Гидравлический расчёт системы отопления с учетом трубопроводов. Пример расчета системы отопления


Расчет системы отопления дома от теории к практике

ПРИМЕР РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ЧАСТНОГО ДОМА – ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ

Расчет системы отопления дома, инженерных коммуникаций и оборудования. Выбор мощности котла, определение и анализ класса энергоэффективности. Вот те вопросы, которые предстоит нам с вами, дорогие друзья, решить и делать это мы будем не торопясь, поэтапно. Во время бурного строительства коттеджных поселков,  расчет системы отопления дома и выбор мощности котла  является одним из обязательных документов. В этом документе должна быть отражена вся информация о количестве тепла, необходимого для обогрева всей жилой площади помещения. Вопросов при покупке дома, а тем более при его строительстве, возникает очень много. Это отопление, горячее и холодное водоснабжение дома, канализация и вентиляция дома, а также энергоснабжение.

Расчет системы отопления дома

Согласно ГОСТ 30494-96, оптимальная температура внутреннего в помещениях  воздуха tвоС должна быть равна 20-22 оС. Кроме температуры, для комфортного проживания, оптимальная относительная влажность воздуха φ % не должна превышать 45-30%, а скорость движения воздуха – не более 0,15 м/с. Превышение этих значений не должно превышать 10%.

Вы должны отдавать себе отчет в том, что даже купив новый хороший дом, вы будете постоянно работать над повышением класса  энергоэффективности жилого дома. Что это значит? А это значит, что вам со временем придется менять морально устаревшее инженерное оборудование и материалы, придется, возможно, перейти и на новый источник теплоснабжения, придется произвести расчет инженерных коммуникаций, разобраться в работе и наладке инженерных сетей, придется, наконец, взять калькулятор и посчитать различные варианты обустройства вашего дома. Одним словом, без элементарных знаний по данным вопросам и практического опыта здесь не обойтись. Поэтому, чтобы вам не вешали спагетти на уши, я и предлагаю вам совместно со мной пройти все основные этапы по расчету системы отопления частного дома.

Расчет системы отопления дома от теории к практике. Основные потери тепла частного дома

Как мы это сделаем? Я предлагаю следующее – в качестве расчетного объекта взять мой дом. И постепенно шаг за шагом провести весь расчет инженерных коммуникаций и оборудования. При этом все расчеты мы будем соотносить с действительностью и делать соответствующие выводы. Девиз нашей работы – от теории к практике! Всякое дело начинается с составления плана работ. Данный план не должен быть закостенелым, и внести изменения и дополнения можно будет на любом этапе работы. Сразу стоит оговориться, что данный план не предусматривает разработку проекта отопления частного дома. Этим занимаются проектные институты и специализированные фирмы. При обращении к ним, вас попросят, как “Заказчика”, заполнить лист задания на проектирование. И вот здесь то и пригодятся вам полученные знания из примера по расчету системы отопления частного дома. Да и во время строительства вы уже не допустите что бы вам смонтировали трубы системы отопления не тех диаметров, установили не ту высоту дымовой трубы, поставили котел не той мощности и т.д. Нам очень важно, на начальном этапе строительства, произвести правильный выбор мощности котла и подобрать данные для расчета инженерных коммуникаций. То есть грамотно подойти к решению данных вопросов и не пожалеть об этом в будущем.

Расчет системы отопления частного дома. Мой дом

План работ по расчету системы отопления дома

Наименование работ Примечание
1. Расчетная температура наружного воздуха для отопления и  вентиляции
2. Расчет тепловой нагрузки на отопление по укрупненным измерителям
3. Расчет расхода тепла на вентиляцию. Расчет воздухообмена
4. Расход тепла на горячее водоснабжение в зимний период:
  1. Расчет часового максимального расхода горячей воды
  2. Мощность бойлера для комфортного водоснабжения дома
  3. Проточный водонагреватель воды для горячего водоснабжения дома
  4. Контур ГВС двухконтурного газового котла – приоритет
5. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции дома
6. Мощность источника тепла. Какой котел выбрать
7. Виды систем отопления частного дома. Однотрубная система
8. Расчет расширительного бака для закрытой системы отопления
9. Расчет радиаторов отопления частного дома
10. Пример гидравлического расчета системы отопления. Виды гидравлических сопротивлений
11. Насос для циркуляции воды в системе отопления. Естественная циркуляция
12. Насос для подпитки системы отопления. Расширительный бак
13. Мероприятия по повышению класса энергоэффективности.  Анализ проделанной работы и основные выводы

 

Итак, что мы имеем на старте? У нас есть желание построить 2-ух этажный дом в г.Томске. Размер дома в плане 10 x10 м, высота потолков 2,5 м, то есть объем дома по наружному обмеру равен 500 м3. Характеристики моего дома: объем – 490,8 м3, общая площадь дома 151,7 м2, в том числе жилая – 73,5 м2. На практике выработаны упрощенные правила расчета, облегчающие монтаж автономной отопительной системы, в том числе и для тех, кто решил выполнить его своими руками. Дорогие друзья, я надеюсь провести расчет системы отопления дома вместе с вами. Мы также произведем расчет инженерных коммуникаций и оборудования,  определим класс энергоэффективности жилого дома. Надеюсь, что  данный расчет системы отопления дома,  будет полезным и своевременным при подготовке операторов котельной и слесарей по вентиляции. Жду ваших звонков и писем. До связи.

С уважением, Григорий Володин

barbotazh.ru

правила и примеры расчёта 🚩 Ремонт дачи

Основными элементами любой обогревательной сети частного дома являются котел, радиаторы и циркуляционный насос. Расчеты мощности именно такого оборудования и необходимо производить прежде всего при проектировании отопительной системы. Также при обустройстве коммуникаций этого типа следует определиться с толщиной прокладываемых магистралей.

Профессиональные инженеры составляют чертежи отопительных систем загородных домов с учетом множества самых разных факторов. При выполнении расчетов специалисты принимают во внимание, к примеру, такие показатели, как теплопроводность материала стен дома, площадь окон и дверей, особенности конструкции вентиляционной системы и пр.

Самостоятельные расчеты выполняют чаще всего все же по упрощенной схеме. Использование такого метода, к сожалению, не исключает разного рода ошибок в проектировании. Погрешности при применении такой схемы расчетов критичными обычно не бывают. Но все же использовать такой способ проектирования можно только при обустройстве систем отопления не слишком больших по площади домов.

Для обогрева загородных жилых домов могут использоваться нагревательные агрегаты:

  • газовые;
  • дровяные;
  • электрические.

Вне зависимости от разновидности котла, расчеты мощности при использовании упрощенной схемы производится одним и тем же способом. В первую очередь нагревательное оборудование для системы отопления выбирают, конечно же, с учетом общей площади дома. Также в обязательном порядке учитывают климатические особенности той местности, в которой построено здание.

Выполняют расчеты мощности котла по такой формуле:

M — искомая мощность котла, П — отапливаемая площадь дома, МУД — удельная мощность котла.

Последний параметр определяется в зависимости от региона расположения дома. Удельная мощность котлов составляет:

  • для теплых регионов — 0.7-0.9 кВт;
  • для средней полосы — 1.0-1.2 кВт;
  • для Москвы и Подмосковья — 1.2-1.5 кВт;
  • для северных районов — 1.5-2 кВт.

Полученную при использовании такой формулы цифру в последующем желательно увеличить еще на 20%. Это позволит обеспечить качественный обогрев здания в случае, к примеру, кричного понижения температуры воздуха на улице или же при замедлении подачи топлива в нагревательный агрегат.

Для примера сделаем вычисления необходимого теплового потенциала нагревательного оборудования отопительной сети дома площадью в 50 м², построенного в Рязанской области.

Исходные данные в этом случае будут выглядеть так:

Производим собственно сам подсчет:

Далее добавляем поправочные 20% и получаем:

То есть для дома в 50 м², возведенного в средней полосе РФ, понадобиться котел мощностью примерно в 7 кВт.

В большинстве случаев в частных загородных зданиях сегодня монтируются отопительные системы принудительного типа. Теплоноситель в таких сетях движется по магистралям в результате работы циркуляционного насоса, установленного в большинстве случаев на обратке.

Производится расчет такого оборудования с учетом:

  • верхней точки системы;
  • сопротивления теплосети;
  • площади дома.

Сопротивление сети при выполнении самостоятельных расчетов определяют обычно в зависимости от типа используемых радиаторов. Так, к примеру, этот показатель будет составлять:

  • для чугунных батарей — 1 м;
  • для биметаллических — 2 м;
  • для алюминиевых — 1.2 м.

