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

Расчет системы отопления

В данном разделе приведён расчет системы отопления на конкретном примере. Познакомившись с материалами раздела, вы освоите методику расчета отопления, и обнаружите, что и эта задача вам по силам, даже если вы не имеете высшего технического образования.

Для чего нужен расчет системы отопления?

Расчет отопления частного дома на конкретном примере поможет вам рассчитать все необходимые параметры для системы отопления вашего дома: тепловые потери каждого помещения и всего дома, мощность радиаторов, мощность отопительного котла, мощность циркуляционного насоса.

Все расчёты выполняются в специальной программе Valtec, которую можно будет бесплатно скачать по ссылке в одной из статей этого раздела.

Как рассчитать мощность отопления (исходные данные для расчета)

С чего начать расчёт мощности отопления? Данная статья поможет ответить на этот вопрос. Не смотря на то, что расчётами мощности отопления вы отродясь не занимались, делать вам придётся хорошо знакомые вещи. И понадобятся вам не какие-то сложные приспособления и вычислительные устройства, а всего-навсего линейка, листок бумаги, карандаш и калькулятор.

Программа для расчёта системы отопления

Здесь вы сможете скачать бесплатно программу для расчёта систем отопления, познакомитесь с главным меню программы, а также с теми инструментами программы, которые нужны для расчета системы водяного отопления дома. Если вы способны включить компьютер и вбить запрос в строку поиска браузера, то и работа с программой для расчёта системы отопления не вызовет у вас большого труда.

Расчет тепловой энергии на отопление

Расчёт тепловой энергии на отопление – это расчёт тепловых потерь, которые происходят через стены, потолки, полы, оконные и дверные проёмы помещений дома. Данные расчёты нужны будут впоследствии для выбора мощности радиаторов отопления.

Расчет тепловых потерь дома (видео)

В предыдущей статье рассматривался расчет тепловых потерь дома, но больше теоретически. Понимая, что непросто объяснять на пальцах то, что лучше показать, я записал несколько видеоуроков по расчету системы отопления реального дома.

Здесь вы найдёте первые три этапа расчетов, которые нужно выполнить, чтобы потом правильно подобрать мощность отопительного котла и радиаторов отопления.

Что такое инфильтрация и когда её надо учитывать?

В видео про расчет тепловых потерь я обещал, что расскажу про инфильтрацию потом. Вот это “потом” и наступило, сдерживаю своё обещание.

В этой статье вы прочитаете не только о том, что такое инфильтрация, а и том, когда её учитывать нужно обязательно, а когда – нет.

Подведение итогов теплового расчета

В этой статье проанализируем результат всех движений по расчету тепла на отопление, которые были проделаны в предыдущих статьях и видео. Здесь мы выберем систему отопления и решим, как уменьшить тепловые потери, если они получились слишком большими.

Расчет мощности радиаторов отопления

Мощность радиаторов определяется по тем расчётам, которые были проведены на предыдущем шаге, где вы рассчитали тепловые потери своего дома. Говоря просто, мощность радиаторов должна быть больше, чем тепловые потери, – чтобы тепла в доме осталось больше, чем ушло через стены и прочие конструкции на “отопление воробьям”. Ну, а подробности читайте в статье.

Подбор панельных радиаторов

До сих пор мы то и дело говорили о радиаторах секционных, бессовестно упустив факт наличия в мире радиаторов панельных. А ведь если человек запланировал установить в систему отопления дома именно панельные радиаторы, то ему тоже нужно знать, как рассчитать мощность таких радиаторов. Кстати, на панельных радиаторах есть ещё и маркировка.

Подбор насоса для отопления без расчетов

В следующих статьях и видео выполняется расчет мощности циркуляционного насоса в программе Valtec. А можно ли обойтись без таких расчетов? И как тогда подобрать насос для системы отопления? Об этом читайте в статье.

Гидравлический расчет отопления: сбор данных

Это завершающий этап в расчётах системы отопления. Здесь предстоит определиться с мощностью отопительного котла и циркуляционного насоса (если ваша система отопления с принудительной циркуляцией).

Первым делом мы соберём все данные, которые потом понадобятся при расчетах.

Гидравлический расчет системы отопления (видео)

Здесь вы не найдёте ничего, кроме голой практики: в видеоуроке я покажу на примере реального дома, как рассчитать гидравлические сопротивления системы отопления.

Эту работу нужно сделать для правильного подбора мощности циркуляционного насоса. Понятно, что если ваша система отопления с естественой циркуляцией теплоносителя, то циркуляционный насос выбирать не придётся; тогда этот материал можно пропустить. Остальным же.

Как рассчитать объем расширительного бака для отопления?

Расширительный бак устроен довольно просто, в эксплуатации надёжен и устанавливаться может как угодно и где угодно. Тем не менее, и он имеет два очень важных параметра, не учтя которые можно здорово навредить своей системе отопления. В этой статье подробно об одном из этих параметров.

Давление в расширительном баке отопления, – как рассчитать?

