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

Какое давление должно быть в закрытой системе отопления

Работа водяных сетей теплоснабжения характеризуется двумя основными параметрами – температурой и расходом теплоносителя. Но есть и третья величина, нередко привлекающая внимание жителей многоквартирных и частных домов, — давление в системе отопления. Главный вопрос – каким оно должно быть для нормального функционирования всех отопительных приборов – радиаторов, теплых полов и так далее. Поскольку однозначного ответа не существует, мы решили разъяснить суть проблемы в рамках данной публикации.

Ознакомительная информация по теме

Первым делом предлагаем рассмотреть, зачем создавать в трубопроводах избыточное давление (выше атмосферного) и в чем оно измеряется. Начнем с конца: величину напора воды в закрытой системе отопления принято отображать в таких единицах:

• 1 Бар = 10 м водного столба;
• 1 МПа равняется 10 Бар или 100 м вод. ст.;
• 1 кгс/см² – то же, что и 1 техническая атмосфера (Атм.) = 0.98 Бар.

Для справки. Килограмм-сила на см² — размерность, часто используемая во времена СССР. На данный момент давление принято измерять в более удобных метрических единицах – МПа или Bar.

Далее, представьте себе трехэтажный коттедж с высотой потолков 3 м, который необходимо обогревать в зимний период. Для этого на обоих этажах выполняется установка батарей, подключенных к общему стояку, идущему от котла, что и показано на схеме. Реальное давление в получившейся закрытой системе отопления сложится из трех составляющих:

1. Столб воды в трубопроводе давит с силой, равной его высоте. В нашем примере это 6 м или 0.6 Бар (0.06 МПа).
2. Напор, создаваемый циркуляционным насосом. Он заставляет теплоноситель двигаться с нужной скоростью и преодолевать сопротивление трех сил: тяжести, трения жидкости о стенки труб и препятствия в виде арматуры и фитингов (сужений, тройников, поворотов и тому подобное).
3. Дополнительный напор, возникающий от теплового расширения жидкости. Практика показывает, что холодная вода с температурой 10 °С после нагрева до 100 °С прибавляет около 5% от первоначального объема.

Примечание. Статическое давление столба жидкости изменяется в зависимости от места измерения. При отключенном насосе манометр в нижней точке системы покажет максимальное значение – 0.6 Бар, а в верхней – ноль.

Очень важный момент. Чтобы подать в помещения требуемое количество тепла, необходимо обеспечить нужную температуру воды и ее расход – два основных параметра работы водяного отопления. Возникающий при этом напор – лишь следствие работы системы, а не причина. Теоретически, он может быть каким угодно, лишь бы выдержали радиаторы и котельная установка.

Отсюда возникает понятие, что такое рабочее давление в системе отопления: это максимально допустимое значение, прописанное в технической документации оборудования – котла или батарей. Нормативные документы требуют, чтобы в частных домах оно не превышало 0.3 МПа, хотя некоторые дешевые агрегаты не способны выдержать и 0.2 МПа.

Зачем поднимать давление

Напор в подающей магистрали выше, чем в обратной линии. Этот перепад характеризует эффективность работы отопления следующим образом:

1. Небольшой перепад между подачей и обраткой дает понять, что теплоноситель успешно преодолевает все сопротивления и отдает расчетное количество энергии помещениям.
2. Повышенный перепад давления указывает на увеличенное сопротивление участка, снижение скорости течения и чрезмерное охлаждение. То есть, наблюдается недостаточный расход воды и теплоотдача в комнаты.

Для справки. Согласно нормативам, оптимальная разность напора в подающем и обратном трубопроводе должна лежать в пределах 0.05—0.1 Bar, максимум – 0.2 Bar. Если показания 2 манометров, установленных на магистрали, отличаются больше, то система спроектирована неправильно либо нуждается в ремонте (промывке).

Чтобы избежать высокого перепада на длинных ветвях теплоснабжения с большим количеством батарей, оснащенных термостатическими вентилями, в начале магистрали устанавливается автоматический регулятор расхода, как показано на схеме.

