Как сделать гидравлический расчет системы отопления?

Гидравлический расчет системы отопления

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 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 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 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, 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)

Сначала рассчитай, а потом собирай. Гидравлический расчет системы отопления.

Даже самое новое и инновационное тепловое оборудование, установленное в доме, может оказаться бесполезным, поскольку не способно работать слаженно в едином отопительном комплексе. Связывающим звеном многочисленных узлов и элементов тепловой системы является теплоноситель и его оптимальный гидравлический режим. Если собственник жилого дома решил создать экономичную и работоспособную систему теплоснабжения, ему понадобится знать, как выполнить гидравлический расчет системы отопления.

Этапы проектирования отопительных систем

Гидравлический вместе с тепловым расчетом считаются одними из базовых в процессе создания работоспособной внутридомовой системы теплоснабжения. Главная задача гидравлического расчета — обеспечить соответствие расчётных расходов с ее реальными рабочими показателями. Объем теплоносителя, циркулирующего в сети должен сформировать устойчивый тепловой баланс, обеспечивающий необходимую санитарную температуру внутри здания.

Читать еще: Попутная система отопления радиаторы не греются полностью

Гидравлический расчет системы отопления состоит из системы вычислений, способных установить важные характеристики тепловой сети:

Минимально допустимые внутренние диаметры труб и объем теплоносителя, который способен пропустить выбранный сортамент и типоразмер трубопроводов;
все гидравлические потери на рассчитываемых участках;
условия гидромеханической наладки;
общие потери напора воды;
оптимизированный объем воды.

В соответствии с полученными расчетными данными, выполняют подбор электронасосов и типоразмеры прямых и обратных труб.

Гидравлический расчет системы отопления: цели и задачи

Практическая цель такого расчета — это выбор внутренних Д вн труб и установление перепада напора в сети, для профессионального подбора электронасоса, способного обеспечить надежную циркуляцию теплоносителя.

Диаметр труб обязан обеспечить радиатор таким объемом греющей воды, которое требуется ему для функционирования с рабочей производительностью. Одновременно с этим принимается скорость циркуляции теплоносителя, она должна находится в промежутке от 0.2 до 0.5 л/с, а разница температур воды на входе/выходе из прибора отопления — 15-20 С.

Чем дальше размещена батарея от котла, тем большую дистанцию обязана пройти жидкость и, следовательно, тем более значимое гидросопротивление станет мешать ее продвижению. Для выполнения корректировки скорости течения воды необходимо использовать трубы разного диаметра.

Технология выполнения гидравлического расчета системы отопления

Перед тем как начинать выполнять гидравлический расчет системы отопления делают тепловой расчет объекта отопления с установлением теплового баланса и мощности основного оборудования: котла и приборов отопления. Если этих данных нет, то пользуются приблизительным методом определения по размеру отапливаемой площади исходя из соотношения: 1 кВт на 10 м2. Данная формула хорошо работает для объектов расположенных в центральных районах России, для северных и южных регионов вводятся соответствующие повышающие/понижающие коэффициенты.

Далее приступают непосредственно к выполнению гидравлического расчета.

Стандартная схема расчета:

Выполняют аксонометрическую схему;
наносят на чертеж около каждого прибора его тепловую мощность, кВт;
определяют объемные расходы греющей воды и внутренние Д труб;
рассчитывают общее сопротивления сети;
выполняют выбор электронасоса;
рассчитывают расширительный бак.

Гидравлический расчет однотрубной и двухтрубной системы

Для установления потерь потока в сети, ее разделяют на ответвления. Одно ответвление — это расстояние от источника нагрева до каждого прибора отопления. Они в свою очередь подразделяют на расчетные участки — части труб с равным объемным расходом сетевой воды. Для любого такого участка устанавливают температуру теплоносителя, разницу температур, общий тепловой поток — сумму мощностей всех установленных батарей на данном отрезке сети. В обязательном порядке учитывают местные сопротивления в виде запорной арматуры, фитингов, тройников и других элементов по схеме.

