Гидравлический расчет системы отопления

Экономность теплового комфорта в доме предоставляют расчет гидравлики, её качественный процесс установки и грамотная эксплуатация. Основные элементы системы для отопления — тепловой источник (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы отдачи тепла (отопительные приборы). Для продуктивного отопления нужно сберечь первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от периода года.

в начале гидравлических расчётов исполняют:

• Сбор и информационную обработку по объекту с целью:

• определения количества необходимого тепла;
• выбора отопительной схемы.

Если традиционное отопление признаётся подходящим вариантом, делается гидравлический расчёт.

Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно взглянуть в конце инструкции.

Что такое гидравлический расчёт

Это 3-ий этап в процессе создания теплосети. Он собой представляет систему вычислений, разрешающих определить:

• диаметр и способность пропуска труб;
• местные потери давления на участках;
• требования гидравлической увязки;
• общесистемные потери давления;
• подходящий потребление воды.

Согласно полученным данным выполняют выбор насосов.

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подходит система обогрева с гравитационной циркуляцией носителя тепла (ссылка на обзор).

Комплексные задачи — минимизация затрат:

1. капитальных – трубомонтаж хорошего диаметра и качества;
2. эксплуатационных:
3. зависимость энергозатрат от сопротивления в плане гидравлики системы;
4. стабильность и прочность;
5. бесшумность.

Замена централизованного режима отопления индивидуальным облегчает методику вычислений

Для независимого режима применимы 4 способа гидравлического расчёта системы обогрева:

1. по удельным потерям (обыкновенный расчёт диаметра труб);
2. по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
3. по свойствам проводимости и сопротивления;
4. сравнение динамических давлений.

Два первых способа используются при неизменном температурном перепаде в сети.

Два последних смогут помочь распределить горячую воду по кольцам системы, если температурный перепад в сети перестанет подходить перепаду в стояках/ответвлениях.

Расчет гидравлики системы обогрева

Нам понадобятся данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

Вынесите данные в эту таблицу:

Шаг 1: считаем трубный диаметр

В качестве начальных данных применяются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

1а. Идеальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) носителем тепла для системы двухтрубного типа – 20?

• ?tco=tг- tо=90?-70?=20?С

1б. Расход носителя тепла G, кг/час — для системы с одной трубой.

2. Подходящая скорость движения носителя тепла – ? 0,3-0,7 м/с.

Чем меньше диаметр внутри труб — тем больше скорость. Достигая метки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.

3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

Выражает кол-во тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени ?):

Формула для расчёта скорости теплопотока

4. Расчетная плотность воды: ? = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

5. Параметры участков:

• зависимость скорости движения воды — ?, с
• потока тепла — Q, Вт
• водорасхода G, кг/час от диаметра внутри труб

Задача: выбрать диаметр тубы системы отопления гостевой площадью 18 м?, потолочная высота 2,7 м.

• расход мощности – 1 кВт на 30 м?
• запас теплопроизводительности – 20%

Расчёт:

• объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м?
• расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
• запас на случай холодов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
• итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

Находим в таблице наиболее близкое значения Q:

Приобретаем интервал диаметра внутри: 8-10 мм.
Участок: 3-4.
Длина участка: 2.8 метров.

Шаг 2: вычисление здешних сопротивлений

Чтобы определиться с материалом труб, нужно сопоставить показатели их сопротивления в плане гидравлики на всех участках системы для отопления.

Факторы появления сопротивления:

Тубы системы отопления

• в самой трубе:

• шероховатость;
• место сужения/увеличения диаметра;
• поворот;
• протяжённость.

Расчетным участком считается труба непрерывного диаметра с постоянным расходом воды, подобающим проектному тепловому балансу помещения.

Для определения потерь берутся данные с учитыванием сопротивления в регулирующей арматуре:

1. длина трубы на расчётном участке/l,м;
2. размер трубы расчётного участка/d,мм;
3. принятая скорость носителя тепла/u, м/с;
4. данные арматуры для регулировки от изготовителя;
5. справочные данные:
6. показатель трения/?;
7. потери на трение/?Рl, Па;
8. расчетная плотность жидкости/? = 971,8 кг/м3;
9. технические свойства изделия:
10. равноценная шероховатость трубы/kэ мм;
11. толщина стены трубы/dн??, мм.