Втрой важный параметр, который нужно учитывать для расширительных баков, – это начальное давление в баке. Ответ на “почему?” вы найдёте в этой короткой статье, в которой я постарался обойтись без длинных расчётов.

Проекты систем отопления: примеры

Возможно, в разделе про расчеты эта статья лишняя. И, возможно, изучив раздел по проектированию отопления дома, вы в этой информации уже не нуждаетесь. Однако не спешите её пропускать: может, всё же в ней есть что-то, что вы упустили раньше? Да и повторение – мать учения.

Гидравлический расчёт системы отопления

Сегодня разберём, как произвести гидравлический расчёт системы отопления. Ведь по сей день распространяется практика проектирования отопительных систем по наитию. Это в корне неверный подход: без предварительного расчёта мы задираем планку материалоёмкости, провоцируем нештатные режимы работы и лишаемся возможности добиться максимальной эффективности.

Цели и задачи гидравлического расчёта

С инженерной точки зрения жидкостная система отопления представляется достаточно сложным комплексом, включающим устройства генерации тепла, его транспортировки и выделения в обогреваемых помещениях. Идеальным режимом работы гидравлической системы отопления считается такой, при котором теплоноситель поглощает максимум тепла от источника и передаёт его комнатной атмосфере без потерь в процессе перемещения. Конечно, такая задача видится совершенно недостижимой, однако более вдумчивый подход позволяет предсказать поведение системы в различных условиях и максимально приблизиться к эталонным показателям. Это и есть главная цель проектирования систем отопления, важнейшей частью которого по праву считается гидравлический расчёт.

Практические цели гидравлического расчёта таковы:

  1. Понять, с какой скоростью и в каком объёме осуществляется перемещение теплоносителя в каждом узле системы.
  2. Определить, какое влияние оказывает изменение режима работы каждого из устройств на весь комплекс в целом.
  3. Установить, какая производительность и рабочие характеристики отдельных узлов и устройств будут достаточными для выполнения отопительной системой своих функций без значительного удорожания и обеспечения необоснованно высокого запаса надёжности.
  4. В конечном итоге — обеспечить строго дозированное распределение тепловой энергии по различным зонам отопления и гарантировать, что это распределение будет сохраняться с высоким постоянством.

Можно сказать больше: без хотя бы базовых расчётов невозможно добиться приемлемой стабильности работы и долговечного использования оборудования. Моделирование действия гидравлической системы, по сути, является базисом, на котором строится вся дальнейшая проектная разработка.

Виды систем отопления

Задачи инженерных расчётов такого рода осложняются высоким разнообразием систем отопления, как с точки зрения масштабности, так и в плане конфигурации. Различают несколько видов отопительных развязок, в каждой из которых действуют свои закономерности:

1. Двухтрубная тупиковая система — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

Двухтрубная тупиковая система отопления

2. Однотрубная система или «Ленинградка» считается лучшим способом устройства гражданских отопительных комплексов тепловой мощностью до 30–35 кВт.

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией: 1 — котёл отопления; 2 — группа безопасности; 3 — радиаторы отопления; 4 — кран Маевского; 5 — расширительный бак; 6 — циркуляционный насос; 7 — слив

3. Двухтрубная система попутного типа — наиболее материалоёмкий вид развязки отопительных контуров, отличающийся при этом наивысшей из известных стабильностью работы и качеством распределения теплоносителя.

Двухтрубная попутная система отопления (петля Тихельмана)

4. Лучевая разводка во многом схожа с двухтрубной попуткой, но при этом все органы управления системой вынесены в одну точку — на коллекторный узел.

Лучевая схема отопления: 1 — котёл; 2 — расширительный бак; 3 — коллектор подачи; 4 — радиаторы отопления; 5 — коллектор обратки; 6 — циркуляционный насос

Прежде чем приступить к прикладной стороне расчётов, нужно сделать пару важных предупреждений. В первую очередь нужно усвоить, что ключ к качественному расчёту лежит в понимании принципов работы жидкостных систем на интуитивном уровне. Без этого рассмотрение каждой отдельно взятой развязки превращается в переплетение сложных математических выкладок. Второе — практическая невозможность изложить в рамках одного обзора больше, чем базовые понятия, за более подробными разъяснениями лучше обратиться к такой литературе по расчёту отопительных систем:

  • Пырков В. В. «Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика» 2-е издание, 2010 г.
  • Р. Яушовец «Гидравлика — сердце водяного отопления».
  • Пособие «Гидравлика котельных» от компании De Dietrich.
  • А. Савельев «Отопление дома. Расчёт и монтаж систем».

Определение расхода и скорости движения теплоносителя

Наиболее известная методика расчёта гидравлических систем основывается на данных теплотехнического расчёта, которым определяется норма восполнения теплопотерь в каждом помещении и, соответственно, тепловая мощность радиаторов, в них установленных. На первый взгляд всё просто: мы имеем общее значение тепловой мощности и затем дозируем поступление теплоносителя к каждому нагревательному прибору. Для большего удобства предварительно строится аксонометрический эскиз гидравлической системы, который аннотируется требуемыми показателями мощности радиаторов или петель водяного тёплого пола.

