Выполнение гидравлического расчета системы отопления

В многоквартирных домах большей части областей Российского государства, как правило, используется центральное теплоснабжение, однако с недавних пор стали набирать популярность системы автономного отопления. Как для первого, так и для второго случая требуется проведение гидравлического расчета системы отопления.

Гидравлический расчет

Практической целью расчета гидравлики системы отопления является обеспечение совпадения расхода в элементах схемы с расходом фактическим. Объем теплоносителя, попадающего в отопительные приборы, должен сформировать определенный температурный режим внутри частного дома, учитывая наружные температуры и заданные заказчиком для каждой комнаты, согласно ее функциональному назначению.

Для корректного проведения гидравлического расчета отопления потребуется изучить основную терминологию, чтобы лучше понять происходящие процессы в пределах системы. К примеру, увеличение скорости нагретой рабочей жидкости может спровоцировать параллельное увеличение гидросопротивления в магистралях трубопровода. Измеряется сопротивление системы отопления в метрах водного столба.

Большинство классических схем теплоснабжения состоит из следующих обязательных элементов:

  1. 1. теплогенератора;
  2. 2. магистрального трубопровода;
  3. 3. отопительных элементов (регистров или радиаторов);
  4. 4. гидравлической арматуры (запорной и регулировочной).

С помощью регулировочной арматуры проводится увязка отопительной системы. Каждому элементу присуща своя индивидуальная техническая характеристика, которая используется для гидравлического расчета системы отопления. Онлайн-калькулятор или таблица excel с формулами и алгоритмами вычислений смогут в значительной степени упростить эту задачу. Эти программы предоставляются абсолютно бесплатно и никак не повлияют на бюджет проекта.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.

Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.

2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:

а) заданный расход воды;

б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце Rср.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

Для расчета Rcp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.

3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле

, (5.1)

где – давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное

Последовательность выполнения гидравлического расчета

, (5.2)

где – сумма длин участков главного циркуляционного кольца;

– естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как

, (5.3)

Последовательность выполнения гидравлического расчета

где – расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение коэффициента можно определить из табл.5.1.

Таблица 5.1 – Значение в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления

(), 0 C

Последовательность выполнения гидравлического расчета

, кг/(м 3 К)

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:

  • Сбор и обработку информации по объекту с целью:
Последовательность выполнения гидравлического расчета
  • определения количества требуемого тепла;
  • выбора схемы отопления.
  • Тепловой расчёт системы отопления с обоснованием:
    • объёмов тепловой энергии;
    • нагрузок;
    • Последовательность выполнения гидравлического расчета
    • теплопотерь.
    • Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

      Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

      Последовательность выполнения гидравлического расчета

      Расчет двухтрубной системы отопления с гидравлическим описанием

      02 марта 2014г.

      Читайте также:  В чем заключается принцип работы паровых котлов

      Время диктует такие условия, при которых человек ищет для себя наиболее экономичный выход из положения. Что является сейчас основным в жизни каждой семьи? На первом месте среди прочих коммунальных удобств – отопление. Отопление пошло по пути индивидуального формата. Это связано и с простотой подбора более комфортного уровня в квартире или доме, и по экономическим соображениям.

      Котельная центрального отопления очень часто не рассчитана на остановки-пуски. Трубопроводы теплотрасс изношены настолько, что лишний пуск выявляет целый ряд порывов в системе. А индивидуальный вариант не несет никаких проблем. Жарко – отрегулировал температуру, холодно – отрегулировал температуру. А если на улице оттепель, то можно и выключить индивидуальный котел.

      Недостатки двухтрубной системы

      Но человек не останавливается на достигнутом рубеже. Если в вашем доме смонтирована система индивидуального отопления, то вы можете наблюдать такую ситуацию, при которой в дальних комнатах температура ниже, чем в ближайших от котла комнатах. В чем причина? А причина скрыта в том, что монтажники (чтобы не морочить себе голову) выполняют монтаж теплопровода в вашем доме везде трубой одного диаметра .

      В тупиковых дух трубных системах отопления движение горячей воды в подающей магистрали противоположно движению остывшей воды в обратной магистрали.

      В этой схеме длина циркуляционных колец неодинакова, чем дальше от котла расположен нагревательный прибор, тем больше протяженность циркуляционного кольца, и наоборот, чем ближе отопительный прибор расположен к главному стояку, тем меньше протяженность циркуляционного кольца.

      В тупиковых системах добиться одинаковых сопротивлений в коротких и более отдаленных циркуляционных кольцах трудно, поэтому отопительные приборы, близко расположенные к главному стояку, будут прогреваться значительно лучше.

