Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

Расчет отопления частного дома

Для климата средней полосы тепло в доме является насущной потребностью. Вопрос отопления в квартирах решается районными котельными, ТЭЦ или тепловыми станциями. А как же быть владельцу частного жилого помещения? Ответ один — установка отопительной техники, необходимой для комфортного проживания в доме, она же — автономная система отопления. Чтобы не получить в результате установки жизненно необходимой автономной станции груду металлолома, к проектированию и монтажу следует отнестись скрупулёзно и с большой ответственностью.

Расчет тепловых потерь

Первый этап расчета заключается в расчете тепловых потерь комнаты. Потолок, пол, количество окон, материал из которых изготовлены стены, наличие межкомнатной или входной двери — все это источники теплопотерь.

Рассмотрим на примере угловой комнаты объемом 24,3 куб. м.:

  • площадь комнаты — 18 кв. м. (6 м х 3 м)
  • 1 этаж
  • потолок высотой 2,75 м,
  • наружные стены — 2 шт. из бруса (толщина18 см), обшитые изнутри гипроком и оклеенные обоями,
  • окно — 2 шт., 1,6 м х 1,1 м каждое
  • пол — деревянный утепленный, снизу — подпол.

Расчеты площадей поверхностей:

  • наружных стен за минусом окон: S1 = (6+3) х 2,7 — 2×1,1×1,6 = 20,78 кв. м.
  • окон: S2 = 2×1,1×1,6=3,52 кв. м.
  • пола: S3 = 6×3=18 кв. м.
  • потолка: S4 = 6×3= 18 кв. м.

Теперь, имея все расчеты теплоотдающих площадей, оценим теплопотери каждой:

  • Q1 = S1 х 62 = 20,78×62 = 1289 Вт
  • Q2= S2 x 135 = 3×135 = 405 Вт
  • Q3=S3 x 35 = 18×35 = 630 Вт
  • Q4 = S4 x 27 = 18×27 = 486 Вт
  • Q5=Q+ Q2+Q3+Q4=2810 Bт

Итого: суммарные теплопотери комнаты в самые холодные дни равны 2,81 кВт. Это число записывается со знаком минус и теперь известно сколько тепла необходимо подать в комнату для комфортной температуры в ней.

Расчет гидравлики

Переходим к наиболее сложному и важному гидравлическому расчету — гарантии эффективной и надежной работы ОС.

Единицами расчета гидравлической системы являются:

  • диаметр трубопровода на участках отопительной системы;
  • величины давлений сети в разных точках;
  • потери давления теплоносителя;
  • гидравлическая увязка всех точек системы.

Перед расчетом нужно предварительно выбрать конфигурацию системы, тип трубопровода и регулирующей/запорной арматуры. Затем определиться с видом приборов отопления и их расположением в доме. Составить чертеж индивидуальной системы отопления с указанием номеров, длины расчетных участков и тепловых нагрузок. В заключении выявить основное кольцо циркуляции, включающее поочередные отрезки трубопровода, направленные к стояку (при однотрубной системе) или к самому уделенному прибору отопления (при двухтрубной системе) и обратно к источнику тепла.

При любом режиме эксплуатации СО необходимо обеспечить бесшумность работы. В случае отсутствия неподвижных опор и компенсаторов на магистралях и стояках возникает механический шум из-за температурного удлинения. Использование медных или стальных труб способствует распространению шума по всей системе отопления.

Из-за значительной турбулизации потока, который возникает при увеличенном движении теплоносителя в трубопроводе и усиленном дросселировании потока воды регулирующим клапаном, возникает гидравлический шум. Поэтому, учитывая возможность возникновения шума, необходимо на всех этапах гидравлического расчета и конструирования — подбор насосов и теплообменников, балансовых и регулирующих клапанов, анализ температурных удлинений трубопровода — выбирать соответствующие для заданных исходных условий оптимальное оборудование и арматуру.

Изготовить отопление в частном доме возможно и самостоятельно. Возможные варианты представлены в данной статье: https://teplo.guru/sistemy/varianty-otopleniya-doma-svoimi-rukami.html

Перепады давления в СО

Гидравлический расчет включает имеющиеся перепады давления на вводе отопительной системы:

  • диаметры участков СО
  • регулирующие клапаны, которые устанавливаются на ветках, стояках и подводках приборов отопления;
  • разделительные, перепускные и смесительные клапаны;
  • балансовые клапаны и величины их гидравлической настройки.

При пуске отопительной системы балансовые клапаны настраиваются на схемные параметры настройки.

На схеме отопления обозначается расчетная тепловая нагрузка каждого из отопительных приборов, которая равна тепловой расчетной нагрузке помещения, Q4. В случае наличия более одного прибора необходимо разделить величину нагрузки между ними.

Далее необходимо определить основное циркуляционное кольцо. В однотрубной системе количество колец равно числу стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления. Клапаны баланса предусматривают для каждого кольца циркуляции, поэтому количество клапанов в однотрубной системе равно числу вертикальных стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления. В двухтрубной СО балансовые вентили располагают на обратной подводке прибора отопления.

Санитарные нормы и правила, касающиеся отопления в частном доме, представлены здесь: https://teplo.guru/normy/snipy-po-otopleniyu.html

Расчет циркуляционного кольца включает:

  • систему с попутным движением воды. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления более нагруженного стояка;
  • систему с тупиковым движением теплоносителя. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном и удаленном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления нагруженного удаленного стояка;
  • горизонтальную систему, где кольцо располагается в более нагруженной ветви 1-го этажа.

Необходимо из двух направлений расчета гидравлики основного кольца циркуляции выбрать одно.

При первом направлении расчета, диаметр трубопровода и потери давления в кольце циркуляции определяются по задаваемой скорости движения воды на каждом участке основного кольца с последующим подбором насоса циркуляции. Напор насоса Pн, Па определяется в зависимости от вида отопительной системы:

  • для вертикальных бифилярных и однотрубных систем: Рн = Pс. о. — Ре
  • для горизонтальных бифилярных и однотрубных, двухтрубных систем:Рн = Pс. о. — 0,4Ре
  • Pс.о — потери давления в основном кольце циркуляции, Па;
  • Ре — естественное циркуляционное давление, которое возникает вследствие понижения температуры теплоносителя в трубах кольца и приборах отопления, Па.

