Гидравлический расчёт системы отопления — описываем обстоятельно

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.

Как выбрать циркуляционный насос

Уютным жильё не назовёшь, если в нём будет холодно. И не важно, какая в доме мебель, отделка или внешний вид в целом. Всё начинается с тепла, а оно невозможно без создания системы отопления.

Недостаточно купить «навороченный» нагревательный агрегат и современные дорогие радиаторы — для начала нужно продумать и распланировать по деталям систему, которая будет поддерживать в помещении оптимальный температурный режим. И не важно, относится ли это к дому, где постоянно живут люди, или это большой загородный дом, маленькая дача. Без тепла жилым помещение не будет и находиться в нём будет не комфортно.

Для достижения хорошего результата нужно понимать, что и как делать, какие имеются нюансы в отопительной системе, и как они повлияют на качество обогрева.

Когда делают монтаж индивидуальной системы отопления, нужно предусматривать все возможные детали её работы. Она должна выглядеть как единый сбалансированный организм, требующий минимума вмешательства со стороны человека. Мелких деталей тут нет – важным является параметр каждого устройства. Это может быть мощность котла или диаметр и тип трубопровода, вид и схема подключений отопительных приборов.

Без циркуляционного насоса сегодня не обходится ни одна современная отопительная система.

Два параметра, по которым выбирают этот прибор:

  • Q — показатель расхода теплоносителя за 60 минут, выраженный в кубометрах.
  • Н — показатель напора, который выражен в метрах.

Многие технические статьи и нормативные документы, а так же производители прибора пользуются обозначением Q.

Заводы-изготовители, которые производят запорную арматуру, обозначают расход воды в системе отопления буквой G. Это создаёт небольшие сложности при расчётах, если не учитывать такие расхождения в технических документах. В данной статье будет применяться буква Q.

Гидравлический расчет в системах с принудительной циркуляцией

В сравнении с гравитационными системами диаметры труб в насосных схемах значительно меньше, так как устанавливаемый насос подбирается в зависимости от потерь. То есть система с механической циркуляцией может быть какой угодно конфигурации и радиусом действия.

Для предотвращения повышения шума от работы отопительной системы, скорости движения теплоносителя ограничиваются:

  • Для трубопроводов, укладываемых в жилых помещениях, Ду (условным диаметром) 10 мм – не более 1,5 м/с,
  • для Ду 15 мм – не более 1.2 м/с,
  • для Ду 20 мм – не более 1 м/с,
  • для остальных помещений – до 1,5 м/c.

Особенности проектирования системы отопления

Тип отопления напрямую зависит от площади дома.В силу малой инерционности систему с естественной циркуляцией можно использовать для сооружений площадью не более 100м2.  Расчет и проектирование систем отопления осуществляется с учетом целого ряда особенностей. Например, для зданий с большей площадью необходима принудительная циркуляция теплоносителя. Данный тип теплоносителя обеспечивается включением циркуляционных насосов в систему. (См. также: Что надо знать о проектировании отопления)

Совет! Для повышения длительности срока службы деталей, циркуляционные насосы нужно установить в обратную линию, которая ведет непосредственно к котлу от отопительных приборов. Таким образом, удается избавить контакт деталей с горячей водой.

Особенности проектирования системы отопления

Рисунок 3: Конструкция циркуляционного насоса

Читайте также:  Выбираем электрический проточный водонагреватель: все важные параметры

Исходные данные для теплового расчета системы отопления

Прежде чем приступать к подсчетам и работе с данными, их необходимо получить. Здесь для тех владельцев загородных домов, которые прежде не занимались проектной деятельностью, возникает первая проблема – на какие характеристики стоит обратить свое внимание. Для вашего удобства они сведены в небольшой список, представленный ниже.