Для однотрубной/двухтрубных систем теплоснабжения с простой геометрией контура, не имеющей большого количества нагревательных приборов, расчеты можно провести ручным способом с применением калькулятора. Для более сложных развитых схем тепловой сети – с помощью программных методов.

Объемный расход греющей воды устанавливают по формуле:

Мт — общая мощность тепловой сети, определенная при теплотехническом расчете или по проекту, кВт;
Ср — физическая величина теплоемкости воды, кДж/(кг х C);
ΔТ – перепад температур на входе/выходе горячей воды из котлоагрегата, C.

Скорость жидкой среды, циркулирующей по трубам:

Рт — расчетный расход воды на расчетном участке, кг/с;
ρ – плотность жидкой среды, кг/ м3;
Пс — площадь сечения трубопровода, м2

Гидравлические потери в трубопроводе определяются:

R – справочные данные удельных потерь в трубах на трение, Па/м;
Дт — длина трубопровода, м.

ΔPм.с = Σξ х (V²/2) х ρ

Σξ – сумма потерь;
V – скорость воды м/сек.

Системы с естественной циркуляцией

При выполнении гидравлического расчета пользуются исключительно внутренними Д труб и соответствующим им условному проходу — Ду. Для таких систем применяют следующие рекомендации:

Протяженность горизонтальных линий труб не могут быть больше 20 м.
Магистральный трубопровод от источника нагрева принимают не менее Ду 50 мл.
Аналогичный диаметр трубопроводов принимают на отдельные 35 секций алюминиевых радиаторов.
Для ответвлений с количеством радиаторов от 25-35 шт., Ду = 40 мм.
А также для ответвлений с количеством радиаторов 10-25 шт., Ду = 25 мм.
И для ответвлений с количеством радиаторов до 10шт., Ду = 20 мм.

На любые 10 м ровного участка без размещенных батарей к Ду нужно прибавить еще 1/2 дюйма для уменьшения скорости циркуляции воды и потерь напора по длине.

Системы с принудительной циркуляцией

В схемах с принудительным движением среды, обеспечиваемого электронасосом Д труб непосредственно связан со скоростью циркуляции воды, состоянием внутренней шероховатости труб или материала из которого они изготовлены. Полимерные трубы или выполненные из меди, обладают наименьшим показателем и чем стальные.

С целью профилактики увеличения шума от работающей отопительной системы, скорости циркуляции воды ограничивают, соответственно для Ду от 10 до 20 мм, соответственно от 1.5 м/с до 1.0 м/с.

Расчет по отапливаемой площади

Наиболее точный гидравлический расчет системы отопления основывается на размерах нагреваемой площади объекта. Кроме того при этом учитывают площадь оконных и внешних дверных проемов, степень утепления здания и кровли, а также климатические район размещения здания.

С помощью такого расчета не только правильно подбирают Ду и протяженность трубопроводов, но устанавливают балансировку системы с применением радиаторных клапанов.

Имея суммарную мощность всех батарей, определяют по вышеперечисленной формуле:

Например, для дома 150 м2, минимальная мощность тепловой сети – 15 кВт, тогда расход теплоносителя составит 0.239 л/сек или 14,34 л/мин.

С тем чтобы обеспечить вышеуказанные условия, потребуется грамотно выбрать диаметры труб. Это можно сделать по следующей таблице.

В ней указана суммарная мощность радиаторов, которые трубопровод может обеспечить теплом.

Для объектов с отапливаемой площадью до 200 м2 с принудительным контуром циркуляции и установленными радиаторными термоклапанами, возможно не выполнять полный гидрорасчет, а подобрать Д труб по таблице ниже.

Расчет расширительного бака

Для того чтобы рассчитать рабочий объем расширительного бака, нужно установить общий объем отопительной системы.

Объем емкости бака вычисляют по формуле

Орб = (О сис x Е) / Д,

О сис — общий внутренний объём сети;
Е – коэффициент расширения водной среды;
Д – эффективность бачка.

Объем системы теплоснабжения весьма трудно определяется. Поэтому для приблизительных расчетов его можно взять из соотношения 1.0 кВт – 15.0 литров

К примеру, нагрузка на отопление дома составляет 40 кВт, тогда Осис = 15 х 40 = 600 л. Для упрощения расчета можно воспользоваться онлайн расчетом. Для данных условий расчет онлайн показал, что минимальный объем бака должен быть 91 литр.