В горизонтальных трубах скорость теплоносителя принимают от 0,25 м/с, для возможности удаления воздуха из них. Оптимальная расчетная движения теплоносителя в трубах из стали до 0,5 м/с, полимерных и медных — до 0,7 м/с.

После расчета основного кольца циркуляции производят расчет остальных колец путем определения известного давления в них и подбора диаметров по примерной величине удельных потерь Rср.

Применяется направление в системах с местным теплогенератором, в СО при зависимом (при недостаточном давлении на вводе тепловой системы) или независимом присоединении к тепловым СО.

Второе направление расчета заключается в подборе диаметра трубы на расчетных участках и определении потерь давления в кольце циркуляции. Рассчитывается по изначально заданной величине циркуляционного давления. Диаметры участков трубопровода подбирают по примерной величине удельных потерь давления Rср. Этот принцип применяется в расчетах отопительных систем с зависимым присоединением к тепловым сетям, с естественной циркуляцией.

Для исходного параметра расчета нужно определить величину имеющегося циркуляционного перепада давления PP, где PP в системе с естественной циркуляцией равно Pe, а в насосных системах — от вида отопительной системы:

  • в вертикальных однотрубных и бифилярных системах: PР = Рн + Ре
  • в горизонтальных однотрубных, двухтрубных и бифилярных системах: PР = Рн + 0,4.Ре

Расчет трубопроводов СО

Следующей задачей расчета гидравлики является определение диаметра трубопровода. Расчет производится с учетом циркуляционного давления, установленном для данной СО, и тепловой нагрузки. Следует отметить, что в двухтрубных СО с водяным теплоносителем главное циркуляционное кольцо располагается в нижнем приборе отопления, более нагруженного и удаленного от центра стояка.

По формуле Rср = β*?рр/∑L; Па/м определяем среднее значение на 1 метр трубы удельной потери давления от трения Rср, Па/м, где:

  • β — коэффициент, учитывающий часть потери давления на местные сопротивления от общей суммы расчётного циркуляционного давления (для СО с искусственной циркуляцией β=0,65);
  • рр — имеющееся давление в принятой СО, Па;
  • ∑L — сумма всей длины расчётного кольца циркуляции, м.

Расчет количества радиаторов при водяном отоплении

Формула расчета

В создании уютной атмосферы в доме при водяной системе отопления необходимым элементом являются радиаторы. При расчете учитываются общий объем дома, конструкция здания, материал стен, вид батарей и другие факторы.

Например: один кубометр кирпичного дома с качественными стеклопакетами потребует 0,034 кВт; из панели — 0,041 кВт; возведенные согласно всех современных требований — 0,020 кВт.

Расчет производим следующим образом:

  • определяем тип помещения и выбираем вид радиаторов;
  • умножаем площадь дома на указанный тепловой поток;
  • делим полученное число на показатель теплового потока одного элемента (секции) радиатора и округляем результат в большую сторону.

Например: комната 6x4x2,5 м панельного дома (тепловой поток дома 0,041 кВт), объем комнаты V = 6x4x2,5 = 60 куб. м. оптимальный объем теплоэнергии Q = 60×0, 041 = 2,46 кВт3, количество секций N = 2,46 / 0,16 = 15,375 = 16 секций.

Характеристики радиаторов

Тип радиатора

Тип радиатораМощность секцииКоррозийное воздействие кислородаОграничения по PhКоррозийное воздействие блуждающих токовДавление рабочее/ испытательноеГарантийный срок службы (лет)
Чугунный1106.5 — 9.06−9 /12−1510
Алюминиевый175−1997— 8+10−20 / 15−303−10
Трубчатый
Стальной
85+6.5 — 9.0+6−12 / 9−18.271
Биметаллический199+6.5 — 9.0+35 / 573−10

Правильно проведя расчет и монтаж из высококачественных комплектующих, вы обеспечите ваш дом надежной, эффективной и долговечной индивидуальной системой отопления.

Видео осуществления гидравлического расчета

Самостоятельный расчёт индивидуальной системы отопления

Из всех известных на данный момент вариантов для обогрева собственного дома наиболее распространённым видом является индивидуальная система водяного отопления. Масляные радиаторы, камины, печи, тепловентиляторы и обогреватели инфракрасного излучения зачастую используют как вспомогательные приборы.

Система отопления частного дома состоит из отопительных приборов, трубопровода и запорно-регулирующих механизмов, всё это служит для транспортировки тепла от теплогенератора к конечным точкам отопления помещений. Важно понимать, что надёжность, долговечность и эффективность индивидуальной системы отопления зависит от её правильного расчёта и монтажа, а также от качества используемых материалов в данной системе и её грамотной эксплуатации.

Расчёт системы отопления

Рассмотрим подробно упрощённый вариант расчёта системы водяного отопления, в котором мы будем использовать стандартные и общедоступные комплектующие. На рисунке схематически представлена индивидуальная система отопления частного дома на основе одноконтурного котла. Прежде всего, нам необходимо определиться с его мощностью, так как он является основой всех вычислений в дальнейшем. Выполним данную процедуру по описанной ниже схеме.

Общая площадь помещения: S = 78,5; общий объём: V = 220

У нас имеется одноэтажный дом с тремя комнатами, прихожей, коридором, кухней, ванной и туалетом. Зная площадь каждого отдельного помещения и высоту комнат, необходимо произвести элементарные расчёты для того, чтобы вычислить объём всего дома:

Таким образом, мы посчитали объём всех отдельных помещений, благодаря чему теперь можно вычислить общий объём дома, он равен 220 кубическим метрам. Заметьте, мы также посчитали объём коридора, но на самом деле там не указано ни одного отопительного прибора, для чего это нужно? Дело в том, что коридор также будет отапливаться, но пассивным образом, за счёт циркуляции тепла, поэтому нам необходимо внести его в общий список отопления, для того, чтобы расчёт был правильным и дал нужный результат.

