Гидравлический расчет отопления – пошаговая инструкция, готовые примеры, обзор программ

7. Гидравлический расчет системы отопления

Задача гидравлического расчета состоит в выборе диаметров труб и в определение потерь давления в них. По результатам гидравлического расчета производят выбор смесительного насоса. Выбор диаметров проводят из условия поддержания оптимальных скоростей в трубопроводах. Для стальных труб оптимальной считается скорость 0,3 – 0,5 м/с, для полимерных 0,7 – 0,8 м/с. Минимальная скорость движения воды из условия удаления воздуха составляет

0,1 м/сек – вертикальные трубопроводы, 0,25 м/сек – горизонтальные трубопроводы. Максимальная скорость движения воды из условия бесшумной работы равна 1,5 м/с.

После размещения на планах здания нагревательных приборов, стояков, поквартирных веток, подающих и обратных магистралей, выполняют пространственную (аксонометрическую) схему системы отопления. Для точного учета местных сопротивлений на схеме необходимо указать все изгибы труб, запорно-регулирующую арматуру, устройства для удаления воздуха и спуска воды, приборы учета теплоты или учета расхода воды и т.д.

Схема системы отопления выполняется в масштабе 1:100 в соответствии с требованиями, предъявляемыми к графической части проекта [10]. На схеме выбирают главное циркуляционное кольцо. В насосной водяной системе отопления главное циркуляционное кольцо – это кольцо через наиболее удаленный от теплового пункта стояк и нагруженный прибор первого этажа. Все остальные кольца являются второстепенными. Главное циркуляционное кольцо разбивают на расчетные участки. Расчетный участок – это участок трубопровода одного диаметра с неизменным расходом теплоносителя. На схеме следует проставить нумерацию участков по ходу движения теплоносителя, указать длину

l_уч, м, и тепловую нагрузку Q_уч, Вт.

Гидравлический расчет проводят по методу удельных потерь давления. Потери давления на участке , Па, определяются по формуле

(17)

где λ- коэффициент гидравлического трения;

ν — скорость движения воды на расчетном участке трубопровода, м/сек;

ρ — плотность воды, кг/м³;

d – внутренний диаметр расчетного участка трубопровода, мм;

l – длина участка трубопровода, м;

— сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Расчет проводят с использованием таблиц гидравлического расчета: для стальных труб по приложению 6 [1], металлополимерных [8], полипропиленовых [9], а формулу (21) записывают в виде

=(18)

где R – удельная потеря на трение, Па/м;

Z – потери давления в местных сопротивлениях, Па.

При гидравлическом расчете водяной системы отопления потери давления в местных сопротивлениях допускается определять по выражению

Z = 500·· ν². (19)

Исходной величиной для выбора диаметров труб и выполнения гидравлического расчета является расход воды на участке G_уч, кг/час, определяемый по формуле

, (20)

где Q_уч – тепловая нагрузка участка, определяемая по расчетной схеме, Вт.

Остальные составляющие формулы те же, что и в формуле (15).

По значению расхода воды на участке

G_уч , кг/час, по таблице для гидравлического расчета систем отопления приложение II, таблица II.1 [12], ориентируясь на допустимые скорости движения воды назначают минимальный диаметр трубопровода d мм и выписывают соответствующие значения удельной потери давления на трение R, Па/м, и скорость движения воды ν, м/сек. Аналогично определяют диаметры остальных участков и заносят в таблицу 5.

Виды местных сопротивлений на каждом расчетном участке определяют по схеме (запорная арматура, фасонные части – переходы, отводы, тройники, изгибы труб, теплосчетчики, отопительные приборы и т.д.). Для каждого вида местного сопротивления численное значение определяют по таблице приложения II, таблица II.11[12], а затем суммируют Σζ для расчетного участка. Местное сопротивление ζ, принадлежащее двум смежным участкам (тройники, крестовины) относят к участку с меньшим расходом теплоносителя.

Потери давления в квартирном узле ввода (теплосчетчик, запорно-регулирующая арматура) принимаются ΔΡ=15 кПа; в автоматическом термостатическом клапане RTD-N у нагревательного прибора ΔΡ=10 кПа.

Расчет второстепенных циркуляционных колец системы проводят исходя из расчета главного – основного кольца. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные (не общие) участки параллельно соединенные с участками основного – главного кольца.

Расхождение (невязка) в расчетных потерях давления на параллельно соединенных участках (без учета общих участков) допустимо при тупиковом движении воды в магистралях до 15%.

Таблица 5 – Гидравлический расчет

Nрасчетного участка	Тепловая нагрузка участка Qуч , Вт	Расход воды на участке Gуч , кг/ч	Длина расчетного участка l, м	Диаметр трубы d, мм	Скорость ν, м/с	Удельные потери давления R, Па/м	Произведение Rl, Па	Сумма коэффициеннтов Σζ	Потери давления в местных сопротивле — ниях Z, Па	Потери давления на участке Rl+Z, Па	Примечание
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Главное циркуляционное кольцо

Итого: ΣΔΡ_уч=Σ(Rl+Z)=ΔΡ_со

Второстепенное циркуляционное кольцо

Итого: ΔΡ_i=Σ(Rl+Z)

Невязку определяют по выражению

Невязка = , (21)

где ∆P_i+1^глав, ∆P

i-потери давления в сравниваемых кольцах без учёта потерь давления на общих участках, Па.