Верхней точкой системы называют обычно высоту расположения радиаторов на последнем этаже здания.

Допустим, наш дом в 50 м² метров имеет высоту в два этажа. Радиаторы на последнем этаже в этом случае будут располагаться на высоте примерно в 2.5 м. Исходя из этого, можно вычислить необходимый напор насоса. Если батареи в доме установлены биметаллические, этот показатель будет составлять:

По стандарту, на 10 м² помещения необходимо порядка 1 кВт мощности батареи. Согласно этому, определяем потребляемую электроэнергию:

Переводим киловатты в килокалории:

Теперь нужно вычислить собственно производительность насоса. Для этого необходимо, помимо всего прочего, знать рекомендованную разницу температур теплоносителя на входе и на выходе. В большинстве случаев при применении упрощенной схемы расчетов отопительных систем этот показатель принимают равным 20.

В этом случае искомая производительность насоса при напоре в 4.5 м будет составлять:

Этот параметр для каждого помещения придется рассчитывать отдельно. Для определения нужного количества батарей в конкретной комнате следует знать:

  • мощность секции радиатора;
  • площадь самого помещения.

Мощность секций батарей зависит от их габаритов и использованного для изготовления материала. Этот параметр производители указывают в технических паспортах радиаторов.

При выполнении расчетов сначала определяют общую требуемую мощность для эффективного отопления комнаты. При этом во внимание принимают то, что для обогрева 1 м² помещения необходимо порядка 100 Вт мощности радиатора.

Далее полученную цифру делят на показатель мощности одной секции. Таким образом определяют требуемое количество секций. По описанной выше схеме расчет радиаторов системы отопления выполняют для комнат:

  • с высотой потолков ниже 3 м;
  • количеством окон не более одного;
  • без контактирующих с улицей стен;
  • с хорошей теплоизоляцией.

В противном случае дополнительно используют поправочный коэффициент 1.1. Это позволяет сделать отопление помещения максимально эффективным.

Допустим, нужно узнать требуемое количество биметаллических радиаторов для комнаты в 20 м² с потолками высотой в 2.5 м, одним окном, не имеющей наружных ограждающих конструкций. Сначала узнаем общую требуемую мощность:

Теперь вычисляем нужное количество биметаллических секций, с учетом того, что мощность одной из них (стандартной на 500 мм) обычно составляет 200 Вт:

То есть в данном случае для эффективного обогрева помещения необходимо 10 биметаллических секций. Следовательно, в комнате придется установить, к примеру, два радиатора по пять секций или же один— на 10 секций.

Если в помещении предусмотрено больше одного окна, а его потолки имеют высоту, превосходящую 3 м, применяем поправочный коэффициент 1.1:

  • 2000*1.1=2200 — для второго окна;
  • 2200*1.1=2420 — поправка на потолок.

Далее по описанной выше схеме рассчитываем число секций:

То есть в данном случае в комнате на 20 м2, скорее всего, придется установить два радиатора по 6 секций.

Этот параметр также определяется с учетом того, что для эффективного обогрева 10 м² помещения необходима 1 кВт энергии. То есть для дома в 50 м² этот показатель будет составлять 5 кВт и с поправкой в 20% — 6 кВт или 6000 Вт.

Собственно сам диаметр труб вычисляется по специальным таблицам. Для двухтрубной системы отопления такая таблица будет выглядеть так:

В нашем примере, для того чтобы определить сечение труб, нужно найти в таблице в общем поле вычисленный нами показатель в 6000 Вт и посмотреть на указанное в правом столбце значение. Мощность теплового потока в данном случае будет находиться между цифрами 5748 и 7185. Следовательно, в доме необходимо будет протянуть магистрали сечением 15 мм.

www.kakprosto.ru

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Для внедрения обогревательной установки, где в качестве циркуляционного вещества  выступает вода, требуется предварительно произвести точные гидравлические вычисления.

Осуществить самостоятельно расчет водяного отопления (далее — СВО) без использования профильных программ невозможно, поскольку в вычислениях используются сложные выражения, определить значения которых с помощью обычного калькулятора нельзя.

Содержание статьи:

Тепловой баланс жилищной конструкции

При разработке, внедрении любой системы обогревательного типа необходимо знать тепловой баланс (далее – ТБ). Зная тепловую мощность для поддержания температуры в помещении, можно правильно подобрать оборудование и грамотно распределить его нагрузку.

Зимой помещение несет определенные тепловые потери (далее – ТП). Основная масса энергии выходит через ограждающие элементы и вентиляционные проемы. Незначительные расходы приходятся на инфильтрацию, нагревание предметов и др.

Галерея изображений

Фото из

Главное правило для расчета отопления

Потери через конструкции

Учет обогрева поступающего воздуха

Вентиляция с подмесом свежего воздуха

Учет потерь на подготовку горячей воды

Эффективность перерабатываемого в котле горючего

Варианты устройства отопительных контуров в доме

Система с открытым расширительным бачком

ТП зависят от слоев, из которых состоят ограждающие конструкции (далее — ОК). Современные строительные материалы, в частности, утеплители, обладают низким коэффициентом теплопроводности (далее – КТ), благодаря чему через них уходит меньше тепла. Для домов одинаковой площади, но с разным строением ОК, тепловые затраты будут отличаться.

Помимо определения ТП, важно вычислить ТБ жилища. Показатель учитывает не только количество энергии, покидающей помещение, но и количество необходимой мощности для поддержания определенных градусных мер в доме.

Наиболее точные результаты дают профильные программы, разработанные для строителей. Благодаря им возможно учесть больше факторов, влияющих на ТП.

Наибольшее количество тепла покидает помещение через стены, пол, крышу, наименьшее — через двери, оконные проемы

С высокой точностью можно вычислить ТП жилища с помощью формул.

Общие тепловые расходы дома рассчитывают по уравнению:

В выражении — количество тепла, покидающее помещение через ОК, — тепловые расходы вентиляции.

Потери через вентиляцию учитываются в том случае, если воздух, попадающий в помещение, имеет более низкую температуру.

В расчетах обычно учитывают ОК, входящие одной стороной на улицу. Это наружные стены, пол, крыша, двери и окна. Общие ТП равны сумме ТП каждой ОК, то есть:

В уравнении:

Если пол или потолок имеет неодинаковое строение по всей площади, то ТП вычисляют для каждого участка отдельно.

Расчет теплопотерь через ОК

Для вычислений потребуются следующие сведения:

  • строение стен, используемые материалы, их толщина, КТ;;
  • наружная температура в предельно холодную пятидневку зимы в городе;
  • площадь ОК;
  • ориентация ОК;
  • рекомендуемая температура в жилище в зимний период.

Для вычисления ТП нужно найти общее тепловое сопротивление Rок. Для этого нужно узнать тепловое сопротивление R1, R2, R3, …, Rn каждого слоя ОК.

Коэффициент Rn рассчитывается по формуле:

В формуле B — толщина слоя ОК в мм, k — КТ каждого слоя.

Общее R возможно определить по выражению:

Производители дверей и окон обычно указывают коэффициент R в паспорте к изделию, поэтому рассчитывать его отдельно нет необходимости.

Тепловое сопротивление окон можно не рассчитывать, поскольку в техническом паспорте уже присутствуют необходимые сведения, что упрощает вычисление ТП

Общая формула расчета ТП через ОК выглядит следующим образом.

В выражении:

  • S — площадь ОК, м2;
  • tvnt — желаемая температура в помещении;
  • tnar — наружная температура воздуха;
  • R — коэффициент сопротивления, рассчитывается отдельно или берется из паспорта изделия;
  • l — уточняющий коэффициент, учитывающий ориентацию стен относительно сторон света.

Расчет ТБ позволяет подобрать оборудование необходимой мощности, что исключит вероятность образования дефицита тепла или его переизбытка. Дефицит тепловой энергии компенсируют путем увеличение потока воздуха через вентиляцию, переизбыток – установкой дополнительного отопительного оборудования.

Тепловые расходы вентиляции

Общая формула расчета ТП вентиляции имеет следующий вид:

В выражении переменные имеют следующий смысл:

  • — затраты поступающего воздуха;
  • — плотность воздуха при определенной температуре в помещении;
  • с — теплоемкость воздуха;
  • — температура в доме;
  • — наружная температура воздуха.

