Расчет гидравлики системы отопления на практическом примере

Новости СМИ2

Отопление с помощью циркуляции горячей воды — популярный выбор для обустройства частного дома. Для создания надёжной системы нужно провести анализ и гидравлический расчёт, который сопоставит давление на разных участках сети с диаметром труб.

В статье детально изложена методикa расчётов. Для более полного понимания алгоритма действий автор провёл анализ расчёта на конкретном примере.

Следуя указанной схеме, можно рассчитать оптимальный размер магистрали, число радиаторов, мощность котла и другие параметры системы, важные для организации эффективного индивидуального отопления.

Понятие гидравлического расчета

В качестве ключевого фактора прогресса в системе отопления выступает стремление сократить расходы на энергию. Желание экономить заставляет более тщательно подходить к разработке проектов, подбору материалов, монтажу и эксплуатации систем отопления.

Чтобы построить экономичную систему отопления для квартиры или дома, обратитесь к правилам расчета и проектирования.

Фото: img.freepik.com

Тепловая сеть выполняет функцию передачи требуемого объема тепловой энергии различным устройствам, которые впоследствии отдают её конечным пользователям.

Цель гидрорасчёта — выбор трубопроводов, минимизирующих теплопотери при движении теплоносителя по разветвлённой системе отопления.

Количество тепловой энергии, получаемой приборами, зависит от расхода тепла и разницы температур при охлаждении теплоносителя. В двухтрубных системах устанавливают температуру охлаждения для всех приборов.

При гидравлическом расчете однотрубных схем используют разницу температур по всему отопительному оборудованию.

Расчет проводится для определения труб, подходящих по диаметру для движения заданного объёма теплоносителя. Поскольку подбор выполняется из имеющегося ассортимента, в расчётах неизбежна небольшая точность.

Расчет затрат теплоносителя определяют путём согласования значений давления во всех звеньях системы.

На первом этапе расчеты осуществляются в рамках главного циркуляционного кольца. Кольцо разделяют на части, а для каждой из частей вычисляется расход теплоносителя и потери давления, вызванные трением при движении воды или пара по кольцу.

Определив параметры главного циркуляционного кольца, проводят похожие вычисления для вторичных колец. На основе полученных результатов по всем участкам системы подбирают диаметр труб таким образом, чтобы уравновесить давление во всех частях сети.

Чтобы определить расчет гидросистемы, необходимо чётко осознавать, что автономные системы отопления квартир и домов функционируют на более высоком уровне по сравнению с центральными системами отопления больших зданий.

Система индивидуального отопления опирается на новый взгляд на тепло и энергоносители.

При гидрорасчёте расход теплоносителя вычисляют, сопоставляя диаметры трубопроводов с показателями давления в каждом участке системы.

Проведите простое сопоставление данных систем по указанным критериям.

Центральное отопление (котельня-дом-квартира) использует уголь и газ как источники энергии. В автономной системе можно применять любое вещество с высокой теплотворностью, а также комбинации жидких, твердых или гранулированных материалов.
ЦОС создана из простых компонентов: металлические трубы, «топовые» батареи, запорные клапаны. Индивидуальная система отопления позволяет комбинировать разные элементы: многосекционные радиаторы с высокой теплоотдачей, современные термостаты, разные виды труб Изделия из ПВХ и меди, краны, заглушки, фитинги, а также собственные котлы и циркуляционные насосы по доступной цене.
В квартире типового панельного дома, возведенного 20-40 лет назад, отопление представляет собой 7-секционную батарею под окном каждой комнаты и стояк, проходящий через весь дом, позволяющий взаимодействовать с соседями сверху/снизу. Автономная система отопления (АСО) открывает возможности для создания индивидуальной системы любой сложности по желанию жильцов.
В отличие от ЦОС, автономная система отопления принимает во внимание многочисленные факторы, влияющие на передачу энергии, расход тепла и теплопотери. К ним относятся: температура наружного воздуха, необходимый температурный диапазон в помещениях, площадь и объем помещения, количество окон и дверей, назначение помещений и др.