Аксонометрическая схема системы отопления

Переход от теплотехнического расчёта к гидравлическому осуществляется путём введения понятия массового потока, то есть некой массы теплоносителя, подводимого к каждому участку отопительного контура. Массовый поток есть отношение требуемой тепловой мощности к произведению удельной теплоёмкости теплоносителя на разность температур в подающем и возвратном трубопроводе. Таким образом, на эскизе отопительной системы отмечают ключевые точки, для которых указывается номинальный массовый поток. Для удобства параллельно определяется и объёмный поток с учётом плотности используемого теплоносителя.

  • G — расход теплоносителя, кг/с
  • Q — необходимая тепловая мощность, Вт
  • c — удельная теплоёмкость теплоносителя, для воды принимаемая 4200 Дж/(кг·°С)
  • ΔT = (t2 – t1) — разность температур между подачей и обраткой, °С

Логика здесь проста: чтобы доставить необходимое количество тепла к радиатору, нужно сперва определить объём или массу теплоносителя с заданной теплоёмкостью, проходящего через трубопровод за единицу времени. Для этого требуется определить скорость движения теплоносителя в контуре, которая равна отношению объёмного потока к площади сечения внутреннего прохода трубы. Если расчёт скорости ведётся относительно массового потока, в знаменатель нужно добавить значение плотности теплоносителя:

Читайте также:  Как пахнет газ при утечке в квартире: особенности

V = G / (ρ · f)

  • V — скорость движения теплоносителя, м/с
  • G — расход теплоносителя, кг/с
  • ρ — плотность теплоносителя, для воды можно принять 1000 кг/м 3
  • f — площадь сечения трубы, находится по формуле π­·r 2 , где r — внутренний диаметр трубы, делённый на два

Данные о расходе и скорости необходимы для определения условного прохода труб развязки, а также подачи и напора циркуляционных насосов. Устройства принудительной циркуляции должны создавать избыточное давление, позволяющее преодолеть гидродинамическое сопротивление труб и запорно-регулирующей арматуры. Наибольшую сложность представляет гидравлический расчёт систем с естественной (гравитационной) циркуляцией, для которых требуемое избыточное давление рассчитывается по скорости и степени объёмного расширения нагреваемого теплоносителя.

Потери напора и давления

Расчёт параметров по описанным выше соотношениям был бы достаточен для идеальных моделей. В реальной жизни и объёмный поток, и скорость теплоносителя всегда будут отличаться от расчётных в разных точках системы. Причина тому — гидродинамическое сопротивление движению теплоносителя. Оно обусловлено рядом факторов:

  1. Силами трения теплоносителя о стенки труб.
  2. Местными сопротивлениями протоку, образуемыми фитингами, кранами, фильтрами, термостатирующими клапанами и прочей арматурой.
  3. Наличием разветвлений присоединительного и ответвительного типов.
  4. Турбулентными завихрениями на поворотах, сужениях, расширениях и т. д.

Задача нахождения падения давления и скорости на разных участках системы по праву считается наиболее сложной, она лежит в области расчётов гидродинамических сред. Так, силы трения жидкости о внутренние поверхности трубы описываются логарифмической функцией, учитывающей шероховатость материала и кинематическую вязкость. С расчётами турбулентных завихрений всё ещё сложнее: малейшее изменение профиля и формы канала делает каждую отдельно взятую ситуацию уникальной. Для облегчения расчётов вводится два опорных коэффициента:

  1. Кvs — характеризующий пропускную способность труб, радиаторов, разделителей и прочих участков, приближенных к линейным.
  2. Кмс — определяющий местные сопротивления в различной арматуре.

Эти коэффициенты указываются производителями труб, клапанов, кранов, фильтров для каждого отдельно взятого изделия. Пользоваться коэффициентами достаточно легко: для определения потери напора Кмс умножают на отношение квадрата скорости движения теплоносителя к двойному значению ускорения свободного падения:

Δhмс = Кмс (V 2 /2g) или Δpмс = Кмс (ρV 2 /2)

  • Δhмс — потери напора на местных сопротивлениях, м
  • Δpмс — потери напора на местных сопротивлениях, Па
  • Кмс — коэффициент местного сопротивления
  • g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с 2
  • ρ — плотность теплоносителя, для воды 1000 кг/м 3

Потеря напора на линейных участках представляет собой отношение пропускной способности канала к известному коэффициенту пропускной способности, причём результат деления нужно возвести во вторую степень:

Р = (G/Kvs) 2

  • Р — потеря напора, бар
  • G — фактический расход теплоносителя, м 3 /час
  • Kvs — пропускная способность, м 3 /час

Предварительная балансировка системы

Важнейшей финальной целью гидравлического расчёта системы отопления является вычисление таких значений пропускной способности, при которых в каждую часть каждого контура отопления поступает строго дозированное количество теплоносителя с определённой температурой, чем обеспечивается нормированное выделение тепла на нагревательных приборах. Эта задача лишь на первый взгляд кажется сложной. В действительности балансировка выполняется за счёт регулировочных клапанов, ограничивающих проток. Для каждой модели клапана указывается как коэффициент Kvs для полностью открытого состояния, так и график изменения коэффициента Kv для разной степени открытия регулировочного штока. Изменяя пропускную способность клапанов, которые, как правило, устанавливаются в точках подключения нагревательных приборов, можно добиться искомого распределения теплоносителя, а значит, и количества переносимой им теплоты.