Если в здании установлена вентиляция, то параметр берется из технических характеристик к прибору. Если же вентиляция отсутствует, то берется стандартный показатель удельного воздухообмена, равный 3 м3 в час. Исходя из этого, вычисляется по формуле:

В выражении — площадь пола.

2% от всех тепловых потерь приходится на инфильтрацию, 18% — на вентиляцию. Если помещение оборудовано системой вентиляции, то в расчетах учитывают ТП через вентиляцию, а инфильтрацию во внимание не берут

Далее следует вычислить плотность воздуха при заданной в помещении температуре . Сделать это можно по формуле:

Удельная теплоемкость .

Если вентиляция или инфильтрация неорганизованная, в стенах присутствуют щели или дыры, то вычисление ТП через отверстия следует доверить специальным программам.

Пример расчета теплового баланса

Рассмотрим дом высотой 2.5 м, шириной 6 м и длиной 8 м, располагающийся в городе Оха в Сахалинской области, где в предельно холодную 5-дневку градусник термометра опускается на -29 градусов.

В результате измерения было установлена температура грунта — +5. Рекомендуемая температура внутри конструкции составляет +21 градус.

Изобразить схему дома удобнее всего на бумаге, указав не только длину, ширину и высоту постройки, но и ориентированность относительно сторон света, а также расположение, габариты окон и дверей (+)

Стены рассматриваемого дома состоят из:

  • кирпичной кладки толщиной В=0.51 м, КТ k=0.64;
  • минеральной ваты В=0.05 м, k=0.05;
  • облицовки В=0.09 м, k=0.26.

При определении k лучше воспользоваться таблицами, представленными на сайте производителя, или найти информацию в техническом паспорте изделия.

Зная теплопроводность, можно подобрать максимально эффективные с точки зрения тепловой изоляции материалы. Исходя из вышеприведенной таблицы, наиболее целесообразно использовать в строительстве минераловатные плиты и пенополистирол

Напольное покрытие состоит из следующих слоев:

  • OSB-плит В=0.1 м, k=0.13;
  • минваты В=0.05 м, k=0.047;
  • стяжки цементной В=0.05 м, k=0.58;
  • пенополистирола В=0.06 м, k=0.043.

В доме подвальное помещение отсутствует, а пол имеет одинаковое строение по всей площади.

Потолок состоит из слоев:

  • листов гипсокартона B=0.025 м, k= 0.21;
  • утеплителя В=0.05 м, k=0.14;
  • кровельного перекрытия В=0.05 м, k=0.043.

Выходы на чердак отсутствуют.

В доме всего 6 двухкамерных окон с И-стеклом и аргоном. Из технического паспорта на изделия известно, что R=0.7. Окна имеют габариты 1.1х1.4 м.

Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель R=0.36.

Расчет теплопотерь стены

Стены по всей площади состоят из трех слоев. Вначале рассчитаем их суммарное тепловое сопротивление, используя формулу:

и выражение

Учитывая исходные сведения, получим:

Узнав R, можно приступить к расчетам ТП северной, южной, восточной и западной стены.

Добавочные коэффициенты учитывают особенности расположения стен относительно сторон света. Обычно в северной части во время холодов образуется «роза ветров»,в результате чего ТП с этой стороны будут выше, чем с других

Вычислим площадь северной стены

Тогда, подставляя в формулу

и учитывая, что l=1.1, получим:

Площадь южной стены . В стене отсутствуют встроенные окна или двери, поэтому, учитывая коэффициент l=1, получим следующие ТП:

Для западной и восточной стены коэффициент l=1.05. Поэтому можно найти общую площадь этих стен, то есть:

В стены встроено 6 окон и одна дверь. Рассчитаем общую площадь окон и S дверей:

Определим S стен без учета S окон и дверей:

Подсчитаем общие ТП восточной и западной стены:

Получив результаты, подсчитаем количество тепла, уходящего через стены:

Итого общие ТП стен составляют 6 кВт.

Вычисление ТП окон и дверей

Окна располагаются на восточной и западной стенах, поэтому при расчетах коєффициент l=1.05. Известно, что строение всех конструкций одинаково и R=0.7. Используя значения площади, приведенные выше, получим:

Зная, что для дверей R=0.36, а S=2.2, определим их ТП:

В итоге через окна выходит 340 Вт тепла, а через двери — 42 Вт.

Определение ТП пола и потолка

Очевидно, что площадь потолка и пола будет одинакова, и вычисляется следующим образом:

Рассчитаем общее тепловое сопротивление пола с учетом его строения.

Зная, что температура грунта tnar=+5 и учитывая коэффициент l=1, вычислим Q пола:

Округлив, получим, что теплопотери пола составляют около 3 кВт.

В расчетах ТП нужно учитывать слои, влияющие на тепловую изоляцию, например, бетон, доски, кирпичная кладка, утеплители и др. (+)

Определим Rptl.

Определив тепловое сопротивление потолка, найдем его Q:

Отсюда следует, что через потолок и пол уходит почти 6 кВт.

Вычисление ТП вентиляции

В помещении вентиляция организована, вычисляется по формуле:

Исходя из технических характеристик, удельный теплообмен составляет 3 кубических метра в час, то есть:

.

Для вычисления плотности используем формулу:

Расчетная температура в помещении составляет +21 градус.

ТП вентиляции не рассчитывают, если система снабжена устройством подогрева воздуха

Подставляя известные значения, получим:

Подставим в вышеприведенную формулу полученные цифры:

Учитывая ТП на вентиляцию, общее Q здания составит:

.

Переведя в кВт, получим общие тепловые потери 16 кВт.

Галерея изображений

Фото из

Учет теплотворной способности топлива

Количество тепла при сгорании угля

Способность при сжигании дров

Оптимальный вариант - голубое топливо

Особенности расчета СВО

После нахождения показателя ТП переходят к гидравлическому расчету (далее — ГР), на основе которого получают информацию о:

  • оптимальном диаметре труб, который при перепадах давления будет способен пропускать заданное количество теплоносителя;
  • расходе теплоносителя на определенном участке;
  • скорости движения воды;
  • значении удельного сопротивления.

Перед началом расчетов для упрощения вычислений изображают пространственную схему системы, на которой все ее элементы располагают параллельно друг другу.

На схеме изображена система отопления с верхней разводкой, движение теплоносителя — тупиковое (+)

Рассмотрим основные этапы расчетов водяного отопления.

ГР главного циркуляционного кольца

Методика расчета ГР основывается на предположении, что во всех стояках и ветвях перепады температуры одинаковые.

Алгоритм расчета следующий:

  1. На изображенной схеме, учитывая теплопотери,  наносят тепловые нагрузки, действующие на отопительные приборы, стояки.
  2. Исходя из схемы, выбирают главное циркуляционное кольцо (далее — ГЦК). Особенность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает наименьшее значение.
  3. ГЦК разбивают на участки, имеющие постоянные расход тепла. Для каждого участка указывают номер, тепловую нагрузку, диаметр и длину.

В вертикальной системе однотрубного типа в качестве ГЦК берется то кольцо, через которое проходит наиболее нагруженный стояк при тупиковом или попутном движении воды по магистралям.

В вертикальных системах двухтрубного типа ГЦК проходит через нижнее отопительное устройство, имеющее максимальную нагрузку при тупиковом или попутном движении воды

В горизонтальной системе однотрубного типа ГЦК должно иметь наименьшее циркуляционное давление да единицу длины кольца. Для систем с естественной циркуляцией ситуация аналогична.

При ГР стояков вертикальной системы однотрубного типа проточные, проточно-регулируемые стояки, имеющие в своем составе унифицированные узлы, рассматривают в качестве единого контура. Для стояков с замыкающими участками производят разделение, учитывая распределение воды в трубопроводе каждого приборного узла.

Расход воды на заданном участке вычисляется по формуле:

В выражении буквенные символы принимаю следующие значения:

— тепловая нагрузка контура;

— добавочные табличные коэффициенты, учитывающие теплоотдачу в помещении;

c — теплоемкость воды, равна 4,187;

— температура воды в подающем магистрали;

— температура воды в обратной магистрали.

Определив диаметр и количество воды, необходимо узнать скорость ее движения и значение удельного сопротивления R. Все расчеты удобнее всего осуществить с помощью специальных программ.

ГР второстепенного циркуляционного кольца

После ГР главного кольца определяют давление в малом циркуляционном кольце, образующееся через ближайшие его стояки, учитывая, что потери давления могут отличаться на не более чем 15 % при тупиковой схеме и не более, чем на 5%, при попутной.

Если невозможно увязать потери давления, устанавливают дроссельную шайбу, диаметр которой вычисляют с использованием программных методов.

