Гидравлический расчет горизонтальной двухтрубной системы отопления

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

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.

Эффективность отопительной системы вовсе не гарантируют качественные трубы и высокопроизводительный теплогенератор.

Наличие ошибок, допущенных при монтаже, может свести на нет работу котла, работающего на полную мощность: либо в помещениях будет холодно, либо затраты на энергоносители будут неоправданно высокими.

Поэтому важно начинать с разработки проекта, одним из важнейших разделов которого является гидравлический расчет системы отопления.

Расчет гидравлики водяной системы отопления

Теплоноситель циркулирует по системе под давлением, которое не является постоянной величиной. Оно снижается из-за наличия сил трения воды о стенки труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Домовладелец также вносит свою лепту, корректируя распределение тепла по отдельным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева теплоносителя повышается и наоборот – падает при ее снижении.

Чтобы избежать разбалансировки отопительной системы, необходимо создать условия, при которых к каждому радиатору поступает столько теплоносителя, сколько необходимо для поддержания заданной температуры и восполнения неизбежных теплопотерь.

Главной целью гидравлического расчета является приведение в соответствие расчетных расходов по сети с фактическими или эксплуатационными.

На данном этапе проектирования определяются:

• диаметр труб и их пропускная способность;
• местные потери давления по отдельным участкам системы отопления;
• требования гидравлической увязки;
• потери давления по всей системе (общие);
• оптимальный расход теплоносителя.

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

1. Собрать исходные данные и систематизировать их.
2. Выбрать методику расчета.

Первым делом проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и выполняет теплотехнический расчет. В итоге у него появляется информация о количестве тепла, необходимом для каждого помещения. После этого выбираются отопительные приборы и источник тепла.

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

На стадии разработки принимается решение о типе отопительной системы и особенностях ее балансировки, подбираются трубы и арматура. По окончании составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указанием:

• мощности радиаторов;
• расхода теплоносителя;
• расстановки теплового оборудования и пр.

Расчет диаметра труб

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

• для двухтрубной системы – разность между tr (горячим теплоносителем) и to (охлажденным – обраткой);
• для однотрубной – расход теплоносителя G, кг/ч.

Кроме того, в расчете должна учитываться скорость движения рабочей жидкости (теплоносителя) – V . Ее оптимальная 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 появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

Для расчетов потребуется еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она обозначается буквой Q, измеряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

Кроме вышеперечисленных исходных данных для расчета потребуются параметры отопительной системы – длина каждого участка с указанием приборов, подключенных к нему. Эти данные для удобства можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Таблица параметров участков

Расчет диаметров труб достаточно сложный, поэтому проще воспользоваться справочными таблицами. Их можно найти на сайтах производителей труб, в СНиП или специальной литературе.

Монтажники при подборе диаметра труб пользуются правилом, выведенным на основании анализа большого числа отопительных систем. Правда, это касается только небольших частных домов и квартир. Практически все отопительные котлы оборудованы патрубками подачи и обратки ¾ и ½ дюйма. Такой трубой и выполняется разводка до первого разветвления. Далее на каждом участке размер трубы уменьшают на один шаг.

Вычисление местных сопротивлений

Местные сопротивления возникают в трубе и арматуре. На величину данных показателей влияют:

• шероховатость внутренней поверхности трубы;
• наличие мест расширения или сужения внутреннего диаметра трубопровода;
• повороты;
• протяженность;
• наличие тройников, шаровых кранов, приборов балансировки и их количество.

Сопротивление рассчитывается для каждого участка, который характеризуется постоянным диаметром и неизменным расходом теплоносителя (в соответствии с тепловым балансом помещения).

Исходные данные для расчета:

• длина расчетного участка – l, м;
• диаметр трубы – d, мм;
• заданная скорость теплоносителя – u, мм;
• характеристики регулирующей арматуры, предоставляемые производителем;
• коэффициент трения (зависит от материала трубы), λ;
• потери на трение – ∆Pl, Па;
• плотность теплоносителя (расчетная) – ρ = 971,8 кг/м 3 ;
• толщина стенки трубы – dн х δ, мм;
• эквивалентная шероховатость трубы – kэ, мм.

Гидравлическое сопротивление – ∆P на участке сети рассчитывается по формуле Дарси-Вейсбаха.

Символ ξ в формуле означает коэффициент местного сопротивления.

Если в доме стоит печка, отопить она сможет лишь небольшое помещение. Установка батарей отопления в частном доме большой площади обязательна, так как в противном случае отдаленные от печи комнаты отапливаться не будут.

Основные характеристики газового котла Buderus представлены в этом обзоре.

О том, как запустить газовый котел, расскажем в этой статье.