Возможные модификации баков, подходящие для полученных расчетов:

Wester Heating 100, 5508 руб.;
WRV 100, 6100 руб.;
STOUT 100, 5084 руб.

Предварительная балансировка системы

Профессионально выполненный гидравлический расчет устанавливает, в каких контурах движения теплоносителя его расход будет большим. Это имеет существенное значение, поскольку в неуравновешенной системе нагрев дома по помещениям будет неравномерный. Если расчеты показали, что потери напора в контурах циркуляции очень сильно различаются, то ее регулируют дополнительной установкой клапанов.

Если гидравлическая балансировка в сети не произведена, то тепло преимущественно расходуется на первой к котлу батареи, а самые крайние останутся холодными.

Первый метод балансировки довольно точный, требует наличие проекта и гидравлического расчета тепловой сети с обозначением расходов теплоносителя на каждом ответвлении труб. Без этого точная наладка сети неосуществима. Второй метод осуществляется с использованием регулировочной арматуры, встроенной на каждом участке либо стояке. И третий выполняется с применением специально предназначенного электронного прибора, присоединяемого к контрольной арматуре.

Обзор программ для гидравлических вычислений

Прежде всего, с целью упрощения гидравлического расчета внутридомовых систем теплоснабжения лучше обратиться к узкоспециализированным программам. Но их не очень много, хотя выбрать всё же есть из чего. Некоторые из них бесплатные, а иные – в демо вариантах.

Наиболее популярные программы для расчета гидравлики отопительной сети:

«Oventrop CO» – ПО вполне справится с расчетами для загородного домовладения для однотрубной/двухтрубной системы. У нее широкий потенциал: от выбора Ду труб до выполнения анализов расхода теплоносителя. Все итоги можно перевести в Виндовс, работает программа бесплатно.
«Instal-Therm HCR» способна рассчитать схему радиаторного и наружного теплоснабжения. В нее включены еще 3 ПО: San для любой воды, Heat&Energy – для определения потерь тепла и Scan – для анализа схем отопления. Распространяется бесплатно в виде пробной версии.
«HERZ C.O.» – бесплатное ПО для гидравлического расчёта одно и двухтрубной схемы теплоснабжения, как для новых, так и для отремонтированных помещениях, с водяным и гликолиевым теплоносителем. Программа обладает свидетельство качества ООО ЦСПС.

Фотографии по тексту для наглядности о сказанном

Потери напора жидкости на внезапном сужении

Потери напора при внезапном расширении труб

Расчет гидросопротивления в тепловой сети

Схема гидравлического расчета участка сети

Формулы расчета Д труб отопления

Выбор расширительного бака

Таким образом, можно подвести итог, что гидравлический расчет тепловых сетей очень важный и ответственный этап проектирования систем теплоснабжения любого объекта от небольшого дачного домика до жилого квартала с десятками тысяч квадратных метров. Прежде всего, такой расчет помогает правильно выбрать все необходимое оборудование и запорно-регулировочную арматуру, чтобы обеспечить оптимальные характеристики работы тепловой сети.

Гидравлический расчет системы отопления: главные цели и задачи выполнения данного действия

Эффективность отопительной системы вовсе не гарантируют качественные трубы и высокопроизводительный теплогенератор.

Наличие ошибок, допущенных при монтаже, может свести на нет работу котла, работающего на полную мощность: либо в помещениях будет холодно, либо затраты на энергоносители будут неоправданно высокими.

Поэтому важно начинать с разработки проекта, одним из важнейших разделов которого является гидравлический расчет системы отопления.

Расчет гидравлики водяной системы отопления

Теплоноситель циркулирует по системе под давлением, которое не является постоянной величиной. Оно снижается из-за наличия сил трения воды о стенки труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Домовладелец также вносит свою лепту, корректируя распределение тепла по отдельным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева теплоносителя повышается и наоборот – падает при ее снижении.