Следующий этап расчёта мощности котла мы будем проводить, исходя из необходимого количества энергии на один кубический метр. Для каждого региона существует свой показатель — в наших вычислениях используем 40 Вт на кубический метр, исходя из рекомендаций для регионов европейской части СНГ:

Полученную цифру необходимо возвести в коэффициент 1,2, что даст нам 20% запаса мощности для того, чтобы котёл постоянно не работал на полную мощность. Таким образом, мы понимаем, что нам необходим котёл, который способен вырабатывать 10,6 кВт (стандартные одноконтурные котлы выпускаются мощностью 12–14 кВт).

Расчёт радиаторов

В нашем случае мы будем использовать стандартные алюминиевые радиаторы высотой 0,6 м. Мощность каждого ребра такого радиатора при температуре 70 °С составляет 150 Вт. Далее мы посчитаем мощность каждого радиатора и количество условных рёбер:

  • комната 1: Округляем до 1500 и получаем 10 условных рёбер, но поскольку у нас два радиатора, оба под окнами, мы возьмём один с 6-ю рёбрами, второй с 4-мя.
  • комната 2: Округляем до 1500 и получаем один радиатор с 10-ю рёбрами.
  • комната 3: Округляем до 2700 и получаем три радиатора: 1-й и 2-й по 5 рёбер, 3-й (боковой) — 8 рёбер.
  • прихожая: Округляем до 1200 и получаем два радиатора по 4 ребра.
  • ванная: . Тут температура должна быть немного выше, получается 1 радиатор с 4-мя рёбрами.
  • туалет: Округляем до 450 и получаем три ребра.
  • кухня: Округляем до 2100 и получаем два радиатора по 7 рёбер.

В конечном результате мы видим, что нам необходимо 12 радиаторов общей мощностью:

Исходя из последних расчётов, видно, что наша индивидуальная система отопления без проблем справится с возложенной на неё нагрузкой.

Выбор труб

Трубопровод для системы индивидуального отопления является средой для транспортировки тепловой энергии (в частности, нагретой воды). На отечественном рынке трубы для монтажа систем представлены в трёх основных видах:

Металлические трубы имеют ряд значительных недостатков. Кроме того, что они обладают большим весом и требуют специального оборудования для монтажа, а также наличие опыта, они ещё подвержены коррозии и могут накапливать статическое электричество. Хороший вариант — медные трубы, они способны выдерживать температуру до 200 градусов и давление около 200 атмосфер. Но медные трубы отличаются спецификой в монтаже (требуется специальное оборудование, серебряный припой и большой опыт работы), кроме того их стоимость очень велика. Самым популярным вариантом считаются пластиковые трубы. И вот почему:

  • они имеют алюминиевую основу, которая с двух сторон покрыта пластмассой, благодаря чему они обладают огромной прочностью;
  • они абсолютно не пропускают кислород, что позволяет свести к нулю процесс образования коррозии на внутренних стенках;
  • благодаря алюминиевому армированию у них очень низкий коэффициент линейного расширения;
  • пластиковые трубы антистатичны;
  • обладают малым гидравлическим сопротивлением;
  • не требуется специальных навыков для монтажа.

Монтаж системы

Первым делом нам требуется установить секционные радиаторы. Их надо размещать строго под окнами, тёплый воздух от радиатора будет препятствовать проникновению холодного воздуха из окна. Для монтажа секционных радиаторов не понадобится никакого специального оборудования, лишь перфоратор и строительный уровень. Необходимо строго придерживаться одного правила: все радиаторы в доме должны быть смонтированы строго на одном горизонтальном уровне, от этого параметра зависит общая циркуляция воды в системе. Также соблюдайте вертикальное расположение рёбер радиатора.

После монтажа радиаторов можно приступать к прокладке труб. Необходимо заранее промерить общую длину труб, а также посчитать количество всевозможных фитингов (колен, тройников, заглушек и пр.). Для монтажа пластиковых труб понадобится всего три инструмента — рулетка, ножницы для труб и паяльник. На большинстве таких труб и фитингов есть лазерная перфорация в виде насечек и направляющих линий, что даёт возможность по месту выполнять монтаж правильно и ровно. Работая с паяльником, следует придерживаться только одного правила — после того как вы расплавили и состыковали концы изделий, ни в коем случае не прокручивайте их, если с первого раза не получилось припаять ровно, иначе возможна течь в этом месте. Лучше заранее потренируйтесь на кусочках, которые пойдут в отходы.

Дополнительные приборы

По статистике система с пассивной циркуляцией воды будет исправно функционировать, если площадь помещения не превышает 100–120 м 2 . В противном случае необходимо использовать специальные насосы. Конечно, существует ряд котлов, в которые уже встроены насосные системы и они сами обеспечивают циркуляцию воды по трубам, если у вас не такой, то следует приобрести его отдельно.

На отечественном рынке их выбор очень велик, к тому же они отвечают всем необходимым требованиям — потребляют мало электроэнергии, бесшумны и малогабаритны. Монтируют циркуляционные насосы на концах веток отопления. Таким образом, насос прослужит дольше, так как он не будет находиться под прямым воздействием горячей воды.

Читайте также:  Закрытая система отопления: схемы и особенности монтажа системы закрытого типа

Пример однотрубной системы отопления с принудительной циркуляцией: 1 — котёл; 2 — группа безопасности; 3 — радиаторы отопления; 4 — игольчатый кран; 5 — расширительный бак; 6 — слив; 7 — водопровод; 8 — фильтр грубой очистки воды; 9 — циркуляционный насос; 10 — шаровые краны

Из всего вышеперечисленного становится ясно, что с монтажом подобной системы без труда справятся два или три человека, для этого не требуется обладать специальными профессиональными навыками, главное, уметь пользоваться элементарными строительными инструментами. В нашей статье мы рассмотрели систему индивидуального отопления, собранную с помощью стандартных комплектующих, их цена и общедоступность позволят почти каждому у себя дома смонтировать аналогичную систему отопления.

