Пример гидравлического расчета горизонтальной двухтрубной системы. Последовательность выполнения гидравлического расчета. Определение расхода теплоносителя и диаметров труб

Электронные помощники облегчают расчеты

Благодаря развитию современных технологий и инженерных наук значительно повысилась эффективность большинства процессов в жизни человека, связанных с техникой. Даже один из наиболее сложных и непредсказуемых участков коммунального хозяйства – системы отопления – тщательно изучен и вписан в рамки общепринятых норм и правил. Благодаря многочисленным исследованиям, проведенным в области водяного отопления, инженеры получили возможность создать единую систему сведений, которые вписываются в гидравлический расчет системы отопления.

Его основным назначением является максимизация коэффициента полезного действия в замкнутых контурах с естественной и принудительной циркуляцией. Среди задач расчета можно выделить:

• Уменьшение эксплуатационных затрат.
• Снижение расхода энергоносителей.
• Уменьшение стоимости постройки системы отопления.
• Повышение эффективности обогрева всех помещения.
• Обеспечение полной безопасности жильцов дома.
• Снижение шумов до естественного уровня.
• Предотвращение разрушительного гидроудара в замкнутом пространстве.

В результате правильно проведенного расчета достигается значительное улучшение работоспособности вне зависимости от схемы построения. Правильное устройство системы также даст вам возможность забыть о необходимости ее обслуживания на долгие годы.

Однако процесс расчетов не так уж и прост – на практике он может занять довольно длительное время. Кроме того, он считается специалистами наиболее сложным этапом в проектировании гидравлического обогрева частного дома.

Процедура расчета включает в себя следующие этапы:

• Создание «теплового баланса» постройки.
• Выбор схемы и основных элементов системы отопления – в том числе с естественной или принудительной циркуляцией.
• Перенос схемы в аксонометрическую проекцию.
• Выделение циркуляционного кольца.
• Определение необходимого диаметра водяного трубопровода.
• Расчет гидравлического механизма потерь давления в отдельных участках циркуляции.
• Выполнение увязки параллельных ветвей водяного отопления.
• Определение расхода жидкости на обеспечение работоспособности всей системы.

Расчеты выполняются для участка с постоянным диаметром гидравлического трубопровода, обладающего стабильной емкостью теплоносителя. Рассмотрим процесс подробнее, взяв за пример схему обогрева двухэтажного дома.

Определение диаметра трубопроводов

Одной из важнейших задач гидравлического расчета является получение данных о необходимых для использования трубах. Вначале вы должны определить, из какого материала планируется прокладывать трубопровод, и каким должен быть его диаметр.

Изначально известно значение нескольких показателей. Большинство специалистов считают, что скорость движения теплоносителя в системе водяного отопления должна составлять 0,2-0,7 м/с - с естественной циркуляцией. При меньшем значении этого показателя в трубах будут образовываться воздушные пузырьки, а при большем повысится уровень шума, и возникнет повышенный риск гидравлического удара в замкнутом пространстве.

Материал труб имеет большое значение при расчете их нужного диаметра

Оптимальным вариантом является устройство металлопластиковых трубопроводов. Они обладают более низким коэффициентом гидравлического трения и меньшими потерями давления (45-280 Па/м) в системах с естественной и принудительной циркуляцией. Однако такой пример является идеальным. На практике намного чаще используются стальные водогазовые трубы с потерями 60-480 Па/м. Имея данные о тепловом потоке, а также принимая разницу температур между холодным и горячим потоком в 20 градусов (для однотрубной по умолчанию 35 градусов), можно определить диаметр труб по приведенной ниже таблице.

Схема расчета внутреннего диаметра трубы отопления

Следует учесть, что нельзя бесконечно гнаться за минимизацией диаметра водяного отопления. При достижении чрезмерно малой величины скорость движения теплоносителя в них превысит 1,0-1,2 м/с, что станет причиной сильных шумов. Конечно, для систем с естественной циркуляцией этот показатель почти недостижим, однако в них может значительно снизиться эффективность обогрева.

Если рассматривать выбранный нами пример, то следует заметить - в достаточно крупных домах гидравлический насос является обязательным компонентом системы. Приняв в качестве отправной точки площадь в 200 квадратных метров и скорость потока в 0,5 м/с, мы определяем, что необходимо остановиться на трубах диаметром 25 мм.

Внимание! Табличные значения приведены для варианта с использованием воды в качестве теплоносителя. Устройство системы с антифризом потребует проведения самостоятельных расчетов или получения данных от его производителя.