Чтобы избежать разбалансировки отопительной системы, необходимо создать условия, при которых к каждому радиатору поступает столько теплоносителя, сколько необходимо для поддержания заданной температуры и восполнения неизбежных теплопотерь.

Главной целью гидравлического расчета является приведение в соответствие расчетных расходов по сети с фактическими или эксплуатационными.

На данном этапе проектирования определяются:

диаметр труб и их пропускная способность;
местные потери давления по отдельным участкам системы отопления;
требования гидравлической увязки;
потери давления по всей системе (общие);
оптимальный расход теплоносителя.

Читать еще: Самодельные радиаторы отопления из профильной трубы

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

Собрать исходные данные и систематизировать их.
Выбрать методику расчета.

Первым делом проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и выполняет теплотехнический расчет. В итоге у него появляется информация о количестве тепла, необходимом для каждого помещения. После этого выбираются отопительные приборы и источник тепла.

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

На стадии разработки принимается решение о типе отопительной системы и особенностях ее балансировки, подбираются трубы и арматура. По окончании составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указанием:

мощности радиаторов;
расхода теплоносителя;
расстановки теплового оборудования и пр.

Расчет диаметра труб

Расчет сечения труб должен опираться на результаты теплового расчета, обоснованные экономически:

для двухтрубной системы – разность между tr (горячим теплоносителем) и to (охлажденным – обраткой);
для однотрубной – расход теплоносителя G, кг/ч.

Кроме того, в расчете должна учитываться скорость движения рабочей жидкости (теплоносителя) – V . Ее оптимальная величина находится в диапазоне 0,3-0,7 м/с. Скорость обратно пропорциональна внутреннему диаметру трубы.

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

Для расчетов потребуется еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она обозначается буквой Q, измеряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

Кроме вышеперечисленных исходных данных для расчета потребуются параметры отопительной системы – длина каждого участка с указанием приборов, подключенных к нему. Эти данные для удобства можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Таблица параметров участков

Обозначение участкаДлина участка в метрахКоличество приборов а участке, шт.1-21,812-33,013-42,824-52,92

Расчет диаметров труб достаточно сложный, поэтому проще воспользоваться справочными таблицами. Их можно найти на сайтах производителей труб, в СНиП или специальной литературе.

Монтажники при подборе диаметра труб пользуются правилом, выведенным на основании анализа большого числа отопительных систем. Правда, это касается только небольших частных домов и квартир. Практически все отопительные котлы оборудованы патрубками подачи и обратки ¾ и ½ дюйма. Такой трубой и выполняется разводка до первого разветвления. Далее на каждом участке размер трубы уменьшают на один шаг.

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.

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.

Гидравлическая увязка

Балансировка перепадов давления в отопительной системе выполняется посредством регулирующей и запорной арматуры.

Гидравлическая увязка системы производится на основании:

проектной нагрузки (массового расхода теплоносителя);
данных производителей труб по динамическому сопротивлению;
количества местных сопротивлений на рассматриваемом участке;
технических характеристик арматуры.

Установочные характеристики – перепад давления, крепление, пропускная способность – задаются для каждого клапана. По ним определяют коэффициенты затекания теплоносителя в каждый стояк, а затем – в каждый прибор.

Потери давления прямо пропорциональны квадрату расхода теплоносителя и измеряются в кг/ч, где

S – произведение динамического удельного давления, выраженного в Па/(кг/ч), и приведенного коэффициента для местных сопротивлений участка (ξпр).

Приведенный коэффициент ξпр является суммой всех местных сопротивлений системы.

Определение потерь

Гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца представляет собой сумму потерь его составляющих элементов:

первичного контура – ∆Plk;
местных систем – ∆Plм;
генератора тепла – ∆Pтг;
теплообменника ∆Pто.

Гидравлический расчет системы отопления – пример расчета

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

расчетная тепловая нагрузка системы – Qзд. = 133 кВт;
параметры системы – tг = 75 0 С, tо = 60 0 С;
расход теплоносителя (расчетный) – Vсо = 7,6 м 3 /ч;
присоединение отопительной системы к котлам производится через гидравлический разделитель горизонтального типа;
автоматика каждого из котлов в течение всего года поддерживает постоянную температуру теплоносителя на выходе – tг = 80 0 С;
автоматический регулятор перепада давления устанавливается на вводе каждого распределителя;
система отопления от распределителей смонтирована из металлопластиковых труб, а теплоснабжение распределителей производится посредством стальных труб (водогазопроводных).