При невязке превышающей нормативное значение прибегают к установке балансировочных клапанов у основания стояков.

studfile.net

постановка задачи, порядок выполнения расчета, ошибки и способы их исправления

От правильного выбора всех элементов системы водяного отопления, их установки, во многом зависит эффективность её работы, сроки безаварийной и экономичной эксплуатации. Насколько экономичным и эффективным будет отопление в доме, покажут уже начальные вложения средств на этапе установки и монтажа системы. Рассмотрим подробнее как осуществляется гидравлический расчет систым отопления, с целью определения оптимальной мощности отопительной системы.

Эффективность системы отопления «на глазок»

Во многом суммы таких затрат зависят от:

• требуемых диаметров трубопроводов
• фитингов и соответствующих им приборов отопления
• переходников
• регулировочной и запорной арматуры

Желание минимизировать такие затраты не должно идти в ущерб качеству, но принцип разумной достаточности, некий оптимум, должен выдерживаться.

В большинстве современных индивидуальных отопительных комплексов применяются электронасосы для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя, в качестве которого часто используются незамерзающие составы антифризов. Гидравлическое сопротивление таких систем отопления для разных их типов теплоносителей будет разным.

Учитывая постоянно растущую стоимость энергоносителей (все виды топлива, электроэнергия) и расходных материалов (теплоносители, запчасти и пр.), следует с самого начала стремиться заложить в систему принцип минимизации расходов на эксплуатацию системы. Опять же, исходя из их оптимального соотношения для решения задачи создания комфортного температурного режима в отапливаемых помещениях.

Разумеется, соотношение мощности всех элементов отопительной системы должны обеспечивать оптимальный режим подачи теплоносителяк приборам отопления в объёме достаточном для выполнения основной задачи всей системы — обогрева и поддержания заданного температурного режима внутри помещения, независимо от изменения наружных температур. К элементам отопительной системы относятся:

• котел
• насос
• диаметр труб
• регулировочная и запорная арматура
• тепловые приборы

Помимо того, очень неплохо, если в проект изначально будет заложена определённая «эластичность», допускаюшая переход на иной вид теплоносителя (замена воды на антифриз). Кроме того, отопительная система, при меняющихся режимах эксплуатации никоим образом не должна вносить дискомфорт во внутренний микроклимат помещений.

Гидравлический расчёт и решаемые задачи

В процессе выполнения гидравлического расчёта отопительной системы, решается достаточно большой круг вопросов обеспечения выполнения приведенных выше и целого ряда дополнительных требований. В частности, находится диаметр труб на всех секторах по рекомендованным параметрам, включающим определение:

• скорости движения теплоносителя;
• оптимального теплообмена на всех участках и приборах системы, с учётом обеспечения его экономической целесообразности.

В процессе движения теплоносителя происходит неизбежное его трение о стенки трубы, возникают потери скорости, особенно заметные на участках, содержащих повороты, колена и т. п. В задачи гидравлического расчёта входит определение потерь скорости движения среды, вернее, давления на отрезках системы, подобных указанным, для общего учёта и включения в проект требуемых компенсаторов. Параллельно определению потери давления, необходимо знать требуемый объём, называемый расходом, теплоносителя во всей проектируемой системе водяного отопления.

Учитывая разветвлённость современных отопительных систем и конструктивные требования реализации наиболее распространённых схем разводки, например, примерное равенство длин ветвей в коллекторной схеме, расчёт гидравлики даёт возможность учесть такие особенности. Это позволит обеспечить более качественную автобалансировку и увязку ветвей, включенных параллельно или по другой схеме. Такие возможности часто требуются в ходе эксплуатации с применением запорных и регулирующих элементов, в случае необходимости отключения или перекрытия отдельных веток и направлений, при возникновении необходимости работы системы в нестандартных режимах.

Подготовка выполнения расчёта

Проведению качественного и детального расчёта должны предшествовать ряд подготовительных мероприятий по выполнению расчётных графиков. Эту часть можно назвать сбором информации для проведения расчёта. Являясь самой сложной частью в проектировании водяной отопительной системы, расчёт гидравлики позволяет точно спроектировать всю её работу. В подготавливаемых данных обязательно должно присутствовать определение требуемого теплового баланса помещений, которые будут обогреваться проектируемой отопительной системой.

В проекте расчёт ведётся с учётом типа выбранных приборов отопления, с определёнными поверхностями теплообмена и размещения их в обогреваемых помещениях, это могут быть батареи секций радиаторов или теплообменники других типов. Точки их размещения указываются на поэтажных планах дома или квартиры.

Принимаемая схема конфигурирования системы водяного отопления должна быть оформлена графически. На этой схеме указывается место размещения генератора тепла (котёл), показываются точки крепления приборов отопления, прокладка основных подводящих и отводящих магистралей трубопроводов, прохода веток приборов отопления. На схеме подробно приводится расположение элементов регулирующей и запорной арматуры. Сюда входят все виды устанавливаемых кранов и вентилей, переходных клапанов, регуляторов, термостатов. В общем, всего, что принято называть регулирующей и запорной арматурой.

После определения на плане требуемой конфигурации системы, её необходимо вычертить в аксонометрической проекции по всем этажам. На такой схеме каждому отопительному прибору присваивается номер, указывается максимальная тепловая мощность. Важным элементом, также указываемым для теплового прибора на схеме, является расчётная длина участка трубопровода для его подключения.