Как сделать гидравлический расчет системы отопления

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 = 860q/ ∆t, где:

  • 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):

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:

P = Rl + Z, где:

  • 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.

Заключение

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.

Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения

Профессиональный расчет систем водяного отопления. Расчет теплопотерь водяного контура.

Не многие слесари-сантехники понимают, как считать водяное отопление, а тем более как производить профессиональный расчет систем отопления. Многие просто копируют чужие схемы разводки или придерживаются обычных стандартных схем. Мы научим Вас делать расчет теплопотерь трубопровода. И приведем реальные задачи! Не сомневайтесь!

Я предлагаю свои методы расчета систем водяного отопления. Мои методы вы возможно не найдете в интернете. Потому что те, кто это понял, не будет делиться этими знаниями с другими. Да и высококлассные инженеры не будут на халяву, выкладывать свой хлеб.

Или данная информация, может быть изложена на не совсем доступном языке для Вас.

В этой статье я объясню на простом языке и постараюсь изложить все нюансы, касающиеся расчета и переноса тепла через водяные потоки. И данный процесс расчета будет, совсем упрощенный, не затрагивая лишних процессов и процедур.

По этим расчетам Вы легко сможете понять, из чего складывается весь процесс водяного отопления. Расчёт потребления тепла.

Вариант 1. Расчет радиаторов отопления. Рассмотрим теплопотери в радиаторном отоплении. Смотри изображение.

Вы задумывались над тем, с какой скоростью проходит вода в трубе? Или сколько литров проходит через ваш радиатор в час? И сколько же энергии потребляет ваш радиатор? Да и в каких единицах эту энергию тепла мерить?

Ниже я отвечу на эти вопросы! Будьте внимательны! Вы, возможно, получите новое представление и понимание данной темы!

Начнем с понимания теплоемкости.

Обладающий теплоемкостью материал – это материал обладающий способностью, накапливать в себе количество теплоты. В нашем случае это будет вода, которая имеет наибольшую величину теплоемкости. Имейте в виду, что если использовать незамерзающую жидкость для систем отопления, то эта незамерзающая жидкость будет иметь меньшую величину теплоемкости в отличие от чистой воды на разницу в пределах 20-30%. А это значит, что незамерзающая жидкость будет меньше переносить теплоту.

Теплоемкость – это отношение единицы количество теплоты на единицу температуры.

Теплоемкость воды имеет феноменальный график теплоемкости. В районе около 36,6 °С, теплоемкость воды самая минимальная. Но эта разница не такая большая и на расчетах тепла не будет сильно влиять. И поэтому, среднюю величину теплоемкости, будем принимать за 4,2 кДж/(кг•°С).

Количество теплоты – это понятие стоит понимать интуитивно. Что тепло мы понимаем как тепловую энергию или можно понимать как термическую (Температурную) энергию.

Это во первых, а во вторых существует единица измерения, которая через отношения величин показывает из чего состоит данная величина.

Количество теплоты измеряется в калориях. Одна калория это количество теплоты затраченная для того, чтобы нагреть один грамм воды на один градус цельсия при атмосферном давлении (101325 Па). Везде пишут в Кельвинах и вы можете утверждать так же. Но скажу лишь то, что изменение на один градус цельсия, приведет разницу в один градус по Кельвину. Разница между Кельвина и Цельсия лишь в разнице сдвига на 273,15 единиц. То есть, °С=Кельвин-273,15 .

Если вода находится в неких других условиях, например при давлении в 30 атмосфер, то тут не стоит замарачиваться. Вода как и жидкость практически не сжимается. Если скажем на воду надавить 100 атмосфер, то объем самой воды уменьшиться на 0,5%. Также существует температурное расширение, которое тоже очень маленькое и практически не влияет на расчеты. Скажу лишь, если изменить температуру воды на 100 градусов цельсия, то объем воды измениться на 1,5%. Это в идеале для воды без воздуха. Для систем отопления такой расчет не идет, так как в системе отопления существуют в каждом радиаторе воздушная прослойка, что при нагреве воздуха приводит к расширению воздушных масс. Там рассчитывают расширение 10% от всего объема воды.

Также скажу еще то, что один литр воды весит один килограмм. Это означает, что масса воды в один килограмм соответствует одному литру воды в жидком состоянии.

Нам для нормального расчета не нужны тонкости в мельчайших цифрах. Температурное расширение очень маленькое. Разница при давлении хотя бы в 10 атмосфер тоже не значительное. Так что для расчета теплопотерь будем использовать средние показатели без лишних мелких расчетов. И Вы сможете вычислитель количества теплоты в любом конкретном случае.

P.S. Мельчайшие показатели, будете вводить в формулу, когда будете защищать докторскую диссертацию. 🙂

Не маловажно знать, как переводить единицы измерения.

1 калория = 4,1868 Дж.

1 Джоуль = 0,2388 калорий.

И особенно знать, как это все перевести в Ватты.

1 Калория = 0,001163 Ватт • час

1 кКалория = 1,163 Ватт • час

Приведем грубый пример с электрочайником: Если представить, что чайник потребляет 0,001163 ватт, и налить туда один грамм и включить, то нагреет он воду за один час и всего на один градус.

Сделав некоторые, превращения получаем: Чтобы изменить 1 литр воды на один градус требуется 1,163 Ватт • час.

А сейчас задача из реального примера:

В электрочайник налили один литр холодной воды, с температурой 10 °С. Чайник потребляет 1800 Ватт. За какое время вода в чайнике достигнет 100 °С?

Решение: Разница температур достигает 90 °С.

( (1,163 • 90) / 1800 ) • 60 = 3,489 минут.

