Гидравлический расчет системы отопления на конкретном примере

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года. Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

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.

Процесс вычислений

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.

Запорная арматура

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.

Номограмма

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:,

где:

  • 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.

Читайте также:  Безопасность газовых котлов: источники опасности и защита

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.

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.

Зачем нужен точный расчет теплопотерь здания?

Каждый владелец дома должен не только знать, как рассчитать теплопотери, но и чем именно будут полезны полученные сведения. Сравнивая данные калькулятора теплопотерь по разным комнатам, можно определить насколько продуктивным является использование обогревательных систем. При получении оптимальных показателей для нескольких помещений и неудовлетворительных результатов по остальным комнатам можно сделать полезные выводы.

Полученный коэффициент укажет на необходимости дополнительного утепления или замены окон. В помещениях, защищенных от холода, следует установить термостат на систему обогрева. Это позволит регулировать температуру и создать нужные условия для комфортного проживания. Также пригодится точный расчет и владельцам коммерческих построек офисного типа, которые желают создать оптимальную рабочую атмосферу в зимние периоды для своих коллег и подчиненных.

Мощность генератора тепла

Одним из основных узлов отопительной системы является котел: электрический, газовый, комбинированный – на данном этапе не имеет значения. Поскольку нам важна главная его характеристика – мощность, то есть количество энергии за единицу времени, которая будет уходить на отопление.

Мощность самого котла определяется по ниже приведённой формуле:

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10,

где:

  • Sпомещ – сумма площадей всех комнат, которые требую отопления;
  • Wудел – удельная мощность с учётом климатических условий местоположения (вот для чего нужно было знать климат региона).

Что характерно, для разных климатических зон имеем следующие данные:

  • северные области – 1,5 – 2 кВт/м2;
  • центральная зона – 1 – 1,5 кВт/м2;
  • южные регионы – 0,6 – 1 кВт/м2.

Эти цифры достаточно условны, но тем не менее дают явный численный ответ относительно влияния окружающей среды на систему отопления квартиры.

Читайте также:  Принцип работы электрического котла отопления

На данной карте представлены климатические зоны с разными температурными режимами. От расположения жилья относительно зоны и зависит сколько нужно тратить на обогрев метра квадратного кВатт энергии (+)

Сумма площади квартиры которую необходимо отапливать – равна общей площади квартиры и равна, то есть – 65,54-1,80-6,03=57,71 м2 (минус балкон). Удельная мощность котла для центрального региона с холодной зимой – 1,4 кВт/м2. Таким образом, в нашем примере расчётная мощность котла отопления эквивалентна 8,08 кВт.

Система с естественной циркуляцией теплоносителя

Количество теплоносителя в 1 м трубы в зависимости от диаметра

Расчет теплоносителя сводится к определению следующих показателей:

  • скорость движения водных масс по трубопроводу с заданными параметрам;
  • их средняя температура;
  • расход носителя, связанный с требованиями к производительности отопительного оборудования.

Известные формулы расчета параметров теплоносителя (с учетом гидравлики) достаточно сложны и неудобны в практическом применении. В онлайн калькуляторах используется упрощенный подход, позволяющий получить результат с допустимой для этого способа погрешностью

Тем не менее перед началом монтажа важно побеспокоиться о том, чтобы приобрести насос с показателями не ниже расчетных. Лишь в этом случае появляется уверенность в том, что требования к системе по этому критерию выполнены в полной мере и что она способна обогреть помещение до комфортных температур

Металлические

  • Сталь (чёрная, нержавеющая, оцинкованная).

Характеризуются отменной прочностью и устойчивостью к механическим повреждениям. Срок эксплуатации – не менее 15 лет (при антикоррозийной обработке до 50 лет).

Рабочая температура — 130⁰C. Максимальное давление в трубе — до 30 атмосфер. Не горючи. Однако тяжелы, сложны в монтаже (потребуется специальное оборудование и существенные временные затраты), подвержены коррозии. Высокий коэффициент теплопередачи повышает теплопотери ещё на этапе транспортировки теплоносителя к радиаторам. Требуется постмонтажная окраска. Внутренняя поверхность шероховата, что провоцирует накопление отложений внутри системы.

Нержавейка не нуждается в окрашивании и не подвержена коррозийным процессам, что существенно продлевает срок эксплуатации самих труб и отопительного контура в целом.

  • Медь.

Максимальная температура рабочей среды — 250⁰C. Рабочее давление – 30 атмосфер и более. Эксплуатационный ресурс  – более 100 лет. Высокая устойчивость к замерзанию носителя  и коррозии.