Обозначения и порядок выполнения

На планах обязательно должно быть указано, определённое заранее, циркуляционное кольцо, называемое главным. Оно обязательно представляет собой замкнутый контур, включающий все отрезки трубопровода системы с наибольшим расходом теплоносителя. Для двухтрубных систем эти участки идут от котла (источника тепловой энергии) до самого удалённого теплового прибора и обратно к котлу. Для однотрубных систем берётся участок ветки — стояка и обратной части.

Единицей расчёта является отрезок трубопровода, имеющий неизменный диаметр и ток (расход) носителя тепловой энергии. Его величина определяется исходя из теплового баланса помещения. Принят определённый порядок обозначения таких отрезков, начиная от котла (источника тепла, генератора тепловой энергии), их нумеруют. Если от подающей магистрали трубопровода есть ответвления, их обозначение выполняется заглавными буквами в алфавитном порядке. Такой же буквой со штрихом обозначается сборная точка каждой ветки на обратном магистральном трубопроводе.

В обозначении начала ветки приборов отопления указывается номер этажа (горизонтальные системы) или ветки — стояка (вертикальные). Тот же номер, но со штрихом ставится в точке их подключения к обратной линии сбора потоков теплоносителя. В паре, эти обозначения составляют номер каждой ветки расчётного участка. Нумерация ведётся по часовой стрелке от левого верхнего угла плана. По плану определяется и длина каждой ветки, погрешность составляет не более 0,1 м.

На поэтажном плане отопительной системы по каждому её отрезку считается тепловая нагрузка, равная тепловому потоку, переданному теплоносителем, она принимается с округлением до 10 Вт. После определения по каждому прибору отопления в ветке, определяется суммарная нагрузка по теплу на магистральной подающей трубе. Как и выше, тут округление полученных значений ведётся до 10 Вт. После вычислений, каждый участок должен иметь двойное обозначение с указанием в числителе величины тепловой нагрузки, а в знаменателе — длины участка в метрах.

Требуемое количество (расход) теплоносителя на каждом участке легко определяется путём деления количества тепла на участке (скорректированное на коэффициент, учитывающий удельную теплоёмкость воды) на разность температур нагретого и охлаждённого теплоносителя на этом участке. Очевидно, что суммарное значение по всем рассчитанным участкам даст требуемое количество теплоносителя в целом по системе.

Не вдаваясь в детали, следует сказать, что дальнейшие расчёты позволяют определить диаметры труб каждого из участков системы отопления, потери давления на них, произвести гидравлическую увязку всех циркуляционных колец в сложных системах водяного отопления.

Последствия ошибок расчёта и способы их исправления

Очевидно, что гидравлический расчёт является достаточно сложным и ответственным этапом разработки отопления. Для облегчения подобных вычислений разработан целый математический аппарат, существуют многочисленные версии компьютерных программ, предназначенных для автоматизации процесса его выполнения.

Несмотря на это, от ошибок никто не застрахован. Среди наиболее распространённых выбор мощности тепловых приборов без проведения расчёта, указанного выше. В этом случае, помимо более высокой стоимости самих радиаторных батарей (если мощность больше требуемой), система будет затратной, расходуя повышенное количество топлива и требуя более значительных на свое содержание. Проще говоря, в комнатах будет жарко, форточки постоянно открыты и придётся дополнительно оплачивать обогрев улицы. В случае заниженной мощности попытки обогрева приведут к работе котла на повышенной мощности и также потребуют высоких финансовых затрат. Исправить такую ошибку достаточно сложно, возможно потребуется полностью переделывать всё отопление.

Если неверно проведен монтаж радиаторных батарей, эффективность работы всего отопительного комплекса также падает. К таким ошибкам относится нарушение правил установки батареи. Ошибки этой группы могу вдвое снизить теплоотдачу самых качественных тепловых приборов. Как и в первом случае, стремление повысить температуру в помещении, приведёт к дополнительным расходам энергоносителя. Чтобы исправить ошибки установки, зачастую достаточно переустановить и подключить заново радиаторные батареи.

Следующая группа ошибок относится к ошибке определения требуемой мощности источника тепла и приборов отопления. Если мощность котла заведомо выше мощности отопительных приборов, он будет работать неэффективно, потребляя большее количество топлива. Налицо двойной перерасход средств: в момент покупки такого котла и в ходе эксплуатации. Чтобы исправить положение, такой котёл, радиаторы или насос, а то и все трубы системы, придётся менять.

При расчёте требуемой мощности котла, может быть допущена ошибка в определении потерь тепла зданием. В результате мощность генератора тепловой энергии будет завышена. Результатом будет перерасход топлива. Чтобы исправить ошибку, придётся заменить котёл.

Ошибочный расчёт балансировки системы, нарушение требований примерного равенства веток и т. п. может привести к необходимости установки более мощного насоса, позволяющего доставить носитель к дальним приборам отопления в нагретом состоянии. Однако в этом случае возможно появление «звукового сопровождения» в виде гула, свиста и т. п. Если подобные ошибки допущены в системе тёплого водяного пола, то результатом установки мощного насоса может стать «поющий пол».

При ошибках определения требуемого количества теплоносителя или переводе гравитационной системы на принудительную циркуляцию, объём его может оказаться слишком велик, и дальние приборы отопления не будут работать. Как и ранее, попытки решения проблемы увеличением интенсивности прогрева, приведут к перерасходу газа, износу котла. Решить вопрос можно применением нового насоса и гидрострелки, т. е. тепловой пункт придётся всё равно переделывать.