Итак, избыточное давление в закрытой отопительной сети создается по таким причинам:

• для обеспечения принудительного движения теплоносителя с нужной скоростью и расходом;
• чтобы контролировать состояние системы по манометру и вовремя ее подпитывать либо ремонтировать;
• теплоноситель под давлением разогревается быстрее, а в случае аварийного перегрева закипает при более высокой температуре.

Нас интересует пункт второй списка – показания манометра как характеристика исправности и работоспособности системы отопления. Именно они интересуют домовладельцев и хозяев квартир, занимающихся самостоятельным обслуживанием домашних коммуникаций и оборудования.

Напор в трубах многоквартирных домов

Из содержания предыдущих разделов становится понятно, что величина набора в трубопроводах центрального отопления высотных домов зависит от этажа, на котором расположена квартира. Ситуация следующая: если жильцы первых двух этажей могут приблизительно ориентироваться по манометру, установленному в подвальном тепловом пункте, то реальное давление в остальных жилищах остается неизвестным, поскольку оно падает с каждым метром подъема воды.

Примечание. В новостройках с поквартирной разводкой отопления от общего стояка, где оборудованы поэтажные тепловые пункты, можно контролировать давление теплоносителя на входе в каждую квартиру.

Более того, знание величины напора в централизованной сети не несет практической пользы, поскольку хозяин не может на него повлиять. Хотя некоторые рассуждают так: если давление в магистрали упало, значит, тепла поступает меньше, что является ошибкой. Простой пример: перекройте в подвале кран обратной линии и вы увидите скачок стрелки манометра, но при этом движение воды остановится и подача тепловой энергии прекратится.

Так выглядит тепловой пункт на подъезд

Теперь конкретно о цифрах. Диаметры сетей теплоснабжения и мощность подающих от котельной насосов рассчитывается так, чтобы обеспечить подъем нужного количества теплоносителя вплоть до последнего этажа. Это значит, что на входе в многоэтажный дом рабочее давление в системе отопления составит:

• в старых пятиэтажках, где по сей день встречаются чугунные радиаторы, — не более 7 Бар;
• в девятиэтажных зданиях советской постройки минимальный показатель составляет 5 Bar, а максимальный зависит от близости котельной с насосами, но не выше 10 Bar;
• в высотках – не более 15 Бар.

Для справки. Минимум 1 раз в году трубопроводы и отопительные приборы должны подвергаться испытаниям под напором, на 25% больше рабочего. Но в реальной жизни коммунальщики не рискуют проверять домовые системы и ограничиваются испытаниями наружных сетей теплоснабжения.

Представленная информация несет пользу только в плане выбора новых радиаторов и полимерных труб. Понятно, что в зданиях повышенной этажности не следует монтировать чугунные и стальные панельные батареи, рассчитанные максимум на 1 МПа, о чем подробно рассказывается в нашем руководстве по выбору и на видео от эксперта:

Показатели давления в частном доме и причины его падения

В закрытых системах отопления загородных домов и коттеджей принято выдерживать следующие величины давления:

• сразу после заполнения отопительной сети водой и выпуска воздуха манометр должен показывать 1 Bar;
• после прогрева до рабочей температуры минимальный напор в трубах составляет 1.5 Bar;
• в процессе эксплуатации в разных режимах показатели могут изменяться в пределах 1.5—2 Bar.

Важный момент. Мы не зря указали, какое давление следует обеспечить при холодной системе отопления. Дело в том, что подавляющее большинство импортных газовых котлов, оборудованных современной автоматикой, рассчитано на запуск при минимальном напоре 0.8—1 Бар и при его отсутствии просто не включится.