Исходные данные для теплового расчета системы отопления
  1. Площадь постройки, высота до потолков и внутренний объем.
  2. Тип здания, наличие примыкающих к нему строений.
  3. Материалы, использованные при возведении постройки – из чего и как сделаны пол, стены и крыша.
  4. Количество окон и дверей, как они обустроены, насколько качественно утеплены.
  5. Для каких целей будут использоваться те или иные части здания – где будут располагаться кухня, санузел, гостиная, спальни, а где – нежилые и технические помещения.
  6. Продолжительность отопительного сезона, средний минимум температуры в этот период.
  7. «Роза ветров», наличие неподалеку других строений.
  8. Местность, где уже построен или только еще будет возводиться дом.
  9. Предпочтительная для жильцов температура тех или иных помещений.
  10. Расположение точек для подключения к водопроводу, газу и электросети.

Теплопотери в доме

Исходные данные для теплового расчета системы отопления

Мероприятия по теплоизоляции, приведенные на изображении выше, помогут существенно уменьшить количество энергии и теплоносителя, необходимого для обогрева жилого дома

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.
Гидравлический расчёт и решаемые задачи

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.

Гидравлический расчет системы отопления: компоненты, рекомендации и вычисления

Гидравлический расчет системы отопления выполняют для нахождения необходимых параметров для построения обогрева здания:

  • Диаметров трубопроводов;
  • Мощности насоса.

Процесс вычислений

Чтобы провести необходимые подсчеты нам потребуется взять главные гидравлические показатели:

  • Скорость движения жидкости в трубопроводах;
  • Сопротивление таких элементов как трубы и арматура;
  • Количество воды.

Все эти параметры, взаимозависимые между собой и изменение одного из них приведет к изменениям других.

Важно!Если уменьшить диаметр трубопровода, то увеличится не только скорость теплоносителя, но также и гидравлическое сопротивление.И соответственно если увеличиться диаметр, то скорость и сопротивление уменьшаться.

Зная эту зависимость можно с легкостью сократить расходы на материалы, а также улучшить качество отопления и надежность работы обогрева.

Система обогрева состоит из четырех главных элементов:

  • Регулирующей (термоклапаны, термовентили) и запорной арматуры (шаровые краны, вентиля);
  • Трубопроводов;
  • Радиаторов;
  • Источника теплоты.

Запорная арматура

Эти элементы обладают индивидуальными параметрами, и их нужно учитывать при построении отопления. Все производители на своем оборудовании указывают информацию о характеристиках, будь-то обычные батареи отопления или любые материалы.

Вычисления могут быть упрощены благодаря существующим таблицам и диаграммам. Так, например, подбор трубопроводов из полипропилена облегчается благодаря тому, что к трубам прилагается номограмма для гидравлического расчета систем отопления.

Читайте также:  Нормально ли, что холодильник издает странные звуки

Её мы приводим для вас внизу и если вы её проанализируете, то заметите, что некоторые характеристики имеют четкую последовательность.

Номограмма

Пример

В начале вычислений образовывают два кольца отопления. Одно будет чуть больше и будет называться первым. Каждое кольцо разбивается на участки, нумерация начинается от магистрального трубопровода, в котором максимальный расход (сразу после котла).

Гидравлический расчет системы отопления: компоненты, рекомендации и вычисления

Первый участок после генератора теплоты, он будет продолжаться до того момента пока не измениться расход теплоносителя, например, до следующего стояка или отопительного прибора. И так далее вплоть до последнего стояка.

Важно!Гидравлический расчет отопления выполняется и для подачи и для обратки одновременно, чтобы не нарушить циркуляцию.

Один из необходимых расчетов это расчет расхода, он вычисляется таким образом:,

где:

  • Qуч  – тепловая нагрузка отдельного участка, единицы измерения Ватты;
  • С  — теплоемкость для воды, является постоянной и равняется 4,2 кДж/(кг°С);
  • tг  – температура подающего теплоносителя в отопительной системе;
  • tо  – температура обратного теплоносителя в системе.

Предположим что нагрузка участка у нас 1000 Ватт, тогда:

Имея на руках данные о расходах, благодаря специальным таблицам можно подобрать диаметра трубопроводов для отопления. В этих таблицах помимо диаметра указывается скорость потока и потери давления.