      При этом нарушается тепловой баланс. Поэтому в последней комнате у вас температура будет ниже, чем в первой. Особенно это ощутимо в морозные ночи. Конечно, как-то сбалансировать обогрев можно, если открыть все внутренние двери, но ведь это не всегда возможно. Обычно закрыты двери в детскую комнату, в комнату, где старшие дети выполняют домашнее задание и т.д.

      Какие же пути решения этой проблемы

      Многие специалисты советуют регулировать температуру в отдельных комнатах с помощью обратных вентилей или кранов . Да, это дает шанс, но настроить может только специалист , и настройка продержится до ближайшего изменения температуры на ли другие варианты соблюдения теплового баланса?Да, такие варианты существуют. Вот один из них – двухтрубная отопительная система,с разностью диаметров .

      Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления

      В чем смысл этого предложения? Смысл очень простой, но, в тоже время, потребует несколько иного отношения к монтажу.

      Расчет двухтрубной системы отопления с гидравлическим описанием

      Если у вас установлен отопительный котел с выходным диаметром 32 мм, то трубная разводка выстраивается следующим образом.

      До первого тройника вы монтируете трубу диаметром 32 мм.

      От первого тройника на радиатор отходит труба 16 мм, т.е. минимального диаметра.

      От первого тройника до второго монтируется труба диаметром 25 мм.

      Со второго тройника на радиатор уходит труба опять же диаметром 16 мм.

      Между вторым и третьим радиатором монтируется труба диаметром 20 мм, и на радиатор отходит труба 16 мм.

      Такая система автоматически соблюдает регулировку обогрева разных комнат или помещений.

      Принципы монтажа двухтрубной системы

      Как вы заметили – везде на радиаторы отходит труба диаметром 16 мм. А как поступить, если радиаторов больше?

      В таком случае выходную трубу с диаметром 32 мм разделяем на два плеча диаметром по 25 мм, далее на два плеча, а от них на два радиатора. Дальше идет два плеча диаметром 20 мм. Если этого недостаточно, то можно завершить разводку двумя плечами диаметром 16 мм. При этом количество радиаторов увеличится до восьми.

      Если при подобном варианте трубной схемы температура в разных комнатах будет все равно несколько различаться, то для подгонки параметров необходимо будет провести регулировку вентилями или кранами на радиаторах

      Необходимо учитывать, что при увеличении количества радиаторов будет уменьшаться эффективность системы в целом.

      При монтаже такой двухтрубной разводки надо обязательно подбирать необходимую мощность отопительного котла, от которой зависит уровень обогрева при любом варианте разводки.

      Виды двухтрубной системы

      Вертикальная и горизонтальная разводка

      По расположению труб, которые соединяют все приборы системы, выделяют горизонтальный и вертикальный тип. Первый тип используется в частных одноэтажных домах. В них более разумным является присоединение всех радиаторов к горизонтально проложенному трубопроводу. В доме с горизонтальной разводкой обязательно должен быть подвал, в котором и располагаются все приспособления и коммуникационные сети.

      Читайте также:  Выбор универсального герметика для труб отопления

      Для зданий с большим количеством этажей лучше использовать вертикальную разводку. Она подразумевает подключение каждого этажа к отдельному стояку. Коммуникации можно располагать в подвальном помещении или на чердаке. Вариант более затратный в плане денежных средств, однако позволяет полностью исключить образование воздушных пробок.

      С естественной и принудительной циркуляцией

      Существует классификация по типу циркуляции. Двухтрубная система отопления частного дома бывает с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Система отопления с естественной циркуляцией подразумевает различную плотность воды в зависимости от ее температуры. Такой тип имеет большое количество недостатков:

      • скачкообразный перепад температур в котле и радиаторах
      • высокая вероятность замерзания воды,
      • необходимость использования труб большого диаметра и длины.

      Поэтому чаще используется отопительная система с внедренным циркуляционным насосом.

      какой выбрать, последствия заужения к квартире, подбор по таблице

      Отопление дома или квартиры — не такая простая инженерная система, как может показаться на первый взгляд. При составлении проекта требуется провести много расчётов, в частности, нужного диаметра трубопровода.

      Правильно подобрать диаметр — это залог надёжной, комфортной и эффективной системы обогрева помещений.

      К примеру, отопление без насоса, где теплоноситель циркулирует самотёком, вообще может не заработать при слишком узких трубах, а схема с принудительной циркуляцией при занижении диаметра будет шуметь или не прогревать помещения до нужной температуры. Поэтому следует воспользоваться правилами расчёта, которые позволят привести теплопотери к минимуму.

