Обеспечить бесперебойную работу отопительной системы помогут правильно выполненные гидравлические расчеты еще на стадии ее проектирования. Они позволят узнать точные расходы по каждому из элементов цепи, а в идеале помогут минимизировать расходы на ремонт труб, их эксплуатацию и энергозатраты. При этом отопительный контур должен стабильно и бесшумно работать.
Зачем нужен гидравлический расчет?
При гидравлическом расчете находятся решения следующих важных задач:- Вычислить потери напора на определенных участках отопительного контура.
- Определить оптимальный диаметр труб, используемых для прокладки отопления на основании рекомендованной скорости движения теплоносителя.
- Рассчитать теплопотери и значение минимального давления в системе.
- Правильно выполнить увязку параллельных гидравлических ветвей и вмонтированных в них приборов. Она будет проводиться с использованием регулирующей арматуры.
Алгоритм проведения расчетов
Чтобы провести полный гидравлический расчет системы, вначале нужно пройти несколько этапов:- Установить тепловой баланс для каждого конкретного помещения.
- Выбрать и установить отопительные приборы по всему периметру здания или только в той его части, где расположены отапливаемые помещения.
- Проработать окончательную аксонометрическую схему с указанием длин тепловых расчетных участков и нагрузок на отопительную магистраль.
- Установить замкнутый контур системы, который будет заключительным звеном последовательно расположенных участков трубопровода. В двухтрубной системе они идут от источника тепла к самому отдаленному отопительному прибору, а в однотрубной – к приборной ветке-стояку.
- Принять окончательные решения по месту установки всех источников тепла, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры.
- потерь давления на определенных участках теплосети;
- диаметра трубы и пропускной способности;
- потери давления в общей системе;
- оптимального расхода теплоносителя.
Гидравлический расчет трубы
Эффективность отопительной системы во многом зависит от правильности выбранного диаметра труб, при этом можно ориентироваться на приведенные ниже показатели.Для металлопластиковых труб:
- D16 мм - пределы мощности варьируются от 2,8 до 4,5 кВт;
- D20 мм – значения могут быть от 5 до 8 кВт;
- D26 мм – от 8 до 13 кВт;
- D32 мм – 13-18 кВт.
- D20 мм – значение мощности составляет от 4 до 7 кВт;
- D25 мм – от 6 до 11 кВт;
- D32 мм – от 10 до 18 кВт;
- D40 мм – пределы варьируются от 16 до 28 кВт.
Нумерация расчетных участков трубопровода начинается от источника тепла. Узловые точки, расположенные в местах трубопровода, обозначаются заглавными буквами, но на сборных трубопроводах их указывают со штрихом. На распределительных приборных ветках такие узлы обозначаются арабскими цифрами. Длины расчетных трубопроводов определяются по планам отопления, выполненным в масштабе. Они идут с точностью в 0,1 метр.
Расчет расхода теплоносителя
Задействованный объем теплоносителя, который имеется в радиаторах и трубах, должен обеспечивать нормальную температуру внутри дома, невзирая на то, какая погода будет за его стенами.Она вычисляется по формуле:
M = Q/Cp x Р delta t , где
- Q – общая мощность отопительной системы, кВт;
- Cp – показатель удельной теплоемкости воды, ее обычно принимают равной 4,19 кДж/(кг «умножить на» градус по Цельсию);
- Р delta t – температурная разница на входе и выходе системы, для расчета которой берется «обратка» и подача котла.
Чтобы получить точное значение, следует просчитать по мощности все радиаторы, к которым поставляется теплоноситель. Расчеты проводятся для труб перед каждой батареей.
Гидравлический расчет скорости теплоносителя
Важный показатель, который также рассчитывается на всех участках трубы до момента подключения к радиатору. Скорость движения жидкости вычисляется по формуле:V = m/p x f , где
- m – потер теплоносителя на определенном участке трубы, кг/с;
- p – плотность воды, кг/куб. м (она берется, как 1000 кг/куб. м);
- f – площадь трубы в поперечном сечении, кв. м.
f = Пi x r2 , где
- r2 – внутренний диаметр трубы, деленный на 2;
- Пi – математическая постоянная равная 3,14.