Потери давления

При составлении схемы важно учесть все нюансы

Приступая к учету потерь давления, особо важному для контуров с естественной циркуляцией, необходимо вначале разделить все кольца циркуляции, которые представляют собой участок трубопровода, ведущий от котла к потребителю тепла и обратно. Для однотрубной схемы кольцом является обособленный стояк, а для двухтрубной – каждый отопительный прибор в отдельности. Общие потери давления во всей гидравлической системе равны сумме потерь в каждом из колец, которые в свою очередь раскладываются на потери за счет трения и за счет местных сопротивлений.

Первый показатель равен половине произведения плотности воды на квадрат скорости в метрах в секунду. Второй – отношению длины к диаметру трубопровода, умноженному на коэффициент гидравлического трения и прибавленному к сумме коэффициентов местных гидравлических сопротивлений. Для расчета используют формулы, требующие знания коэффициентов шероховатости трубы, однако существуют специальные таблицы, в которых можно получить готовое число.

Но если такой гидравлический расчет представляет большую сложность, а производитель приводит готовую цифру удельных потерь давления на метр трубопровода, можно воспользоваться упрощенной формулой, в которой отношение коэффициента трения к диаметру трубы заменяется константой. Такая схема расчета чаще всего применяется для однотрубной организации отопления, когда точность конечного показателя имеет не столь большое значение.

Кроме того, применение упрощенного коэффициента также полностью оправдано при естественной циркуляции теплоносителя. В наш пример мы внесем дополнительные данные – длина обычного стального трубопровода 100 м, диаметр трубы расчетный, местные потери равны 800, количество участков – 1, табличное сопротивление 1,02. В таком случае потери будут равны 1,02*100*(971,8*0,5 2)/2+800=13190,5 Па.

Внимание! В сумму местных коэффициентов гидравлических сопротивлений также включаются показатели всей запорной арматуры, нагревательных приборов, расширительных баков и компрессионной техники.

Пример – котел, насос, расширительный бачок, краны регулировки, радиаторы, игольчатые вентили, байпасы и т. д.

Увязка колец контура

Подключение к трубопроводу

Действие законов физики приводит к тому, что в точках совмещения колец величина потери давления будет всегда одинаковой. Если просмотреть пример водяного контура нашего двухэтажного дома и предположить, что в нем существует 20 колец разного диаметра, расположенных на различном расстоянии от котла, то во всех будет наблюдаться разное давление и разная скорость движения воды. Для системы как с естественной, так и с принудительной циркуляцией это является существенным недостатком, который потребует разрешения для обеспечения максимального КПД.

Выравнивание для системы этих показателей, полученных в результате приведенного выше расчета, производится с помощью ручной или автоматической регулирующе-запорной арматуры. В области ручной арматуры водяного контура лучший пример - это продукция компании Stromax. А автоматической, которая идеальна для систем с принудительной циркуляцией – HERZ. Для получения максимального результата используются радиаторные термостатические клапаны водяного отопления, которые комбинируются с балансировочными вентилями, расположенными максимально близко к кольцам. В таком случае система будет работать в динамическом режиме автоматической регулировки.

Выполнить гидравлический расчет системы отопления - это значит так подобрать диаметры отдельных участков сети (с учетом располагаемого циркуляционного давления), чтобы по ним проходил расчетный расход теплоносителя. Расчет ведется подбором диаметра по имеющемуся сортаменту труб.

Для зданий малой этажности наиболее часто применяется двухтрубная система отопления, для повышенной этажности - однотрубная. Для расчета такой системы должны быть следующие исходные данные:

1. Общий для системы перепад температуры теплоносителя (т.е. разность температуры воды в подающей и обратной магистралях).

2. Количество теплоты, которое необходимо подать в каждое помещение для обеспечения требуемых параметров воздуха.

3. Аксонометрическая схема системы отопления с нанесенными на нее нагревательными приборами и регулирующей арматурой.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.

Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.

В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.

2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:

а) заданный расход воды;

б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце R ср .

Для расчета R cp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.

3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле

где - давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное

, (5.2)

где

- сумма длин участков главного циркуляционного кольца;

- естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как

, (5.3)

где - расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение коэффициента  можно определить из табл.5.1.

Таблица 5.1 - Значение  в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления

- естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубопроводах .

В насосных системах с нижней разводкой величиной

можно пренебречь.