Реальные результаты могут отличиться на 5-10%, тут еще есть фактор потери тепла в окружающую среду и потеря полезной энергии в сети 220 В. Также рассеивание электричества через магнитные поля и многое другое. Можете сами проверить…

Также я проверял, расход электрического водонагревателя на практике, ошибся всего на 5 процентов. Но это стоит того! Значит расчет верный, и цифры внушают доверие.

И так вернемся к этому изображению:

Если мы знаем расход воды в радиаторе и знаем температуры на подаче и на обратке, то мы легко можем посчитать, какое количество теплоты расходует данный радиатор.

Через радиатор циркулируется вода с расходом 5 литров в минуту. На подающей трубе температура75 °С, а на обратке 65°С. Найти потери тепла через радиатор.

Решение: Переводим расход 5 литр/мин. = 300 литр/час.

Разница температур t = 75 – 65 = 10°С.

1,163 • 10 • 300 = 3489 Ватт • час.

Ответ: Радиатор теряет за один час времени 3489 Ватт. Или можно сказать радиатор при данных условиях потребляет 3,489 кВатт.

Читайте также:  Однотрубная система отопления Ленинградка: схемы и принцип организации

Очень важно при расчетах соблюдать единицы измерения! Константа 1,163 это измеряется Ватт • час. Соблюдайте время! Переводите минуты в часы, а кубометры или миллилитры в литры. Так как выше было описано, при воздействии 1,163 Ватт в течение одного часа нагревается один литр воды на один градус кельвина или цельсия.

Для тех, кто не знает. В одном кубическом метре 1000 литров. 1 м 3 = 1000 литр.

По средним показателям паспорта данного радиатора в 10 секций, радиатор выдает до 2000 Ватт. Найти благоприятный расход воды через радиатор.

По опыту скажу, что разница температур 10 секционного радиатора между подачей и обраткой будет равна от 10 до 20 °С.

Решение: Расход = 2000 / ( 1,163 • 20 ) = 85,98 литров / час.

Вариант 2. Как узнать, сколько Ватт тепла выдает котел? Расчет котлов отопления.

Ситуация аналогична расчету по радиаторному отоплению. Это просто! Смотрите, сколько качает циркуляционный насос. Измеряете температуру на подающей трубе и на трубе обратного потока. Подставляете в формулу и считаете!

Через котел циркулируется вода с расходом 20 литров в минуту. На подающей трубе температура75 °С, а на обратке 55 °С. Найти мощность котла.

Решение: Переводим расход 20 литр/мин. = 1200 литр/час.

Разница температур t = 75 – 55 = 20°С.

1,163 • 20 • 1200 = 27912 Ватт • час.

Ответ: Котел выдает мощность 27,912 кВатт.

В будущих статьях обязательно рассмотрим обратные задачи, как считать теплопотери здания и как узнать, сколько мощности необходимо котлу.

Вариант 3. С теплым полом ситуация как с потерей тепла в радиаторном отоплении.

Что касается скорости потока в теплом поле, то вот формулы, которые помогут найти скорость.

S-Площадь сечения м2
π-3,14-константа – отношение длины окружности к ее диаметру.
r-Радиус окружности, равный половине диаметра
Q-расход воды м3/с
D-Внутренний диаметр трубы
V-Средняя скорость потока жидкости в трубе ( м/с )
Имеется металлопластиковая труба диаметром 16мм и расход воды 5литров в минуту. Найти скорость потока.

Решение: Внутренний диаметр трубы равен 12 мм переводим в метры. 0,012 м.

S = π • r2 = π • (D/2) 2 = 3,14 • ( 0,012/2 ) 2 = 0,00011304 мм2

Q = 5 л/мин = 0,0000833 м 3 /с

V = Q / S = 0,0000833 / 0,00011304 = 0,73 м/с.

Ответ: Средняя скорость потока составляет 0,73 м/с.

А используя знания из этой статьи, уже можно легко ответить на такие вопросы: С какой скоростью проходит вода в трубе? Сколько литров проходит через ваш радиатор в час? Сколько же энергии потребляет ваш радиатор?

Я надеюсь, данная статья Вам даст порцию мотивации на то, чтобы начать вести обязательные расчеты по системам водяного отопления. Если что не понятно, пишите в комментарии.

Расчет водяного отопления за 5 минут!

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

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

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

Укрупненный расчет в Excel системы водяного отопления.

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

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

Условия задачи:

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

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

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

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

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

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

Задан и показатель нелинейности теплоотдачи приборов системы отопления n .

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

Требуется:

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

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

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

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

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

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

Исходные данные:

1. Длину бокса l (м) заносим

в ячейку D3: 10,000

2. Ширину бокса b (м) записываем

в ячейку D4: 5,000

3. Высоту бокса h (м) вводим

в ячейку D5: 3,000

4. Толщину стенок бокса δ (м) вписываем

в ячейку D6: 0,250

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

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

в ячейку D7: 8,700

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

в ячейку D8: 0,140

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

в ячейку D9: 23,000

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

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

в ячейку D10: 20,0

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

в ячейку D11: -37,0

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

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

в ячейку D12: 90,0

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

в ячейку D13: 70,0

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

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

в ячейку D14: 1,30

Результаты расчетов:

13. Общую площадь стенок ограждения A (м2) вычисляем

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

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

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

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

k =1/(1/ α1 + δ / λ +1/ α2 )

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

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

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

Nр = A * k *( tвр – t нр )

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

16. Расчетный температурный напор θр (˚С) считаем

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

θр =( tпр tор )/ln(( tпр tвр )/( tор tвр ))

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

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

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

18. Температуру наружного воздуха tн (˚С) заносим

в ячейку I15: -40,0

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

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

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

N = A * k *( tвр tн )

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

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

θ = θр *( N / Nр )^(1/ n )

и просто пока записываем формулу

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

θ =( tп tо )/ln(( tп tвр )/( tо tвр ))

В этом уравнении две неизвестные.

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

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

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

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

в ячейку I21: =I20-1000*I17/$D$21

Это второе уравнение. В нем те же две неизвестные.