      Odnoklassniki

      Влияние диаметра труб на КПД для системы отопления в частном доме

      Ошибочно полагаться на принцип «больше — лучше» при выборе сечения трубопровода. Слишком большое сечение трубы ведёт к снижению давления в ней, а значит и скорости теплоносителя и теплового потока.

      какой выбрать, последствия заужения к квартире, подбор по таблице

      Более того, если диаметр слишком велик, у насоса попросту может не хватить производительности для перемещения такого большого объёма теплоносителя.

      Важно! Больший объём теплоносителя в системе подразумевает высокую суммарную теплоёмкость, а значит времени и энергии на его подогрев будет затрачиваться больше, что также влияет на КПД не в лучшую сторону.

      Подбор сечения трубы: таблица

      Оптимальное сечение трубы должно быть минимально возможным для данной конфигурации (см. таблицу) по следующим причинам:

      • маленький объём теплоносителя быстрее нагревается;
      • меньший просвет создаёт большее сопрот

      Установка двухтрубной системы

      Частное отопление двухтрубного типа устанавливается технологически сложнее своего однотрубного «собрата». Для отопительного контура отводят две трубы: верхняя труба обеспечена горячей водой, нижняя – охлажденной. Уклон труб к финальному радиатору – не менее 1 %.

      Нижнюю магистраль нужно монтировать параллельно верхней. Чтобы предусмотреть возможность небольшого ремонта без потери работоспособности всей системы нужно оборудовать узел и радиаторы кранами и байпасами.

      При прокладке труб стоит избегать прямых углов, что неизбежно ведет к проявлению воздушных пробок. Укреплять цепь труб нужно каждые 1.3 метра.

      Когда выбрана схема частного отопления, монтаж системы сводится к установке котла, трубопровода и батарей, а также компенсаторным баком. От котла нужно отвести основную подающую трубу, которую соединяем с компенсаторным баком. Из  последнего выводим трубы, а далее по цепочке всех радиаторов.

      Насос устанавливаем на выходе системы из котла (возможна установка на входе).

      Обратная цепь, которая ведет охлажденный теплоноситель к котлу, выводят параллельно верхней цепи, также соединяют с батареями и далее с котлом.

      Для того, чтобы работа системы была комфортной и экономичной, стоит установить термостат. Он может работать и в автоматическом режиме, давая котлу сигналы к увеличению энергии или ее спаду.

      Подключение радиаторов отопления при двухтрубной системе

      В двухтрубной системе реализуется любой из способов подключения радиаторов: диагональное (перекрестное), одностороннее и нижнее. Самый лучший вариант — диагональное подключение. В этом случае теплоотдача от отопительного прибора может быть в районе 95-98% от номинальной тепловой мощности прибора.

      Схемы подключения радиаторов к двухтрубной системе

      Несмотря на разные значения потерь тепла при каждом из типов подключения, все они используются, просто в разных ситуациях. Нижнее подключение, хотя и самое непроизводительное, чаще встречается, если трубы проложены под полом. В этом случае оно реализуется проще всего. Можно при скрытой прокладке подключать радиаторы и по другим схемам, но тогда или на виду остаются большие участки труб, или прятать их нужно будет в стену.

      Подключение радиаторов отопления при двухтрубной системе

      Боковое подключение практикуют в случае необходимости при числе секций не более 15. В таком случае потерь тепла почти нет, а вот при количестве секций радиатора больше 15 требуется уже диагональное подключение, иначе циркуляция и теплоотдача будет недостаточны.

      Возможно, вам будет интересно прочитать статьи «Как выбрать диаметр труб для отопления» и «Как рассчитать количество секций радиаторов для дома и квартиры».

      Влияние температуры на свойства теплоносителя

      Кроме вышеописанных факторов температура воды в трубах теплоснабжения влияет на ее свойства. На этом основан принцип работы гравитационных систем отопления. При увеличении уровня нагрева воды происходит ее расширение и возникает циркуляция.

      Теплоносители для системы отопления

      Однако в случае использования антифризов превышение нормы температура в батареях отопления может привести к другим результатам. Поэтому для теплоснабжения с теплоносителем, отличным от воды, следует сначала узнать допустимые показатели его нагрева. Это не касается температуры радиаторов централизованного теплоснабжения в квартире, так как в подобных системах не применяются жидкости на основе антифризов.