После всего можно однозначно сказать, что проведение гидравлического расчёта системы отопления позволит гарантированно минимизировать расходы на всех этапах проектирования, устройства, монтажа и долговременной эксплуатации высокоэффективной системы водяного отопления.

Пример гидравлического расчета (видео)

teplo.guru

Гидравлический расчет системы отопления, сопротивление, испытание, пример и программа

В последнее время автономная отопительная система становится все более востребованной. Большинство владельцев квартир отказываются от централизованного отопления, считая индивидуальную систему более надежной и качественной. При этом довольно часто основной причиной выбора именно автономной системы отопления становится ее доступность и экономичность. Конечно, изначально на приобретение необходимого оборудования и монтаж системы придутся потратиться. Однако все затраты окупаются довольно быстро, поскольку в дальнейшем обслуживание такой системы обходится значительно дешевле, чем ежемесячная оплата централизованного отопления. Конечно, экономичность автономной системы достигается только в том случае, если она была правильно подобрана и установлена. В связи с этим огромное значение приобретает гидравлический расчет системы отопления, который необходимо проводить заранее.

Схема автономного отопления квартиры

Для чего он нужен?

Прежде всего, следует понимать, что старая программа контроля функционирования отопительной системы значительно отличается от современной именно по причине различного осуществления гидравлического режима. Помимо этого, современные отопительные системы отличаются использованием более качественных материалов и технологий монтажа – что также отображается на их себестоимости и экономичности. Более того, современная система позволяет совершать контроль на всех этапах и замечает даже незначительное колебание температуры.

Аксонометрическая схема системы отопления коттеджа — первые этап гидравлического расчета

Можно сделать простой вывод: применение более качественной, модернизированной современной системы позволяет значительно снизить уровень энергопотребления, что, в свою очередь, ведет к повышению экономичности системы. Однако не следует самостоятельно монтировать отопительную систему, поскольку этот процесс требует специальных знаний и навыков. В частности, нередко проблемы возникают из-за неправильно установленного каркаса и отказа от проведения гидравлического расчета системы отопления. Что же важно учитывать при монтаже системы:

• только в случае правильно выполненного монтажа будет осуществляться равномерная подача теплоносителя ко всем элементам системы. А этот показатель – залог равновесия между регулярно изменяющейся температурой воздуха снаружи и внутри помещения.
• минимализация затрат на эксплуатацию системы (в особенности – топливной) приводит к тому, что значительно снижается гидравлическое сопротивление системы отопления.
• чем больше диаметр используемых труб – тем выше будет себестоимость отопительной системы.
• система должна быть не только надежной и качественно установленной. Важным фактором является и ее бесшумность.

Какую информацию получаем после того, как сделан гидравлический расчет отопления:

Рекомендуем к прочтению:

• диаметр труб, применимый на различных участках системы для ее максимально эффективной работы;
• гидравлическая устойчивость системы отопления в разных сегментах отопительной системы;
• тип гидравлической связки трубопровода. В некоторых случаях для достижения максимального равновесия отдельных процессов используется специальный каркас.
• расход и давление теплоносителя во время циркуляции в отопительной системе.

Конечно, расчет гидравлического сопротивления системы отопления является довольно затратным процессом. Однако следует учитывать то, что правильность его проведения дает возможность получения максимально точной информации, необходимой для создания качественной отопительной системы. Поэтому наиболее правильным является привлечение специалиста, а не попытка произвести данный расчет самостоятельно.

Пример рабочей схемы в программе при выполнении гидравлического расчета

Перед тем, как будет проведен гидравлический расчет системы отопления онлайн, следует получить такие данные:

• равновесие показателей тепла во всех помещениях, которые необходимо будет отапливать;
• наиболее подходящий тип отопительных приборов, прорисовать на предварительном плане отопительной системы их детальное расположение;
• определение типа и диаметра используемых для монтажа системы труб;
• разработка плана запорного и направляющего каркасов. Помимо этого, важно до мелочей продумать расположение в системе всех элементов – от генераторов тепла до вентилей, стабилизаторов давления и датчиков контроля уровня температуры теплоносителя;
• создание максимально детального плана системы, на котором будут указаны все ее элементы, а также длина и нагрузка сегментов;
• определить расположение замкнутого контура.

Пример таблицы с полученными данными гидравлического расчета

Пример расчета гидравлики отопления

Приведем пример гидравлического расчета системы отопления. Возьмем отдельный участок трубопровода, на котором наблюдается стабильная теплопотеря. Диаметр труб не меняется.

Определить этот участок следует, основываясь на данных о тепловом балансе помещения, в котором он находится. Важно помнить – нумерация участков начинается от источника тепла. Помечаем связующие узлы, присутствующие на подающем участке магистрали прописными буквами.

Рекомендуем к прочтению:

Принципиальная схема отопления

В случае если на магистрали присутствуют узлы – их следует пометить небольшим штрихом. Используем арабские цифры для определения узловых точек, которые присутствуют в участках ответвления. При горизонтальной отопительной системе каждая из точек соответствует номеру этажа здания. В случае применения вертикальной системы значение точки соответствует значению стояка. Узлы, в которых происходит сбор потока, также следует отмечать штрихами. Следует отметить, что номера непременно должны состоять из двух цифр. Первая из них означает начало участка, ну а вторая, соответственно, – конец.

В случае применения вертикальной системы нумерацию стояков следует проводить арабскими цифрами, следуя при этом по часовой стрелке.