Гидравлическая увязка

Балансировка перепадов давления в отопительной системе выполняется посредством регулирующей и запорной арматуры.

Гидравлическая увязка системы производится на основании:

• проектной нагрузки (массового расхода теплоносителя);
• данных производителей труб по динамическому сопротивлению;
• количества местных сопротивлений на рассматриваемом участке;
• технических характеристик арматуры.

Установочные характеристики – перепад давления, крепление, пропускная способность – задаются для каждого клапана. По ним определяют коэффициенты затекания теплоносителя в каждый стояк, а затем – в каждый прибор.

Потери давления прямо пропорциональны квадрату расхода теплоносителя и измеряются в кг/ч, где

S – произведение динамического удельного давления, выраженного в Па/(кг/ч), и приведенного коэффициента для местных сопротивлений участка (ξпр).

Приведенный коэффициент ξпр является суммой всех местных сопротивлений системы.

Определение потерь

Гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца представляет собой сумму потерь его составляющих элементов:

• первичного контура – ∆Plk;
• местных систем – ∆Plм;
• генератора тепла – ∆Pтг;
• теплообменника ∆Pто.

Гидравлический расчет системы отопления – пример расчета

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

• расчетная тепловая нагрузка системы – Qзд. = 133 кВт;
• параметры системы – tг = 75 0 С, tо = 60 0 С;
• расход теплоносителя (расчетный) – Vсо = 7,6 м 3 /ч;
• присоединение отопительной системы к котлам производится через гидравлический разделитель горизонтального типа;
• автоматика каждого из котлов в течение всего года поддерживает постоянную температуру теплоносителя на выходе – tг = 80 0 С;
• автоматический регулятор перепада давления устанавливается на вводе каждого распределителя;
• система отопления от распределителей смонтирована из металлопластиковых труб, а теплоснабжение распределителей производится посредством стальных труб (водогазопроводных).

Диаметры участков трубопроводов подобраны с использованием номограммы для заданной скорости теплоносителя 0,4-0,5 м/с.

На участке 1 установлен клапан dу 65. Его сопротивление согласно информации производителя составляет 800 Па.

На участке 1а установлен фильтр диаметром 65 мм и с пропускной способностью 55 м3/ч. Сопротивление этого элемента составит:

0,1 х (G/kv) х 2 = 0,1 х (7581/55) х 2 = 1900 Па.

Варианты двухтрубной отопительной системы

Сопротивление трехходового клапана dу = 40 мм и kv = 25 м3/ч составит 9200 Па.

Суммарные потери давления в системе снабжения теплом распределителей будут равняться 21514 Па или приблизительно 21,5 кПа.

Самодельная печь хорошо подойдет для обогрева дачного домика или подсобного помещения. Печка из газового баллона своими руками – смотрите инструкцию по изготовлению.

Как собрать пресс для топливных брикетов своими руками, вы узнаете в этой статье.

Аналогичным образом производится расчет остальных частей системы теплоснабжения распределителей. При расчете системы отопления от распределителя выбирается основное циркуляционное кольцо через наиболее нагруженное отопительное устройство. Гидравлический расчет производится с использованием 1-го направления.

Видео на тему

При проектировании систем водяного обогрева в доме принято выполнять гидравлический расчёт системы отопления. Это нужно для того, чтобы гарантировать максимальную эффективность работы при минимуме финансовых затрат и при правильном функционировании всех узлов.

Целью гидравлического расчёта является:

• Правильный выбор диаметра труб на тех участках трубопроводов, где его величина постоянна;
• Определение действующего давления в магистрали;
• Правильный выбор всех узлов системы.

От того, насколько верно выполнен гидравлический расчёт, будет зависеть температурный комфорт в доме, экономический эффект и долговечность системы отопления.

Основные положения гидравлического расчёта

Для выполнения всех необходимых вычислений, нам необходимы исходные данные:

• Результаты теплового баланса комнат;
• Температуры теплоносителя – начальная и конечная;
• Схема заданной системы отопления;
• Типы обогревающих устройств и метод их соединения с магистралью;
• Гидравлические характеристики используемого оборудования (клапанов, теплообменников и т.п.);
• Циркуляционное кольцо – это контур замкнутого типа. Он состоит из отрезков с наибольшим расходом теплонесущей жидкости от точки нагрева до наиболее удалённой точки (в двухтрубной системе) или до стояка (в однотрубной) и в противоположную сторону к источнику тепла.

Участком для расчёта принимают часть трубопроводного диаметра с неизменяющимся значением расхода теплонесущей жидкости – его определяют, исходя из теплового баланса комнаты.