Диаметры участков трубопроводов подобраны с использованием номограммы для заданной скорости теплоносителя 0,4-0,5 м/с.

На участке 1 установлен клапан dу 65. Его сопротивление согласно информации производителя составляет 800 Па.

На участке 1а установлен фильтр диаметром 65 мм и с пропускной способностью 55 м3/ч. Сопротивление этого элемента составит:

0,1 х (G/kv) х 2 = 0,1 х (7581/55) х 2 = 1900 Па.

Варианты двухтрубной отопительной системы

Сопротивление трехходового клапана dу = 40 мм и kv = 25 м3/ч составит 9200 Па.

Суммарные потери давления в системе снабжения теплом распределителей будут равняться 21514 Па или приблизительно 21,5 кПа.

Самодельная печь хорошо подойдет для обогрева дачного домика или подсобного помещения. Печка из газового баллона своими руками – смотрите инструкцию по изготовлению.

Как собрать пресс для топливных брикетов своими руками, вы узнаете в этой статье.

Аналогичным образом производится расчет остальных частей системы теплоснабжения распределителей. При расчете системы отопления от распределителя выбирается основное циркуляционное кольцо через наиболее нагруженное отопительное устройство. Гидравлический расчет производится с использованием 1-го направления.

Видео на тему

Как сделать гидравлический расчет системы отопления

Содержание

Нужно отметить, что инженерные расчеты систем водоснабжения и отопления никак нельзя назвать простыми, но без них обойтись невозможно, только очень опытный специалист-практик может нарисовать систему отопления «на глазок» и безошибочно подобрать диаметры труб. Это если схема достаточно проста и предназначена для обогрева небольшого дома высотой 1 или 2 этажа. А когда речь идет о сложных двухтрубных системах, то рассчитывать их все равно придется. Эта статья для тех, кто решился самостоятельно выполнить расчет системы отопления частного дома. Мы изложим методику несколько упрощенно, но так, чтобы получить максимально точные результаты.

Цель и ход выполнения расчета

Конечно, за результатами можно обратиться к специалистам либо воспользоваться онлайн-калькулятором, коих хватает на всяких интернет-ресурсах. Но первое стоит денег, а второе может дать некорректный результат и его все равно надо проверять.

Так что лучше набраться терпения и взяться за дело самому. Надо понимать, что практическая цель гидравлического расчета – это подбор проходных сечений труб и определение перепада давления во всей системе, чтобы верно выбрать циркуляционный насос.

Примечание. Давая рекомендации по выполнению вычислений подразумевается, что теплотехнические расчеты уже сделаны, и радиаторы подобраны по мощности. Если же нет, то придется идти старым путем: принимать тепловую мощность каждого радиатора по квадратуре помещения, но тогда точность расчета снизится.

Общая схема расчета выглядит таким образом:

подготовка аксонометрической схемы: когда уже выполнен расчет отопительных приборов, то известна их мощность, ее надо нанести на чертеж возле каждого радиатора,
определение расхода теплоносителя и диаметров трубопроводов,
расчет сопротивления системы и подбор циркуляционного насоса,
расчет объема воды в системе и вместительности расширительного бака.

Любой гидравлический расчет системы отопления начинается со схемы, нарисованной в 3 измерениях для наглядности (аксонометрия). На нее наносятся все известные данные, в качестве примера возьмем участок системы, изображенный на чертеже:

Определение расхода теплоносителя и диаметров труб

Вначале каждую отопительную ветвь надо разбить на участки, начиная с самого конца. Разбивка делается по расходу воды, а он изменяется от радиатора к радиатору. Значит, после каждой батареи начинается новый участок, это показано на примере, что представлен выше. Начинаем с 1-го участка и находим в нем массовый расход теплоносителя, ориентируясь на мощность последнего отопительного прибора:

G – расход теплоносителя, кг/ч,
q – тепловая мощность радиатора на участке, кВт,
Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводе, обычно берут 20 ºС.