Расчет местных сопротивлений
Они приходятся на места соединения труб с фитингами, запорной арматурой или отопительным оборудованием. Потери напора в этом случае рассчитывается по формуле:delta р м. с. = Summa Y x V/2 x p , где
- delta p м. с. – потери напора на местных сопротивлениях, Па;
- Summa Y – сумма коэффициентов всех местных сопротивлений на участке (для каждого отдельного фитинга производитель указывает свой коэффициент);
- V – скорость прохождения теплоносителя по трубам, м/с;
- p – плотность жидкости, циркулирующей в отопительной системе, кг/куб. м.
Вычисление потерь давления в контуре
При вычислениях учитывается и «обратка», и подача. Формула выглядит следующим образом:delta P р = R x L , где
- delta P p – расход давления в системе, Па;
- R – удельный расход на трение во внутренней части трубы, Па/м (его значение указывается производителем);
- L – длина расчетного отрезка трубопровода, м.
Значения скорости теплоносителя должны находиться в пределах от 0,25 до 1,5 м/с. Если этот показатель будет выше, в трубах будет слышаться шум, а если оно упадет ниже минимального значения, то возрастет риск завоздушивания системы.
Проведение гидравлических расчетов в Excel
Существует несколько профессиональных и любительских программ, которые после введения формул помогают вычислять все нужные параметры. Самой популярной является Excel. В ней нет расшифровки формул, поэтому их нужно изучить заранее, чтобы затем только подставлять нужные значения.Чтобы выполнить расчеты в Excel нужно заранее подготовить последовательность действий и подобрать нужные формулы.
Примерное заполнение табличных полей этой программы выглядит следующим образом:
- Выполняется таблица с названиями показателей, их величиной и единицей выражения.
- Вводятся данные для расчета, некоторые из которых берутся из справочников, другие задаются исходя из опыта или характеристик оборудования.
- Вводятся формулы и алгоритмы вычисления.
Внизу предоставлено видео, на котором рассказано как провести гидравлический расчет теплосети по каждому определенному параметру в программе ZuluNetTools с последующей перегонкой результатов в таблицы Excel:
Особенности выполнения вычислений в одно- и двухтрубной системе
Если в двухтрубной схеме осуществляется попутное движение теплоносителя, то для проведения расчетов выбирается кольцо с более нагруженным стояком, которое завязано через нижний радиатор, а в однотрубной системе выбирается кольцо с самым сильно нагруженным стояком.Если используется тупиковое движение горячей воды, то для двухтрубной схемы берется кольцо нижней батареи, вмонтированной в самый дальний стояк. При горизонтальном виде разводки применяется самая загруженная ветка надподвального этажа.
Видео: Первый самостоятельный гидравлический расчет
В следующем видео предлагается узнать, в чем принцип подобных расчетов, а также как же можно их провести с помощью специальной программы Valtec, Excel или обычных математических подсчетов:Лучше один раз потратить время на гидравлические вычисления отопительной системы, чем без него оказаться в непредвиденных обстоятельствах в зимний период. Ремонтные работы и холод в доме обойдутся намного дороже, даже если расчеты заказывать у частника.
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 теплоносителя к 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)
Самый быстрый и простой способ сделать гидравлический расчет системы отопления – это онлайн калькулятор. Не имея узкопрофильного образования, даже не стоит пытаться выполнить расчет в таблице Excel. Покупать специальную программу за большие деньги, естественно, тоже бессмысленно. Совет таков: если хотите избежать проблем, то сразу обратитесь к хорошему специалисту, которых на самом деле не так уж и много, так что будьте внимательны.
Что такое гидравлический расчет
Гидравлический расчет делают только для крупных контуров обогрева.
Принцип работы водяной системы отопления заключается в том, что по трубам и батареям циркулирует теплоноситель. Это жидкость (вода или ) которая нагревается в котле и потом прогоняется по всему контуру циркуляционным насосом или благодаря силе гравитации.