Перед началом вычислений определяем тепловую нагрузку каждого отопительного агрегата. Она будет соответствовать заданной тепловой нагрузке комнаты. Если в помещении используется более одного обогревающего агрегата, распределяем тепловую нагрузку на всё их количество.

Затем назначаем главное кольцо циркуляции – контур закрытого типа из последовательных отрезков. Для вертикальной однотрубной магистрали число циркуляционных колец соответствует числу стояков. Для горизонтальной двухтрубной – числу обогревающих агрегатов. Главным назначают кольцо, идущее через стояк с наибольшей нагрузкой – для вертикальной магистрали, и идущее через нижний отопительный агрегат ветки с наибольшей нагрузкой – для горизонтальной системы.

Необходимо учитывать, что значение диаметра для трубопроводов и величина действующего давления в кольце циркуляции зависят от скорости теплонесущей жидкости. При этом обязательным условием является обеспечение бесшумности движения теплоносителя.

Для того чтобы избежать возникновения пузырьков воздуха, мы должны принять скорость теплоносителя более 0,25 м/с. Следует учитывать силу сопротивления, возникающего в контуре при движении жидкости. Вследствие этого сопротивления удельные потери давления R должны составлять не более 100-200 Па/м.

Существуют величины допустимой скорости воды, обеспечивающей бесшумность работы– она зависит от удельного местного сопротивления.

Таблица 1 показывает пример величины допустимой скорости воды при разных коэффициентах местного сопротивления.

Слишком маленькая скорость может стать причиной следующих негативных последствий:

1. Увеличение расхода материала на все работы по монтажу;
2. Увеличение финансовых расходов на монтаж и обслуживание системы отопления;
3. Увеличение объёма теплонесущей жидкости в трубах;
4. Значительный рост тепловой инерции.

Пример определения величины расхода теплонесущей жидкости

Для определения диаметра труб на заданных отрезках трубопроводов нам необходимо знать величину расхода теплоносителя. Её определяем, исходя из величины теплового потока – количества тепла, необходимого для компенсации теплопотерь.

Зная величину теплового потока Q на участке 1-2, вычисляем расход теплоносителя G:

t _г и t _х соответственно температуры горячего и холодного (остывшего) теплоносителя;

с = 4,2 кДж/(кг·°С) — удельная теплоемкость воды.

Пример определения диаметра труб на заданном участке

Правильный выбор диаметра труб необходим для решения следующих задач:

• оптимизация эксплуатационных затрат на нейтрализацию гидравлического сопротивления при циркуляции жидкости в контуре;
• достижение необходимого экономического эффекта при монтаже и обслуживании системы отопления.

Для обеспечения экономического эффекта выбираем наименьшую возможную величину диаметра труб, однако такую, которая не приведёт к возникновению гидравлических шумов в магистрали, если скорость теплоносителя составит 0,6-1,5 м/с, в зависимости от местного сопротивления.

Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной системы отопления, принимаем разницу температур в подающем и отводящем трубопроводах равной:

∆t _co = 90 – 70 = 20 °С

где 90°С – температура жидкости в подающей трубе горизонтальной системы;

70°С – температура жидкости в отводящей трубе.

Зная величину теплового потока и вычислив расход теплоносителя по приведённой выше формуле, из таблицы 2 мы можем выбрать подходящий для наших условий внутренний диаметр труб.

Определение внутреннего диаметра труб для отопления

После определения внутреннего диаметра выбираем сам тип труб – он зависит от эксплуатационных условий, от поставленных задач, от требований к прочности и долговечности. Основываясь на всех этих предпосылках, выбираем тип трубы рассчитанного диаметра, который удовлетворяет заданные условия.

Пример определения действующего давления на заданном участке магистрали

Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления, нам необходимо также знать действующее давление на заданном участке магистрали.

Оно вычисляется по формуле:

ρ _o – плотность остывшей воды, кг/м3 ;

ρ _г – плотность нагретой воды, кг/м3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с2 ;

h – вертикальное расстояние от точки нагрева до точки охлаждения (от средней точки высоты котла до средней точки нагревательного прибора), м;

∆p _доп – дополнительное давление, возникающее за счёт остывания воды в магистрали.

Значения плотности воды для заданных температур, а также величину дополнительного давления узнаём из справочника.

Гидравлический расчёт – задача крайне ответственная. От правильного выполнения всех вычислений зависит не только экономический эффект отопления дома, но также эффективность работы всех узлов и соответствие эксплуатационных характеристик всем нормам и требованиям.

При проектировании систем водяного обогрева в доме принято выполнять гидравлический расчёт системы отопления. Это нужно для того, чтобы гарантировать максимальную эффективность работы при минимуме финансовых затрат и при правильном функционировании…