О том, как правильно удалить воздух из отопительных магистралей и создать потребную величину давления, рассказывается в отдельной инструкции. Здесь же мы перечислим причины, почему после благополучного пуска в эксплуатацию показатели напора могут снижаться, вплоть до автоматического отключения настенного котла:

1. Из трубопроводной сети, теплого пола и каналов отопительного оборудования выходят остатки воздуха. Его место занимает вода, что и фиксирует манометр падением до 1—1.3 Бар.
2. Из-за негерметичности золотника опорожнилась воздушная камера расширительного бака. Мембрана вытягивается в обратную сторону и емкость заполняется водой. После нагрева давление в системе подскакивает до критического, отчего происходит сброс теплоносителя через предохранительный клапан и напор снова падает до минимума.
3. То же, только после прорыва мембраны расширительного бачка.
4. Мелкие протечки на стыках трубопроводной арматуры, фитингов либо самих труб в результате повреждения. Пример – греющие контуры теплых полов, где течь может долго оставаться незаметной.
5. Прохудился змеевик бойлера косвенного нагрева или буферной емкости. Тогда наблюдаются скачки давления в зависимости от работы водоснабжения: краны открыты – показания манометра падают, закрыты – поднимаются (водопровод поддавливает через трещину теплообменника).

Подробнее о причинах перепадов напора и способах их устранения расскажет мастер в своем видео:

Заключение

Как видите, важность давления в централизованных сетях теплоснабжения несколько преувеличена. Пусть даже хозяин квартиры осведомлен, что у него в трубах должно быть 0.7 МПа, но это ему мало что дает. Кроме правильного подбора радиаторов и труб для замены магистралей.

Подпитка ручным насосом

В частном доме картина иная: показания манометра, да еще лужица около предохранительного клапана служит индикатором мелких либо существенных неисправностей. Эти вещи необходимо отслеживать и вовремя реагировать подпиткой системы, чтобы поднять давление до нормы. Не стоит забывать и о расширительном бачке – вовремя подкачивать воздушную камеру и следить за целостностью мембраны.

4 Replies to “Какое давление должно быть в закрытой системе отопления”

Эта статья сплошная ахинея. В данной статье попытка за счёт околонаучных рассуждений вогнать не совсем грамотный люд в ещё больший маразм. Зачем жильцу знать о давлении в трубах отопления, о трении воды о трубы, запорную арматуру и т. д.? Жилец должен получить комфортную температуру и всё. Необходимо поменять или дополнить каждую батарею автоматическим терморегулятором и всё. нечего нести околесицу.

Попробую ответить по пунктам:
1. Слово «ахинея» по отношению к чему-либо принято обосновывать. Будьте добры, поясните, где в статье написан бред или вранье?
2. Зачем жильцу знать. Когда пользователь набирает в поиске «какое давление должно быть в системе отопления», значит этот вопрос его интересует и он получает нужную информацию. Это очевидно, правда? Если Вас не колышут параметры системы, Вы не станете их искать в интернете.
3. По делу. Давлением теплоносителя интересуются люди, которые отслеживают работу своего отопления либо пытаются устранить проблему. Например, котел встал из-за протечки и снижения напора или по другим причинам? Есть и такие, которые сами монтируют трубы с радиаторами, а потом закачивают воду/антифриз. Когда подбираете новую батарею для квартиры, надо тоже знать максимальное давление в централизованной сети.
4. Если Вы поставите на каждый радиатор термостатический вентиль, то не факт, что получите комфортную температуру. Пример — самотечная система. Еще пример: если в 1 комнате стоит 2 батареи разной мощности, достаточно 1 термоголовки на обогревателе с большей теплоотдачей, ни к чему тратить лишние деньги.

Хорошая статья, доступно и понятно… Не обращайте внимания на людей, которые не стремятся развиваться и другим не дают… Пусть живут в своем узкоспециализированном кружке… Образование, получение информации должно быть как можно обширнее и информативнее, иначе совсем народ отупеет, превратится в буржуев и лентяев. Человек и рожден чтобы развиваться и узнать как можно больше. Спасибо за материал👍

Денис, спасибо за Ваш развернутый положительный отзыв.