Теплоноситель во время циркуляции встречает гидравлическое сопротивление. Кроме этого, жидкость немного останавливается из-за трения об стенки труб. Гидравлический расчет систем отопления выполняется для того, чтобы вычислить оптимальное значение сопротивления контура, при котором скорость теплоносителя будет в пределах нормы (2-3 м/с для герметичного контура). По заключению вычислений мы узнаем следующие ключевые параметры:
- для контура;
- мощность циркуляционного насоса;
- количество оборотов для регулировки на каждом радиаторе.
Независимо от того где выполнялся гидравлический расчет системы отопления, на онлайн калькуляторе или в Excel, его пользу сложно переоценить. Так как одним выстрелом мы убиваем двух зайцев: контур работает, как часы и нет перерасхода средств, ведь мы точно будем знать оптимальные параметры элементов системы.
Гидравлический расчет нужно делать только для больших систем отопления, которые обогревают дома с площадью от 200 м. кв. Для маленьких контуров это необязательно.
Специалисты делают гидравлический расчет системы отопления в Excel таблице. Это очень сложный процесс, который под силу далеко не всем людям с профильным образованием, не говоря уже о дилетантах. Нужно разбираться в теплотехнике, гидравлике, знать основы монтажа и многое другое. Получить эти знания можно только в высшем учебном заведении. Есть специализированные программы для гидравлического расчета системы отопления. Но опять же работать с ними могут только люди, имеющие профильное образование.
Зачем нужна аксонометрическая схема
Аксонометрическая схема – это трехмерный чертеж системы отопления. Сделать гидравлический расчет отопления без нее просто нереально. В чертеже указывается:
- разводка труб;
- места уменьшения диаметра труб;
- размещение теплообменников и другого оборудования;
- места установки трубопроводной арматуры;
- объем батарей.
От размера батарей зависит их тепловая мощность, которой должно хватить на обогрев каждого помещения. Чтобы подобрать радиаторы нужно знать теплопотери. Чем они больше, тем мощнее нужны теплообменники. Аксонометрия выполняется с соблюдением масштаба.
Методы гидравлического расчета
Как мы уже сказали, гидравлический расчет можно сделать на онлайн-калькуляторе, при помощи специальной программы или же в таблице Excel. Первый вариант подойдет даже для тех, кто ничего не понимает в теплотехнике и гидравлике. Естественно, что таким методом можно получить только приблизительные значения, использовать которые в больших и сложных проектах нельзя.
Пример аксонометрической схемы.
Программное обеспечение стоит очень дорого и покупать его на один раз смысла нет, а вот сделать таблицу в Excel можно без вложений. Выполнить расчет, можно используя разные формулы:
- теоретической гидравлики;
- СНИПа 2.04.02-84.
Но также может отличаться и метод вычислений: удельных потерь давления или характеристик сопротивления. Последний не может применяться для гравитационных систем с естественной циркуляцией теплоносителя. При монтаже маленьких двухтрубных контуров обогрева с принудительной циркуляцией достаточно придерживаться нескольких простых правил. Основные магистрали делаются из полипропиленовых труб с наружным диаметром 25 мм. Отводы к радиаторам выполняется из труб 20 мм. А о том, как подобрать насос мы писали .
Пример гидравлического расчета в Excel
Сразу отметим, что ниже будет описан самый простой гидравлический расчет системы отопления. Пример расчета выполнен с использованием формул теоретической гидравлики для прямого трубопровода в горизонтальной плоскости длиною 100 м. Используется труба с наружным диаметром 108 мм, толщина стенки 4 мм.
Гидравлический расчет в Excel.
Для вычислений нам потребуются следующие исходные данные:
- расход воды;
- температура подачи и обратки;
- условный проход трубы;
- длина контура;
- шероховатость трубы;
- общий коэффициент сопротивления.
На примере гидравлического расчета системы отопления нам надо определить три основных критерия – это потери давления на трение (ПДТр), потери давления на местных сопротивлениях (ПДМС) и потери давления в трубопроводе (ПДТп). Все значения должны быть в Паскалях (Па). Ниже представленные формулы будут рассчитываться в кг/см. кв. Чтобы перевести кг/см. кв в Паскали умножаем на 9,18 и на 10 тыс.
