Расчет системы водяного отопления частного дома.
Можно ли произвести проектирование, расчет и монтаж систем отопления дома, не прибегая для этого к услугам профессионалов? Если вы настроены серьезно, и готовы активизировать все свои запасы предельного внимания, то без проблем! Я научу вас, как произвести необходимые расчеты объема, используя для этого простейшие формулы, которые не требуют программы и не вызовут у вас затруднений.
Расчет котла отопления в зависимости от его типа
Очень важно предварительно определиться с тем, какой тип отопительного котла будет установлен в вашем доме. Определяться с этим вопросом я рекомендую на основе того, какой источник получения тепла наиболее доступен для вашего региона. Это может быть газ, твердый уголь, жидкое топливо, электричество. В общем, какие виды топлива для отопления жилого дома обойдутся вам в меньшую сумму, такие и предпочитайте.
1. Электрические котлы. В нашей стране такой тип котлов отопления не очень популярен, что объясняется стоимостью электричества. Кроме того, электрический котел требует хорошо налаженной электрической сети, вследствие чего для многих современных российских поселков электрокотел использовать не рекомендуется.
2. Твердотопливные котлы. Все будет зависеть от того, на какую сумму вы готовы расщедриться. Если вы хотите сэкономить, будьте готовы к постоянной подсыпке угля и неравномерному нагреву теплоносителя. Ну а если вы собираетесь приобрести по-настоящему качественный автоматический котел зарубежного производства, то производя расчет радиаторов отопления, можете рассматривать этот вариант в качестве приоритетного.
3. Газовые котлы. Газ обладает самым высоким коэффициентом полезного действия, да и безопасность газовых котлов на высшем уровне. И если ваш загородный дом подключен к газовой трубе, настоятельно рекомендую присмотреться к этому варианту с наибольшим вниманием, поскольку поставить такой котел можно даже на кухне.
4. Жидкотопливные котлы . Для экологии это самый непривлекательный вариант, но если жидкое топливо для вашего региона является наиболее экономичным, этот параметр можно считать несущественным.
Расчет мощности системы отопления
Для произведения необходимых расчетов системы отопления, предлагаю воспользоваться достаточно простой формулой или методикой. Нужно умножить площадь помещения на удельную климатическую мощность и разделить результат на 10.
1. Площадь помещения. Может показаться, что этот параметр самый простой для вычисления. В большинстве случаев, люди берут площадь всех жилых комнат, где желательно установление комфортной температуры. И это большая ошибка. Я напоминаю, что волей-неволей, отапливаться будут все помещения, без исключений, в том числе и коридоры, если вы только их не загерметизируете. Поэтому, производя тепловой расчет мощности котла отопления, берите всю площадь дома целиком.
2. Удельная климатическая мощность. Этот показатель основывается на регионе вашего проживания. Для центральных районов нашей страны коэффициент находится на уровне 1,2-1,5 кВт, для южных районов – 0,7-0,9 кВт, а в северных районах он возрастает до 1,5-2,0 кВт. Здесь дополнительных объяснений, думаю, не требуется.
Привожу пример, который основан на реальной практике. При площади дома в 100 квадратов, расположенного в центральном районе России, мощность используемого котла отопления должна составлять 100х1,2/10 = 12 киловатт или 15 киловатт, если вы считаете, что в вашем центральном районе достаточно холодно.
Расчет количества секций радиаторов отопления
Когда вы разобрались, какой тип котла вам подойдет, и какова будет его мощность, можете приступать к расчету количества секций в используемых батареях. Здесь я также предлагаю использовать довольно простую формулу. Нужно площадь отапливаемого помещения умножить на 100 и разделить на мощность секции батареи.
1. Площадь комнаты. Поскольку радиаторы рассчитаны исключительно на отопление одной комнаты, то площадь всего дома нам не понадобится. Знакомые специалисты дали мне очень ценную рекомендацию. Стандартная формула может использоваться лишь в том случае, если в смежные помещения также будут отапливаться по вышеозвученной формуле. Если по каким-то причинам, вы оставили соседнюю «кладовку» без отопления, то расчет количества радиаторов отопления придется проводить с учетом того, что некоторое количество тепла может покинуть комнату в «холодном» направлении.
2. Цифра 100, фигурирующая в моей формуле, берется не с потолка. Дело в том, что соответствующий СНиП предписывает на квадрат жилого помещения использовать 100 ватт мощности, чего будет вполне достаточно для установления комфортной температуры.