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

21. Делаем так:

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

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

— пишем в окне «Подбор параметра»:

Установить в ячейке: I19

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

Изменяя значение ячейки: I20

— жмем на кнопку ОК

— в появившемся окне «Результат подбора параметра» читаем:

Подбор параметра для ячейки I19.

Подбираемое значение: 61,8

Текущее значение: 61,8

— жмем ОК

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

в ячейке I20: =92,9

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

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

Замечания и выводы:

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также:  Утепление частного дома снаружи: популярные технологии + обзор материалов

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

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

Гидравлический расчет системы водяного отопления

    Варвара Лупандина 3 лет назад Просмотров:

1 Гидравлический расчет системы водяного отопления

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА Гидравлический расчет проводится по законам гидравлики. Расчет основан на следующем принципе: при установившемся движении воды действующая в системе разность давлений (насосного и естественного) полностью расходуется на преодоление сопротивления движению. Правильный гидравлический расчет предопределяет работоспособность системы отопления. На основе гидравлического расчета осуществляется выбор диаметра труб d, мм, обеспечивающий при располагаемом перепаде давления в системе отопления ΔP o, Па, пропуск заданных расходов теплоносителя G, кг/ч. Перед гидравлическим расчетом должна быть выполнена пространственная схема системы отопления в аксонометрической проекции. Задачей гидравлического расчета является выбор экономически целесообразного диаметра труб системы отопления, обеспечивающих при заданном ΔP p пропуск расчетных расходов воды по всем участкам и всем отопительным приборам. Потери давления в общем виде в системе отопления складываются из потерь давления на трение и потерь давления на местные сопротивления.

3 Величина потерь давления на трение на участке трубопровода определяется по уравнению Дарси-Вейсбаха: P mp = (λ /d b ) ((ν 2 ρ)/2), (1) где (ν 2 ρ)/2 динамическое давление; λ коэффициент гидравлического сопротивления, характеризующий потери давления на трение и зависит от характера движения жидкости; d b внутренний диаметр, мм; v скорость движения воды в трубопроводе, м/с; ρ плотность воды, кг/м3. Потери давления на местные сопротивления зависит от вида местного сопротивления и структуры потока, и определяется по уравнению: P mp = ξ (ν 2 ρ)/2, (2) где ξ коэффициент местного сопротивления, (запорно-регулирующая арматура, тройники, отводы, сужения, расширения и т.д.).

4 Kоэффициент местного сопротивления показывает потерю давления, выраженную в долях динамического давления потока. Рассмотрим линейные потери давления в системе отопления ΔP co, Па, уравнение: (3) где l длина трубы, м; или ΔP co = R l + z, где R удельные потери давления на 1 м трубы, Па/м; z потери давления в местных сопротивлениях, Па.

5 Определение располагаемого перепада давления в системе отопления. Располагаемый перепад давления для создания циркуляции воды ΔP p, Па, определяется по формуле: а) в носовой вертикальной однотрубной бифилярной системе с качественным регулированием теплоносителя: – с верхней разводкой: ΔP p = ΔP н + ΔP e.np + ΔP e.mp, – с нижней разводкой магистралей: ΔP p = ΔP н + ΔP e.np,

6 б) в носовой горизонтальной однотрубной и бифилярной вертикальной двухтрубной системах: – с верхней разводкой: ΔP p = ΔP н + 0,4(ΔP e.np + ΔP e.mp ), – с нижней разводкой магистралей: ΔP p = ΔP н + 0,4 ΔP e.np, где ΔP e.np, ΔP e.mp естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды соответственно в отопительных приборов и трубах циркуляционного кольца, Па; ΔP н давление, создаваемое циркуляционным насосом, Па.

7 Сейчас применяют множество методик гидравлического расчета, они трудоемки и чаще всего рассчитывают с помощью ЭВМ: – метод удельных потерь давления на трение; – метод сложения характеристик сопротивления; – метод динамического давления; – метод приведенных длин; – метод перемещения единицы объема воды; – метод эквивалентных сопротивлений. Чаще всего применяют первые две методики расчета. Первая: для расчета однотрубных и двухтрубных систем отопления. Вторая: только для однотрубных систем отопления.

8 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ПО УДЕЛЬНЫМ ПОТЕРЯМ ДАВЛЕНИЯ НА ТРЕНИЕ При расчете по этому способу линейные потери давления от трения R, Па/м, и местные потери давления, Z, Па, в системе отопления ΔP co, Па, находят по формуле: ΔP co = k (R l + z), (4) где l длина трубы, м; k переводной коэффициент (для СИ – k=1,0; для МКГСС – k=1,102); z потери давления в местных сопротивлениях, Па. Рассмотрим последовательность выполнения гидравлического расчета.

9 Рисунок 1. а) Двухтрубная тупиковая система отопления

10 Рисунок 1. б) Двухтрубная система отопления с попутным движением теплоносителя

11 1) На аксонометрической схеме выбирается главное циркуляционное кольцо. В двухтрубных системах водяного отопления (рис.1) оно проходит при тупиковой разводке магистралей через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного и удаленного от теплового центра стояка, а при попутном движении воды в магистралях через нижний прибор наиболее нагруженного среднего стояка; Главное циркуляционное кольцо начинается от узла управления по ходу движения теплоносителя. В однотрубных схемах отопления при тупиковом движении теплоносителя это кольцо через наиболее нагруженный и удаленный от теплового пункта стояк, а при попутной схеме через наиболее нагруженный средний стояк. В двухтрубных системах кольцо через нижний отопительный прибор аналогично выбранных стояков.

12 Рисунок 2. Однотрубная система отопления: а тупиковая; б с попутным движение теплоносителя.