Для вычисления ПДТр нам нужно характеристику гидравлического сопротивления умножить на дельту температур теплоносителя. Для расчета ПДМС нужно среднюю плотность воды умножить на ПДТр, коэффициент гидравлического трения и на 1 тыс. Затем полученное значение делим на 2, потом на 9,18 и на 10 тыс. Потери давления в трубопроводе вычисляются суммированием ПДТр и ПДТп.
Итоги
Чтобы сделать гидравлический расчет системы отопления используют программу, онлайн-калькулятор или таблицу Excel. На примере мы показали, что для человека без профильного образования сделать правильные вычисления невозможно. Поэтому лучший вариант – это заказать его у специалиста. Если дом маленьких, то расчет не нужен.
Экономия тепла в жилище во многом зависит от грамотного расчета гидравлики, ее правильного монтажа, а также использования. Все элементы обогревающей системы (котел, теплопроводные трубы и радиаторы, отдающие тепло) должны быть связаны между собой так, чтобы сохранялись исходные параметры системы, независимо оттого, какое время года за окном и какие оказываются нагрузки.
Что обозначает расчет гидравлики и зачем он нужен
Сделать гидравлический расчет отопления – это значит правильно подобрать параметры определенных участков сети с учетом давления, чтобы по ним осуществлялся определенный расход теплоносителя.
Этот расчет дает возможность определить:
- Потери давления на различных участках сети;
- Пропускную способность трубопровода;
- Оптимальный расход жидкости;
- Необходимые показатели для выполнения гидравлической увязки.
Совмещая все полученные данные можно подобрать отопительные насосы.
Главная цель расчета гидравлики – обеспечение соответствия посчитанных расходов источника тепла с фактическими.
Количество попадающего в радиаторы источника тепла должно быть таким, чтобы получился обогревающий баланс внутри здания с учетом уличной температуры и температуры, заданной пользователем для каждой комнаты в отдельности.
Если отопление автономное, можно использовать такие методы расчета:
- Используя характеристики сопротивления и проводимости;
- По удельным расходам;
- Путем сравнивания динамического давления;
- По различным длинам, приведенным к одному показателю.
Расчет гидравлики – один из важнейших этапов при разработке систем отопления с жидким теплоносителем.
Прежде чем приступить к его осуществлению необходимо:
- Определить баланс тепла в необходимых помещениях;
- Выбрать тип приборов отопления и разместить их на чертежах здания;
- Решить вопросы по конфигурации обогревательной системы, а также по видам применяемых труб и арматуры;
- Начертить схему системы отопления, где будут видны номера, нагрузки и длины необходимых участков;
- Определить основное циркуляционное кольцо, по которому движется теплоноситель.
Обычно для зданий с малым количеством этажей применятся двухтрубная отопительная система, а для построек с большой этажностью – однотрубная.
Автоматизированный гидравлический расчет системы отопления Excel
Чтобы было удобнее делать гидравлические расчеты, можно воспользоваться различными компьютерными программами, позволяющими выполнять точные вычисления. Одной из самых таких популярных программ считается Excel.
Кстати, если вы не знаете основ гидравлики, то сделать вам это будет трудно, даже в компьютерных программах. Это связано с тем, что в некоторых из них нет расшифровок формул и вычислений сопротивления в особо сложных цепочках.
Нюансы некоторых программ:
- OvertopCO и DanfossCO могут вести расчеты систем с естественной циркуляцией;
- HERZ C.O. 3.5 – работает по способу расчета удельных потерь давления;
- Potok – отлично справляется с расчетами по изменяющимся перепадам температур по стоякам.
При вводе температурных данных нужно обязательно уточнять – по Цельсию идет вычисление или по Кельвину.
Что касается работы в Excel, то использовать электронные таблицы очень удобно. Нужно просто знать поочередность действий и точные вычислительные формулы. Вначале выбирается нужная ячейка, в которую вводятся данные. Дальнейший расчет происходит путем автоматического применения формул.
- Разницу между горячим и холодным источником тепла для двухтрубной системы или расход жидкости для однотрубной;
- Скорость движения источника тепла и его потока;
- Плотность жидкости и параметры исследуемых участков (их длина в метрах и число находящихся там приборов).