Расчет радиаторных батарей

Вернемся к плану дома, размещенного выше. Путем вычислений было выявлено, что для поддержания теплового баланса потребуется 16 кВт энергии. В рассматриваемом доме 6 помещений разного назначения – гостиная, санузел, кухня, спальня, коридор, прихожая.

Исходя из габаритов конструкции, можно вычислить объем V:

V=6*8*2.5=120 м3

Далее нужно найти количество тепловой мощности на один м3. Для этого Q необходимо поделить на найденный объем, то есть:

P=16000/120=133 Вт на м3

Далее необходимо определить, сколько тепловой мощности потребуется для одной комнаты. На схеме площадь каждого помещения уже рассчитана. Определим объем:

  • санузел – 4.19*2.5=10.47;
  • гостиная – 13.83*2.5=34.58;
  • кухня – 9.43*2.5=23.58;
  • спальня – 10.33*2.5=25.83;
  • коридор – 4.10*2.5=10.25;
  • прихожая – 5.8*2.5=14.5.

В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.

Коридор отапливается пассивным способом, в него тепло будет поступать за счет циркуляции теплового воздуха при передвижении людей, через дверные проемы и др

Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р. Получим требуемую мощность:

  • для санузла: 10.47*133=1392 Вт;
  • для гостиной: 34.58*133=4599 Вт;
  • для кухни: 23.58*133=3136 Вт;
  • для спальни: 25.83*133=3435 Вт;
  • для коридора: 10.25*133=1363 Вт;
  • для прихожей: 14.5*133=1889 Вт.

Приступим к расчету радиаторных батарей. Будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт. Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей.

  • санузел: 1392:150=10
  • гостиная: 4599:150=31
  • кухня: 3136:150=21
  • спальня: 3435:150=23
  • прихожая: 1889:150=13

Итого потребуется 98 радиаторных батарей.

Выводы и полезное видео по теме

В видео можно ознакомиться с примером расчета водяного отопления, который осуществляется средствами программы Valtec:

Гидравлические расчеты лучше всего осуществлять с помощью специальных программ, которые гарантируют высокую точность вычислений, учитывают все нюансы конструкции.

sovet-ingenera.com

Система водяного отопления. Расчет в Excel.

Опубликовано 30 Окт 2013Рубрика: Теплотехника | 22 комментария

Сегодняшняя тема – система водяного отопления и основополагающие принципы ее расчета. Тема фундаментальная. Ознакомившись с материалом, вы получите ключ к пониманию как выполнять расчет водяного отопления любого объекта! Прочитайте очень внимательно...

...всю статью! Я попытался разложить весь материал на элементарные для простоты  восприятия «ступени». Делая шаг за шагом по «ступеням» этой своеобразной «лестницы познания», вы сможете легко достичь «вершины»!

Информация, изложенная в этой статье,  не является «открытием Америки». Если вам доступно рассказали об этом когда-то преподаватели, или вы прочитали по этой тематике хорошую книгу – и все поняли, то вам, несомненно, повезло. Так случилось, что мне пришлось доходить до понимания этих, в общем-то, элементарных моментов теплотехники через значительное количество книг с иногда противоречивой и запутанной информацией. В большей степени знания пришли через практические опыты на проектируемых и действующих системах отопления завода металлоконструкций, мебельной фабрики, встроенного магазина, двух больших торговых комплексов и десятка более мелких объектов.

Укрупненный расчет в Excel системы водяного отопления.

Рассмотрим принцип действия и расчет водяного отопления на  достаточно абстрактном и простом примере. Идеализированные примеры позволяют, не отвлекаясь на рутинные громоздкие, но, по сути, элементарные вычисления, сосредоточить все внимание на главных принципиально важных вещах.

Есть в русском языке заимствованное из английского языка слово «бокс», которое очень хорошо подходит в нашем случае для названия широкого круга объектов. Итак, будем отапливать бокс!

Условия задачи:

Герметичный бокс (коробка, ящик, вагончик, гараж, помещение, здание, корпус, …) в виде параллелепипеда длиной l, шириной b и высотой h заполнен воздухом, температура которого tвр /внутренняя расчетная температура/. Стенки бокса имеют толщину δ и все сделаны из одного материала, имеющего коэффициент теплопроводности λ.

Со всех шести сторон бокс окружает воздушная среда с температурой tн /наружная температура/.

Слово «среда» в данном случае имеет следующий смысл: масса воздуха в боксе и размеры бокса настолько малы по сравнению с массой и размерами окружающей воздушной среды, что любые изменения внутренней температуры воздуха tв никак не могут повлиять на изменение температуры воздуха снаружи tн.

Внутрь бокса заведены две трубы, к которым подключен установленный внутри  прибор отопления (радиатор, конвектор, регистр). По одной из труб в прибор отопления подается от котла — источника теплоснабжения — горячая вода с  температурой tп /температура подачи/. По второй трубе вода, отдавшая часть тепла и остывшая до температуры tо /температура обратки/, возвращается в котел. Расход воды при этом постоянен и  равен Gр /расчетный расход теплоносителя/.

Рассматривать источник теплоснабжения и подводящие теплотрассы мы в этой задаче не будем, а примем, что на входе в бокс всегда тепловой энергии в избытке и мы можем брать ровно столько, сколько необходимо, например, при помощи автоматизированного узла подачи и учета тепловой энергии.

Дополнительно известны коэффициенты теплообмена на внутренних и наружных поверхностях ограждений α1 и α2.

Задан и показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления n.

Схема задачи изображена на рисунке, расположенном ниже этого текста. Передняя стенка бокса условно не показана. Габаритные размеры бокса отличаются от расчетных на величину толщины стенок δ. То есть, расчетные плоскости находятся посередине толщины ограждений!

Требуется:

1. Найти расчетные теплопотери бокса и соответствующую им расчетную мощность системы водяного отопления Nр.

2. При заданных расчетных температурах теплоносителя tпр и tор определить его расчетный расход через систему Gр.

3. Рассчитать теплопотери бокса и соответствующую им мощность водяной системы отопления N  для температур наружного воздуха tн, отличных от расчетной температуры tнр.

4. Рассчитать температуры теплоносителя – воды – на подаче tп и в обратке tо, которые обеспечат поддержание внутри бокса неизменной расчетной температуры воздуха tвр, при неизменном расчетном расходе Gр для различных температур наружного воздуха tн.

Расчет будем выполнять в программе MS Excel или в программе OOo Calc.

С общими правилами форматирования — использования различных цветов для заливки ячеек и окраски шрифтов — таблиц MS Excel и OOo Calc, которые применяются мной во всех файлах с программами,  можно ознакомиться на странице «О блоге».   

Исходные данные:

1. Длину бокса l (м) заносим

в ячейку D3: 10,000

2. Ширину бокса b (м) записываем

в ячейку D4: 5,000

3. Высоту бокса h (м) вводим

в ячейку D5: 3,000

4. Толщину стенок бокса δ (м) вписываем

в ячейку D6: 0,250

При разности температур воздуха внутри бокса и снаружи начинается теплообмен, который включает в себя три этапа: передачу тепла от внутреннего воздуха  внутренней стенке ограждения (характеризуется коэффициентом α1), передачу тепла через материал стенки (характеризуется коэффициентом λ) и передачу тепла наружному воздуху от внешней стенки ограждения (характеризуется коэффициентом α2).

5. Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения α1 (Вт/(м2*˚С)) заносим

в ячейку D7: 8,700

6. Коэффициент теплопроводности материала ограждения (древесина – сосна) λ (Вт/(м*˚С)) заносим

в ячейку D8: 0,140

7. Коэффициент теплообмена на внешней поверхности ограждения α2 (Вт/(м2*˚С)) заносим

в ячейку D9: 23,000

Термин «расчетная» температура внутреннего или наружного воздуха не означает, что их нужно рассчитывать. Он означает, что эти температуры задаются для расчетов, являются исходными данными для последующих расчетов!

8. Итак, мы хотим поддерживать внутри бокса неизменную температуру воздуха tвр (˚С). Записываем

в ячейку D10: 20,0

9. Расчетную температуру наружного воздуха (в данном примере — для г. Омска) tнр (˚С) вписываем

в ячейку D11: -37,0

Зная характеристики теплоисточника, записываем расчетные параметры теплоносителя, которые должны быть выданы при расчетной температуре наружного воздуха!