Для первого участка расчет теплоносителя выглядит так:

860 х 2 / 20 = 86 кг/ч.

Полученный результат надо сразу нанести на схему, но для дальнейших расчетов он нам понадобится в других единицах – литрах в секунду. Чтобы сделать перевод, надо воспользоваться формулой:

GV = G /3600ρ, где:

GV – объемный расход воды, л/сек,
ρ– плотность воды, при температуре 60 ºС равна 0.983 кг / литр.

Имеем: 86 / 3600 х 0,983 = 0.024 л/сек. Потребность в переводе единиц объясняется необходимостью использования специальных готовых таблиц для определения диаметра трубы в частном доме. Они есть в свободном доступе и называются «Таблицы Шевелева для гидравлических расчетов». Скачать их можно, перейдя по ссылке: http://dwg.ru/dnl/11875

В данных таблицах опубликованы значения диаметров стальных и пластмассовых труб в зависимости от расхода и скорости движения теплоносителя. Если открыть страницу 31, то в таблице 1 для стальных труб в первом столбце указаны расходы в л/сек. Чтобы не производить полный расчет труб для системы отопления частого дома, надо просто подобрать диаметр по расходу, как показано ниже на рисунке:

Примечание. В левом столбце под диаметром сразу же указывается скорость движения воды. Для систем отопления ее значение должно лежать в пределах 0.2—0.5 м/сек.

Итак, для нашего примера внутренний размер прохода должен составлять 10 мм. Но поскольку такие трубы не используются в отоплении, то смело принимаем трубопровод DN15 (15 мм). Проставляем его на схеме и переходим ко второму участку. Так как следующий радиатор имеет такую же мощность, то применять формулы не нужно, берем предыдущий расход воды и умножаем его на 2 и получаем 0.048 л/сек. Снова обращаемся к таблице и находим в ней ближайшее подходящее значение. При этом не забываем следить за скоростью течения воды v (м/сек), чтобы она не превышала указанные пределы (на рисунках отмечена в левом столбце красным кружочком):

Читать еще: Как закрыть батареи отопления и трубы гипсокартоном?

Важно. Для систем отопления с естественной циркуляцией скорость движения теплоносителя должна составлять 0.1—0.2 м/сек.

Как видно на рисунке, участок №2 тоже прокладывается трубой DN15. Далее, по первой формуле находим расход на участке №3:

860 х 1,5 / 20 = 65 кг/ч и переводим его в другие единицы:

65 / 3600 х 0,983 = 0.018 л/сек.

Прибавив его к сумме расходов двух предыдущих участков, получаем: 0.048 + 0.018 = 0.066 л/сек и вновь обращаемся к таблице. Поскольку у нас в примере делается не расчет гравитационной системы, а напорной, то по скорости теплоносителя труба DN15 подойдет и на этот раз:

Идя таким путем, просчитываем все участки и наносим все данные на нашу аксонометрическую схему:

Расчет циркуляционного насоса

Подбор и расчет насоса заключается в том, чтобы выяснить потери давления теплоносителя, протекающего по всей сети трубопроводов. Результатом станет цифра, показывающая, какое давление следует развивать циркуляционному насосу, чтобы «продавить» воду по системе. Это давление вычисляют по формуле:

Р – потери давления в сети трубопроводов, Па,
R – удельное сопротивление трению, Па/м,
l – длина трубы на одном участке, м,
Z – потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

Примечание. Двух – и однотрубная система отопления рассчитываются одинаково, по длине трубы во всех ветвях, а в первом случае — прямой и обратной магистрали.

Данный расчет достаточно громоздкий и сложный, в то время как значение Rl для каждого участка можно легко найти по тем же таблицам Шевелева. В примере синим кружочком отмечены значения 1000i на каждом участке, его надо только пересчитать по длине трубы. Возьмем первый участок из примера, его протяженность 5 м. Тогда сопротивление трению будет:

Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.