Определяются удельные потери давления на трение

, (5.4)

где к=0,65 определяет долю потерь давления на трение.

5. Расход воды на участке определяется по формуле

(5.5)

(t г - t о) – разность температур теплоносителя.

6. По величинам

и

подбираются стандартные размеры труб .

6. Для выбранных диаметров трубопроводов и расчетных расходов воды определяется скорость движения теплоносителя v и устанавливаются фактические удельные потери давления на трение R ф .

При подборе диаметров на участках с малыми расходами теплоносителя могут быть большие расхождения между

и

. Заниженные потери

на этих участках компенсируются завышением величин

на других участках.

7. Определяются потери давления на трение на расчетном участке, Па:

. (5.6)

Результаты расчета заносят в табл.5.2.

8. Определяются потери давления в местных сопротивлениях, используя или формулу:

, (5.7)

где

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке .

Значение ξ на каждом участке сводят в табл. 5.3.

Таблица 5.3 - Коэффициенты местных сопротивлений

9. Определяют суммарные потери давления на каждом участке

. (5.8)

10. Определяют суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях в главном циркуляционном кольце

. (5.9)

11. Сравнивают Δр с Δр р . Суммарные потери давления по кольцу должны быть меньше величины Δр р на

Запас располагаемого давления необходим на неучтенные в расчете гидравлические сопротивления.

Если условия не выполняются, то необходимо на некоторых участках кольца изменить диаметры труб.

12. После расчета главного циркуляционного кольца производят увязку остальных колец. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные не общие участки, параллельно соединенные с участками основного кольца.

Невязка потерь давлений на параллельно соединенных участках допускается до 15% при тупиковом движении воды и до 5% – при попутном.

Таблица 5.2 - Результаты гидравлического расчета для системы отопления

Наличие производительного теплогенератора, качественных труб и современных радиаторов вовсе не означает, что отопление получится эффективным. Если система неправильно сконструирована, то возможны ситуации, когда работающий на полную мощность котёл не может обеспечить комфортную температуру во всех комнатах. Либо тепла хватает, но расходы на энергоносители непомерно велики. Чтобы не совершать непоправимых ошибок, необходимо разработать проект, важной часть которого является гидравлический расчёт системы отопления. Пожалуй, самой сложной частью.

Зачем нужен расчёт гидравлики системы отопления

Суть проблемы

Современные отопительные установки являются динамичными системами, которые во время эксплуатации работают в разных рабочих режимах. Теплоноситель водяного отопления циркулирует под давлением, но эта величина не является постоянной. Потери возникают на разных участках из-за конструктивных особенностей системы (трение о стенки труб, сопротивление на фитингах и т.д.). Также мы сами манипулируем давлением, когда с помощью арматуры балансируем распределение тепла по комнатам. Вручную или с помощью автоматизации систем пользователь управляет мощностью отопительного устройства, меняет уровень нагрева теплоносителя. И снова напор в сети скачет, ведь чем выше температура, тем выше давление, и наоборот.

Падение давления на конкретном участке приводит к уменьшению его тепловой производительности. Качественное отопление должно в любых условиях работать стабильно и экономично, но для этого нужно, чтобы к каждому радиатору поступало ровно столько теплоносителя, сколько необходимо для восполнения теплопотерь в помещении и поддержания заданной температуры.

Решение

Одна из основных задач разработчика – снизить возможные потери напора, что позволяет улучшить регулирование отдельных участков и системы в целом. Существует специальный термин «рост авторитета вентиля». Он означает, что местное сопротивление, которое оказывает кран или клапан на проток в регулируемой ветке, более выгодно соотносится с рабочим давлением в участке. Чем большим объёмом теплоносителя конкретный элемент управляет, тем он ценнее.

Информативная таблица как результат гидравлического расчёта

Также следует произвести гидравлическую увязку циркуляционных колец. Грамотное использование балансировочных клапанов, вентилей, регуляторов давления позволяет избежать перегрева ближних к котлу помещений и недостатка тепла в удалённых (лишние пару градусов в комнате – это перерасход тепла на уровне 5-10 процентов). Ограничивая проток в одной ветке, мы увеличиваем его для других – перераспределяем теплоноситель.

Итак, гидравлический расчёт отопления помогает инженеру-конструктору решить следующие задачи:

• высчитать пропускную способность трубопроводов и падение напора на главном и второстепенных контурах;
• подобрать сечение труб, если показатели расхода теплоносителя и давления в системе уже заданы;
• рассчитать оптимальные способы балансировки ветвей системы;
• определить необходимую мощность циркуляционного насоса.