Гидравлический расчет системы отопления (ГРСО) – это подсчет ряда характеристик отопительной системы. Расчет даёт полную информацию о параметрах, например, диаметре труб. количество радиаторов и клапанов.

Радиаторы такого типа были распространены в панельных домах бывшего СССР. В конструкции уделено мало внимания, материалы выбраны с экономической точки зрения.

ГРСО помогает верно подобрать водно-кольцевой насос для котла, чтобы горячая вода доходила до радиаторов, обеспечивая сбалансированность системы и снижая расходы на отопление.

Для систем центрального отопления выпускается еще один тип радиаторов с возможностью варьировать количество ребер.

Последовательность шагов расчета

Расчет системы отопления — самый сложный и важный этап в проектировании.

Перед расчетом требуется предварительный анализ будущей системы, например:

Обеспечить равномерное отопление во всех комнатах квартиры.
Выбрать терморегуляторы, клапаны и регуляторы давления.
выбрать радиаторы, теплообменные поверхности, теплоотдающие панели;
Выявить зоны системы с наибольшим и наименьшим расходом теплоносителя.

Также нужно установить план перемещения теплоносителя: полный и малый контур. однотрубная система или двухтрубная магистраль.

Гидравлический расчёт выявляет ключевые характеристики гидравлической системы, помогающие ответить на ряд вопросов.

Какой должен быть уровень мощности отопительного устройства?
какой расход и скорость теплоносителя;
Какой диаметр требуется для основной магистрали теплового трубопровода?
Возможные потери тепла и массы теплоносителя.

При расчете гидравлики важно обеспечить баланс всех частей системы во время экстремальных температурных условий с помощью регулирующих устройств.

Различают разные виды отопительных приборов: чугунные и алюминиевые секционные, стальные панельные, биметаллические радиаторы и конвекторы. Самыми популярными остаются алюминиевые секционные радиаторы.

Расчетной зоной трубопроводной магистрали является участок с постоянным диаметром и неизменяемым расходом горячей воды, определяемым по формуле теплового баланса комнат. Перечисление расчетных зон ведется от насоса или источника тепла.

Начальные условия примера

Чтобы прояснить нюансы расчета гидросистемы, обратимся к примерам типичной квартиры в многоквартирном доме. Рассмотрим двушку в панельном здании площадью 65,54 кв. метра. ²В неё входят две комнаты, кухня, отдельный туалет и ванная комната, двусторонний коридор, два балкона.

По результатам ввода в эксплуатацию были получены сведения о готовности квартиры. В квартире стены из монолитного железобетона обработаны шпаклёвкой и грунтом, установлены окна с двухкамерными стеклами, межкомнатные двери тырсо-прессованного типа, а пол в санузле выложен керамической плиткой.

Постройка из панелей, имеющая девять этажей и разделенная на четыре подъезда. На каждом этаже три квартиры: одна двухкомнатная и две трехкомнатные. Квартира находится на пятом этаже.

Кроме того, в доме уже установлена медная проводка, распределители, отдельный щиток, газовая плита, ванна, умывальник, унитаз, полотенцесушитель и мойка.

В жилых комнатах, ванной и кухне установлены алюминиевые радиаторы отопления. Остаётся решить вопрос с трубами и котлом.

Как производится сбор данных

Расчет гидравлики системы чаще всего строится на расчетах теплоснабжения помещений по площади.

Следующая информация требуется:

площадь каждого отдельного помещения;
Размеры проемов окон и дверей (внутренние двери почти не влияют на потерю тепла).
климатические условия, особенности региона.

При расчётах будем использовать следующую информацию. Общая площадь комнаты составляет 18,83 квадратных метра. ², спальня — 14,86 м², кухня — 10,46 м², балкон — 7,83 м² (сумма), коридор — 9,72 м² (сумма), ванная — 3,60 м², туалет — 1,5 м². Входные двери — 2,20 м², оконная витрина общей комнаты — 8,1 м², окно спальни — 1,96 м², окно кухни — 1,96 м².