Для материалов со сходными значениями kэ изготовители представляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.

С целью поиска гидросопротивления/?P в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:

Для стальных и труб из полимеров (из полипропилена, полимерного этилена, стекловолокна и т.д.) показатель трения/ ? очень точно вычисляется по формуле Альтшуля:

Re — количество Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=v*d/?) или при помощи онлайн-калькулятора:

Шаг 3: гидравлическая увязка

Для балансировки изменения давления потребуется запорная и регулирующая арматура.

• проектная нагрузка (глобальный расход носителя тепла — воды или низкозамерзающей жидкости для отопительных систем);
• данные изготовителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)?;
• технические свойства арматуры.
• кол-во здешних сопротивлений на участке.

Задача: поровнять гидравлические потери в сети.

В гидравлическом расчёте для любого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность). По свойствам сопротивления формируют коэффициенты затекания в каждый стояк и дальше — в каждый прибор.

Фрагмент фабричных параметров поворачивающегося затвора

Подберём для вычислений способ параметров сопротивления S,Па/(кг/ч)?.

Потери давления/?P, Па прямо пропорциональны квадрату водорасхода по участку/G, кг/ч:

В физическом смысле S — это потери давления на 1 кг/ч носителя тепла:

где:

• ?пр — приведенный показатель для здешних сопротивлений участка;
• А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)?.

Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч носителя тепла в трубе заданного диаметра (информация дается изготовителем).

?? — слагаемое коэффициентов по здешним сопротивлениям в участке.

Приведенный показатель:

Он суммирует все местные сопротивления:

С величиной:

которая отвечает коэффициенту местного сопротивления с учитыванием потерь от гидравлического трения.

Шаг 4: обозначение потерь

Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце продемонстрировано суммой потерь его компонентов:

• первичного контура/?PIк ;
• здешних систем/?Pм;
• теплогенератора/?Pтг;
• теплообменного аппарата/?Pто.

Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/?Pсо:

Обзор программ

Для комфорта расчётов используются непрофессиональные и высокопрофессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой распространенной считается Excel.

Воспользоваться можно онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу выбирают с учитыванием требований проекта.

• HERZ C.O. 3.5 – создает расчёт по способу удельных линейных потерь давления.
• DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с гравитационной циркуляцией.
• «Поток» (Potok) — дает возможность использовать способ расчёта с переменным (скользящим) температурным перепадом по стоякам.

Следует уточнить параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по шкале Цельсия.

Как работать в EXCEL

Применение таблиц Excel весьма удобно, так как результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Нужно только определить очередность действий и приготовить точные формулы.

Ввод начальных данных

Подбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Способы гидравлического расчета системы обогрева.

Доброго всем времени суток! Сегодня я опишу как необходимо делать гидравлический расчет системы обогрева и что это вообще такое. Начинаем с последнего вопроса.

Что такое гидравлический расчет и для чего он необходим?

Гидравлический расчет (дальше ГР) — это математический метод, в результате выполнения которого мы получаем нужный трубный диаметр в этой системе (ввиду имеется диаметр внутри). Более того, станет понятнее какой нам приходится задействовать циркулярный насос — устанавливается напор и расход насоса. Все это позволит выполнить систему обогрева экономически хорошей. Выполняется он на основании законов гидравлики — специализированного раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.

Доктрина гидравлического расчета системы обогрева.

В теории ГР теплоснабжения построен на другом уравнении:

Данное равноправие правильно для определенного участка. Расшифровывается это уравнение так:

• ?P — линейные потери давления.
• R — удельные потери давления в трубе.
• l — длина труб.
• z — потери давления в отводах, запорной арматуре.

Из формулы видно, что потери давления тем больше, чем она длиннее и чем больше в ней отводов или других элементов, уменьшающих проход или меняющих направление потока жидкости. Давайте выведем чему равны R и z. Для этого рассмотрим еще одно уравнение, показывающее потери давления от трения об стены труб:

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

• ? — показатель, зависящий от характера движения трубы.
• d — диаметр внутри трубы.
• v — скорость движения жидкости.
• ? — плотность жидкости.