Этапы проведения гидравлического расчёта отопления

Сбор и систематизация исходных данных

Перед началом вычислений разработчик изучает теплотехнические характеристики объекта и на основании ТЗ предварительно конструирует подходящий вариант системы отопления. Выполняют следующие мероприятия:

• Производят тепловой расчёт, в результате которого получают информацию о необходимом количестве тепла для каждого помещения.
• Выбирают теплогенератор и отопительные приборы.
• Принимают решение о способах разводки трубопроводов и особенностях балансировки системы.
• Выбирают тип труб и спецификацию регулирующей арматуры.
• Составляют аксонометрические схемы разводки и детальные планы помещений с указанием основных исходных данных (расход теплоносителя, мощность батарей, расстановка оборудования и т.д.). Узловые точки, основной контур и отдельные участки маркируются, обозначается длина колец.

Выбор метода

Есть несколько способов выполнить расчёт гидравлики отопительной системы (как правило, все они выполняются с применением специального программного обеспечения):

• сложением характеристик проводимости и сопротивления;
• по удельным потерям давления;
• по длинам трубопроводов;
• сравнением динамических давлений;
• по объёму транспортируемого теплоносителя.

Конкретный метод используют в зависимости от того, являются ли перепады температуры в системе динамичными или стабильными. Также берётся во внимание конфигурация отопления: некоторые способы вычислений подходят только для однотрубных схем разводки, другие – универсальны. Чаще всего применяют гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления по потерям давления.

Расчёт сечения труб

Выбор оптимального размера труб – один из действенных методов управления рабочими характеристиками системы отопления. Так, использование труб завышенного сечения влечёт за собой:

• рост капитальных затрат;
• снижение рабочего давления;
• критичное уменьшение скорости перекачки теплоносителя с большой вероятностью завоздушивания;
• появление существенной тепловой инерции отопления.

Уменьшение диаметра трубопроводов позволяет сократить как капитальные, так и эксплуатационные затраты, но приводит к увеличению скорости потока. При показателях от 0,6 м/с в системе появляются шумы, поэтому оптимальной для жилых помещений считается скорость транспортировки теплоносителя в пределах 0,3-0,7 метров в секунду.

Для вычисления подходящего внутреннего диаметра трубопроводов используются такие данные:

• Разница температур подачи и обратки (для двухтрубных схем обычно принимается равной 20 градусам).
• Расход теплоносителя – в таблицах обозначается литерой «G». В реальных вычислениях и в примерах гидравлического расчёта систем отопления данная величина, как правило, является уже заданной.
• Скорость перемещения воды/антифриза – обозначается литерой «v»
• Плотность теплоносителя.
• Объём теплового потока – обозначается литерой «Q».
• Особенности участка (длина, количество секций в радиаторах и т.п.).

Определение потерь напора в системе и отдельных её участках

На каждом участке общее падение давления происходит за счёт двух основных факторов:

1. Сопротивления трению, которое возникает из-за шероховатости и неровностей внутренних стенок труб.
2. Местного сопротивления, которое оказывают на перекачку рабочей среды соединительные фитинги, запорно-регулирующая арматура, повороты и ветвления, сужения/расширения трубопроводов. Также тормозящий эффект создают теплообменники отопительных приборов и теплогенераторов.

Уровень потерь давления в кольце вследствие сопротивления трению зависит от:

• скорости потока;
• коэффициента шероховатости материала трубопроводов;
• длины ветки;
• диаметра и формы внутреннего сечения труб;
• вязкости и плотности теплоносителя.

На характер местного сопротивления влияет:

• скорость перекачки жидкости;
• коэффициенты местного сопротивления (данные для различных узлов и устройств сведены в таблицы).

Точные вычисления производятся по общедоступным формулам, результаты о сопротивлениях в отдельных участках суммируются, и инженер получает возможность рассчитать необходимую производительность насосного оборудования.

Такие схемы генерируются программами для гидравлических расчётов

Разработка увязки циркуляционных колец

Заключительный этап гидравлического расчёта системы отопления. Анализируя исходные и полученные на предварительных этапах данные (сопротивления, необходимые тепловые нагрузки, характеристики арматуры), конструктор должен выровнять потери давления в сети. То есть в идеале потери давления во всех кольцах системы должны быть одинаковыми. Для балансировки напора и перераспределения расхода теплоносителя применяются ручные вентили или автоматические клапаны, которые отвечают за отдельные ветки или устанавливаются на каждом отопительном приборе. Именно по результатам гидравлического расчёта выполняется предварительная настройка регулирующей арматуры.