3. Что касается мощности секции отопительного радиатора, то она индивидуальна и зависит от того материала, из которого изготовлена батарея. Если вы не можете точно определить этот показатель, рекомендую основывать расчеты на 180-200 ваттах, что соответствует среднестатистической мощности секции современных радиаторов.
Итак, производим расчет батарей отопления на примере. При размере комнаты в 20 квадратов и мощности секции в 180 ватт, количество секций вычисляется следующим образом. Умножаем 20 на 100 и делим на 180. Получаем примерно 11 секций батареи отопления. Дополнительно можно умножить эту величину на 1,2, в случае, если помещение расположено на углу или в торце здания.
Радиаторные материалы для отопления
Осталось определиться с тем, из какого материала будут выполнены радиаторы, по которым будет бежать вода в вашей системе отопления в коттедже. Трубчатые стальные батареи я рекомендую сразу отбросить. Возможно, они и дешевые, но во-первых, на них дается гарантия всего 1 год, а во вторых они имеют низкую мощность секций на уровне 85 Вт. Чугунные радиаторы могут похвастаться большей надежностью, но мощность секций у них лишь немного выше, чем у стальных – 110 Вт. Предлагаю не жалеть денег и покупать анодированные радиаторы с хорошей защитой от коррозии, 30-летней гарантией и мощностью на уровне 215 Вт.
Как сделать монтаж отопительной системы своими руками:
Трубопроводы в системе отопления выполняют важную функцию распределения теплоносителя по отдельным нагревательным приборам.
В водяных системах количество принесенного теплоносителем тепла зависит от его расхода и перепада температуры при охлаждении воды в приборе. Обычно при расчете задают общий для системы перепад температуры теплоносителя и стремятся к тому, чтобы в двухтрубных системах этот перепад был выдержан для всех приборов и для системы в целом, в однотрубных системах - для всех стояков. При известном перепаде температуры теплоносителя по трубопроводам системы к каждому нагревательному прибору должен быть подведен определенный расчетом расход воды.
В инженерной практике эта задача решается методом подбора.
Провести гидравлический расчет сети трубопроводов системы отопления (с учетом располагаемых циркуляционных давлений) - это значит так подобрать диаметры отдельных участков, чтобы по ним проходили расчетные расходы теплоносителя. Расчет ведется подбором с выбором диаметров по имеющемуся сортаменту труб, поэтому он всегда связан с некоторой погрешностью. Для различных систем и отдельных их элементов допускаются определенные невязки, которые должны быть выдержаны в расчете.
Потери давления на участках трубопроводов . Движение воды в трубопроводах происходит от сечений с большим давлением к сечениям с меньшим давлением. Давление теряется на преодоление сопротивления трения по длине труб и местных сопротивлений. В системах водяного отопления доля потерь на трение и в местных сопротивлениях примерно одного порядка, поэтому их необходимо одинаково полно учитывать в гидравлическом расчете. В системе отопления вода циркулирует по замкнутому контуру. Согласно уравнению Бернулли, разность давлений Δр на протяжении произвольного контура трубопровода системы должна быть равна сумме гидравлических потерь на трение Δр тр и в местных сопротивлениях Δр м.с. :
Δр = Δр тр + Δр м.с (5.18)
Учитывая сложность расчета потерь давления на трение по формулам, обычно пользуются таблицами или номограммами. Потери давления на трение Δр тр определяют по выражению
Δр тр = Rl, (5.27)
где R - удельные потери давления на трение (отнесенные к 1 м длины трубы).
Значение R очевидно из формулы (5.19). Таблица для определения значения удельных потерь давления на трение R, Па/м, в зависимости от скорости υ, м/с, или расхода G , кг/ч, воды, протекающей по трубам различного диаметра d, мм, приведена в прил. 7.
Потери давления в местных сопротивлениях Δр м.с обычно обозначают буквой Z . Величину Z можно определить по формуле
Z = Σξ (5.28)
где ξ -коэффициент потерь давления в местном сопротивлении, или сокращенно коэффициент местного сопротивления.
Коэффициент ξ характеризует гидравлические особенности различных местных сопротивлений
В приложении 8 даны значения коэффициентов местных сопротивлений для различных элементов систем отопления. Численные значения коэффициентов ξ особенно для тройников и крестовин, зависят от абсолютных и относительных значений расходов проходящих потоков и диаметров труб, поэтому приведенные в приложении данные являются приближенными. Их достаточно надежно можно использовать для расчета двухтрубных систем и магистральных участков однотрубных систем.