      Читайте также:  Инфракрасная пленка на потолок: актуально и практично

      Антифриз используется в том случае, если будет вероятность влияния низкой температуры на батареи отопления. В отличие от воды он не начинает переходить из жидкого состояния в кристаллообразное при достижении 0°С. Однако если работа теплоснабжения входит за нормы таблицы температур для отопления в большую сторону – могут происходить следующие явления:

      • Пенообразование. Это влечет за собой увеличение объема теплоносителя и как следствие – возрастание давления. Обратный процесс при остывании антифриза наблюдаться не будет;
      • Формирование известкового налета. В состав антифриза входит некоторое количество минеральных компонентов. При нарушении нормы температуры отопления в квартире в большую сторону начинается их выпадение в осадок. Со временем это приведет к засору труб и радиаторов;
      • Повышение показателя густоты. Могут наблюдаться сбои в работе циркуляционного насоса, если его номинальная мощность не была рассчитана на возникновение таких ситуаций.

      Поэтому намного проще следить за температурой воды в системе теплоснабжения частного дома, чем контролировать степень нагрева антифриза. Кроме этого составы на основе этиленгликоля при испарении выделяю вредный для человека газ. В настоящее время их практически не применяют в качестве теплоносителя в автономных системах теплоснабжения.

      Перед заливкой в отопление антифриза следует заменить все резиновые прокладки на паранитовые. Это связано с повышенным показателем проницаемости этого типа теплоносителя.

      Оптимальный размер, температура и давление

      При обустройстве небольшого отопительного контура стандартного типа некоторые рекомендации специалистов позволят обойтись без сложных вычислений:

      • Для трубопроводов с естественной циркуляцией носителя рекомендуется использовать трубы с внутренним сечением в 30-40 мм. Увеличение параметров грозит необоснованным расходом теплоносителя, снижению скорости его движения и падением внутриконтурного давления.
      • Слишком малый диаметр труб вызовет перегруз внутри магистрали, что может спровоцировать её прорыв в местах соединительных элементов.
      • Чтобы обеспечить необходимую скорость движения теплоносителя и нужное давление внутри контура с принудительной циркуляцией, предпочтение отдаётся трубам с сечением не более 30 мм. Чем больше сечение трубы и длиннее магистраль, тем мощнее выбирается циркуляционный насос.

      Важно! Обустройство эффективной теплосистемы предполагает использование на разных участках магистрали труб различного сечения.

      Уровень рабочего давления контура не должен превышать предел устойчивости:

      • встроенного в котёл теплообменника (max — 3 атм или 0,3 Мпа);
      • или 0,6 Мпа (при радиаторной схеме).

      Оптимальным для теплосистем с циркулярным насосом считается показатель в диапазоне от 1,5 до 2,5 атм. В условиях естественной циркуляции – от 0,7 до 1,5 атм. Превышение норматива неизбежно станет причиной аварии. Чтобы контролировать уровень давления в теплосистемах обустраиваются расширительные баки и манометры.

      Автономное отопление позволяет регулировать температуру теплоносителя самостоятельно в зависимости от сезона и индивидуальных потребностей жильцов дома. Оптимальной считается температура в диапазоне от 70 до 80⁰C, в паровых теплосистемах – 120-130⁰C. Наилучшим решением станет использование газовых или электрических котлов, позволяющих контролировать и регулировать нагрев контура, чего не скажешь о твердотопливном оборудовании.

      Конструктивные особенности отопительных систем также предопределяют особенности температурного режима:

      • максимальный нагрев носителя в одноконтурной разводке — 105⁰C, в двухконтурной — 95⁰C.
      • в пластиковых трубопроводах температура носителя ограничивается 95⁰C, в стальных — 130⁰C.

      Разница температуры между подачей и обраткой – 20⁰C.

      Как выбор комплектующих для системы отопления влияет на гидравлический расчёт

      Материал, из которого изготовлены трубы системы отопления, фитинги, а также техника их соединения, оказывает существенное влияние на гидравлический расчет.

      Трубы, имеющие гладкую внутреннюю поверхность, уменьшают потери на трение при движении теплоносителя. Это даёт нам преимущества – берём трубопроводы меньшего диаметра и экономим на материале. Также уменьшаются затраты электроэнергии, необходимые для работы циркуляционного насоса. Можно взять насос меньшей мощности, т.к. за счёт меньшего сопротивления в трубопроводах требуется меньший напор.

      В местах соединений «фитинг-труба», в зависимости от способа их монтажа, могут быть большие потери, или, наоборот, потери на сопротивление потоку при движении теплоносителя сведены к минимуму.

      Например, если используется техника соединения методом «надвижной гильзы», т.е. развальцовывается конец трубопровода, и внутрь вставляется фитинг, то за счёт этого не происходит заужения живого сечения. Соответственно: уменьшается местное сопротивление, и уменьшаются энергетические затраты на циркуляцию воды.