Видео: практический урок гидравлического расчета системы отопления

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

Цель и ход выполнения расчета

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

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

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

Общая схема расчета выглядит таким образом:

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

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

Определение расхода теплоносителя и диаметров труб

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

G = 860q/ ∆t , где:

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

Для первого участка расчет теплоносителя выглядит так:

860 х 2 / 20 = 86 кг/ч.

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

GV = G /3600ρ , где:

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

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

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

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

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

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

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

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

65 / 3600 х 0,983 = 0.018 л/сек.

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

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

Расчет циркуляционного насоса

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

P = Rl + Z, где:

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

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

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

Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.

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

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

Расчет расширительного бака

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

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

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

Заключение

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

Для эффективной работы системы отопления необходимо выполнить несколько условий – правильно подобрать комплектующие и сделать расчет. От корректного вычисления параметров системы зависит ее КПД и равномерное распределение тепла. Как сделать гидравлический расчет системы отопления — примеры, программы помогут выполнить эти вычисления.

Назначение гидравлического расчета отопления

При работе любой системы теплоснабжения неизбежно возникает гидравлическое сопротивление при движении теплоносителя. Для учета этого параметра необходим гидравлический расчет двухтрубной системы отопления. Его суть заключается в правильном выборе компонентов системы с учетом их эксплуатационных качеств.

Фактически гидравлический расчет систем водяного отопления представляет собой сложную процедуру, во время выполнения которой учитываются все тонкости и нюансы. На первом этапе следует определиться с требуемой мощностью отопления, выбрать оптимальную схему разводки трубопроводов, а также тепловой режим работы. На основе этих данных делается гидравлический расчет системы отопления в Excel или специализированной программе. Итогом вычислений должны стать следующие параметры водяного теплоснабжения:

• Оптимальный диаметр трубопровода . Исходя из этого можно узнать их пропускную способность, тепловые потери. С учетом выбора материала изготовления будет известно сопротивление воды о внутреннюю поверхность магистрали;
• Потери давления и напора на определенных участках системы . Пример гидравлического расчета системы отопления позволит заранее продумать механизмы для их компенсации;
• Расход воды ;
• Требуемую мощность насосного оборудования . Актуально для закрытых систем с принудительной циркуляцией.

На первый взгляд гидравлическое сопротивление системы отопления сложно. Однако достаточно немного вникнуть в суть вычислений и потом можно будет их сделать самостоятельно.

Для теплоснабжения небольшого дома или квартиры также рекомендуется выполнять расчет гидравлического сопротивления системы отопления.

Порядок расчета гидравлических параметров отопления

На первом этапе вычисления параметров системы отопления следует составить предварительную схему, на которой указывается расположение всех компонентов. Таким образом определяется общая протяженность магистралей, рассчитывается количество радиаторов, объем воды, а также характеристики отопительных приборов.

Как сделать гидравлический расчет отопления, не имея опыта подобных вычислений? Следует помнить, что для автономного теплоснабжения важно правильно подобрать диаметр труб. Именно с выполнения этого этапа и следует начать вычисления.

Лучше всего сделать схему отопления на уже готовом плане дома. Это позволит правильно рассчитать расход материала и определиться с его количеством для обустройства системы.

Определение оптимального диаметра труб

Самый упрощенный гидравлический расчет системы отопления включает в себя только вычисление сечения трубопроводов. Нередко при проектировании небольших систем обходятся и без него. Для этого берут следующие параметры диаметров труб в зависимости от типа теплоснабжения:

• Открытая схема с гравитационной циркуляцией . Трубы диаметром от 30 до 40 мм. Такое большего сечение необходимо для уменьшения потерь при трении воды о внутреннюю поверхность магистралей;
• Закрытая система с принудительной циркуляцией . Сечение трубопроводов варьируется от 8 до 24 мм. Чем оно меньше, тем больше давление будет в системе и соответственно – уменьшится общий объем теплоносителя. Но при этом возрастут гидравлические потери.

Если в наличии есть специализированная программа для гидравлического расчета системы отопления – достаточно заполнить данные о технических характеристиках котла и перенести отопительную схему. Программный комплект определит оптимальный диаметр труб.