Так же производим просчет всех участков попутной системы отопления, а потом результаты суммируем. Остается узнать значение Z, перепад давления в местных сопротивлениях. Для котла и радиаторов эти цифры указаны в паспорте на изделие. На все прочие сопротивления мы советуем взять 20% от общих потерь на трение Rl и все эти показатели просуммировать. Полученное значение умножаем на коэффициент запаса 1.3, это и будет необходимый напор насоса.

Следует знать, что производительность насоса – это не емкость системы отопления, а общий расход воды по всем ветвям и стоякам. Пример его расчета представлен в предыдущем разделе, только для подбора перекачивающего агрегата нужно тоже предусмотреть запас не менее 20%.

Расчет расширительного бака

Чтобы произвести расчет расширительного бака для закрытой системы отопления, необходимо выяснить, насколько увеличивается объем жидкости при ее нагреве от комнатной температуры +20 ºС до рабочей, находящейся в пределах 50—80 ºС. Эта задача тоже не из простых, но ее можно решить другим способом.

Вполне корректным считается принимать объем бака в размере десятой части от всего количества воды в системе, включая радиаторы и водяную рубашку котла. Поэтому снова открываем паспорта оборудования и находим в них вместительность 1 секции батареи и котлового бака.

Далее, расчет объема теплоносителя в системе отопления выполняется по простой схеме: вычисляется площадь поперечного сечения трубы каждого диаметра и умножается на ее длину. Полученные значения суммируются, к ним прибавляются паспортные данные, а потом от результата берется десятая часть. То есть, если во всей системе 150 л воды, то вместительность расширительного бака должна составлять 15 л.

Что в итоге?

Многие, прочитав данную статью, могут отказаться от намерения считать гидравлику самостоятельно ввиду явной сложности процесса. Рекомендация для них – обратиться к специалисту-практику. Те же, кто проявил желание и уже сделал расчет тепловой мощности отопления на здание, наверняка справятся и с этой задачей. Но готовую схему с результатами все равно стоит показать опытному монтажнику для проверки.

Методы гидравлического расчета системы отопления.

Доброго всем времени суток! Сегодня я опишу как нужно делать гидравлический расчет системы отопления и что это вообще такое. Начнем с последнего вопроса.

Что такое гидравлический расчет и зачем он нужен?

Гидравлический расчет (далее ГР) — это математический алгоритм, в результате выполнения которого мы получим необходимый диаметр труб в данной системе (имеется ввиду внутренний диаметр). Кроме того, будет понятно какой нам необходимо использовать циркуляционный насос — определяется напор и расход насоса. Все это даст возможность сделать систему отопления экономически оптимальной. Производится он на основании законов гидравлики — специального раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.

Теория гидравлического расчета системы отопления.

Теоретически ГР отопления основан на следующем уравнении:

Данное равенство справедливо для конкретного участка. Расшифровывается это уравнение следующим образом:

ΔP — линейные потери давления.
R — удельные потери давления в трубе.
l — длина труб.
z — потери давления в отводах, запорной арматуре.

Из формулы видно, что потери давления тем больше, чем она длиннее и чем больше в ней отводов или других элементов, уменьшающих проход или меняющих направление потока жидкости. Давайте выведем чему равны R и z. Для этого рассмотрим еще одно уравнение, показывающее потери давления от трения об стенки труб:

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

λ — коэффициент, зависящий от характера движения трубы.
d — внутренний диаметр трубы.
v — скорость движения жидкости.
ρ — плотность жидкости.

Из этого уравнения устанавливается важная зависимость — потери давления на трение тем меньше, чем больше внутренний диаметр труб и меньше скорость движения жидкости. Причем, зависимость от скорости здесь квадратичная. Потери в отводах, тройниках и запорной арматуре определяются по другой формуле:

ξ — коэффициент местного сопротивления (далее КМС).
v — скорость движения жидкости.
ρ — плотность жидкости.

Из данного уравнения также видно, что падение давления возрастает с увеличением скорости жидкости. Также, стоит сказать, что в случае применения низкозамерзающего теплоносителя также будет играть важную роль его плотность — чем она выше тем тяжелее циркуляционному насосу. Поэтому при переходе на «незамерзайку» возможно придется заменить циркуляционный насос.