Есть, однако, небольшой нюанс: при изменении пропускной способности в одной точке системы меняется не только фактический расход на рассматриваемом участке. Из-за снижения или увеличения протока в некой степени меняется баланс во всех остальных контурах. Если взять для примера два радиатора с разной тепловой мощностью, соединённых параллельно при встречном движении теплоносителя, то при увеличении пропускной способности прибора, стоящего в цепи первым, второй получит меньше теплоносителя из-за увеличения разницы в гидродинамическом сопротивлении. Напротив, при снижении протока за счёт регулировочного клапана все остальные радиаторы, стоящие по цепочке дальше, получат больший объём теплоносителя автоматически и будут нуждаться в дополнительной калибровке. Для каждого типа разводки действуют свои принципы балансировки.

Программные комплексы для расчётов

Очевидно, что выполнение расчётов вручную оправдано только для малых систем отопления, имеющих максимум один или два контура с 4–5 радиаторами в каждом. Более сложные системы отопления тепловой мощностью свыше 30 кВт требуют комплексного подхода при расчёте гидравлики, что расширяет спектр используемых инструментов далеко за пределы карандаша и листа бумаги.

Danfoss C.O. 3.8

На сегодняшний день существует достаточно большое количество программного обеспечения, предоставляемого крупнейшими производителями отопительной техники, такими как Valtec, Danfoss или Herz. В подобных программных комплексах для расчёта поведения гидравлики используется та же методология, которая была описана в нашем обзоре. Сначала в визуальном редакторе моделируется точная копия проектируемой системы отопления, для которой указываются данные о тепловой мощности, типе теплоносителя, протяжённости и высоте перепадов трубопроводов, используемой арматуре, радиаторах и змеевиках тёплого пола. В библиотеке программы имеется широкий спектр гидротехнических устройств и арматуры, для каждого изделия производитель заблаговременно определил рабочие параметры и базовые коэффициенты. При желании можно добавить и сторонние образцы устройств, если для них известен требуемый перечень характеристик.

В финале работы программа даёт возможность определить подходящий условный проход труб, подобрать достаточную подачу и напор циркуляционных насосов. Расчёт завершается балансировкой системы, при этом в ходе симуляции работы гидравлики происходит учёт зависимостей и влияния изменения пропускной способности одного узла системы на все остальные. Практика показывает, что освоение и использование даже платных программных продуктов оказывается дешевле, чем если бы выполнение расчётов поручалось подрядным специалистам.

Особенности гидравлического расчета системы радиаторного отопления

Комфорт в загородном доме во многом зависит от надёжной работы системы отопления. Теплоотдача при радиаторном отоплении, системе «тёплый пол» и «тёплый плинтус» обеспечивается за счёт движения по трубам теплоносителя. Поэтому правильному подбору циркуляционных насосов, запорно-регулирующей арматуры, фитингов и определению оптимального диаметра трубопроводов предшествует гидравлический расчёт системы отопления.

Данный расчёт требует профессиональных знаний, поэтому мы в данной части учебного курса «Системы отопления: выбор, монтаж», с помощью специалиста компании REHAU, расскажем:

  • О каких нюансах следует знать перед выполнением гидравлического расчёта.
  • Чем отличаются системы отопления с тупиковым и попутным движением теплоносителя.
  • В чём состоят цели гидравлического расчёта.
  • Как материал труб и способ их соединения оказывает влияние на гидравлический расчёт.
  • Каким образом специальное программное обеспечивание позволяет ускорить и упростить процесс гидравлического расчета.

Нюансы, о которых надо знать перед выполнением гидравлического расчёта

В современной системе отопления протекают сложные гидравлические процессы с динамически меняющимися характеристиками. Поэтому на гидравлический расчёт оказывает влияние множество нюансов: начиная от типа системы отопления, вида отопительных приборов и способа их присоединения, режима регулирования и заканчивая материалом комплектующих.

Важно: Трубопроводная отопительная система загородного дома — это сложная разветвлённая сеть. Гидравлический расчет определяет её правильную работу так, чтобы ко всем отопительным приборам поступало необходимое количество теплоносителя. Правильно рассчитать и спроектировать систему отопления может только квалифицированный специалист, имеющий профильное образование по данной дисциплине.