13 2) Главное циркуляционное кольцо разбиваем на расчетные участки (Участок отрезок магистрали с постоянным G теплоносителя), где указывается G, кг/ч, длина l, м и d труб, мм; Причем стояки проточные и проточно-регулируемые рассматриваются как один участок. Для стояков регулируемых с замыкающими участками и нетиповых стояков, стояки делятся на отдельные участки, в зависимости от распределения теплоносителя в трубах. 3) Для предварительного выбора диаметра трубопроводов определяют среднее значение удельного падения давления по главному циркуляционному кольцу, Па: где в поправочный коэффициент, учитывающий долю местных потерь давления в системе [Спр. пр. Староверова, ч.i, т. II.21]. 4) Определяем расход теплоносителя на расчетных участках, кг/ч: (5) (6) где Q уч тепловая нагрузка на расчетном участке, Вт.

14 5) Ориентируясь на величину R cp, G и по предельно-допустимым скоростям движения теплоносителя [СНиП прил.14], по Спр. пр. Староверова ч.i т.ii.1 находится предварительный диаметр труб, фактические удельные потери R, и фактическая скорость теплоносителя v. 6) Определяют коэффициент местных сопротивлений [Спр. пр. Староверова, ч.i, т. II.10 II.] ξ, затем по известным значениям v и ξ определяют Z, Па. Местные сопротивления на границах 2х участков, относят к участку с меньшим G теплоносителя. 7) Общие потери давления на участке определяются (Rl + z) и записываются нарастающим итогом в главном циркуляционном кольце (Rl + z). 8) После предварительного выбора диаметра труб главного циркуляционного кольца выполняется гидравлическая увязка (Rl + z) с располагаемым давлением ΔP p, при этом выполняется условиe : где (Rl + z) суммарные потери давления в главном циркуляционном кольце, Па. Запас должен быть 5-10% на неучтенные потери. (7)

15 9) Если указанное условие выполняется, тогда приступают к увязке давлений во второстепенных циркуляционных кольцах через промежуточные стояки с давлением в главном циркуляционном кольце без учета общих участков. Для этого сначала определяют располагаемое давление через второстепенный стояк, который должен равняться (Rl + z) главного циркуляционного кольца с поправкой на разность естественного циркуляционного давления во второстепенном ΔP е.вт и основном ΔP е.осн стояках: – однотрубные: – двухтрубные: ΔP р.ст = (R l + z) осн + (ΔP е.вт ΔP е.осн ), ΔP р.ст = (R l + z) осн, 10) После подбора диаметра труб стояка должно выполняться условие – потери давления в располагаемом стояке должно быть меньше располагаемого давления ΔP р.ст не больше чем на ± % при тупиковой схеме и ± 5 % при попутной схеме движения теплоносителя: (8)

16 где (Rl + z) ст суммарные потери давления на участках рассматриваемого стояка, Па. При невозможности увязки потерь давления предусматривается установка диафрагмы (дроссельной шайбы) диаметром, мм: (9) где G ст расход теплоносителя в стояке, кг/ч; P ш требуемая потеря давления в шайбе, Па. Рисунок 3. Обозначение и расположение диафрагмы (дроссельной шайбы). Дроссельные шайбы меньше 5 мм не устанавливаются. Они устанавливаются у крана на подземной части стояка в месте присоединения к подающей магистрали.

17 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ МЕТОДОМ СЛОЖЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЙ Метод сложения характеристик сопротивления применяют при проектировании насосных вертикальных и горизонтальных однотрубных систем, а также вертикальных двухтрубных систем с кранами повышенного сопротивления. Гидравлический расчет может производиться для постоянного или переменного перепада температуры в стояках с учетом заданной проводимости труб.

18 Рисунок 4. Однотрубная система отопления: тупиковая.

19 Рисунок 5. Однотрубная система отопления: с попутным движением теплоносителя.

20 При гидравлическом расчете по указанной методике потери давления на каждом расчетном участке от трения ΔP уч, Па, в местных сопротивлениях определяют по формуле: (10) где G уч расход воды на участке, кг/ч; характеристика сопротивления участка, Па/(кг/ч)2, вычисляем по S уч формуле: где A уч удельное динамическое давление в трубе на участке при внутреннем диаметре d b и расходе 1 кг/ч, выбираемое по [5, табл. 10.7]; λ/d b приведенный коэффициент гидравлического трения, м 1, принимаемый по [5, табл. 10.7] ; l уч длина участка, м; ξ уч сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке. (11)

21 Рекомендуемые значения для стандартных диаметров труб Диаметр условного прохода, мм Расход воды G, при скорости V = 1 м/с A g 10 4, Па/(кг/ч)2 λ/d b, м 1 S уд 10 4, Па/м(кг/ч)2 ГОСТ * ,50 3,60 95, ,60 2,70 28, ,19 1,80 5, ,23 1,40 1, ,39 1,00 0, ,23 0,80 0, ,082 0,55 0,045 ГОСТ * ,113 0,60 0, ,0269 0,40 0, ,0142 0,30 0, , ,23 0, , ,18 0, , , 0,000

22 Рассмотрим последовательность выполнения гидравлического расчета при равном перепаде температуры теплоносителя в стояках. 1) Перед выполнением гидравлического расчета конструируется однотрубная система водяного отопления из унифицированных узлов и на построенной схеме выбирается главное циркуляционное кольцо которое делится на расчетные участки с указанием расхода теплоносителя на участке G уч, кг/ч, длины участка l уч, м, диаметра d уч, мм; 2) Выбирается располагаемый перепад давления ΔP p, Па, в однотрубной системе отопления: ΔP p = ΔP н + ΔP e.np. 3) При предварительном выборе диаметра трубы для каждого участка вычисляется удельная характеристика сопротивления S уд, Па/(кг/ч)2м: (12) где G уч ориентировочный расход воды на участке, кг/ч, определяемый по формуле:

23 (13) где R cp среднее значение удельной потери давления от трения в расчетном кольце, определяемое по формуле: (14) 4) Выполнение гидравлического расчета начинается с самого удаленного и нагруженного стояка в тупиковой системе и с самого нагруженного стояка в системе водяного отопления с попутным движением теплоносителя. Диаметры труб стояка назначают, сопоставляя полученное по формуле (12) S уд со значением S уд для стандартных диаметров труб. Для обеспечения тепловой устойчивости системы отопления принимается для стояков меньший ближайший диаметр, с последующей проверкой скорости движения воды в трубопроводах стояка. Возможна конструкция стояков из труб двух различных смежных диаметров. Принятый диаметр труб двух различных смежных диаметров.