Из данного уравнения ставится значимая зависимость — потери давления на трение тем меньше, чем больше диаметр внутри труб и меньше скорость движения жидкости. Причем, зависимость от скорости тут квадратичная. Потери в отводах, тройниках и запорной арматуре определяются по другой формуле:

• ? — показатель местного сопротивления (дальше КМС).
• v — скорость движения жидкости.
• ? — плотность жидкости.

Из этого уравнения также видно, что падение давления увеличивается с увеличением скорости жидкости. Также, нужно заявить, что в случае использования низкозамерзающего носителя тепла тоже будет играть значимую роль его плотность — чем она больше тем тяжелее циркулярному насосу. Благодаря этому при переходе на «незамерзайку» возможно понадобится поменять циркулярный насос.

Из всего, что было сказано выведем следующее равноправие:

Отсюда приобретаем следующие равенства для R и z:

Сейчас предлагаю разобраться в том, как применяя эти формулы высчитать гидравлическое сопротивление.

Как В практических условиях считают гидравлическое сопротивление системы обогрева.

Часто инженерам приходится рассчитывать системы обогрева на больших объектах. В них немалое количество отопительных систем и много сотен метров труб, но считать все равно необходимо. Ведь без ГР не выйдет по правилам выбрать циркулярный насос. Стоит еще сказать, что ГР дает возможность установить еще до монтажа будет ли работать все это.

Для упрощения жизни проектировщикам разработаны разные численные и программные способы определения сопротивления в плане гидравлики. Начинаем от ручного к автоматизированному.

Приближенные формулы расчета сопротивления в плане гидравлики.

Для определения удельных потерь на трение в водопроводе применяется следующая приближенная формула:

R = 510 4 v 1.9 /d 1,32 Па/м;

Тут сберегается фактически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в водопроводе. Эта формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

Если у вас известен расход носителя тепла, другими словами приближенная формула для определения диаметра внутри труб:

Получив результат нужно воспользоваться следующей таблицей для получения диаметра условного прохода:

Наиболее трудоемким будет расчет здешних сопротивлений в фитингах, запорной арматуре и приборах теплоснабжения. Прежде я упоминал коэффициенты местного сопротивления ?, их выбор выполняется по справочным таблицам. Если с углами и запорной арматурой все понятно, то вот выбор КМС для тройников преобразуется в целое приключение. Чтобы стало ясно о чем я говорю, взлянем на следующую картинку:

По картинке видно, что у нас есть целых 4 вида тройников, для любого из которых будут собственные КМС местного сопротивления. Затрудненность здесь будет состоять в грамотном выборе направления тока носителя тепла. Для тех кому очень необходимо, приведу тут таблицу с формулами из книги О.Д. Самарина «Гидравлические расчеты инженерных систем»:

Эти формулы можно перенести в MathCAD или любую иную программу и высчитать КМС с погрешностью до 10 %. Формулы применимы для скоростей движения носителя тепла от 0,1 до 1,25 м/с и для труб с диаметром условного прохода до 50 мм. Такие формулы прекрасно подходят для отапливания загородных домов и приватных домов. Сейчас рассмотрим некоторые программные решения.

Программы для расчета сопротивления в плане гидравлики в отопительных системах.

Сейчас во всемирной сети можно отыскать много разных программ для расчета теплоснабжения платных и бесплатных. Разумеется ясно, что платные программы обладают намного мощнее функционалом, чем бесплатные и дают возможность решать пошире круг задач. Подобные программы имеет смыл покупать профессиональным инженерам-проектировщикам. Обывателю, который желает своими силами сосчитать систему обогрева в собственном доме вполне хватит бесплатных программ. Ниже приведу перечень самых популярных программных продуктов:

• Valtec.PRG — бесплатная программа для расчета теплоснабжения и водообеспечения. Существуют возможности расчета полов с подогревом и даже тёплых стен
• HERZ — целое семейство программ. При их помощи можно рассчитывать как однотрубные так и отопительные системы с двумя трубами. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Есть возможность расчета потерь тепла
• Поток — наша разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети разной сложности. В отличие от предыдущих, Поток — коммерческая программа. Благодаря этому простой обыватель навряд ли станет ее использовать. Она необходима для специалистов.