Часть трубопровода системы, в пределах которой расход теплоносителя, а также диаметр трубы остаются неизменными, называют участком . На участке может быть несколько местных сопротивлений. Общие гидравлические потери давления Δр i , в пределах расчетного участка i равны:
Δр i = (Rl+Z) i . (5.29)
Циркулирующие в системе отопления потоки последовательно проходят ряд участков. Потери давления на последовательно соединенных участках Δр равны сумме потерь давления на отдельных участках:
Δр
= 
(5.30)
Трубопроводы системы отопления образуют ряд связанных между собой параллельных колец; в отдельных точках системы потоки расходятся, а в других сходятся, образуя как бы полукольца одного замкнутого контура. Перепады давлений, под влиянием которых происходит движение воды по каждому из полуколец между общими точками деления и слияния, будут одинаковыми. Так будет в изотермических условиях.
Можно сформулировать общее правило: потери давления на полукольцах между общими точками с учетом дополнительных гравитационных давлений равны между собой.
На рис. 5.6 приведены две схемы системы отопления: тупиковая и с попутным движением воды в подающей и обратной магистралях. Схемы начерчены упрощенно, на них изображены только магистрали и стояки без нагревательных приборов, арматуры и пр. На примере этих схем и на основе сформулированного общего правила удобно записать уравнения увязки отдельных полуколец трубопроводов в системе.
В тупиковой схеме в циркуляционном кольце стояков I и V потери на трение и в местных сопротивлениях на участке аг должны равняться сумме потерь на участках аб, бв и вг . В схеме с попутным движением в циркуляционном кольце стояков I и V сумма потерь на трение и в местных сопротивлениях на участках аг и гв должна равняться сумме потерь на участках аб и бв. Однако, поскольку в обеих схемах вода по пути от котла к стояку V охлаждается больше, чем по пути от котла к стояку I , и, следовательно, соответствующие гравитационные давления Δр е для стояков I и V различны, расходуемое давление на рассматриваемых полукольцах трубопровода нужно записать в следующем виде:
для тупиковой схемы
Σ(Rl+Z) аг = Σ(Rl+Z) абвг –(Δр е абвг - Δр е аг) (5.31)
для схемы с попутным движением
Σ(Rl+Z) авг = Σ(Rl+Z) абв –(Δр е абв - Δр е агв) (5.32)
Гравитационное давление на каждом из параллельных ответвлений будет определяться по общей формуле (5.5). В данном случае необходимо, чтобы для каждого рассмотренного контура трубопроводов плоскость отсчета высот положения отдельных точек нагрева или охлаждения на полукольцах была общей. Обычно удобно производить отсчет от плоскости, проходящей через точки деления или слияния потоков циркуляционных контуров.
Методика гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления.
Методика гидравлического расчета систем отопления основана на закономерностях циркуляции теплоносителя в системе трубопроводов и определяет последовательность проведения этого расчета. Обычно задача состоит в определении диаметров на отдельных участках при заданных расходах и давлениях. Расчет начинают с определения располагаемого циркуляционного давления. Величину Δр р.ц определяют по формуле (5.15) для систем с естественной циркуляцией или по формуле (5.16) для насосных систем и систем, присоединенных к тепловой сети.
При расчете за главное (наиболее невыгодно рассоложенное в гидравлическом отношении) циркуляционное кольцо принимают то, для которого располагаемое циркуляционное давление на 1 м длины трубопровода оказывается наименьшим.
В тупиковых схемах двухтрубных систем (см.рис. 5.6, а ) главным обычно оказывается циркуляционное кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка.
В тупиковых схемах однотрубных систем за главное принимается кольцо, проходящее через дальний стояк.
В схемах с попутным движением (см.рис. 5.6, б ) протяженность колец через приборы нижнего этажа для всех стояков приблизительно одинаковая. В этом случае перепад давлений в системе заранее не ограничивают, а подбирают диаметры трубопроводов из условия предельно-допустимых скоростей движения теплоносителя и возможной увязки гидравлических потерь давления по отдельным параллельным полукольцам систем
В этом случае удобно в качестве главного принимать кольцо, проходящее через нижний прибор (в двухтрубной системе) одного из средних наиболее нагруженных стояков. Именно этот стояк в схемах с попутным движением (в том числе и однотрубных систем) оказывается наиболее невыгодным в гидравлическом отношении.
Задача гидравлического расчета главного циркуляционного кольца состоит в подборе диаметров его отдельных участков таким образом, чтобы суммарные потери давления по кольцу Σ(Rl+Z) г.ц.в были на 5-10% меньше величины расчетного давления Δр р.ц, т.е.
Σ(Rl+Z) г.ц.в = (0,9 ... 0,95) Δр р.ц (5.33)
Некоторый запас давления необходим на случай неучтенных в расчете гидравлических сопротивлений.