Последнее накладывает ограничение на совместное использование меди с другими материалами (алюминием, сталью, нержавейкой); медь совместима только с латунью. Гладкость внутренних стен предотвращает образование налёта и не ухудшает пропускную способность трубопровода, что снижает гидравлическое сопротивление и даёт возможность использования труб меньшего диаметра. Пластичность, лёгкий вес и простая технология соединения (пайка, фитинги). Малая толщина стенок и соединительных фитингов сводит на нет гидравлические потери.

Самый значимый недостаток – крайне высокая стоимость, цена на медные трубы превышает цену на пластиковые аналоги в 5-7 раз. Кроме того мягкость материала делает его уязвимым в отношении находящихся в теплосистеме механических частиц (примесей), которые в результате абразивного трения приводят к износу труб изнутри. Чтобы продлить срок жизни медных труб, систему рекомендуется укомплектовывать специальными фильтрами.

Читайте также:  Как выбрать газгольдер для частного дома

Высокая теплопроводность меди для предотвращения теплопотерь требует обустройства изоляционных рукавов, однако она же делает его незаменимым материалом для систем «тёплых полов».

Перевод результата к нормальному виду

Стоит заметить, что на практике такого расхода воды нигде не встретишь. Все производители насосов для воды выражают мощность насоса в кубометрах за час.

Следует произвести некоторые преобразования, вспомнив курс школьной физики. Итак, 1 кг воды, то есть теплоносителя, это есть 1 куб. дм воды. Чтобы узнать, сколько весит один кубометр теплоносителя, нужно узнать, сколько в одном кубическом метре кубических дециметров.

Используя некоторые простейшие расчеты или просто воспользовавшись табличными данными, получим, что в одном кубическом метре содержится 1000 кубических дециметров. Это означает, что один кубометр теплоносителя будет иметь массу 1000 кг.

Тогда за одну секунду требуется перекачивать воду объемом в 2,4/1000 = 0,0024 куб. м.

Теперь остается перевести секунды в часы. Зная, что в одном часе 3600 сек, получим, что за один час насос должен перекачивать 0,0024*3600 = 8,64 куб.м/ч.

Пример гидравлического расчета системы отопления

Для начала гидравлического расчета однотрубной системы отопления образовываются два кольца отопительной системы, которое больше — называется первым. Разбивают все кольца на участки, нумеровать нужно от начала общего трубопровода. Для того чтобы не нарушалась циркуляция, необходимо делать вычисления для подачи и обратки параллельно. Сначала рассчитаем расход теплоносителя, для этого необходимы следующие данные:

  • Нагрузка определенного участка отопительной системы;
  • При какой температуре подается теплоноситель;
  • При какой температуре движется обратно теплоноситель;
  • Теплоемкость воды постоянная величина и равна 4,2 кДж/кг*градусов Цельсия.

Если предположить, что нагрузка на определенный участок равна 1000 Ватт, тогда можно при помощи специальных таблиц выбрать нужный диаметр труб для обогрева помещения

Обязательно обратите внимание: диаметр начинающей трубы самый большой, а чем дальше он уходит, тем меньше он становится. Двигаться теплоноситель должен со скоростью от 0,2 до 1,5 м/сек

Если движение будет меньше, тогда система завоздушится, если больше будет шуметь трубопровод. Оптимальной считается скорость 0,5-0,7 м/сек.

В любой системе отопления есть потери напора, это происходит при трении в трубе, радиаторе и арматуре. Для расчета этой величины, необходимо следующие показатели просуммировать:

Пример гидравлического расчета системы отопления
  • Скорость теплоносителя;
  • Плотность воды;
  • Длину трубы на определенном участке системы;
  • Потерю напора в трубе;
  • Суммарная величина сопротивления теплоносителя.
Пример гидравлического расчета системы отопления

Для того чтобы получить общую сумму сопротивления необходимо сложить показатели сопротивления на всех участках трубопровода.

Пример гидравлического расчета системы отопления

Что такое гидравлический расчет и зачем он нужен?

Гидравлический расчет (далее ГР) — это математический алгоритм, в результате выполнения которого мы получим необходимый диаметр труб в данной системе (имеется ввиду внутренний диаметр). Кроме того, будет понятно какой нам необходимо использовать циркуляционный насос — определяется напор и расход насоса. Все это даст возможность сделать систему отопления экономически оптимальной. Производится он на основании законов гидравлики — специального раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.