Для определения протяженности всех участков трубопровода следует использовать предварительно составленную детальную план-смету. При ее  создании следует придерживаться точности 0,1 м. При этом тепловой поток участка, в котором происходят вычисления, равен тепловой нагрузке, отдаваемой теплоносителем в данном сегменте системы.

Показатели гидравлического расчета расчетного циркуляционного контура с учетом потерь давления на местные сопротивления на участках

Использование программ

В процессе моделирования новой постройки, наиболее рациональным является использование специальной программы, которая максимально точно определяет тепловые и гидравлические характеристики будущей отопительной системы. А можно использовать программу excel. При этом программа предоставляет такие данные:

• необходимый диаметр трубопровода;
• размер отопительных устройств;
• тип регулирования вентилей балансировки;
• уровень настройки регулировочных вентилей;
• уровень предварительного регулирования термостатических клапанов;
• настройку датчиков колебания давления в системе.

Конечно же, непосвященному пользователю будет крайне сложно провести самостоятельно расчет и гидравлическое испытание системы отопления. Наиболее правильным вариантом является обращение к специалисту, который имеет достаточный опыт в данной сфере. В случае, когда возможности привлечения профессионала нет, следует внимательно ознакомиться с методической литературой, в которой максимально детально описывается процесс проведения гидравлического расчета.

otoplenie-doma.org

Гидравлический расчет системы отопления: пример, сопротивление отопительных приборов

Гидравлический расчет системы отопления

Централизованный тип постепенно уступает место автономной системе отопления. Многие принимают решение обогревать помещения собственными силами, желая создать идеальное сочетание экономичности, тепла и комфорта. Именно поэтому особую актуальность приобретает гидравлический расчет системы отопления.

На начальном этапе предстоят финансовые траты. Однако новейшее отопительное оборудование обладает инновационным подходом к процессу регулирования подачи тепла по сравнению со старым, поэтому вложенные деньги быстро окупаются. Но такую гармонию могут обеспечить лишь системы, созданные по всем правилам. Они смогут профессионально преодолеть возникающее гидравлическое сопротивление.

Для чего делается расчет

Вычисления производят в первую очередь для того, чтобы определить такие характеристики циркуляционного насоса, как производительность и напор, которые позволят системе отопления работать с наибольшей эффективностью.

Конечно, какую-то циркуляцию в контуре создаст любой насос, даже самый маломощный, но насколько экономичной будет такая схема? Часто бывает так, что и котел исправно работает и радиаторов в доме достаточно, но они не греют из-за слабой циркуляции в системе.

Чтобы контуры отопления работали в полную силу, необходимо, чтобы насос преодолел гидравлическое сопротивление элементов системы потоку воды в трубах, а также потери давления. Но и насос большей мощности, чем нужно, также приведет к нежелательным эффектам. Кроме повышенного расхода электроэнергии, превышение давления плохо скажется на долговечности соединений, а увеличение скорости продвижения теплоносителя приведет к возникновению шумов.

Правильно рассчитанное гидравлическое сопротивление и качественная регулирующая арматура – наиболее эффективное сочетание.

Соблюдение ключевых условий обеспечивают следующие факторы:

• снабжение отопительных приборов должно осуществляться в достаточном объеме для идеального баланса в помещении при температурных колебаниях воздуха снаружи и в жилище;
• минимизация затрат на эксплуатацию, чтобы преодолеть системное гидравлическое сопротивление;
• снижение капитальных затрат во время прокладки отопления.

Что учитывается в расчете?

Перед тем как начинать вычисления, следует выполнить ряд графиче

ских действий (часто для этого применяется специальная программа). Гидравлический расчет предполагает определение показателя баланса тепла помещения, в котором происходит отопительный процесс.

Для расчета системы рассматривается самый протяженный контур отопления, включающий наибольшее количество приборов, фитингов, регулирующей и запорной арматуры и наибольший перепад давления по высоте. В расчете участвуют такие величины:

• материал трубопроводов;
• суммарная длина всех участков трубы;
• диаметр трубопровода;
• изгибы трубопровода;
• сопротивление фитингов, арматуры и отопительных приборов;
• наличие байпасов;
• текучесть теплоносителя.

Чтобы учесть все эти параметры существуют специализированные компьютерные программы, как пример — «НТП Трубопровод», «Oventrop CO», HERZ С.О. версии 3.5. или множество их аналогов, облегчающие специалистам производство расчетов.

Они содержат необходимые справочные данные по каждому элементу системы теплоснабжения и позволяет автоматизировать сам расчет. Однако проделать львиную долю работы, определить узловые точки и внести все данные для расчета и особенности схемы трубопровода придется пользователю. Для удобства целесообразно постепенно заполнять заранее созданную форму в MS excel.

Сделать верные расчеты в части преодоления сопротивления – это самый трудоемкий, но нео

бходимый шаг при проектировании отопительных систем водяного типа.

Выбор радиаторов и длины участков трубопровода

Необходимо определиться с видом устройств для отопления и проставить места их расположение на плане помещения. Далее должно быть принято решение об итоговой конфигурации отопительной системы, вида трубопровода (однотрубный или двухтрубный), арматуры для запора и регулирования (клапана, регуляторы, вентили, датчики давления, расхода и температуры).