Системы радиаторной и водопроводной разводок — это разветвленные трубопроводные сети. В трубопроводах давление теряется на трение о стенки труб и на местные сопротивления в фасонных частях при разделении или слиянии потоков, на внезапные расширения или сужения «живого» сечения. Для того чтобы теплоноситель или вода поступали к отопительным приборам или точкам водоразбора в необходимом количестве, трубопроводная сеть должна быть правильно рассчитана.

Вне зависимости от того, какая система отопления смонтирована в доме, например, радиаторная разводка или тёплый пол, принцип гидравлического расчёта одинаков для всех, но каждая система требует индивидуального подхода.

Например, система отопления может быть заправлена водой, этилен- или пропиленгликолем, а это повлияет на гидравлические параметры системы.

У этиленгликоля или пропиленгликоля большая вязкость и меньшая текучесть, чем у воды, а значит, и сопротивление при движении по трубопроводу будет больше. Кроме этого, теплоёмкость этиленгликоля меньше, чем у воды, и составляет 3,45 кДж/(кг▪К), а у воды 4.19 кДж/(кг*К). В связи с этим расход, при том же перепаде температур, должен быть на 20 с лишним процентов выше.

Важно: вид теплоносителя, который будет циркулировать в системе отопления, определяется заранее. Соответственно: проектировщик при гидравлическом расчёте системы отопления должен учесть его характеристики.

Выбор одно- или двухтрубной системы отопления также влияет на методику гидравлического расчёта.

Это связано с тем, что в однотрубной системе вода последовательно проходит через все радиаторы, и расход через все приборы в расчетных условиях будет единым при различных небольших перепадах температур на каждом приборе. В двухтрубной системе вода через отдельные кольца поступает независимо в каждый радиатор. Поэтому в двухтрубной системе перепад температур на всех приборах будет одинаковым и большим, порядка 20 К, а вот расходы через каждый прибор будут существенно различаться.

При гидравлическом расчете выбирается самое нагруженное кольцо. Оно является расчётным. Все остальные кольца увязываются с ним так, чтобы потери в параллельных кольцах были одинаковыми, с соответствующими им участками главного кольца.

При выполнении гидравлического расчета обычно вводятся следующие допущения:

  1. Скорость воды в подводках не более 0,5 м/с, в магистралях в коридорах 0,6-0,8 м/с, в магистралях в подвалах 1,0-1,5 м/с.
  2. Удельные потери давления на трение в трубопроводах – не более 140 Па/м.

Системы отопления с тупиковым и попутным движением теплоносителя

Отметим, что в системах радиаторной разводки, при едином принципе гидравлического расчёта, существуют разные подходы, т.к. системы подразделяются на тупиковые и попутные.

При тупиковой схеме теплоноситель движется по трубам «подачи» и «обратки» в противоположные стороны. И, соответственно, в попутной схеме теплоноситель движется по трубам в одном направлении.

В тупиковых системах расчет ведётся через дальние — наиболее нагруженные участки. Для этого выбирается главное циркуляционное кольцо. Это самое неблагоприятное направление для воды, по которому прежде всего подбираются диаметры отопительных труб. Все остальные второстепенные кольца, которые возникают в этой системе, должны увязываться с главным. В попутной системе расчёт ведётся через средний, наиболее нагруженный, стояк.

В системах водопровода соблюдается аналогичный принцип. Система рассчитывается через самый удалённый и самый нагруженный стояк. Но есть особенность – в расчёте расходов.

Читайте также:  Индивидуальное отопление в городской квартире: актуальность и получение разрешения

Важно: если в радиаторной разводке расход зависит от количества тепла и перепадов температур, то в водопроводе расход зависит от норм водопотребления, а также от типа установленной водоразборной арматуры.

Цели гидравлического расчета

Цели гидравлического расчета заключаются в следующем:

  1. Подобрать оптимальные диаметры трубопроводов.
  2. Увязать давления в отдельных ветвях сети.
  3. Выбрать циркуляционный насос для системы отопления.

Раскроем подробнее каждый из этих пунктов.

1. Подбор диаметров трубопроводов

Чем меньше диаметр трубопровода, тем больше сопротивление оказывается потоку теплоносителя из-за трения о стенки трубопровода и местных сопротивлений на поворотах и ответвлениях. Поэтому для малых расходов, как правило, берутся малые диаметры трубопроводов, для больших расходов, соответственно, большие диаметры, за счёт чего можно ограниченно отрегулировать систему.

Если система разветвлённая – есть короткая и длинная ветка, то на длинной ветке идёт большой расход, а на короткой – меньший. В этом случае короткая ветка должна выполняться из труб меньших диаметров, а длинная ветка должна выполняться из труб большего диаметра.

И, по мере уменьшения расхода, от начала к концу ветки диаметры труб должны уменьшаться так, чтобы скорость теплоносителя была примерно одинакова.

2. Увязка давлений в отдельных ветвях сети

Увязка может производиться подбором соответствующих диаметров труб или, если возможности этого способа исчерпаны, то за счёт установки регуляторов расхода давления или регулировочных вентилей на отдельных ветвях.