10. Расчетную температуру воды на подаче tпр (˚С) вводим

в ячейку D12: 90,0

11. Расчетную температуру воды на обратке tор (˚С) вводим

в ячейку D13: 70,0

Различные приборы, применяемые для систем отопления, – батареи, радиаторы, регистры, конвекторы – имеют различную теплоотдачу при разных схемах подключения и разных температурных режимах. Коэффициент n характеризует нелинейность теплоотдачи каждого конкретного типа прибора и определяется заводом-изготовителем. Чем больше коэффициент n, тем быстрее уменьшается теплоотдача прибора при низкотемпературных режимах и быстрее увеличивается при высокотемпературных режимах отопления!

12. Показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления (усредненное значение в нашем примере) n записываем

в ячейку D14: 1,30

Результаты расчетов:

13. Общую площадь стенок ограждения A (м2) вычисляем

в ячейке D16: =2*(D3*D4+D3*D5+D4*D5) =190,000

A=2*(l*b+l*h+b*h)

14. Коэффициент теплопередачи  стенки ограждения k (Вт/(м2*˚С)) рассчитываем

в ячейке D17: =1/(1/D7+D6/D8+1/D9) =0,514

k=1/(1/α1+δ/λ+1/α2)

15. Расчетные теплопотери бокса Nр (КВт и ГКал/час) определяем

в ячейке D18: =D16*D17*(D10-D11)/1000 =5,571

и в ячейке D19: =D18*0,85985/1000=0,004790

Nр=A*k*(tвр-tнр)

Для равновесия системы количество тепла, потерянного в  окружающую среду должно быть равно количеству тепла, поступившему от источника теплоснабжения! Поэтому расчетная мощность системы отопления и расчетные потери тепла – это одна и та же величина!

16. Расчетный температурный напор θр (˚С) считаем

в ячейке D20: =(D12-D13)/LN ((D12-D10)/(D13-D10)) =59,4

θр=(tпр–tор)/ln((tпр–tвр)/(tор–tвр))

17. Расчетный расход воды через систему Gр (т/час) вычисляем

в ячейке D21: =D19/(D12-D13)*1000 =0,239

Gр=Nр/(tпр–tор)

Далее выполним моделирование работы системы отопления при различных температурах наружного воздуха.

18. Температуру наружного воздуха tн (˚С) заносим

в ячейку I15: -40,0

19. Теплопотери бокса и мощность системы отопления N (КВт и ГКал/час) при температуре наружного воздуха tн=-40˚С считаем

в ячейке I16: =$D$16*$D$17*($D$10-I15)/1000 =5,864

и в ячейке I17: =I16*0,85985/1000=0,00504

N=A*k*(tвр— tн)

20. Температурный напор θ (˚С) считаем для температуры наружного воздуха tн=-40˚С

в ячейке I18: =$D$20*(I16/$D$18)^(1/$D$14) =61,8

θ=θр*(N/Nр)^(1/n)

и просто пока записываем формулу

в ячейку I19: =(I20-I21)/LN ((I20-$D$10)/(I21-$D$10))

θ=(tп–tо)/ln((tп–tвр)/(tо–tвр))

В этом уравнении две неизвестные.

Первая — температура воды на подаче tп, которая при температуре наружного воздуха tн=-40˚С обеспечит при  расчетном расходе Gр=0,239т/час расчетную температуру воздуха внутри бокса tвр=+20˚С.

Вторая - температура воды на обратке tо, которая в результате работы системы водяного отопления установится.

Чтобы найти эти две неизвестные, необходимо составить и решить систему из двух уравнений! Одно уравнение есть, составляем второе.

22. Температура воды на обратке tо (˚С), которая установится в результате остывания воды в системе отопления с расчетным расходом Gр=0,239т/час от пока неопределенной температуры воды на подаче tп. При этом расчетная температуру воздуха внутри бокса будет стабильно равной tвр=+20˚С при температуре наружного воздуха tн=-40˚С. Записываем формулу

в ячейку I21: =I20-1000*I17/$D$21

tо=tп— N/Gр

Это второе уравнение. В нем те же две неизвестные.

Итак, имеем систему из двух уравнений, одно из которых – нелинейное трансцендентное. Как решать такие уравнения я подробно рассказал в статье «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!». Но нам сейчас необходимо решить систему уравнений...

21. Делаем так:

— «становимся мышью» на ячейку I19 (активируем эту ячейку)

— вызываем: «Сервис» — «Подбор параметра…»

— пишем в окне «Подбор параметра»:

Установить в ячейке: I19

Значение: 61,8 (переписываем значение из ячейки I18)

Изменяя значение ячейки: I20

— жмем на кнопку ОК

— в появившемся окне «Результат подбора параметра» читаем:

Подбор параметра для ячейки I19.

Решение найдено.

Подбираемое значение: 61,8

Текущее значение: 61,8

— жмем ОК

Считываем результаты — температуру воды на подаче tп (˚С) и температуру воды на обратке tо (˚С) соответственно

в ячейке I20: =92,9

и в ячейке I21: =I20-1000*I17/$D$21 =71,9

Далее повторяем п.18 – п.22 для других температур наружного воздуха и на этом расчет в Excel завершаем.

Замечания и выводы:

Я постоянно напоминал по ходу статьи, что расход воды, определенный для расчетных температур не изменяется и при любых других температурах наружного воздуха! Изменение количества подаваемого тепла производится изменением температуры теплоносителя – воды – на подаче. Этот способ называется качественным регулированием теплоснабжения и является «правильным»! Однако, изменить количество подаваемого тепла можно и изменяя расход теплоносителя в системе. Этот способ называется количественным регулированием и является «не совсем правильным» или «совсем не правильным».

Если система отопления сложная, разветвленная, то, конечно, проще просчитать и отрегулировать гидравлику системы на один постоянный расход! При значительных изменениях расхода во время эксплуатации иногда вообще невозможно сбалансировать систему. Поэтому практику регулировки отопления закрыванием-открыванием задвижек считаю порочной и  могу рекомендовать к использованию лишь в исключительных случаях! (Вы скажите — «У нас у многих вся страна – исключительный случай!», и я буду вынужден согласиться.)

Что показывают температурные графики, изображенные на рисунке выше? Они показывают, например, что при температуре наружного воздуха tн=-20˚С для того, чтобы внутри бокса температура воздуха стабильно оставалась равной tвр=+20˚С при неизменном расходе теплоносителя Gр=0,239 т/час последний должен иметь температуру на входе в систему tп=+72,7˚С. В установившемся режиме температура воды на выходе из системы отопления будет равна tо=+58,6˚С.

Бокс из примера я умышленно со всех сторон оградил однотипным (деревянным) ограждением одной толщины для простоты расчета потерь тепла. В реальных жизненных примерах у объектов, как правило, ограждения имеют сложную геометрию, вырезы под окна, двери и сами сделаны из нескольких слоев различных материалов. К тому же часть ограждающих конструкций может примыкать к другим объектам или земле. Примеры расчета теплопотерь реального здания, помещения постараемся рассмотреть в ближайших статьях рубрики «Теплотехника».

Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу Вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.

После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» не забудьте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку «Спам» зависит от ваших индивидуальных настроек почты)!

Я не упомянул в статье ни одного СНиПа или ГОСТа, регламентирующего расчеты в рассмотренной области, хотя они, конечно, есть. Специалисты – теплотехники их знают, для них они «настольные книги». Неспециалисты из жизненного опыта решат, какая расчетная температура наружного воздуха для их географического района и какой должна быть расчетная температура воздуха внутри интересующего их объекта, или найдут легко эти значения в Интернете (включая коэффициенты теплопроводности материалов ограждений)…

Главной моей целью при написании этой статьи было доходчиво и понятно донести основы расчетов теплопотерь объектов типа бокс (ограждающие конструкции и воздух внутри) и понимание основ расчетов систем водяного отопления. Насколько это удалось – решит для себя каждый из Вас, уважаемые читатели! А я надеюсь узнать об этом по Вашим комментариям к статье!

Прошу уважающих труд автора скачивать файл после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: raschet-vodyanogo-otopleniya (xls 41,5KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

al-vo.ru

постановка задачи, порядок выполнения расчета, ошибки и способы их исправления

От правильного выбора всех элементов системы водяного отопления, их установки, во многом зависит эффективность её работы, сроки безаварийной и экономичной эксплуатации. Насколько экономичным и эффективным будет отопление в доме, покажут уже начальные вложения средств на этапе установки и монтажа системы. Рассмотрим подробнее как осуществляется гидравлический расчет систым отопления, с целью определения оптимальной мощности отопительной системы.