Нужно обратить внимание на то, что диаметры начинаются с большого и постепенно к последнему стояку уменьшаются. Например, магистральная труба 32 миллиметра, участок далее 24, еще дальше 16. Недопустимы скачки диаметров наподобие 32, 45, 16.

Труба из полипропилена

Скорость потока

Минимальная скорость движения теплоносителя не должна быть меньше значений 0,2 – 0,3 метра в секунду. При меньшем показателе из воды будет выделяться воздух, и будут возникать воздушные пробки, а это может стать причиной выхода из строя всего обогрева.

Верхний порог скорости 0,7 – 1,5. Если скорость будет выше, то будет наблюдаться шум в трубопроводах. Оптимальная скорость находится в пределах 0,5 – 0,7 метров в секунду.

Двухтрубная система отопления: выбор основной ветви системы

Инструкция к выполнению вычислений говорит о том, что в том случае, если схема имеет попутное движение теплоносителя, то в двухтрубном обогреве берется кольцо более нагруженного стояка через нижний радиатор. В однотрубной схеме отопления – это кольцо через наиболее загруженный стояк.

При тупиковом движении горячей воды, в двухтрубной схеме берется кольцо нижней батареи в самом загруженном и удаленном стояке. Для однотрубной схемы берется кольцо наиболее нагруженного и удаленного стояка.

В горизонтальной схеме принимается кольцо наиболее загруженной ветки нижнего этажа. На этом этапе нужно быть предельно внимательным, так как цена ошибки может быть очень большой.

Мощность генератора тепла

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

Мощность самого котла определяется по ниже приведённой формуле:

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10,

где:

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

Что характерно, для разных климатических зон имеем следующие данные:

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

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

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

Читайте также:  Неисправности газовых котлов: причина их возникновения и ремонт

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

Вычисление местных сопротивлений

Местные сопротивления возникают в трубе и арматуре. На величину данных показателей влияют:

  • шероховатость внутренней поверхности трубы;
  • наличие мест расширения или сужения внутреннего диаметра трубопровода;
  • повороты;
  • протяженность;
  • наличие тройников, шаровых кранов, приборов балансировки и их количество.

Сопротивление рассчитывается для каждого участка, который характеризуется постоянным диаметром и неизменным расходом теплоносителя (в соответствии с тепловым балансом помещения).

Исходные данные для расчета:

  • длина расчетного участка – l, м;
  • диаметр трубы – d, мм;
  • заданная скорость теплоносителя – u, мм;
  • характеристики регулирующей арматуры, предоставляемые производителем;
  • коэффициент трения (зависит от материала трубы), λ;
  • потери на трение – ∆Pl, Па;
  • плотность теплоносителя (расчетная) – ρ = 971,8 кг/м 3 ;
  • толщина стенки трубы – dн х δ, мм;
  • эквивалентная шероховатость трубы – kэ, мм.
Вычисление местных сопротивлений

Гидравлическое сопротивление – ∆P на участке сети рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха.

Символ ξ в формуле означает коэффициент местного сопротивления.

Если в доме стоит печка, отопить она сможет лишь небольшое помещение. Установка батарей отопления в частном доме большой площади обязательна, так как в противном случае отдаленные от печи комнаты отапливаться не будут.

Основные характеристики газового котла Buderus представлены в этом обзоре.

О том, как запустить газовый котел, расскажем в этой статье.

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
Эффективность системы отопления «на глазок»

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:

Эффективность системы отопления «на глазок»
  • 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.

Эффективность системы отопления «на глазок»

Определение сопротивления

Чтобы определить относительные теплопотери на сцепление в магистрали, применяют следующее приближенное уравнение: R = 510 4 v 1.9 / d 1,32 (Па/м). Применение данного уравнения оправдано для скоростей не более 1,25 м/с.

Если известно значение потребления горячей воды, то применяют приближенное уравнение для нахождения сечения внутри трубы: d = 0,75 √G (мм). После получения результата потребуется обратиться к специальной таблице, чтобы получить сечение условного прохода.

Самым утомительным и требующим больших затрат труда будет вычисление местного сопротивления в соединительных частях трубопровода, регулирующих клапанах, задвижках и отопительных приборах.