Высота стен квартиры составляет 2 метра 70 сантиметров. Внешние стены созданы из бетона класса В7 с внутренней штукатуркой толщиной 300 миллиметров. Внутренние несущие стены и перегородки имеют толщину 120 миллиметров, обычные — 80 миллиметров. Пол и потолок выполнены из бетонных плит перекрытия класса В15 толщиной 200 миллиметров.

Данная планировка позволяет организовать единую систему отопления, которая пройдет через кухню, спальню и гостиную, обеспечивая среднюю температуру 20-22°С в комнатах.

Что касается окружающей среды, квартира расположена в доме на территории микрорайона небольшого города, расположенного в низине на высоте 130-150 метров над уровнем моря. Климат умеренно континентальный с прохладной зимой и тёплым летом.

Среднегодовая температура составляет +7,6°C. В январе -6,6°C, в июле +18,7°C. Скорость ветра равна 3,5 м/с, средняя влажность воздуха — 74 %, количество осадков — 569 мм.

Региональные климатические условия характеризуются значительным диапазоном температур, что диктует особенные требования к системе регулировки отопления жилья.

Мощность генератора тепла

В системе отопления важное место занимает котел. Тип котла (электрический, газовый или комбинированный) в данном случае не принципиален. За значением для нас стоит его мощность – количество энергии, выделяемое за единицу времени для отопления.

Мощность котла вычисляется по приведенной ниже формуле.

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10,

где:

Sпомещ Общая площадь помещений, нуждающихся в отоплении.
Wудел — мощь оборудования учитывает климат региона расположения.

Для различных климатических зон характерны следующие данные:

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

Эти цифры приблизительны, но всё же показывают численное влияние внешней среды на систему обогрева жилого помещения.

Карта показывает климатические зоны с различными температурами. Стоимость обогрева одного квадратного метра в зависимости от местоположения дома выражается в кВт часах (+).

Общая площадь квартиры, требующая обогрева, составляет 57,71 м2 (вычитая площадь балкона). Удельная мощность котла для центрального региона с холодным климатом равна 1,4 кВт/м2. Следовательно, расчётная мощность котла отопления в данном случае эквивалентна 8,08 кВт.

Динамические параметры теплоносителя

Переходим к следующему этапу расчетов: анализ потребления теплоносителя. В большинстве случаев система отопления квартиры отличается от других из-за количества радиаторов и длины трубопровода. Давление выступает дополнительной «движущей силой» потока по вертикали системы.

В частных домах, как одноэтажных, так и многоэтажных, а также в старых панельных многоквартирных зданиях используют системы отопления с высоким давлением для транспортировки теплоносителя по разветвлённой, многокольцевой системе и подъема воды на всю высоту сооружения (до четырнадцатого этажа).

В отличие от этого, стандартные квартиры на 2 или 3 комнаты с индивидуальным отоплением отличаются меньшим количеством звеньев и ветвей в системе. В них не больше трёх контуров.

Вследствие этого перемещение теплоносителя осуществляется благодаря естественному потоку воды. Вместе с тем, возможно применение циркуляционные насосы, нагрев обеспечивается газовым/электрическим котлом.

Для обогрева помещений площадью свыше ста квадратных метров советуем использовать циркуляционный насос. ²Установка насоса возможна перед или после котла, но чаще всего его размещают на обратке. При этом температура теплоносителя ниже, риск завоздушивания уменьшается, а эксплуатационный срок насоса увеличивается.

Эксперты по проектированию и установке систем отопления выделяют два ключевых метода расчета объема теплоносителя.

По фактической емкости системы. Считают суммарный объем всех полостей, по которым будет течь горячая вода: общая длина трубопроводов, площадь секций радиаторов и так далее.
По мощности котла. Мнения экспертов относительно расхода топлива существенно расходятся: одни приводят цифру в 10, а другие — в 15 литров на один киловатт мощности котла.