Частично мы, как это описано выше, можем увязать давление с помощью подбора диаметров трубопроводов. Но не всегда это удаётся сделать. Например, если берём самый маленький диаметр трубопровода на короткой ветке, а сопротивление в нём все равно недостаточно большое, тогда весь поток воды будет идти через короткую ветку, не заходя в длинную. В этом случае требуется дополнительная регулировочная арматура.

Регулировочная арматура может быть разной.

Бюджетный вариант — ставим регулировочный вентиль — т.е. вентиль с плавной регулировкой, который имеет градацию в настройке. Каждый вентиль имеет свою характеристику. При гидравлическом расчёте проектировщик смотрит, какое давление необходимо погасить, и определяется так называемая невязка давлений между длинной и короткой ветками. Тогда по характеристике вентиля проектировщик определяет, на сколько оборотов этот вентиль, от полностью закрытого положения, надо будет открыть. Например, на 1, на 1.5 или на 2 оборота. В зависимости от степени открытия вентиля будет добавляться разное сопротивление.

Более дорогой и сложный вариант регулировочной арматуры — т.н. регуляторы давления и регуляторы расхода. Это устройства, на которых мы задаём необходимый расход или необходимый перепад давлений, т.е. падение давлений на этой ветке. В этом случае устройства сами контролируют работу системы и, если расход не соответствует требуемому уровню, то они открывают сечение, и расход увеличивается. Если расход слишком большой, то сечение перекрывается. Аналогично происходит и с давлением.

Если все потребители после ночного понижения теплоотдачи одновременно открыли утром свои отопительные приборы, то теплоноситель попытается, в первую очередь, поступать в ближние к тепловому пункту приборы, а до дальних дойдет спустя часы. Тогда сработает регулятор давления, прикрывая ближайшие ветки и, тем самым, обеспечит равномерное поступление теплоносителя во все ветки.

3. Подбор циркуляционного насоса по давлению (напору) и по расходу (подаче)

Расчетные потери давления в главном циркуляционном кольце (с небольшим запасом) определят напор для циркуляционного насоса. А расчетный расход насоса – это суммарный расход теплоносителя по всем ветвям системы. Насос подбирается по напору и по расходу.

Если в системе стоит несколько циркуляционных насосов, то в случае их последовательного монтажа у них суммируется напор, а расход будет общим. Если насосы работают параллельно, то у них суммируется расход, а напор будет одинаковым.

Важно: Определив в ходе гидравлического расчёта потери давления в системе, можно выбрать циркуляционный насос, который оптимально будет соответствовать параметрам системы, обеспечивая оптимум затрат – капитальных (стоимость насоса) и эксплуатационных (стоимость электроэнергии на циркуляцию).

Как выбор комплектующих для системы отопления влияет на гидравлический расчёт

Материал, из которого изготовлены трубы системы отопления, фитинги, а также техника их соединения, оказывает существенное влияние на гидравлический расчет.

Трубы, имеющие гладкую внутреннюю поверхность, уменьшают потери на трение при движении теплоносителя. Это даёт нам преимущества – берём трубопроводы меньшего диаметра и экономим на материале. Также уменьшаются затраты электроэнергии, необходимые для работы циркуляционного насоса. Можно взять насос меньшей мощности, т.к. за счёт меньшего сопротивления в трубопроводах требуется меньший напор.

В местах соединений «фитинг-труба», в зависимости от способа их монтажа, могут быть большие потери, или, наоборот, потери на сопротивление потоку при движении теплоносителя сведены к минимуму.

Например, если используется техника соединения методом «надвижной гильзы», т.е. развальцовывается конец трубопровода, и внутрь вставляется фитинг, то за счёт этого не происходит заужения живого сечения. Соответственно: уменьшается местное сопротивление, и уменьшаются энергетические затраты на циркуляцию воды.

Подведение итогов

Выше уже говорилось, что гидравлический расчёт системы отопления — это сложная задача, требующая профессиональных знаний. Если предстоит спроектировать сильно разветвлённую систему отопления (большой дом), то расчёт вручную отнимает много сил и времени. Для упрощения данной задачи разработаны специальные компьютерные программы.

С помощью этих программ можно сделать гидравлический расчёт, определить регулировочные характеристики запорно-регулировочной арматуры и автоматически составить заказную спецификацию. В зависимости от типа программ, расчёт осуществляется в среде AutoCAD или в собственном графическом редакторе.

Добавим, что сейчас при проектировании промышленных и гражданских объектов наметилась тенденция к использованию BIM технологий (building information modeling). В этом случае все проектировщики работают в едином информационном пространстве. Для этого создаётся «облачная» модель здания. Благодаря этому любые нестыковки выявляются ещё на стадии проектировании, и своевременно вносятся необходимые изменения в проект. Это позволяет точно спланировать все строительные работы, избежать затягивания сроков сдачи объекта и тем самым сократить смету.