Есть еще пару иных решений. По большей части от изготовителей труб и соединителей. Изготовители затачивают программы для расчета под собственные материалы и благодаря этому в какой-то степени вынуждают приобретать их материалы. Это такой рекламный ход и в нем нет ничего плохого.

Итоги публикации.

Расчет сопротивления в плане гидравлики системы обогрева дело прямо-таки не очень простое и требующее опыта. Ошибки тут могут стоить достаточно дорого. Некоторые ветви и стояки могут не работать. По ним просто не будет циркуляции. Благодаря этому хорошо чтобы этим занимались люди с образованием и опытом работ такого типа. Сами установщики фактически никогда не занимаются расчетами. Они сплошь и рядом стремятся делать теже самые решения, которые работали у них прежде. Но то, что работало у иного человека совсем не нужно будет работать у вас. По этому настойчиво советую обратиться к инженеру и выполнить настоящий проект. На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях.

Гидравлический расчет системы обогрева: основные цели и задачи выполнения данного действия

Результативность системы для отопления абсолютно не обещают высококачественные трубы и высокопроизводительный теплогенератор.

Наличие ошибок, допущенных во время монтажа, сведет на нет работу котла, работающего на всю мощность: либо в помещениях станет холодно, либо расходы на источники энергии будут необоснованно высокими.

Благодаря этому важно начинать с проектной разработки, одним из очень важных разделов которого считается гидравлический расчет системы обогрева.

Расчет гидравлики гидравлической системы отопления

Тепловой носитель двигается по системе под давлением, которое не считается постоянной величиной. Оно уменьшается благодаря наличию сил трения воды о стены труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Владелец дома также привносит свой вклад, исправляя теплораспределение по индивидуальным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева носителя тепла увеличивается и наоборот – падает при ее снижении.

Во избежание разбалансировки системы для отопления, нужно создать условия, при каких к каждому теплообменнику поступает столько носителя тепла, сколько нужно для поддержки установленной температуры и восполнения неизбежных потерь тепла.

Основной целью гидравлического расчета считается приведение в соответствии расчетных затрат по сети с фактическими или рабочими.

На этом этапе проектирования определяются:

• трубный диаметр и их пропускная способность;
• местные потери давления по индивидуальным участкам системы обогрева;
• требования гидравлической увязки;
• потери давления по всей системе (общие);
• подходящий расход носителя тепла.

Для изготовления гидравлического расчета нужно сделать некую подготовку:

1. Собрать исходники и систематизировать их.
2. Подобрать методику расчета.

В первую очередь проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и исполняет расчет тепла. В конце концов у него возникает информация о количестве тепла, необходимом для всех помещений. После чего подбираются дизайн радиаторы и тепловой источник.

Схематичное изображение системы для отопления в личном доме

На стадии разработки принимается решение о типе системы для отопления и особенностях ее балансировки, выбираются трубы и арматура. По завершении составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указыванием:

• мощности отопительных приборов;
• расхода носителя тепла;
• расположения теплового оборудования и др.

Расчет диаметра труб

Расчет сечения труб должен опираться на результаты теплового расчета, обоснованные экономически:

• для системы двухтрубного типа – разница между tr (горячим носителем тепла) и to (охлажденным – обраткой);
• для однотрубной – расход носителя тепла G, кг/ч.

Более того, в расчете должна предусматриваться скорость движения жидкости для работы (носителя тепла) — V . Ее идеальная величина находится в диапазоне 0,3-0,7 м/с. Скорость обратно пропорциональна внутреннему диаметру трубы.

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе возникает отличительный шумовой фон, если же она менее 0,2 м/с, есть риск появления воздушных пробок.

Для расчетов понадобится еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она отмечается буквой Q, меряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

Не считая перечисленных выше начальных данных для расчета понадобятся параметры системы для отопления – длина каждого участка с указыванием приборов, включенных к нему. Эти сведенья для комфорта можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Таблица показателей участков

Проектирование и гидравлический расчет систем отопления и водоснабжения