С точки зрения практичности необходимо учитывать, что система отопления вероятно будет не только обеспечивать теплом комнату, но и нагревать воду для ванной, душа, умывальника, раковины и сушилки, а также возможно для гидромассажа или джакузи. Этот вариант проще.

В этом случае предлагаем установить 13,5 литра на каждую единицу мощности. Умножим это число на мощность котла (8,08 кВт), и получим расчетный объем водяной массы — 109,08 литров.

Скорость теплоносителя в системе — определяющий фактор при выборе диаметра труб для системы отопления.

Она высчитывается по следующей формуле:

V = (0,86*W*k)/t-to,

где:

W — мощность котла;
t — температура подаваемой воды;
to — температура воды в обратном контуре;
k — кпд котла (0,95 для газового котла).

Подставив расчетные данные в формулу, получаем: (0,86 * 8080 * 0,95) / 80 — 60 = 6601,36 / 20 = 330 кг/ч. Следовательно, за час в системе перемещается 330 литров теплоносителя (воды), а объем системы приблизительно составляет 110 литров.

Определение диаметра труб

Чтобы точно установить диаметр и толщину отопительных труб, нужно разобраться с тепловыми потерями.

Самый большой у утечки тепла происходит через стены — до 40%, через окна — 15%, пол — 10%, а остальное — через потолок или крышу. В квартирах наибольший урон наносят окна и балконные модули.

В отапливаемых помещениях возможны разные виды тепловых потерь.

Потери давления потока в трубеЭтот параметр прямо пропорционален произведению удельной потери на трение внутри трубы, указанной производителем, на общую длину трубы. В данной ситуации можно пренебречь такими потерями.
Утечка давления на локальных участках трубопроводов Потери тепла на фланцах и внутри оборудования незначительны. В данном случае, малый объем изгибов в трубопроводах и количество радиаторов позволяют не учитывать эти потери.
Теплопотери исходя из расположения квартирыСуществует ещё один тип тепловых издержек, связанный с расположением помещения относительно остального здания. В обычной квартире, расположенной в середине дома и соседствующей с другими квартирами со всех сторон, тепловые потери через боковые стены, потолок и пол практически равны нулю.

В расчет включаются только потери тепла через балкон и центральное окно комнаты. Это решается добавлением 2-3 секций к каждому радиатору.

Диаметр труб для системы отопления определяется потребностью в теплоносителе и скоростью его движения по трубам.

Изучая представленную информацию, следует подчеркнуть, что расчетная скорость горячей воды в системе отопления задается таблицами скоростями перемещения частиц воды по отношению к стенке трубы в горизонтальном положении – от 0,3 до 0,7 м/с.

Для удобства мастера предлагаем чек-лист, который поможет провести расчеты для стандартной системы отопления.

Определение потребностей в тепловой энергии и расчет производительности котла.
объём и скорость теплоносителя;
потери теплоты и диаметр труб.

При расчете может получиться слишком большой диаметр трубы, из-за чего перекрывается расчетный объем теплоносителя. Решить эту проблему можно, увеличив литраж котла или добавив резервуар для расширения.

На сайте размещен раздел со статьями о расчете отопительных систем; предлагаем почитать.

Расчет тепловых нагрузок для отопительной системы: как выполнить правильно
Расчёт систем отопления с использованием воды: формулы, рекомендации, практические примеры.
Теплоэнергетический подсчет сооружений: особенности и формулы расчетов с примерами

Выводы и полезное видео по теме

Особенности, плюсы и минусы естественных и принудительных систем циркуляции теплоносителя в системах отопления.

В итоге расчетов гидромоделирования определены конкретные физические параметры системы отопления.

Эта упрощённая схема расчета предоставляет приблизительные данные о гидравлическом расчете системы отопления обычной двухкомнатной квартиры.

Самостоятельно рассчитываете гидравлику отопительной системы или не согласны с информацией? Поделитесь мнением и задавайте вопросы в форме обратной связи ниже.