Выполнение гидравлического расчета системы отопления

В многоквартирных домах большей части областей Российского государства, как правило, используется центральное теплоснабжение, однако с недавних пор стали набирать популярность системы автономного отопления. Как для первого, так и для второго случая требуется проведение гидравлического расчета системы отопления.

Практической целью расчета гидравлики системы отопления является обеспечение совпадения расхода в элементах схемы с расходом фактическим. Объем теплоносителя, попадающего в отопительные приборы, должен сформировать определенный температурный режим внутри частного дома, учитывая наружные температуры и заданные заказчиком для каждой комнаты, согласно ее функциональному назначению.

Для корректного проведения гидравлического расчета отопления потребуется изучить основную терминологию, чтобы лучше понять происходящие процессы в пределах системы. К примеру, увеличение скорости нагретой рабочей жидкости может спровоцировать параллельное увеличение гидросопротивления в магистралях трубопровода. Измеряется сопротивление системы отопления в метрах водного столба.

Большинство классических схем теплоснабжения состоит из следующих обязательных элементов:

  1. 1. теплогенератора;
  2. 2. магистрального трубопровода;
  3. 3. отопительных элементов (регистров или радиаторов);
  4. 4. гидравлической арматуры (запорной и регулировочной).

С помощью регулировочной арматуры проводится увязка отопительной системы. Каждому элементу присуща своя индивидуальная техническая характеристика, которая используется для гидравлического расчета системы отопления. Онлайн-калькулятор или таблица excel с формулами и алгоритмами вычислений смогут в значительной степени упростить эту задачу. Эти программы предоставляются абсолютно бесплатно и никак не повлияют на бюджет проекта.

Чтобы рассчитать гидравлику отопительной системы, понадобится информация по тепловому расчету и аксонометрической схеме. Для подбора сечения труб используются целесообразные, с экономической точки зрения, итоговые данные теплорасчета:

  1. 1. Оптимальной разницей температур между горячей и охлажденной рабочей жидкостью для двухтрубного контура является значение 20 ºC. Δtco = tг — tо = 90 ºС — 70 ºС = 20 ºС, где tг — температура горячей воды, tо — температура охлажденного теплоносителя.
  2. 2. Потребление рабочей жидкости (G) для однотрубного контура (кг/час).
  3. 3. Оптимальная скорость (V) перемещения рабочей жидкости от 0,31 до 0,72 м/с.
  4. 4. Расчетное значение потока тепла (Q).
  5. 5. Показатели плотности воды.

Чтобы определить внутренний диаметр каждого участка, используют таблицу. Предварительно каждая отопительная ветвь разбивается на сегменты начиная с самой конечной точки. Разбивка осуществляется исходя из расхода теплоносителя, который варьируется от одного отопительного элемента к другому. Новый сегмент начинается после каждого отопительного прибора.

На первом сегменте определяют значение массового расхода теплоносителя, отталкиваясь от показателя мощности последней батареи: G = 860q / ∆t, где q — мощность отопительного элемента (кВт).

Теплоноситель на первом участке рассчитывается следующим образом: 860 x 2 / 20 = 86 кг/ч. Полученные результаты непосредственно наносятся на аксонометрическую схему, однако, чтобы продолжить дальнейшие вычисления, полученное итоговое значение потребуется перевести в другие единицы измерения — литры в секунду.

Для выполнения конвертации применяют формулу: GV = G / 3600 х ρ, где GV — ёмкостное потребление жидкости (л/сек), ρ – показатель плотности теплоносителя (при температуре 60 ºС составляет 0,983 кг/литр). Получается: 86 ÷ 3600 x 0,983 = 0,024 л/сек. Необходимость в конвертации меры физической величины обосновывается использованием табличных значений, при помощи которых определяется сечение трубопровода.

Гидравлический расчет системы водяного отопления

Самый быстрый и простой способ сделать гидравлический расчет системы отопления – это онлайн калькулятор. Не имея узкопрофильного образования, даже не стоит пытаться выполнить расчет в таблице Excel. Покупать специальную программу за большие деньги, естественно, тоже бессмысленно. Совет таков: если хотите избежать проблем, то сразу обратитесь к хорошему специалисту, которых на самом деле не так уж и много, так что будьте внимательны.

Что такое гидравлический расчет

Гидравлический расчет делают только для крупных контуров обогрева.

Принцип работы водяной системы отопления заключается в том, что по трубам и батареям циркулирует теплоноситель. Это жидкость (вода или антифриз) которая нагревается в котле и потом прогоняется по всему контуру циркуляционным насосом или благодаря силе гравитации.

Теплоноситель во время циркуляции встречает гидравлическое сопротивление. Кроме этого, жидкость немного останавливается из-за трения об стенки труб. Гидравлический расчет систем отопления выполняется для того, чтобы вычислить оптимальное значение сопротивления контура, при котором скорость теплоносителя будет в пределах нормы (2-3 м/с для герметичного контура). По заключению вычислений мы узнаем следующие ключевые параметры:

  • диаметр труб для контура;
  • мощность циркуляционного насоса;
  • количество оборотов для регулировки балансировочных клапанов на каждом радиаторе.