Затем на вычерченной схеме указывается номер тепловых нагрузок и точная длина участков, для которых производится расчет. В заключении определяется «циркулирующее кольцо». Оно представляет собой контур замкнутого вида, который включает в себя все последовательные трубопроводные участки, на которых ожидается повышенный расход носителя тепла на расстоянии от источника, излучающего теплоэнергию, до самого дальнего прибора отопления (при двухконтурной системе) или до приборной ветки (при однотрубной системе) и назад к отопительному механизму.

Нюансы

При гидравлическом расчете с помощью компьютера excel – не единственная, хоть и наиболее простая. Для данного вида подсчетов разработаны специализированные программы, с которыми работать значительно проще.

В роли расчетного трубопровода обычно выступает участок, имеющий неизменный расход носителя тепла и постоянный диаметр. Так будет проще получить правильные данные. Он определяется по тепловому балансу помещения.

Нумерация участков должна происходить от теплового источника. Чтобы обозначить узловые точки на трубопроводе, который осуществляет подачу, в местах ответвлений применяют буквы алфавита. На магистралях сборного типа в соответствующих узлах их обозначают штрихами (пример хорошо это иллюстрирует).

Узловые точки на ответвлениях приборных веток обозначаются арабскими цифрами. Каждая соответствует номеру этажа, если применяется система горизонтального типа, или номеру ветки-стояка с приборами, если речь идет о вертикальной системе. В номер всегда входят две цифры – начало и конец участка. Длина трубопроводных участков определяется по плану, который вычерчивается в масштабе. Точность составляет 0,1 м.

Расчет однотрубной системы отопления рекомендуется проводить при одинаковых (постоянных) или различных (переменных) перепадах температуры воды в стояках методом характеристик сопротивления. При этом следует применять верхнюю разводку, при которой обеспечивается движение воды к отопительному прибору «сверху-вниз».

Скачать пример гидравлического расчета

x-teplo.ru

6. Гидравлический расчет системы отопления

Принятая конструкция системы отопления должна быть представлена аксонометрической схемой в пояснительной записке (расчётная схема) и на чертеже.

На аксонометрической схеме должны быть изображены повороты, скобы, утки, необходимая арматура; на схеме в пояснительной записке, дополнительно к вышесказанному должны быть указаны номера рассчитываемых участков, их длина и тепловая нагрузка.

Аксонометрическая схема является основой для гидравлического расчёта трубопроводов.

Расчётным участком называется участок трубопровода постоянного диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Исключение составляют стояки вертикальных однотрубных систем, где на расчётном участке могут быть трубы разного диаметра.

Циркуляционное кольцо – это замкнутый контур в системе отопления. Количество циркуляционных колец в двухтрубной системе отопления равно числу отопительных приборов.

В реальных проектах проводят расчет всех колец, в учебном проекте число колец ограничено, но расчеты наибольшего и наименьшего по длине колец обязательны.

Целью гидравлического расчёта трубопроводов системы отопления является определение оптимальных диаметров, при которых обеспечивается устойчивая и надёжная доставка расчётного количества теплоносителя ко всем отопительным приборам при заданном перепаде давления теплоносителя в подающей и обратной магистралях тепловой сети.

Задача гидравлического расчёта сводится к выбору минимальных диаметров на всех участках сети таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца не превышало располагаемого циркуляционного давления с запасом 5…10%, а разность гидравлических сопротивлений главного полукольца и каждого из остальных полуколец не превышала 15%.

Гидравлический расчет трубопроводов производится в следующем порядке:

1. Определяется главное циркуляционное кольцо. Это кольцо проходит через наиболее удаленный отопительный прибор первого этажа и является самым нагруженным во всей системе. Главное кольцо разбивается на расчетные участки, начиная с обратной подводки наиболее неблагоприятно расположенного отопительного прибора по обратным трубопроводам до узла ввода и далее по подающим трубопроводам до расчетного прибора.

2. Определяется расчетное циркуляционное давление для главного циркуляционного кольца по формуле:

ΔP_рц = ΔР_н+Б(ΔР_е._пр+ΔР_е._тр), (6.2)

где ΔР_Н – заданный перепад давления в магистралях тепловой сети на вводе, Па;

Б – коэффициент, определяющий долю максимального гравитационно­го давления, которую целесообразно учитывать в расчетных усло­виях.

Для двухтрубных систем Б = 0.4 … 0.5.

ΔР_е._пр – естественное гравитационное давление, создаваемое в системе за счет охлаждения воды в отопительных приборах в расчетных усло­виях:

ΔР_е._пр=gh^.(ρ_о— ρ_г) = 6,2h^.(t_г-t₀), (6.3)

где g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – вертикальное расстояние от оси узла ввода до оси отопительного прибора расчетного кольца, м;

ρ_о, ρ_г – соответственно плотность охлажденной и горячей воды, кг/м;

t_г, t₀ – соответственно температура на входе в прибор и выходе из прибора, °С;

ΔР_е._тр – естественное гравитационное давление (Па), создаваемое за счет осты­вания воды в трубопроводах, определяется по прил. 8 [4]. В системах отопления с нижней разводкой ΔР_е._тр не учитывается.

3. Для каждого участка расчетного кольца определяется расход теплоноси­теля, кг/ч:

G= , (6.4)

где суммарная тепловая мощность отопительных приборов, подсоединенных кi-му участку трубопровода, Вт;

С– удельная массовая теплоемкость воды (С = 4,187 кДж/кг^.К).