Эффективность системы отопления «на глазок»

Во многом суммы таких затрат зависят от:

  • требуемых диаметров трубопроводов
  • фитингов и соответствующих им приборов отопления
  • переходников
  • регулировочной и запорной арматуры

Желание минимизировать такие затраты не должно идти в ущерб качеству, но принцип разумной достаточности, некий оптимум, должен выдерживаться.

В большинстве современных индивидуальных отопительных комплексов применяются электронасосы для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя, в качестве которого часто используются незамерзающие составы антифризов. Гидравлическое сопротивление таких систем отопления для разных их типов теплоносителей будет разным.

Учитывая постоянно растущую стоимость энергоносителей (все виды топлива, электроэнергия) и расходных материалов (теплоносители, запчасти и пр.), следует с самого начала стремиться заложить в систему принцип минимизации расходов на эксплуатацию системы. Опять же, исходя из их оптимального соотношения для решения задачи создания комфортного температурного режима в отапливаемых помещениях.

Разумеется, соотношение мощности всех элементов отопительной системы должны обеспечивать оптимальный режим подачи теплоносителяк приборам отопления в объёме достаточном для выполнения основной задачи всей системы — обогрева и поддержания заданного температурного режима внутри помещения, независимо от изменения наружных температур. К элементам отопительной системы относятся:

  • котел
  • насос
  • диаметр труб
  • регулировочная и запорная арматура
  • тепловые приборы

Помимо того, очень неплохо, если в проект изначально будет заложена определённая «эластичность», допускаюшая переход на иной вид теплоносителя (замена воды на антифриз). Кроме того, отопительная система, при меняющихся режимах эксплуатации никоим образом не должна вносить дискомфорт во внутренний микроклимат помещений.

Гидравлический расчёт и решаемые задачи

В процессе выполнения гидравлического расчёта отопительной системы, решается достаточно большой круг вопросов обеспечения выполнения приведенных выше и целого ряда дополнительных требований. В частности, находится диаметр труб на всех секторах по рекомендованным параметрам, включающим определение:

  • скорости движения теплоносителя;
  • оптимального теплообмена на всех участках и приборах системы, с учётом обеспечения его экономической целесообразности.

В процессе движения теплоносителя происходит неизбежное его трение о стенки трубы, возникают потери скорости, особенно заметные на участках, содержащих повороты, колена и т. п. В задачи гидравлического расчёта входит определение потерь скорости движения среды, вернее, давления на отрезках системы, подобных указанным, для общего учёта и включения в проект требуемых компенсаторов. Параллельно определению потери давления, необходимо знать требуемый объём, называемый расходом, теплоносителя во всей проектируемой системе водяного отопления.

Учитывая разветвлённость современных отопительных систем и конструктивные требования реализации наиболее распространённых схем разводки, например, примерное равенство длин ветвей в коллекторной схеме, расчёт гидравлики даёт возможность учесть такие особенности. Это позволит обеспечить более качественную автобалансировку и увязку ветвей, включенных параллельно или по другой схеме. Такие возможности часто требуются в ходе эксплуатации с применением запорных и регулирующих элементов, в случае необходимости отключения или перекрытия отдельных веток и направлений, при возникновении необходимости работы системы в нестандартных режимах.

Подготовка выполнения расчёта

Проведению качественного и детального расчёта должны предшествовать ряд подготовительных мероприятий по выполнению расчётных графиков. Эту часть можно назвать сбором информации для проведения расчёта. Являясь самой сложной частью в проектировании водяной отопительной системы, расчёт гидравлики позволяет точно спроектировать всю её работу. В подготавливаемых данных обязательно должно присутствовать определение требуемого теплового баланса помещений, которые будут обогреваться проектируемой отопительной системой.

В проекте расчёт ведётся с учётом типа выбранных приборов отопления, с определёнными поверхностями теплообмена и размещения их в обогреваемых помещениях, это могут быть батареи секций радиаторов или теплообменники других типов. Точки их размещения указываются на поэтажных планах дома или квартиры.

Принимаемая схема конфигурирования системы водяного отопления должна быть оформлена графически. На этой схеме указывается место размещения генератора тепла (котёл), показываются точки крепления приборов отопления, прокладка основных подводящих и отводящих магистралей трубопроводов, прохода веток приборов отопления. На схеме подробно приводится расположение элементов регулирующей и запорной арматуры. Сюда входят все виды устанавливаемых кранов и вентилей, переходных клапанов, регуляторов, термостатов. В общем, всего, что принято называть регулирующей и запорной арматурой.

После определения на плане требуемой конфигурации системы, её необходимо вычертить в аксонометрической проекции по всем этажам. На такой схеме каждому отопительному прибору присваивается номер, указывается максимальная тепловая мощность. Важным элементом, также указываемым для теплового прибора на схеме, является расчётная длина участка трубопровода для его подключения.

Обозначения и порядок выполнения

На планах обязательно должно быть указано, определённое заранее, циркуляционное кольцо, называемое главным. Оно обязательно представляет собой замкнутый контур, включающий все отрезки трубопровода системы с наибольшим расходом теплоносителя. Для двухтрубных систем эти участки идут от котла (источника тепловой энергии) до самого удалённого теплового прибора и обратно к котлу. Для однотрубных систем берётся участок ветки — стояка и обратной части.

Единицей расчёта является отрезок трубопровода, имеющий неизменный диаметр и ток (расход) носителя тепловой энергии. Его величина определяется исходя из теплового баланса помещения. Принят определённый порядок обозначения таких отрезков, начиная от котла (источника тепла, генератора тепловой энергии), их нумеруют. Если от подающей магистрали трубопровода есть ответвления, их обозначение выполняется заглавными буквами в алфавитном порядке. Такой же буквой со штрихом обозначается сборная точка каждой ветки на обратном магистральном трубопроводе.

В обозначении начала ветки приборов отопления указывается номер этажа (горизонтальные системы) или ветки — стояка (вертикальные). Тот же номер, но со штрихом ставится в точке их подключения к обратной линии сбора потоков теплоносителя. В паре, эти обозначения составляют номер каждой ветки расчётного участка. Нумерация ведётся по часовой стрелке от левого верхнего угла плана. По плану определяется и длина каждой ветки, погрешность составляет не более 0,1 м.

На поэтажном плане отопительной системы по каждому её отрезку считается тепловая нагрузка, равная тепловому потоку, переданному теплоносителем, она принимается с округлением до 10 Вт. После определения по каждому прибору отопления в ветке, определяется суммарная нагрузка по теплу на магистральной подающей трубе. Как и выше, тут округление полученных значений ведётся до 10 Вт. После вычислений, каждый участок должен иметь двойное обозначение с указанием в числителе величины тепловой нагрузки, а в знаменателе — длины участка в метрах.

Требуемое количество (расход) теплоносителя на каждом участке легко определяется путём деления количества тепла на участке (скорректированное на коэффициент, учитывающий удельную теплоёмкость воды) на разность температур нагретого и охлаждённого теплоносителя на этом участке. Очевидно, что суммарное значение по всем рассчитанным участкам даст требуемое количество теплоносителя в целом по системе.

Не вдаваясь в детали, следует сказать, что дальнейшие расчёты позволяют определить диаметры труб каждого из участков системы отопления, потери давления на них, произвести гидравлическую увязку всех циркуляционных колец в сложных системах водяного отопления.

Последствия ошибок расчёта и способы их исправления

Очевидно, что гидравлический расчёт является достаточно сложным и ответственным этапом разработки отопления. Для облегчения подобных вычислений разработан целый математический аппарат, существуют многочисленные версии компьютерных программ, предназначенных для автоматизации процесса его выполнения.

Несмотря на это, от ошибок никто не застрахован. Среди наиболее распространённых выбор мощности тепловых приборов без проведения расчёта, указанного выше. В этом случае, помимо более высокой стоимости самих радиаторных батарей (если мощность больше требуемой), система будет затратной, расходуя повышенное количество топлива и требуя более значительных на свое содержание. Проще говоря, в комнатах будет жарко, форточки постоянно открыты и придётся дополнительно оплачивать обогрев улицы. В случае заниженной мощности попытки обогрева приведут к работе котла на повышенной мощности и также потребуют высоких финансовых затрат. Исправить такую ошибку достаточно сложно, возможно потребуется полностью переделывать всё отопление.