Для расчета размеров труб внутри каждого участка как раз удобно пользоваться экселевскими таблицами.
Как вычислить гидравлическое сопротивление системы отопления
Чтобы решить из какого материала брать трубы, нужно узнать сопротивление гидравлики на всех участках системы обогрева и сравнить его.
Сопротивление может возникать в самой трубе из-за ее поворотов, сужений или расширений, а также в соединениях между шаровыми кранами, тройниками или балансирующими приборами.
Расчетным участком обычно считается труба с неменяющимся расходом жидкости, равным запланированному балансу тепла помещения.
Для расчета потерь берутся следующие данные, учитывая сопротивление арматуры:
- Диаметр и длина трубы на нужном участке;
- Параметры регулировочной арматуры от фирмы-производителя;
- Скорость, с которой движется теплоноситель;
- Шероховатость трубопровода и толщина его стенок;
- Данные из справочника: потери трения и его коэффициент, плотность жидкости.
Если нужно самостоятельно вычислить удельные потери трения нужно знать внешний диаметр трубы, толщину ее стенки и скорость, с которой подается жидкость.
Чтобы найти гидравлическое сопротивление на одном участке, можно воспользоваться формулой Дарси-Вейсбаха:
Гидравлика системы отопления и ее увязка
Балансирование перепадов давления в системе отопления осуществляется с помощью запорной и регулировочной арматуры.
Увязка гидравлики рассчитывается исходя из:
- Параметров труб по динамическому сопротивлению;
- Технических свойств арматуры;
- Общего расхода источника тепла;
- Количестваимеющихся сопротивлений на расчетном участке.
Здесь нужно иметь в виду, что способность пропускать, давленческие перепады и крепления определяются для клапанов по отдельности. Именно по этим характеристикам вычисляются коэффициенты попадания источника тепла в каждый стояк, а затем в радиаторы.
Отсутствие гидравлической увязки в отопительной системе может привести к тому, что в некоторых помещениях будет очень сложно достичь нужной температуры.
Сопротивление гидравлики в основном циркуляционном кольце равно сумме потерь местных систем, первичного контура, теплообменника и теплогенератора.
Гидравлический расчет системы отопления (видео)
Выполняя гидравлический расчет, вы делаете отопительную систему более совершенной, правильно подбирая ее параметры таким образом, чтобы в любую погоду, при любых нагрузках расход источника тепла не превышал заданные нормы.
Что представляет собой гидравлический расчет системы отопления? Какие величины нуждаются в подсчетах? Наконец, главное: как рассчитать их, не располагая точными значениями гидравлического сопротивления всех участков, отопительных приборов и элементов запорной арматуры? Давайте разбираться.
Что рассчитываем
Для любой системы отопления важнейший параметр — ее тепловая мощность.
Она определяется:
- Температурой теплоносителя.
- Тепловой мощностью отопительных приборов.
Заметьте: в документации последний параметр указывается для фиксированной дельты температур между температурой теплоносителя и воздухом в отапливаемом помещении в 70 С.
Уменьшение дельты температур вдвое приведет к двукратному уменьшению тепловой мощности.
Методы вычисления тепловой мощности мы пока оставим за кадром: им посвящено достаточно тематических материалов.
Однако для того, чтобы обеспечить перенос тепла от трассы или котла к отопительным приборам, важны еще два параметра:
- Внутреннее сечение трубопровода, привязанное к его диаметру.
- Скорость потока в этом трубопроводе.
В автономной отопительной системе с принудительной циркуляцией важно знать еще пару значений:
- Гидравлическое сопротивление контура. Расчет гидравлического сопротивления системы отопления позволит определить требования к напору, создаваемому циркуляционным насосом.
- Расход теплоносителя через контур, определяющийся производительностью при соответствующем напоре.
Проблемы
Как говорят в Одессе, «их есть».
Для того, чтобы вычислить полное гидравлическое сопротивление контура, нужно учесть:
- Сопротивление прямых участков труб . Оно определяется их материалом, внутренним диаметром, скоростью потока и степенью шероховатости стенок.
- Сопротивление каждого поворота и перехода диаметра .