Полученные данные можно проверить самостоятельно. Порядок выполнения гидравлического расчета двухтрубной системы отопления вручную при вычислении диаметра трубопроводов заключается в вычислении следующих параметров:

• V – скорость движения воды. Она должна быть в пределах от 0,3- до 0,6 м/с. Определятся производительностью насосного оборудования;
• Q – тепловой поток. Это отношение количества тепла, проходящего за определенный промежуток времени – 1 секунду;
• G – расход воды. Измеряется в кг/час. Напрямую зависит от диаметра трубопровода.

В дальнейшем для выполнения гидравлического расчета систем водяного отопления понадобиться узнать общий объем отапливаемого помещения — м³. Предположим, что это значение для одной комнаты равно 50 м³. Зная мощность котла отопления (24 кВт) вычисляем итоговый тепловой поток:

Q=50/24=2,083 кВт

Затем для выбора оптимального диаметра труб нужно воспользоваться данными таблицы, составленными при выполнении гидравлического расчета системы отопления в Excel.

В этом случае оптимальный внутренний диаметр трубы на конкретном участке системы составит 10 мм.

В дальнейшем для выполнения примера гидравлического расчета системы отопления можно узнать ориентировочный расход воды, который засвистит от диаметра трубы.

Производители полимерных труб указывают внешний диаметр. Поэтому для корректного расчета гидравлического сопротивления системы отопления следует отнять две толщины стенки магистралей.

Учет местных сопротивлений в магистрали

Не менее важным этапом является расчет гидравлического сопротивления отопительной системы на каждом участке магистрали. Для этого вся схема теплоснабжения условно разделяется на несколько зон. Лучше всего сделать вычисления для каждой комнаты в доме.

В качестве исходных данных для внесения в программу для гидравлического расчета системы отопления понадобятся следующие величины:

• Протяженность трубы на участке, м.п;
• Диаметр магистрали. Порядок вычислений описан выше;
• Требуемая скорость теплоносителя. Также зависит от диаметра трубы и мощности циркуляционного насоса;
• Справочные данные, характерные для каждого типа материала изготовления – коэффициент трения (λ), потери на трении (ΔР);
• Плотность воды при температуре +80°С составит 971,8 кг/м³.

При проведении этой работы нужно помнить, что чем меньше выбранный участок отопления, тем точнее будут данные общих параметров системы. Так как сделать гидравлический расчет теплоснабжения с первого раза будет затруднительно – рекомендуется провести ряд вычислений для определенного промежутка трубопровода. Желательно, чтобы в нем было как можно меньше дополнительных приборов – радиаторов, запорной арматуры и т.д.

Для проверки гидравлического расчета двухтрубной отопительной системы нужно выполнить его в нескольких разных программах или дополнительно ручным способом самостоятельно.

Обзор программ для гидравлических вычислений

По сути любой гидравлический расчет систем водяного теплоснабжения является сложной инженерной задачей. Для ее решения были разработаны ряд программных комплексов, которые упрощают выполнение этой процедуры.

Можно попытаться сделать гидравлический расчет системы отопления в оболочке Excel, воспользовавшись уже готовыми формулами. Но при этом возможно возникновение следующих проблем:

• Большая погрешность. В большинстве случаев в качестве примера гидравлического расчета отопительной системы берутся однотрубная или двухтрубная схемы. Найти подобные вычисления для коллекторной проблематично;
• Для правильного учета гидравлического сопротивления трубопровода необходимы справочные данные, которые отсутствуют в форме. Их нужно искать и вводить дополнительно.

Oventrop CO

Самая простая и понятная программа для гидравлического расчета системы теплоснабжения. Интуитивный интерфейс и гибкая настройка помогут быстро разобраться с нюансами ввода данных. Небольшие проблемы могут возникнуть при первичной настройке комплекса. Необходимо будет ввести все параметры системы, начиная от материала изготовления труб и заканчивая расположением нагревательных элементов.

HERZ C.O.

Характеризуется гибкостью настроек, возможностью делать упрощенный гидравлический расчет отопления как для новой системы теплоснабжения, так и для модернизации старой. Отличается от аналогов удобным графическим интерфейсом.

Instal-Therm HCR

Программный комплекс рассчитан для профессионального гидравлического сопротивления системы теплоснабжения. Бесплатная версия имеет множество ограничений. Область применения – проектирование отопления в больших общественных и производственных зданиях.