Если неверно проведен монтаж радиаторных батарей, эффективность работы всего отопительного комплекса также падает. К таким ошибкам относится нарушение правил установки батареи. Ошибки этой группы могу вдвое снизить теплоотдачу самых качественных тепловых приборов. Как и в первом случае, стремление повысить температуру в помещении, приведёт к дополнительным расходам энергоносителя. Чтобы исправить ошибки установки, зачастую достаточно переустановить и подключить заново радиаторные батареи.

Следующая группа ошибок относится к ошибке определения требуемой мощности источника тепла и приборов отопления. Если мощность котла заведомо выше мощности отопительных приборов, он будет работать неэффективно, потребляя большее количество топлива. Налицо двойной перерасход средств: в момент покупки такого котла и в ходе эксплуатации. Чтобы исправить положение, такой котёл, радиаторы или насос, а то и все трубы системы, придётся менять.

При расчёте требуемой мощности котла, может быть допущена ошибка в определении потерь тепла зданием. В результате мощность генератора тепловой энергии будет завышена. Результатом будет перерасход топлива. Чтобы исправить ошибку, придётся заменить котёл.

Ошибочный расчёт балансировки системы, нарушение требований примерного равенства веток и т. п. может привести к необходимости установки более мощного насоса, позволяющего доставить носитель к дальним приборам отопления в нагретом состоянии. Однако в этом случае возможно появление «звукового сопровождения» в виде гула, свиста и т. п. Если подобные ошибки допущены в системе тёплого водяного пола, то результатом установки мощного насоса может стать «поющий пол».

При ошибках определения требуемого количества теплоносителя или переводе гравитационной системы на принудительную циркуляцию, объём его может оказаться слишком велик, и дальние приборы отопления не будут работать. Как и ранее, попытки решения проблемы увеличением интенсивности прогрева, приведут к перерасходу газа, износу котла. Решить вопрос можно применением нового насоса и гидрострелки, т. е. тепловой пункт придётся всё равно переделывать.

После всего можно однозначно сказать, что проведение гидравлического расчёта системы отопления позволит гарантированно минимизировать расходы на всех этапах проектирования, устройства, монтажа и долговременной эксплуатации высокоэффективной системы водяного отопления.

Пример гидравлического расчета (видео)

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

teplo.guru

Гидравлический расчёт системы отопления с учетом трубопроводов.

Гидравлический расчёт системы отопления с учетом трубопроводов.

При проведении дальнейших расчетов мы будем использовать все основные гидравлические параметры, в том числе расход теплоносителя, гидравлическое сопротивление арматуры и трубопроводов, скорость теплоносителя и т.д. Между данными параметрами есть полная взаимосвязь, на что и нужно опираться при расчетах.

 

К примеру, если повысить скорость теплоносителя, одновременно будет повышаться гидравлическое сопротивление у трубопровода. Если повысить расход теплоносителя, с учетом трубопровода заданного диаметра, одновременно возрастет скорость теплоносителя, а также гидравлическое сопротивление. И чем больше будет диаметр трубопровода, тем меньше будет скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. На основе анализа данных взаимосвязей, можно превратить гидравлический расчет системы отопления (программа расчета есть в сети) в анализ параметров эффективности и надежности работы всей системы, что, в свою очередь, поможет снизить расходы на использующиеся материалы.

Отопительная система включает в себя четыре базовых компонента: теплогенератор, отопительные приборы, трубопровод, запорная и регулирующая арматура. Данные элементы имеют индивидуальные параметры гидравлического сопротивления, которые нужно учесть при проведении расчета. Напомним, что гидравлические характеристики не отличаются постоянством. Ведущие производители материалов и отопительного оборудования в обязательном порядке указывают информацию по удельным потерям давления (гидравлические характеристики) на производимое оборудование или материалы.

Например, расчет для полипропиленовых трубопроводов компании FIRAT существенно облегчается за счет приведенной номограммы, в которой указываются удельные потери давления или напора в трубопроводе для 1 метра погонного трубы. Анализ номограммы позволяет четко проследить обозначенные выше взаимосвязи между отдельными характеристиками. В этом и состоит основная суть гидравлических расчетов.

Гидравлический расчет систем водяного отопления: расход теплоносителя

Думаем, вы уже провели аналогию между термином «расход теплоносителя» и термином «количество теплоносителя». Так вот, расход теплоносителя будет напрямую зависеть от того, какая тепловая нагрузка приходится на теплоноситель в процессе перемещения им тепла к отопительному прибору от теплогенератора.

Гидравлический расчет подразумевает определение уровня расхода теплоносителя, касательно заданного участка. Расчетный участок представляет собой участок со стабильным расходом теплоносителя и с постоянным диаметром.

Гидравлический расчет систем отопления: пример

Если ветка включает в себя десять киловаттных радиаторов, а расход теплоносителя рассчитывался на перенос энергии тепла на уровне 10 киловатт, то расчетный участок будет представлять собой отрезом от теплогенератора до радиатора, который в ветке является первым. Но только при условии, что данный участок характеризуется постоянным диаметром. Второй участок располагается между первым радиатором и вторым радиатором. При этом, если в первом случае высчитывался расход переноса 10-киловаттной тепловой энергии, то на втором участке расчетное количество энергии будет составлять уже 9 киловатт, с постепенным уменьшением по мере проведения расчетов. Гидравлическое сопротивление должно рассчитываться одновременно для подающего и обратного трубопровода.

Гидравлический расчет однотрубной системы отопления подразумевает вычисление расхода теплоносителя

для расчетного участка по следующей формуле:

Gуч= (3,6*Qуч)/(с*(tг-tо))

где:

Qуч –тепловая нагрузка расчетного участка в ваттах. К примеру, для нашего примера нагрузка тепла на первый участок будет составлять 10000 ватт или 10 киловатт.

с (удельная теплоемкость для воды) – постоянная, равная 4,2 кДж/(кг•°С)

tг –температура горячего теплоносителя в отопительной системе.

tо –температура холодного теплоносителя в отопительной системе.

 

Гидравлический расчет системы отопления: скорость потока теплоносителя

Минимальная скорость теплоносителя должна принимать пороговое значение 0,2 — 0,25 м/с. Если скорость будет меньше, из теплоносителя будет выделяться избыточный воздух. Это приведет к появлению в системе воздушных пробок, что, в свою очередь, может служить причиной частичного или полного отказа отопительной системы. Что касается верхнего порога, то скорость теплоносителя должна достигать 0,6 — 1,5 м/с. Если скорость не будет подниматься выше данного показателя, то в трубопроводе не будут образовываться гидравлические шумы. Практика показывает, что оптимальный скоростной диапазон для отопительных систем составляет 0,3 — 0,7 м/с.

Если есть необходимость рассчитать диапазон скорости теплоносителя более точно, то придется брать в расчет параметры материала трубопроводов в отопительной системе. Точнее, вам понадобится коэффициент шероховатости для внутренней трубопроводной поверхности. К примеру, если речь идет о трубопроводах из стали, то оптимальной считается скорость теплоносителя на уровне 0,25 — 0,5 м/с. Если трубопровод полимерных или медный, то скорость можно увеличить до 0,25 – 0,7 м/с. Если хотите перестраховаться, внимательно почитайте, какая скорость рекомендуется производителями оборудования для систем отопления. Более точный диапазон рекомендованной скорости теплоносителя зависит от материала трубопроводов применяемых в системе отопления а точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопроводов. Например для стальных трубопроводов лучше придерживаться скорости теплоносителя от 0,25 до 0,5 м/с для медных и полимерных (полипропиленовые, полиэтиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,25 до 0,7 м/с либо воспользоваться рекомендациями производителя при их наличии.

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления: потеря давления

Потеря давления на определенном участке системы, которую также называют термином «гидравлическое сопротивление», представляет собой сумму всех потерь на гидравлическое трение и в локальных сопротивлениях. Данный показатель, измеряемый в Па, высчитывается по формуле:

ΔPуч=R* l + ( (ρ * ν2) / 2) * Σζ

гдеν — скорость используемого теплоносителя, измеряемая в м/с.

ρ — плотность теплоносителя, измеряемая в кг/м3.

R –потери давления в трубопроводе, измеряемые в Па/м.

l – расчетная длина трубопровода на участке, измеряемая в м.

Σζ — сумма коэффициентов локальных сопротивлений на участке оборудования и запорно-регулирующей арматуры.

Что касается общего гидравлического сопротивления, то оно представляет собой сумму всех гидравлических сопротивлений расчетных участков.

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления: выбор основной ветви системы

Если система характеризуется попутным движением теплоносителя, то для двухтрубной системы выбирается кольцо самого загруженного стояка через нижний прибор отопления. Для однотрубной системы – кольцо через самый загруженный стояк.