- Сопротивление каждого элемента запорной арматуры .
- Сопротивление всех отопительных приборов .
- Сопротивление теплообменника котла .
Собрать воедино все необходимые данные явно станет проблемой даже в самой простой схеме.
Что делать?
Формулы
К счастью, для автономной отопительной системы гидравлический расчет отопления может быть выполнен с приемлемой точностью и без углубления в дебри.
Скорость потока
С нижней стороны ее ограничивает рост перепада температур между подачей и обраткой, а заодно и повышенная вероятность завоздушивания. Быстрый поток вытеснит воздух из перемычек к автоматическому воздухоотводчику; медленный же с этой задачей не справится.
С другой стороны, слишком быстрый поток неизбежно породит гидравлические шумы. Элементы запорной арматуры и повороты розлива станут источником раздражающего гула.
Для отопления диапазон приемлемой скорости потока берется от 0,6 до 1,5 м/с; при этом подсчет прочих параметров обычно выполняется для значения 1 м/с.
Диаметр
Его при известной тепловой мощности проще всего подобрать по таблице.
| Внутренний диаметр трубы, мм | Тепловой поток, Вт при Dt = 20С | ||
| Скорость 0,6 м/с | Скорость 0,8 м/с | Скорость 1 м/с | |
| 8 | 2453 | 3270 | 4088 |
| 10 | 3832 | 5109 | 6387 |
| 12 | 5518 | 7358 | 9197 |
| 15 | 8622 | 11496 | 14370 |
| 20 | 15328 | 20438 | 25547 |
| 25 | 23950 | 31934 | 39917 |
| 32 | 39240 | 52320 | 65401 |
| 40 | 61313 | 81751 | 102188 |
| 50 | 95802 | 127735 | 168669 |
Напор
В упрощенном варианте он рассчитывается по формуле H=(R*I*Z)/10000.
В ней:
- H — искомое значение напора в метрах.
- I — потеря напора в трубе, Па/м. Для прямого участка трубы расчетного диаметра он принимает значение в диапазоне 100-150.
- Z — дополнительный компенсационный коэффициент, который зависит от наличия в контуре дополнительного оборудования.
На фото — смесительный узел для отопления.
Если в системе присутствует несколько элементов из списка, соответствующие коэффициенты перемножаются. Так, для системы с шаровыми вентилями, и термостатом, регулирующим проходимость розлива, Z=1,3*1,7=2,21.
Производительность
Инструкция по расчету своими руками производительности насоса тоже не отличается сложностью.
Производительность вычисляется по формуле G=Q/(1,163*Dt), в которой:
- G — производительность в м3/час.
- Q -тепловая мощность контура в киловаттах.
- Dt — разница температур между подающим и обратным трубопроводами.
Пример
Давайте приведем пример гидравлического расчета системы отопления для следующих условий:
- Дельта температур между подающим и обратным трубопроводом равна стандартным 20 градусам.
- Тепловая мощность котла — 16 КВт.
- Общая длина розлива однотрубной ленинградки — 50 метров. Отопительные приборы подключены параллельно розливу. Термостаты, разрывающие розлив, и вторичные контуры со смесителями отсутствуют.
Итак, приступим.
Минимальный внутренний диаметр согласно приведенной выше таблице равен 20 миллиметрам при скорости потока не менее 0,8 м/с.
Полезно: современные циркуляционные насосы часто имеют ступенчатую или, что удобнее, плавную регулировку производительности.
В последнем случае цена устройства несколько выше.
Оптимальный напор для нашего случая будет равен (50*150+1,3)/10000=0,975 м. Собственно, в большинстве случаев параметр не нуждается в расчете. Перепад в системе отопления многоквартирного дома, обеспечивающий в ней циркуляцию — всего 2 метра; именно таково минимальное значение напора абсолютного большинства насосов с мокрым ротором.
Производительность вычисляется как G=16/(1,163*20)=0,69 м3/час.
Заключение
Надеемся, что приведенные методики расчетов помогут читателю вычислить параметры собственной отопительной системы, не забираясь в дебри сложных формул и справочных данных. Как всегда, прикрепленное видео предложит дополнительную информацию. Успехов!
