребуется монтаж нового оборудования. Особенно внимательно надо следить за газовым оборудованием для двух-, одноэтажного дома;
• случается и так, что давление падает не из-за поломки системы отопления. В трубах может находиться воздушный карман, из которого воздух постепенно выходит, частный дом начинает отапливаться хуже, давление понемногу падает. Надо найти такой карман, убрать весь воздух из системы. Но если систему отопления сделать правильно, то такая проблема просто не возникнет. Поэтому, когда производится монтаж, необходимо тщательно соблюдать все этапы, чтобы собрать узлы четко по инструкции, не допустить сбоев в работе.

Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет проводится по законам гидравлики. Правильный гидравлический расчет предопределяет работоспособность системы отопления.

На основе гидравлического расчета осуществляется выбор диаметра труб d. мм, обеспечивающий при располагаемом перепаде давления в системе отопления, . Па, пропуск заданных расходов теплоносителя G. кг/ч (обеспечено затекание необходимого количества воды в каждое ответвление, стояк, отопительный прибор). Перед гидравлическим расчетом должна быть выполнена пространственная схема системы отопления в аксонометрической проекции.

При гидравлическом расчете системы отопления расчет стояков и магистральных трубопроводов (в пределах подвального помещения) проводится методом удельных потерь давления.

Располагаемый перепад давления для создания циркуляции воды . Па, в насосной вертикальной однотрубной системе с качественным регулированием теплоносителя с нижней разводкой магистралей, определяется по формуле:

. (5.1)

где — давление, создаваемое циркуляционным насосом, Па;

— естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах системы отопления, Па.

Естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах . Па, определяется по формуле:

. (5.2)

где Q_i — необходимая теплоподача теплоносителем в i-е помещение, Вт,(кКал/ч);

b — среднее приращение плотности (объемной массы) при понижении температуры воды на 1 0 С;

h_i – вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения в стояке для i-го прибора и нагревания, м;

с – удельная теплоемкость воды, с = 4,187, кДж/(кг .0 С);

N – количество приборов в стояке, входящем в расчетное кольцо, шт.

В насосных системах с нижней разводкой магистрали допускается не учитывать . если оно составляет менее 0,1 . В данной курсовой работе допускается не учитывать.