4. Определяются ориентировочные удельные потери давления на трение на 1 м длины трубопровода, Па/м:

R_ор=0,9^.k, (6.5)

где k – доля потерь давления на трение. Для систем с искусственной цирку­ляцией принимается равной 0,65;

ΔP_pц, – расчетное циркуляционное давление, Па;

Σl – сумма длин рассчитываемых участков, м.

Найденная величина R_ор является приблизительной. При подборе диаметров труб для конкретных участков могут применяться величины, большие или меньшие R_ор.

5. Для каждого расчетного участка главного циркуляционного кольца, ориентируясь на R_op по прил. 10 [4] отыскивается заданный расход теп­лоносителя Gi и определяется соответствующее ему значение диаметра трубо­провода d, скорости движения теплоносителя V и фактическое значение удельной потери давления на трение R_i.

6. Вычисляется расчетная потеря давления на трение на участке, равная произведению R_i^. l_i.

7. По каждому расчетному участку главного циркуляционного кольца по приложению 9 [4] или по приложениям 7 и 8 определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ.

8. По приложению 7 [4] и приложению 5 находится значения ρ и определяется динамическое давление, Па:

Р_дi=.(6.6)

9. Произведение Р_дi^.Σξ определяет потери давления на местные со­противления Z_i на рассчитываемом участке.

10. По каждому расчетному участку вычисляется полная потеря давления, Па:

ΔP_i = R_i^.l_i + Z_i . (6.7)

11. Определяется полная потеря давления в главном циркуляционном кольце, Па:

Δ P_г.ц.к.=. (6.8)

12. Рассчитывается запас давления на неучтенные в расчете гидравличе­ские сопротивления:

100% = 5.. .10%. (6.9)

Если запас давления окажется меньше 5 % или больше 10 %, то необходи­мо соответственно увеличивать или уменьшить диаметры наиболее нагружен­ных участков главного циркуляционного кольца.

Рассчитанное таким образом главное циркуляционное кольцо, принимается в дальнейших расчетах за опорное для гидравлической увязки всех остальных колец системы. Для каждого циркуляционного кольца есть точки, общие с главным циркуляционным кольцом, где происходит деление или слияние пото­ков. Задача дальнейшего расчета состоит в подборе диаметров участков полу­колец таким образом, чтобы гидравлические потери в них были равны уже под­считанным потерям давления между общими точками на участках главного циркуляционного кольца. Расчет малых полуколец производится аналогично расчету главного цир­куляционного кольца. Величина невязки в полукольцах определяется по фор­муле:

≤15 %, (6.10)

где ΔР_г.п.к. – потеря давления в главном полукольце, равная потере давления на участках, не общих с малым полукольцом, Па;

ΔР_м.п.к. – потеря давления в малом полукольце, Па.

Если по расчету невязка получилась больше 15 %, в нижней части стояка малого полукольца необходимо установить дополнительное местное сопротив­ление (кран двойной регулировки или дроссельную диафрагму).

Диаметр отверстия дроссельной шайбы рассчитывают по формуле, мм:

d_ш = 2, (6.11)

где G – расход теплоносителя, кг/ч, на участке, где устанавливают шайбу;

ΔР_ш – требуемая потеря напора в шайбе. Принимается равной потерям напора на участке, где установлена шайба.

Диаметр отверстия шайбы округляют до 0,5 мм в ближайшую сторону. Для уменьшения возможности засорения отверстия диаметр шайбы принимают не меньше 3 мм.

Данные гидравлического расчета сводятся в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Гидравлический расчет системы отопления

№ уч-ка	ΣQi Bт	Gi кг/ч	l м	d мм	V м/с	Ri Па/м	Ri.l Па	Σξ	Pд Па	Z Па	ΔР Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

При выполнении гидравлического расчета необходимо следить, чтобы скорости движения воды не превышали предельно допустимых значений из условия бесшумной работы системы отопления (V ≤1,5м/с).

studfile.net

Гидравлический расчет горизонтальной двухтрубной системы отопления — Отопление и утепление

Содержание статьи

Некоторые лица, занимаясь строительством собственного дома, обустраивают систему обогрева в них «на глаз», что категорически недопустимо.

Необходимо учитывать, что каждое строение имеет строго индивидуальные характеристики. Поэтому, для обеспечения комфортного пребывания человека, отопительная система должна обеспечивать поступление тепла в требуемых количествах.

Определить требуемые характеристики системы вашего дома можно, только проведя специальный гидравлический расчет горизонтальной двухтрубной системы отопления. При этом используются специальные программные продукты (при их наличии) и таблицы.

С чего начать расчет гидравлики для горизонтальной двухтрубной отопительной системы?

Начинать расчёты надо «от печки», в прямом смысле слова. Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления, можно выполнять только после того, как определено, на каком топливе будет работать установленный у вас котёл.

После этого можно приступать к собственно расчетам, главной целью которых является:

1. Определение требуемого количества отопительных приборов и мощности насоса.
2. Уточнение количества и суммарной длины трубопроводов, их требуемых диаметров.
3. Определение вероятных тепловых потерь.

Все расчёты выполняются по предварительно вычерченной в масштабе схеме отопления, на которую следует нанести все составляющие её элементы, до последнего крана. В дополнение к ней вам потребуются базовые формулы, специальные расчётные таблицы и соответствующая программа (всё это легко найти в интернете).

Порядок выполнения расчётов

Пример гидравлического расчета двухтрубной системы отопления можно найти на специализированных сайтах.