24 5) По выбранному диаметру стояка назначаются диаметры подводки и замыкающего участка узла отопительного прибора. Рекомендуемые диаметры трубопроводов узла нагревательного прибора Диаметр труб dу, мм Наименование узла Эскиз узла замыкающего стояка стояка подводки участка Этажестояк с осевым обходным участком и трехходовым краном Этажестояк со смещенным обходным участком / Этажестояк с осевым замыкающим участком и краном типа КРП

25 Этажестояк со смещенным замыкающим участком и краном типа КРП Этажестояк проточный Узел верхнего этажа при нижней разводке и трехходовом кране То же Узел верхнего этажа при нижней разводке и кране типа КРП То же / /

26 6) После выбора диаметра труб и типа отопительного прибора определяется характеристика сопротивления стояка по формуле: S cm = S m.y + S n.y, () где S n.y характеристика сопротивления приборных узлов стояка однотрубной системы отопления определяемая по формуле: S n.y = S n + S np l, (16) где S m.y характеристика сопротивления трубных узлов стояка однотрубной системы отопления, Па/(кг/ч)2; характеристика сопротивления отопительного прибора длиной 1 м, S np Па/(кг/ч)2; характеристика сопротивления подводок к отопительному прибору, S n Па/(кг/ч)2; l длина прибора, м. 7) По характеристике сопротивления стояка S cm и расходу теплоносителя в стояке G cm, вычисляют потери давления в стояке, Па, по формуле: ΔP cm = S cm G 2 cm, (17)

27 8) Затем производится гидравлический расчет магистральных участков главного циркуляционного кольца. Предварительный выбор диаметра производится путем сопоставления значения S уд, полученного по формуле (12) со значением S уд для стандартных диаметров труб. С целью повышения тепловой устойчивости системы отопления для магистралей принимается ближайший больший диаметр труб. 9) Затем проверяется скорость движения воды при выборе диаметра труб. Например, расход воды в трубе d у = мм составляет 560 кг/ч, тогда скорость движения воды V = 560 : 690 = 0,79м/с.

28 Рекомендуемые диаметры трубопроводов узла нагревательного прибора Скорость движения теплоносителя, м/с, при большем из Допустимый уровень звука Z A, дб(а) коэффициентов местного сопротивления арматуры на трубах, примыкающих к помещению При коэффициентах местного сопротивления До ,5/- 1,1/0,7 0,9/0,55 0,75/0,5 0,6/0,4 30 1,5/- 1,5/1,2 1,2/1,0 1,05 0,85/0, ,5/- 1,5/1,5 1,5/1,1 0,8 1,0/0,8 40 1,5/- 1,5/1,5 1,5/1,5 1,2/0,95 1,3/1,2 45 и более 1,5/- 1,5/1,5 1,5/1,5 1,5/1,5 1,5/1,4 Примечание. В числителе даны значения скоростей воды при всех видах арматуры, кроме прямых вентилей; в знаменателе – при прямых вентилях. 10) В соответствии с предварительно выбранным диаметром труб на магистральных участках принимаются значения A g и λ/d у на 1 м трубы. 11) Определяются на расчетных участках магистральных труб сопротивление от трения l уч (λ/d у ) и значения коэффициентов местных сопротивлений S уч.

29 12) Далее определяются значения S уч по формуле (2), и G уч по формуле (13). После вычисления этих значений по формуле (10) рассчитываются потери давления на участках магистральных труб главного циркуляционного кольца. 13) Суммарные потери давления на участках магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца определяются по формуле, Па: ΔP м = S уч(1) G 2 уч(1)+ S уч(2) G 2 уч(2) S уч(n) G 2 уч(n), где S уч(n) значения характеристик сопротивления участков магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца, Па/(кг/ч)2; G уч(n) расход воды на участках магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца, кг/ч. 14) Определяются общие потери давления. Па, по значениям S cm и S уч, G cm и G уч на каждом расчетном участке, дальнем тупиковом стояке и главном циркуляционном кольце: ΔP c.o = ΔP cm ΔP ì,

30 ) После предварительного выбора диаметров труб стояка и на участках магистралей главного циркуляционного кольца выполняется гидравлическая увязка при этом должно выполняться условие: 0,9ΔP р ΔP c.o, Величина невязки А, %, в расходуемых давлениях определяется по уравнению: 16) При обеспечении запаса располагаемого перепада давления 5-10 % приступаем к увязке расходуемых давлений в циркуляционных кольцах через промежуточные стояки главного 17) Рассчитываем располагаемое циркуляционное давление для предпоследнего стояка, которое складывается из потерь давления в последнем стояке и на двух параллельных участках магистралей до рассчитываемого стояка. При этом различием в значениях естественного циркуляционного давления в однотипных стояках можно пренебречь. Исходя из располагаемого давления по характеристикам сопротивления выполняют гидравлический расчет предпоследнего стояка (см. выше п.п. 4, 5, 6, 7).

31 Расчетная невязка между располагаемым давлением и потерями давления в предпоследнем стояке не должны отличаться более чем на ± % при тупиковой схеме и ±5 % при попутной схеме движения теплоносителя. 18) Сумма потерь давления в одном из двух рассчитанных стояков и на двух (четырех) параллельных участках магистралей принимается за располагаемое циркуляционное давление для третьего от конца системы стояка. Порядок гидравлического расчета третьего стояка выполняется аналогично (см. выше п.п. 4, 5, 6, 7, 16). Таким образом, производится гидравлический расчет остальных стояков. При невязках потерь давления в увязываемых кольцах предусматривается установка на стояках дроссельных шайб.

Ссылка на основную публикацию
×
×