Независимо от того где выполнялся гидравлический расчет системы отопления, на онлайн калькуляторе или в Excel, его пользу сложно переоценить. Так как одним выстрелом мы убиваем двух зайцев: контур работает, как часы и нет перерасхода средств, ведь мы точно будем знать оптимальные параметры элементов системы.

Гидравлический расчет нужно делать только для больших систем отопления, которые обогревают дома с площадью от 200 м. кв. Для маленьких контуров это необязательно.

Специалисты делают гидравлический расчет системы отопления в Excel таблице. Это очень сложный процесс, который под силу далеко не всем людям с профильным образованием, не говоря уже о дилетантах. Нужно разбираться в теплотехнике, гидравлике, знать основы монтажа и многое другое. Получить эти знания можно только в высшем учебном заведении. Есть специализированные программы для гидравлического расчета системы отопления. Но опять же работать с ними могут только люди, имеющие профильное образование.

Читайте также:  Почему падает давление в системе отопления частного дома: причины

Зачем нужна аксонометрическая схема

Аксонометрическая схема – это трехмерный чертеж системы отопления. Сделать гидравлический расчет отопления без нее просто нереально. В чертеже указывается:

  • разводка труб;
  • места уменьшения диаметра труб;
  • размещение теплообменников и другого оборудования;
  • места установки трубопроводной арматуры;
  • объем батарей.

Для утепления часто используется Пенофол. Технические характеристики позволяют использовать его даже при высоких температурах, например, в парной.

О том, как правильно утеплить крышу гаража мы писали в этой статье.

От размера батарей зависит их тепловая мощность, которой должно хватить на обогрев каждого помещения. Чтобы подобрать радиаторы нужно знать теплопотери. Чем они больше, тем мощнее нужны теплообменники. Аксонометрия выполняется с соблюдением масштаба.

Методы гидравлического расчета

Как мы уже сказали, гидравлический расчет можно сделать на онлайн-калькуляторе, при помощи специальной программы или же в таблице Excel. Первый вариант подойдет даже для тех, кто ничего не понимает в теплотехнике и гидравлике. Естественно, что таким методом можно получить только приблизительные значения, использовать которые в больших и сложных проектах нельзя.

Пример аксонометрической схемы.

Программное обеспечение стоит очень дорого и покупать его на один раз смысла нет, а вот сделать таблицу в Excel можно без вложений. Выполнить расчет, можно используя разные формулы:

  • теоретической гидравлики;
  • СНИПа 2.04.02-84.

Но также может отличаться и метод вычислений: удельных потерь давления или характеристик сопротивления. Последний не может применяться для гравитационных систем с естественной циркуляцией теплоносителя. При монтаже маленьких двухтрубных контуров обогрева с принудительной циркуляцией достаточно придерживаться нескольких простых правил. Основные магистрали делаются из полипропиленовых труб с наружным диаметром 25 мм. Отводы к радиаторам выполняется из труб 20 мм. А о том, как подобрать насос мы писали здесь.

Пример гидравлического расчета в Excel

Сразу отметим, что ниже будет описан самый простой гидравлический расчет системы отопления. Пример расчета выполнен с использованием формул теоретической гидравлики для прямого трубопровода в горизонтальной плоскости длиною 100 м. Используется труба с наружным диаметром 108 мм, толщина стенки 4 мм.

Гидравлический расчет в Excel.

Для вычислений нам потребуются следующие исходные данные:

  • расход воды;
  • температура подачи и обратки;
  • условный проход трубы;
  • длина контура;
  • шероховатость трубы;
  • общий коэффициент сопротивления.

На примере гидравлического расчета системы отопления нам надо определить три основных критерия – это потери давления на трение (ПДТр), потери давления на местных сопротивлениях (ПДМС) и потери давления в трубопроводе (ПДТп). Все значения должны быть в Паскалях (Па). Ниже представленные формулы будут рассчитываться в кг/см. кв. Чтобы перевести кг/см. кв в Паскали умножаем на 9,18 и на 10 тыс.

Перед утеплением погреба в гараже нужно сделать качественную гидроизоляцию от грунтовых вод.

Если нет возможности утеплиться снаружи, теплоизоляция гаража укладывается изнутри. Далее тут.

Для вычисления ПДТр нам нужно характеристику гидравлического сопротивления умножить на дельту температур теплоносителя. Для расчета ПДМС нужно среднюю плотность воды умножить на ПДТр, коэффициент гидравлического трения и на 1 тыс. Затем полученное значение делим на 2, потом на 9,18 и на 10 тыс. Потери давления в трубопроводе вычисляются суммированием ПДТр и ПДТп.

Итоги

Чтобы сделать гидравлический расчет системы отопления используют программу, онлайн-калькулятор или таблицу Excel. На примере мы показали, что для человека без профильного образования сделать правильные вычисления невозможно. Поэтому лучший вариант – это заказать его у специалиста. Если дом маленьких, то расчет не нужен.

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.

Добавить комментарий