Если система характеризуется тупиковым движением теплоносителя, то для двухтрубной системы выбирается кольцо нижнего прибора отопления для самого загруженного из наиболее удаленных стояков. Соответственно, для однотрубной отопительной системы выбирается кольцо через наиболее загруженный из удаленных стояков.

Если речь идет о горизонтальной отопительной системе, то выбирается кольцо через наиболее загруженную ветвь, относящуюся к нижнему этажу. Говоря о загрузке, мы имеем в виду показатель «тепловая нагрузка», который был описан выше.

domisad.org

Гидравлический расчет системы отопления для различных схем

Необходимость в проведении расчетов

Электронные помощники облегчают расчеты

Благодаря развитию современных технологий и инженерных наук значительно повысилась эффективность большинства процессов в жизни человека, связанных с техникой. Даже один из наиболее сложных и непредсказуемых участков коммунального хозяйства – системы отопления – тщательно изучен и вписан в рамки общепринятых норм и правил. Благодаря многочисленным исследованиям, проведенным в области водяного отопления, инженеры получили возможность создать единую систему сведений, которые вписываются в гидравлический расчет системы отопления.

Его основным назначением является максимизация коэффициента полезного действия в замкнутых контурах с естественной и принудительной циркуляцией. Среди задач расчета можно выделить:

  • Уменьшение эксплуатационных затрат.
  • Снижение расхода энергоносителей.
  • Уменьшение стоимости постройки системы отопления.
  • Повышение эффективности обогрева всех помещения.
  • Обеспечение полной безопасности жильцов дома.
  • Снижение шумов до естественного уровня.
  • Предотвращение разрушительного гидроудара в замкнутом пространстве.

В результате правильно проведенного расчета достигается значительное улучшение работоспособности вне зависимости от схемы построения. Правильное устройство системы также даст вам возможность забыть о необходимости ее обслуживания на долгие годы.

Однако процесс расчетов не так уж и прост – на практике он может занять довольно длительное время. Кроме того, он считается специалистами наиболее сложным этапом в проектировании гидравлического обогрева частного дома.

Процедура расчета включает в себя следующие этапы:

  • Создание «теплового баланса» постройки.
  • Выбор схемы и основных элементов системы отопления – в том числе с естественной или принудительной циркуляцией.
  • Перенос схемы в аксонометрическую проекцию.
  • Выделение циркуляционного кольца.
  • Определение необходимого диаметра водяного трубопровода.
  • Расчет гидравлического механизма потерь давления в отдельных участках циркуляции.
  • Выполнение увязки параллельных ветвей водяного отопления.
  • Определение расхода жидкости на обеспечение работоспособности всей системы.

Расчеты выполняются для участка с постоянным диаметром гидравлического трубопровода, обладающего стабильной емкостью теплоносителя. Рассмотрим процесс подробнее, взяв за пример схему обогрева двухэтажного дома.

Определение диаметра трубопроводов

Одной из важнейших задач гидравлического расчета является получение данных о необходимых для использования трубах. Вначале вы должны определить, из какого материала планируется прокладывать трубопровод, и каким должен быть его диаметр.

Изначально известно значение нескольких показателей. Большинство специалистов считают, что скорость движения теплоносителя в системе водяного отопления должна составлять 0,2—0,7 м/с — с естественной циркуляцией. При меньшем значении этого показателя в трубах будут образовываться воздушные пузырьки, а при большем повысится уровень шума, и возникнет повышенный риск гидравлического удара в замкнутом пространстве.

Материал труб имеет большое значение при расчете их нужного диаметра

Оптимальным вариантом является устройство металлопластиковых трубопроводов. Они обладают более низким коэффициентом гидравлического трения и меньшими потерями давления (45—280 Па/м) в системах с естественной и принудительной циркуляцией. Однако такой пример является идеальным. На практике намного чаще используются стальные водогазовые трубы с потерями  60—480 Па/м. Имея данные о тепловом потоке, а также принимая разницу температур между холодным и горячим потоком в 20 градусов (для однотрубной по умолчанию 35 градусов), можно определить диаметр труб по приведенной ниже таблице.

Схема расчета внутреннего диаметра трубы отопления

Следует учесть, что нельзя бесконечно гнаться за минимизацией диаметра водяного отопления. При достижении чрезмерно малой величины скорость движения теплоносителя в них превысит 1,0—1,2 м/с, что станет причиной сильных шумов. Конечно, для систем с естественной циркуляцией этот показатель почти недостижим, однако в них может значительно снизиться эффективность обогрева.

Если рассматривать выбранный нами пример, то следует заметить — в достаточно крупных домах гидравлический насос является обязательным компонентом системы. Приняв в качестве отправной точки площадь в 200 квадратных метров и скорость потока в 0,5 м/с, мы определяем, что необходимо остановиться на трубах диаметром 25 мм.

Внимание! Табличные значения приведены для варианта с использованием воды в качестве теплоносителя. Устройство системы с антифризом потребует проведения самостоятельных расчетов или получения данных от его производителя.

Потери давления

При составлении схемы важно учесть все нюансы

Приступая к учету потерь давления, особо важному для контуров с естественной циркуляцией, необходимо вначале разделить все кольца циркуляции, которые представляют собой участок трубопровода, ведущий от котла к потребителю тепла и обратно. Для однотрубной схемы кольцом является обособленный стояк, а для двухтрубной – каждый отопительный прибор в отдельности. Общие потери давления во всей гидравлической системе равны сумме потерь в каждом из колец, которые в свою очередь раскладываются на потери за счет трения и за счет местных сопротивлений.

Первый показатель равен половине произведения плотности воды на квадрат скорости в метрах в секунду. Второй – отношению длины к диаметру трубопровода, умноженному на коэффициент гидравлического трения и прибавленному к сумме коэффициентов местных гидравлических сопротивлений. Для расчета используют формулы, требующие знания коэффициентов шероховатости трубы, однако существуют специальные таблицы, в которых можно получить готовое число.

Но если такой гидравлический расчет представляет большую сложность, а производитель приводит готовую цифру удельных потерь давления на метр трубопровода, можно воспользоваться упрощенной формулой, в которой отношение коэффициента трения к диаметру трубы заменяется константой. Такая схема расчета чаще всего применяется для однотрубной организации отопления, когда точность конечного показателя имеет не столь большое значение.

Кроме того, применение упрощенного коэффициента также полностью оправдано при естественной циркуляции теплоносителя. В наш пример мы внесем дополнительные данные – длина обычного стального трубопровода 100 м, диаметр трубы расчетный, местные потери равны 800, количество участков – 1, табличное сопротивление 1,02. В таком случае потери будут равны 1,02*100*(971,8*0,52)/2+800=13190,5 Па.

Внимание! В сумму местных коэффициентов гидравлических сопротивлений также включаются показатели всей запорной арматуры, нагревательных приборов, расширительных баков и компрессионной техники.

Пример – котел, насос, расширительный бачок, краны регулировки, радиаторы, игольчатые вентили, байпасы и т. д.

Увязка колец контура

Подключение к трубопроводу

Действие законов физики приводит к тому, что в точках совмещения колец величина потери давления будет всегда одинаковой. Если просмотреть пример водяного контура нашего двухэтажного дома и предположить, что в нем существует 20 колец разного диаметра, расположенных на различном расстоянии от котла, то во всех будет наблюдаться разное давление и разная скорость движения воды. Для системы как с естественной, так и с принудительной циркуляцией это является существенным недостатком, который потребует разрешения для обеспечения максимального КПД.

Выравнивание для системы этих показателей, полученных в результате приведенного выше расчета, производится с помощью ручной или автоматической регулирующе-запорной арматуры. В области ручной арматуры водяного контура лучший пример — это продукция компании Stromax. А автоматической, которая идеальна для систем с принудительной циркуляцией – HERZ. Для получения максимального результата используются радиаторные термостатические клапаны водяного отопления, которые комбинируются с балансировочными вентилями, расположенными максимально близко к кольцам. В таком случае система будет работать в динамическом режиме автоматической регулировки.

Стоит также брать в расчет тот факт, что для однотрубной системы закрытие радиаторного клапана приведет к падению давления во всем контуре водяного отопления. В результате этого снизится температура всех отопительных приборов, следующих по контуру за закрытым клапаном. Падение будет продолжаться до тех пор, пока не среагируют термостатические головки. Поэтому в гидравлический расчет системы отопления с однотрубной схемой обычно включают ручную арматуру.

remontmechty.ru