Рассчитанное таким образом главное циркуляционное кольцо принимается в дальнейшем расчете в качестве опорного для гидравлической увязки всех остальных колец системы. Все циркуляционные кольца системы как бы привязывают в гидравлическом отношении к главному кольцу. Для каждого циркуляционного кольца есть точки, общие с главным кольцом, где происходит деление или слияние потоков. Одно из полуколец между этими общими точками всегда составлено уже рассчитанными участками главного кольца. Задача состоит в подборе диаметров участков второго полукольца таким образом, чтобы гидравлические потери в них были (с учетом дополнительных гравитационных давлений) равны уже подсчитанным потерям давления между общими точками на участках главного циркуляционного кольца [см. формулу (5.31) или (5.32)].
При этом чем ближе значения тех и других потерь, тем лучше. Точно увязать потери давления в полукольцах не всегда удается, однако необходимо выдержать определенную величину невязки между ними. В системах водяного отопления СНиП допускают невязку до ± 15%.
Невязка между потерями давления в полукольцах, проходящих через приборы разных этажей стояков двухтрубных систем, нормами не ограничивается, так как она должна быть устранена при монтажной регулировке системы с помощью кранов двойной регулировки.
Каждый человек желает, чтобы его жилье было комфортным и уютным. Это во многом зависит от поддержания в доме комфортной температуры. Но зачастую, особенно в зимний период, при неправильном расчете отопления мы замечаем, что температура воздуха в доме или низкая, или наоборот слишком жарко.
Возможно ли человеку, не имеющему навыков, рассчитать систему водяного отопления самостоятельно, не прибегая к услугам профессионалов? Попробуем решить этот вопрос.
Объем потребляемого тепла напрямую зависит от таких факторов, как потеря тепла через потолок, полы, стены, а также через оконные и дверные проемы. Для расчета отопления необходимо определить, какой вид отопительного котла вы решите установить в доме для поддержания тепла и стоимость отопления (от используемых ресурсов). Расчёт водяного отопления также зависит от конструкции строения и строительных материалов, из которых сделан дом. При выборе отопительного котла необходимо учитывать доступность к тому или иному источнику получения тепла, это может быть уголь, электричество, газ, жидкое топливо, древесина, а также немаловажно учитывать затраты на приобретение топлива для дома, соответственно чем их меньше тем лучше.
Рассмотрим типы котлов
1.Твердотопливный котел. Если вы рассчитываете сэкономить, то готовьтесь, что подброска дров или угля будет постоянная, а нагрев неравномерным. Однако если вы приобретаете качественный автоматический котел иностранного производства, то этот вариант можно рассматривать как приоритетный.
2. Электрический котел. В связи с большой стоимостью электроэнергии данный вид котла не слишком популярный. Кроме этого для использования данного котла необходима хорошо налаженная и постоянная электрическая сеть. Поэтому в районах с нестабильной электросетью или где часто происходят отключения электроэнергии использовать электрический котел не рационально.
3. Жидкотопливные котлы. Если для вашего региона жидкое топливо является самое экономичное, то, как вариант он очень подходящий. Но недостаток в том, что для экологии не самый лучший вариант.
4. Газовые котлы. Если ваш дом подключен к природному газу, это вариант будет очень хорош. Газ имеет самый высокий коэффициент полезного действия. Газовый котел можно поставить в любом помещении, даже на кухне и при этом безопасность его очень высока.
Основными параметрами расчета мощности котлов водяного отопления являются удельная мощность котла и площадь дома. Если общая площадь строения превышает сто квадратных метров, то необходимо в расчет водяного отопления включать циркулярный насос, выполняющий циркуляцию воды по отопительной системе.
Также в расчет водяного отопления нужно включить расчет количества радиаторов, стоимость трубопровода.
Для расчета количества батарей необходимо высчитать теплоотдачу одной секции радиатора и разделить на сто, так мы узнаем количество квадратных метров, которые батарея сможет обогревать.
При расчете стоимости водяного отопления надо учитывать трубопровод, для монтажа которого соответственно приобретаются трубы. Медный трубопровод считается самым надежным, он выдерживает высокие температуры и высокое давление, по этому, он безопасен даже при монтаже внутри стен. Недостатком медного трубопровода считается его дороговизна. Стальные трубы подвержены коррозии, если они не оцинкованы, при их установке используются сварочные работы. Полимерные трубы обладают хорошей механической прочностью, кислородонепроницаемы, имеют небольшой вес, легко монтируются.