В настоящей статье мы рассмотрим последовательность выполнения расчётов со следующим допущением. Пусть на нашем объекте имеется горизонтальная двухтрубная система обогрева. Указанный вариант наиболее часто встречается при обустройстве СО частных жилых домов общей площадью до 150 м2.

За расчётный объект, в указанном случае, следует принять кольцо трубопровода СО, работающее под максимальной нагрузкой.

Далее определяем требуемое сечение трубопровода и вероятные потери давления, которые могут иметь место во всём контуре СО. Затем определяемся с общей площадью поверхности отопительных приборов, которую можно считать оптимальной.

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления, включающий все вышеперечисленные расчёты, выполняется с использованием программы и таблицы, упомянутых выше. Полученные результаты помогут определить:

• все вероятные сопротивления, которые могут иметь место в будущем контуре отопления;
• точные характеристики температур;
• расход горячей воды в каждой части системы.

Фактически гидравлический расчет горизонтальной двухтрубной системы отопления позволяет вам оптимизировать схему вашей СО уже на стадии проектирования. Что убережёт от излишних расходом и неизбежных, в противном случае, переделок.

Выполнение гидравлического расчёта системы с учётом имеющихся трубопроводов.

Схема системы отопления с открытым расширительным баком и встроенным циркуляционным насосом

Гидравлический расчет горизонтальной двухтрубной системы отопления в данном случае потребует знания основных параметров гидросистемы, включая сопротивление, создаваемое арматурой (гидравлическое), и самими трубами, а так же скорость перемещения и расход горячей воды. Так же необходимо наличие специальной программы, упоминавшейся ранее, и соответствующая таблица.

Поясним, почему нельзя упускать данные показатели. Если скорость движения горячей воды по трубам возрастёт, то это автоматически приведёт к росту показателя гидравлического сопротивления в трубах. Повышение расхода горячей воды приведёт к одновременному росту двух упомянутых выше показателей.

Скорость перемещения теплоносителя показатель гидравлического сопротивления магистрали, при прочих равных условиях, обратно пропорциональны внутреннему диаметру трубопроводов и т.п.

Гидравлический расчет двухтрубной горизонтальной системы отопления позволяет, в процессе анализа выявленных взаимосвязей параметров, получить достоверную картину будущей эффективности и надёжности выбранной схемы отопления.

А это, в свою очередь, позволит вам снизить расходы на закупку требуемых материалов и комплектующих. При расчётах важно не забывать о том, что все гидравлические характеристики являются величинами переменными, поэтому работать с ними необходимо с использованием специальных номограмм.

Гидравлический расчёт варианта схемы двухтрубной системы

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления с нижней разводкой, как возможного варианта системы, включает просчёт вероятного расхода горячей воды. Последний находится в прямой зависимости от тепловой нагрузки, приходящейся на него в момент движения. Указанный критерий имеется как в программе, упомянутой выше, так и в таблице (далее – справочные материалы).

В процессе выполнения упомянутого расчёта определяется расходный уровень горячей воды относительно конкретного участка. А именно, того, на котором фиксируется const расход воды и постоянный внутренний диаметр трубы.

Поясним на примере. Имеем ветку с десятью радиаторами по 1кВт. Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления с верхней разводкой в этом случае требует расчёта расхода воды с тем учётом, что будет осуществлён перенос 10 кВт тепла.

Конкретным участком при выполнении расчёта выступает отрез от радиатора, установленного первым по ходу
теплоносителя, до теплогенератора. Но только в том случае, что труба на всём участке имеет постоянный диаметр.

Следующий участок находится между 1-ым и 2-ым радиаторами. На этом участке перенос рассчитывается уже для 9 кВт и т.п.

Схема отопительной системы с ЕЦ

Здесь мы проводим гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы отопления. В указанном случае сопротивление считается как для прямой, так и для обратной ветки трубопровода.

Вычисляется расход горячей воды по специальной формуле, приведённой в справочных материалах.

Теплоснабжение имеющихся распределителей

Гидравлический расчет двухтрубной тупиковой системы отопления в указанном случае требует минимальную скорость горячей воды определять пороговым значением, которое для неё составляет (0,2-0,26) м/сек. При меньших скоростях из воды начинает выделяться воздух.

Высока вероятность появления пробок, что, в свою очередь, может привести к отказу СО. Верхним пределом скорости перемещения горячей воды является значение, лежащее в диапазоне (0,6-1,5) м/сек. При превышении указанного показателя в СО возникают гидравлические шумы. Оптимальные значения скорости лежат в диапазоне (0,4-0,7) м/сек

Схема системы от распределителей

Гидравлическим сопротивлением именуется величина потери давления в магистрали на определённом участке. Общее сопротивление вычисляется путем суммирования местных значений и потерь, обусловленных трением теплоносителя в трубопроводе.

Для расчёта указанного показателя также имеется специальная формула в справочных материалах.

Как проводится гидравлический расчет трубопроводов в системе отопления?

В случае, когда гидравлика считается при попутном движении теплоносителя, чтобы выполнить гидравлический расчет двухтрубной горизонтальной системы отопления выбирается кольцо с максимально загруженным стояком. С учётом того, что радиатор при этом находится внизу.

Для тупиковой версии перемещения горячей воды расчеты выполняются для кольца с нижним радиатором для max загруженного из дальних стояков.

Для горизонтальной схемы берётся кольцо с учетом самой загруженной его ветки, проходящей по первому этажу.

Загрузка…

vse-otoplenie.ru