Из всего вышеизложенного выведем следующее равенство:

Отсюда получаем следующие равенства для R и z:

Теперь давайте разберемся в том, как используя эти формулы рассчитать гидравлическое сопротивление.

Как на практике считают гидравлическое сопротивление системы отопления.

Часто инженерам приходится рассчитывать системы отопления на больших объектах. В них большое количество приборов отопления и много сотен метров труб, но считать все равно нужно. Ведь без ГР не получится правильно подобрать циркуляционный насос. К тому же ГР позволяет установить еще до монтажа будет ли работать все это.

Для упрощения жизни проектировщикам разработаны различные численные и программные методы определения гидравлического сопротивления. Начнем от ручного к автоматическому.

Приближенные формулы расчета гидравлического сопротивления.

Для определения удельных потерь на трение в трубопроводе используется следующая приближенная формула:

R = 510 4 v 1.9 /d 1,32 Па/м;

Здесь сохраняется практически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в трубопроводе. Данная формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

Если у вас известен расход теплоносителя, то есть приближенная формула для определения внутреннего диаметра труб:

Получив результат необходимо воспользоваться следующей таблицей для получения диаметра условного прохода:

Наиболее трудоемким будет расчет местных сопротивлений в фитингах, запорной арматуре и приборах отопления. Ранее я упоминал коэффициенты местного сопротивления ξ, их выбор делается по справочным таблицам. Если с углами и запорной арматурой все ясно, то вот выбор КМС для тройников превращается в целое приключение. Чтобы стало понятно о чем я говорю, посмотрим на следующую картинку:

По картинке видно, что у нас имеется целых 4 вида тройников, для каждого из которых будут свои КМС местного сопротивления. Трудность тут будет состоять в правильном выборе направления тока теплоносителя. Для тех кому очень нужно, приведу здесь таблицу с формулами из книги О.Д. Самарина «Гидравлические расчеты инженерных систем»:

Эти формулы можно перенести в MathCAD или любую другую программу и рассчитать КМС с погрешностью до 10 %. Формулы применимы для скоростей движения теплоносителя от 0,1 до 1,25 м/с и для труб с диаметром условного прохода до 50 мм. Такие формулы вполне подойдут для отопления коттеджей и частных домов. Теперь рассмотрим некоторые программные решения.

Программы для расчета гидравлического сопротивления в системах отопления.

Сейчас в интернете можно найти много различных программ для расчета отопления платных и бесплатных. Понятное дело, что платные программы обладают более мощным функционалом, чем бесплатные и позволяют решать более широкий круг задач. Такие программы имеет смыл приобретать профессиональным инженерам-проектировщикам. Обывателю, который хочет самостоятельно посчитать систему отопления в своем доме будет вполне достаточно бесплатных программ. Ниже приведу список наиболее распространенных программных продуктов:

Valtec.PRG — бесплатная программа для расчета отопления и водоснабжения. Есть возможности расчета теплых полов и даже теплых стен
HERZ — целое семейство программ. С их помощью можно рассчитывать как однотрубные так и двухтрубные системы отопления. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Имеется возможность расчета тепловых потерь
Поток — отечественная разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети любой сложности. В отличии от предыдущих, Поток — платная программа. Поэтому простой обыватель вряд ли станет ей пользоваться. Она предназначена для профессионалов.

Есть еще несколько других решений. В основном от производителей труб и фитингов. Производители затачивают программы для расчета под свои материалы и тем самым в какой-то степени вынуждают покупать их материалы. Это такой маркетинговый ход и в нем нет ничего плохого.

Итоги статьи.

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления дело прямо-таки не самое простое и требующее опыта. Ошибки здесь могут стоить очень дорого. Отдельные ветки и стояки могут не работать. По ним просто не будет циркуляции. По этой причине лучше чтобы этим занимались люди с образованием и опытом таких работ. Сами монтажники практически никогда не занимаются расчетами. Они везде стремятся делать одни и те же решения, которые работали у них ранее. Но то, что работало у другого человека не обязательно будет работать у вас. По этому настоятельно рекомендую обратиться к инженеру и сделать полноценный проект. На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях.