Делаем гидравлический расчет системы отопления с помощью программ, готовых форм Excel и самостоятельно

Делаем гидравлический расчет системы отопления с помощью программ, готовых форм Excel и самостоятельно

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.

Учитывая эти факторы, специалисты рекомендуют использовать программы для расчета. Большинство из них платные, но некоторые имеют демоверсию с ограниченными возможностями.

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.

На практике для автономного теплоснабжения частных домов и квартир гидравлический расчет выполняется не всегда. Однако это может привести к ухудшению работы системы отопления и быстрому выходу из строя его элементов – радиаторов, труб и котла. Что избежать этого нужно своевременно рассчитать параметры системы и сравнить их с фактическими для дальнейшей оптимизации работы отопления.

Пример гидравлического расчета системы отопления:

Как сделать гидравлический расчет 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.

3 особенности гидравлического расчета системы отопления дома

Владельцы домов все чаще приобретают системы отопления, которые работают автономно. Данная схема характеризуется экономичностью и комфортом. Конструкция будет эффективна, если ее правильно подобрать и установить. В этом поможет гидравлический расчет системы отопления. При правильном выполнении оборудование характеризуется надежностью и стабильностью.

• Вычисления: какие надо и как их провести
• Бесплатные программы для гидравлического расчета системы отопления дома
• Программа Oventrop co: выбираем полипропиленовые трубы
• ПО HERZ CO: учитываем коллектор
• Программа Instal-Therm HCR
• Наглядный пример вычисления для одно (горизонтальной) и двухтрубной системы отопления: сопротивление в трубопроводе

Вычисления: какие надо и как их провести

Гидравлический расчет – это сложный этап в проектировании системы обогрева. Расчет отопительной конструкции в деревянном или кирпичном строении производится по одинаковой схеме.

Современные системы выполняются из качественных материалов и позволяют вести контроль и отмечать незначительные изменения температуры.

Использование современных схем позволяет уменьшить уровень потребления энергии и повысить экономичность конструкции.

1. Вычисляется показатель теплового баланса отапливаемых строений.
2. Подбирается вид теплообменника и выполняется расстановка.
3. Выбирается разновидность трубопровода и арматура.
4. Выполняется чертеж конструкции. Графический вид схемы отображает тепловые нагрузки и расстояния участков для расчета.
5. Монтируется контур с циркуляцией, который представляет замкнутое кольцо.

Вычисление позволяет получить следующую информацию:

• выбор подходящего сечения труб для работы конструкции;
• обеспечение гидравлической стабильности оборудования в разных областях отопления;
• показатели давления и расхода воды во время работы системы.

Основной задачей расчета является подбор сечения для трубопроводной линии и определение перепадов давления для выбора насоса.

Гидравлический расчет простого трубопровода состоит из следующих этапов:

1. Если известна мощность радиаторов, то производится чертеж расстановки приборов.
2. Определяется расход теплоносителя и диаметра магистрали.
3. Выполняется расчет гидравлического сопротивления трубопровода и выбор насоса.
4. Рассчитывается объем жидкости в конструкции и размеры расширительной емкости.

Для определения расхода теплоносителя применяется следующая формула: G =860q/∆t. При этом G – это расход теплоносителя, q – это мощность батареи; ∆t – это разница температур на обратной и подающей линии. Для определения сечения труб используются таблицы шевелева для гидравлического расчета. В них отображается значение диаметра в зависимости от расхода теплоносителя.

Кроме того, выполняя расчет водоснабжения, требуется учитывать такие показатели как мощность насосного оборудования, понижение температуры и показатель потерь давления.

Бесплатные программы для гидравлического расчета системы отопления дома

Расчет отопления в частном доме характеризуется сложностью. От него требуется определение гидравлических растрат давления, вычисление диаметра трубопроводной системы и увязку всех элементов конструкции.

Чтобы упростить расчеты, применяется программа расчета отопления. Можно выбрать среди нескольких сервисов. Таким образом, производятся расчеты в онлайн-режиме. При этом некоторые программы предлагаются бесплатно.

При помощи специального программного обеспечения получаются следующие данные:

1. Нужный диаметр трубопроводной линии.
2. Размеры элементов отопления.
3. Определенный вентиль для балансировки.
4. Настройку регулирующих деталей.
5. Показатели контроля термостатических клапанов.
6. Значения датчиков изменения давления.

Гидравлический расчет отопления

Программа Oventrop co: выбираем полипропиленовые трубы

Oventrop co предназначена для выполнения быстрых расчетов. Перед работой вносятся нужные настройки и подбираются элементы оборудования. При этом создаются разнообразные схемы отопления. В них вносятся изменения. Данная программа для гидравлического расчета позволяет определить расход теплоносителя и выбрать трубы нужного диаметра. Она помогает выполнить вычисления для однотрубной и двухтрубной конструкций. С ней удобно работать. Программа оснащена готовыми блоками и каталогами материалов.

Регулировка существующей конструкции производится с помощью подбора мощности и необходимого оборудования. Программа помогает выбрать характеристики арматуры.

Результаты расчетов можно перевести в операционную систему в удобном варианте.

ПО HERZ CO: учитываем коллектор

Данная программа вычисления предлагается в свободном доступе. Она помогает произвести расчеты независимо от количества труб. С помощью Герц производятся проекты как для новых строений, так и в ремонтируемых зданиях. При этом в конструкциях применяется гликолиевая смесь.

Программа используется для двухтрубной системы и однотрубной. Она помогает определить показатель сопротивления, потери давления отопительных приборов и учет термостатического вентиля.

Данные вводятся графическим способом. Результаты представляются в схематическом виде.

В программе представляется функция справки. Герц оборудована функцией поиска и диагностирования ошибок. В каталогах содержатся данные об арматуре и приборах для обогрева.

Рассчитать систему площади всего здания можно при помощи программного приложения. От правильности результата зависит работа конструкция и стоимость работ.

Программа Instal-Therm HCR

Программа Instal-Therm HCR предоставляет возможность рассчитать обогрев поверхностей и радиаторы. Она предлагается в комплекте программы Тесе, в которой содержится программа для расчета тепловых потерь, сканирование чертежей и проектирование разных типов водоснабжения. Программа оснащена разнообразными каталогами, которые содержат фитинги, теплоизоляцию, батареи и различную арматуру.

Программный результат расчета предоставляет следующие возможности:

• выбор трубопроводной линии, что позволяет сделать расчет диаметра трубопровода;
• выбор батарей;
• определение высоты для размещения насосного оборудования;
• вычисление значений отопительных поверхностей;
• вычисление температурного значения.

Данная программа не предусматривает функции вывода на печать. В бесплатной версии предоставляется возможность сделать три проекта.

Расчет давления в трубопроводе считается важной составляющей схемы регулирования. Чтобы правильно подобрать регулирующую арматуру потребуются точные данные. От этого зависит работа конструкции.

Наглядный пример вычисления для одно (горизонтальной) и двухтрубной системы отопления: сопротивление в трубопроводе

Пример расчета отображает процедуру выполнения гидравлического вычисления. Подбирается участок трубопроводной системы, имеющий значительные тепловые потери. Для примера используется простая схема отопления. Она содержит котел и батареи. В конструкции 10 радиаторов.

Предварительно схема разбивается на участки. На каждом участке сечение труб не меняется. К первому участку относится трубопроводная линия от котла до первого прибора. Второй включает расстояние между первой и второй батареей. Остальные делятся аналогичным образом.

Температура в радиаторах снижается следующим образом. В первом приборе теплоноситель отдает часть тепла, которое уменьшается на 1 кВт. При этом на первом отрезке тепловая энергия имеет значение в 10 кВт, а затем понижается.

Расход теплоносителя считается по следующей формуле: Q=(3.6*Qуч)/(с*(tr-to)).

При этом Qуч – это значение тепловой нагрузки заданного отрезка, с –это удельная теплоемкость воды. Данный показатель имеет постоянное значение. Это 4,2 кДж/кг*с.

tr – это температура жидкости на входе в участок, а to – это температура на выходе.

Существует оптимальная скорость перемещения горячей жидкости внутри системы. Это значение равняется 0,2-0,7м/с. Если цифра снизится, то в конструкции образуются пробки из воздуха.

Для точного расчета скорости стоит учесть материал, из которого изготовлена водопроводная линия. На скорость влияет шероховатость внутренней поверхности изделия.

Для выбора контура рассматривается по отдельности однотрубная и двухтрубная схема.

В первом случае для расчета выбирается стояк с самым большим количеством оборудования. В двухконтурной конструкции для расчета выбирается нагруженный контур. На его основе выполняется вычисление, так как в данном элементе сопротивление выше, чем в остальных.

Для определения размера трубопровода применяется специальная смета. При этом все отрезки схемы суммируются. Теплоотдача трубопроводной линии равняется тепловой энергии, которую выделяет теплоноситель на определенном участке конструкции.

При планировании строительства дома и выполнении отопительного проекта рекомендуется воспользоваться специальным программным обеспечением, которое позволяет просчитать тепловые и гидравлические показатели конструкции с высокой точностью.

Выполнение правильных расчетов влияет на эффективность работы системы регулирования. Сделать гидравлический расчет отопления в частном доме сможет только хороший специалист.

Выполнение гидравлического расчета системы отопления

Техническую сторону гидравлического расчета системы отопления трудно охарактеризовать как легко реализуемый и заурядный процесс. Лишь квалифицированный инженерный работник с многолетним опытом практической деятельности сможет на чертеже воспроизвести систему теплоснабжения, оценив визуально фронт работы, и при этом правильно выбрать параметры трубопровода.

Осуществление вычислений

Безусловно, можно прибегнуть к помощи экспертов или использовать разнообразные онлайн-калькуляторы бесплатно, но в первом случае придется оплачивать услуги, а во втором можно получить некорректно выполненные вычисления, которые нужно будет перепроверять.

Общую схему расчета гидравлики системы отопления можно представить в таком виде:

• выполнение аксонометрической схемы;
• установление потребления теплоносителя;
• определение сечения труб;
• вычисление сопротивления трубопровода и выбор циркуляционного насоса;
• расчет количества теплоносителя в системе теплоснабжения и емкости расширительного бачка.

Любой расчет гидравлического сопротивления системы отопления частного дома начинают с начерченной в трех проекциях аксонометрической схемы, на которую наносят все показатели. В качестве примера гидравлического расчета будет использован двухтрубный контур теплоснабжения.

Расчет потребления теплоносителя

Предварительно каждая отопительная ветвь разбивается на участки. Разбивку делают с учетом расхода воды, который меняется от одного отопительного элемента к другому. Сначала определяют, какой именно объем теплоносителя необходим для высокой производительности отопительного прибора, по формуле: G = 860q/Δt, где:

• G — требуемый объем теплоносителя (кг/ч);
• q — тепловая мощность отопительного элемента (кВт);
• Δt — разность показателей температур подающего и обратного контура отопления. Как правило, используют +20 0 C.

В этом видео вы узнаете, как выглядит система расчёта гидравлики:

Выполнение гидравлического расчета отопления начинается с конечного отопительного элемента, наиболее отдаленного от котлоагрегата, так как именно он должен обеспечиваться необходимым объемом нагретой воды из расчета одной секции батареи. Если мощность секции составляет 2 кВт, то вычисления можно будет сделать, используя следующие данные: 860 х 2 ÷ 20 = 86 (кг/ч).

Итоговое значение удобнее будет перевести в литры, применяя формулу: GV = G /3600ρ, где:

• GV — это потребление теплоносителя;
• ρ — плотность воды, величина которой приведена в таблицах.

Необходимость в конвертации единиц измерения обосновывается тем, что для установления сечения труб потребуются стандартизированные таблицы, в которых указаны диаметры металлических и пластмассовых труб в зависимости от скорости перемещения и потребления нагретой воды.

Подбор циркуляционного насоса

Циркуляционный насос помогает выявить потери давления на всех участках трубопровода. Для определения давления, требуемого насосу, чтобы прокачать теплоноситель по системе, используют формулу: P = Rl + Z, где:

• Р — уменьшение давления в магистрали (Па);
• R — относительное противодействие сцеплению (Па/м);
• l — длина трубы одного отрезка теплопровода (м);
• Z — уменьшение давления в узкоколейных зонах (Па).

Такие вычисления крайне неудобные и трудоемкие, тогда как для определения значения Rl всех участков трубопровода достаточно воспользоваться таблицами Шевелева. Необходимо помнить, что производительность насоса — это суммарное потребление теплоносителя, а не емкость системы теплоснабжения.

Выбор расширительного бака

Компенсирующие устройства всех типов будут высокоэффективными только при корректном подборе объема. Для этой цели нужно учесть свойство жидкости, которая расширяется при нагревании. Теплоноситель в отопительных контурах увеличивается минимум на 3% от суммарного объема системы теплоснабжения.

Жидкость принадлежит к телам, которые находятся в переходном состоянии (на грани твердого и газообразного). Соответственно, расширительный бачок должен иметь достаточный резерв для теплового расширения. В условиях полной заполненности системы теплоносителем существует риск его сброса через предохранительную арматуру даже в рамках расчётного объема.

Для выбора бака также существует формула расчёта

Чтобы предотвратить аварии, связанные с расширением объемов жидкости, для частных домов с небольшими контурами желательно выбирать расширительные бачки, объем которых должен соответствовать десятой части от общего количества циркулирующей в системе рабочей жидкости. Это правило касается отопительных систем вместимостью до 150 литров.

Если объем превышает 150 литров, емкость рассчитывают так: суммарный объем теплоносителя умножают на индекс его увеличения при определенных показателях эксплуатационной температуры в отопительных контурах.

Полученное значение суммируется с объемом теплоносителя, образованного в расширительном бачке вследствие статической нагрузки, создаваемой жидкостью. Произведенный результат умножают на корректирующий коэффициент, устанавливаемый по значениям промежуточного и итогового давления.

Сантехник .

Телефон Сантехника 8 (495) 235-25-21, 8 (963) 626-40-67

четверг, 4 июля 2019 г.

Как сделать гидравлический расчет системы отопления — формулы, справочные данные

• ΔP – линейные потери давления;
• R – удельные потери давления в трубе;
• l – длина труб;
• z – потери давления в отводах, запорной арматуре.

• λ – коэффициент, зависящий от характера движения трубы;
• d – внутренний диаметр трубы;
• v – скорость движения жидкости;
• ρ – плотность жидкости.

• ξ – коэффициент местного сопротивления (далее КМС).
• v – скорость движения жидкости.
• ρ – плотность жидкости.

• ΔP =ΔPтрение +ΔPарматура=((λ/d)(v²ρ/2)) + (ξ(v²ρ/2)) = ((λ/α)l(v²ρ/2)) + (ξ*(v²ρ/2)) = R•l + z

• R = (λ/α)*(v²ρ/2) Па/м;
• z = ξ*(v²ρ/2) Па.

• Valtec.PRG – бесплатная программа для расчета отопления и водоснабжения. Есть возможности расчета теплых полов и даже теплых стен
• HERZ – целое семейство программ. С их помощью можно рассчитывать как однотрубные так и двухтрубные системы отопления. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Имеется возможность расчета тепловых потерь
• Поток – отечественная разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети любой сложности. В отличии от предыдущих, Поток – платная программа. Поэтому простой обыватель вряд ли станет ей пользоваться. Она предназначена для профессионалов.

Как и с какой целью делают гидравлический расчёт 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.

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.

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

Гидравлический расчет системы отопления: просто о сложном

Что представляет собой гидравлический расчет системы отопления? Какие конкретно величины нуждаются в подсчетах? Наконец, основное: как вычислить их, не располагая правильными значениями гидравлического сопротивления всех участков, элементов и отопительных приборов запорной арматуры? Позволяйте разбираться.

Что рассчитываем

Для любой системы отопления наиболее значимый параметр — ее тепловая мощность.

• Температурой теплоносителя.
• Тепловой мощностью отопительных устройств.

Увидьте: в документации последний параметр указывается для фиксированной дельты температур между воздухом и температурой теплоносителя в отапливаемом помещении в 70 С. Уменьшение дельты температур в два раза приведет к двукратному уменьшению тепловой мощности.

Способы вычисления тепловой мощности мы пока покинем за кадром: им посвящено достаточно тематических материалов.

Но чтобы обеспечить перенос тепла от автострады либо котла к отопительным устройствам, серьёзны еще два параметра:

1. Внутреннее сечение трубопровода, привязанное к его диаметру.

1. Скорость потока в этом трубопроводе.

В автономной отопительной системе с принудительной циркуляцией принципиально важно знать еще несколько значений:

1. Гидравлическое сопротивление контура. Расчет гидравлического сопротивления системы отопления позволит найти требования к напору, создаваемому циркуляционным насосом.
2. Расход теплоносителя через контур, определяющийся производительностью циркуляционного насоса отопительной системы при соответствующем напоре.

Неприятности

Как говорят в Одессе, «их имеется».

Чтобы вычислить полное гидравлическое сопротивление контура, необходимо учесть:

• Сопротивление прямых участков труб. Оно определяется их материалом, внутренним диаметром, степенью шероховатости и скоростью потока стенок.

• Сопротивление перехода диаметра и каждого поворота.
• Сопротивление каждого элемента запорной арматуры.
• Сопротивление всех отопительных устройств.
• Сопротивление теплообменника котла.

Собрать воедино все нужные данные очевидно станет проблемой кроме того в самой несложной схеме.

Формулы

К счастью, для автономной отопительной системы гидравлический расчет отопления возможно выполнен с приемлемой точностью и без углубления в дебри.

Скорость потока

С нижней стороны ее ограничивает рост перепада температур между подачей и обраткой, а заодно и повышенная возможность завоздушивания. Стремительный поток вытеснит воздушное пространство из перемычек к автоматическому воздухоотводчику; медленный же с данной задачей не справится.

Иначе, через чур стремительный поток неизбежно породит гидравлические шумы. Элементы запорной арматуры и повороты розлива станут источником раздражающего шума.

Для отопления диапазон приемлемой скорости потока берется от 0,6 до 1,5 м/с; наряду с этим подсчет других параметров в большинстве случаев выполняется для значения 1 м/с.

Диаметр

Его при известной тепловой мощности несложнее всего подобрать по таблице.

Напор

В упрощенном варианте он рассчитывается по формуле H=(R*I*Z)/10000.

• H — искомое значение напора в метрах.
• I — утрата напора в трубе, Па/м. Для прямого участка трубы расчетного диаметра он принимает значение в диапазоне 100-150.
• Z — дополнительный компенсационный коэффициент, который зависит от наличия в контуре дополнительного оборудования.

В случае если в системе присутствует пара элементов из перечня, соответствующие коэффициенты перемножаются. Так, для системы с шаровыми вентилями, резьбовыми фитингами для труб и термостатом, регулирующим проходимость розлива, Z=1,3*1,7=2,21.

Производительность

Инструкция по расчету своими руками производительности насоса также не отличается сложностью.

Производительность вычисляется по формуле G=Q/(1,163*Dt), в которой:

• G — производительность в м3/час.
• Q -тепловая мощность контура в киловаттах.
• Dt — отличие температур между подающим и обратным трубопроводами.

Пример

Давайте приведем пример гидравлического расчета системы отопления для следующих условий:

• Дельта температур между подающим и обратным трубопроводом равна стандартным 20 градусам.
• Тепловая мощность котла — 16 КВт.
• Неспециализированная протяженность розлива однотрубной ленинградки — 50 метров. Отопительные устройства подключены параллельно розливу. Термостаты, разрывающие розлив, и вторичные контуры со смесителями отсутствуют.

Минимальный внутренний диаметр в соответствии с вышеприведенной таблице равен 20 миллиметрам при скорости потока не меньше 0,8 м/с.

Полезно: современные циркуляционные насосы довольно часто имеют ступенчатую либо, что эргономичнее, плавную регулировку производительности. В последнем случае цена устройства немного выше.

Оптимальный напор для нашего случая будет равен (50*150+1,3)/10000=0,975 м. Фактически, как правило параметр не испытывает недостаток в расчете. Перепад в системе отопления многоквартирного дома, снабжающий в ней циркуляцию — всего 2 метра; как раз таково минимальное значение напора большинства насосов с мокрым ротором.

Производительность вычисляется как G=16/(1,163*20)=0,69 м3/час.

Заключение

Сохраняем надежду, что приведенные методики расчетов окажут помощь читателю вычислить параметры собственной отопительной системы, не забираясь в дебри сложных формул и справочных данных. Как неизменно, прикрепленное видео предложит дополнительную данные. Удач!

Как сделать гидравлический расчет системы отопления – теория и практика

Задачей гидравлического расчета системы отопления является нахождение точных значений диаметра трубопровода и мощности насоса. Эти параметры обязательны для организации эффективного обогрева помещений.

Гидравлические вычисления

Основными гидравлическими показателями, необходимыми для проведения расчетов, являются:

• Скорость циркуляции теплоносителя внутри контура.
• Уровень сопротивляемости труб и арматуры.
• Объем воды.

Каждый из этих показателей напрямую связан с остальными: любое изменение какого-то параметра влечет за собой перемену общей картины. К примеру, уменьшение диаметра провоцирует не только убыстрение движения теплоносителя: увеличивается также и гидравлическое сопротивление. И наоборот, при увеличении сечения труб происходит уменьшение скорости и сопротивления. Учитывая эту тенденцию, можно без труда добиться сокращения расходов на материалы, улучшения эффективности и надежности обогрева жилища.

Система обогрева состоит из четырех главных элементов:

1. Регулирующая (термоклапаны, термовентили) и запорная арматура (шаровые краны, вентиля).
2. Трубопровод.
3. Батареи водяного отопления.
4. Источник тепловой энергии (котельное оборудование).

Для этих элементов характерно наличие индивидуальных параметров, требующих учета при организации отопления. Обычно фирмами-изготовителями на выпускаемом оборудовании указывается информация о характеристиках: это касается как обычных отопительных радиаторов, так и любых расходных материалов. Для упрощения расчета были разработаны специальные таблицы и диаграммы. К примеру, для облегчения подбора полипропиленовых труб они сопровождаются документацией со специальными номограммами для гидравлических расчетов.

Расход теплоносителя

Без труда можно заметить, что расход и количество нагретой воды в котле непосредственно связаны между собой. На объемы подготовленного теплоносителя напрямую влияет тепловая нагрузка на котел. Она же, в свою очередь, зависит от того, сколько тепла утекает из помещения на улицу. Его необходимо компенсировать обогревом. Расчет гидравлики позволяет понять, сколько теплоносителя расходуется на отдельных пролетах контура. Каждый из них обладает постоянным сечением и расходом.

Наглядный пример

Для проведения вычислений можно взять контур, состоящий из двух колец отопления (первое немного длиннее второго). Каждое из них лучше разбить на отрезки, пронумеровав от точки с наибольшим расходом. Продолжительность первого участка от котла определяется до момента перемены расхода теплоносителя. Обычно такой точкой выступает ближайший стояк или радиатор. Гидравлический расчет отопления проводится одновременно для подающей и обратной трубы, во избежание перебоев с циркуляцией.

Для расчета расхода теплоносителя используется формула: G = Q / (c * (t2 — t1)). Здесь G ― расход воды в системе (кг/сек); Q ― тепло (Вт), необходимое для восполнения теплопотерь; t2 ― температура, до которой необходимо довести теплоноситель; t1 ― температура остывшей воды; С ― удельная теплоемкость воды (постоянная величина, равная 4,2 кДж/(кг•°С).

Обладая информацией о расходах, при помощи специальных справочников несложно определить сечение отопительных труб. В тех же источниках, наряду с диаметром, содержаться указания на скорость потока и потери давления. Также важно понимать, что по мере движения по стоякам сечение труб постепенно уменьшается. К примеру, диаметр магистральной трубы может быть 32 мм. На следующем участке переходят на 24 мм, а еще дальше – 16 мм. Резких перепадов сечения лучше не допускать.

Скорость потока и расчет сопротивления

Нежелательно, чтобы теплоноситель двигался по трубам медленнее, чем 0,2 – 0,3 м/с. Это грозит образованием воздушных пробок, за счет выделения газа из воды. Как результат, эффективность системы, как минимум, снизится. Что касается верхнего порога скорости, то он рекомендован на уровне 0,7 – 1,5 м/с.

При его превышении теплоноситель будет сильно шуметь. Рекомендованный показатель, на который необходимо ориентироваться при расчете скорости теплоносителя ― 0,5 – 0,7 м/с.

Потери напора

Потери напора характерны для всех участков и первого, и второго кольца контура. Под этим понятием подразумеваются суммарные потери на трение внутри труб, арматуры и батарей.

Для определения сопротивления системы отопления потребуется знание следующих величин:

• ν – скорость.
• ρ – плотность.
• R –потери напора в трубопроводе.
• l –длина данного участка трубопровода.
• Σζ – суммарное сопротивление.

Специфика выбора основной ветви в двухтрубной системе

Исходя из практического опыта проведенных вычислений, при наличии попутного движения теплоносителя в двухтрубной схеме лучше выбрать более нагруженный стояк через нижнюю батарею. В однотрубном контуре речь о кольце через самый загруженный стояк. Если горячая вода имеет тупиковое движение, в двухтрубной системе выбирают кольцо нижнего радиатора наиболее загруженного удаленного стояка.

Однотрубная схема предполагает идентичный подход. В горизонтальном контуре предпочитают кольцо самого загруженного направления нижнего этажа. Подобные работы по гидравлическому расчету двухтрубной системы отопления должны проводиться максимально внимательно, т.к. малейшая погрешность может вылиться в крупные неприятности.

Итоги

Гидравлическое сопротивление системы отопления является очень важной величиной, без которой невозможно организовать эффективный обогрев жилища. Настоятельно рекомендуется провести все требуемые расчеты максимально точно. Если нет уверенности в собственных силах, лучше не рисковать, и пригласить для этого квалифицированного специалиста. В тех же случаях, когда было принято решение реализовать это вычисление самостоятельно, важно не спешить, все делая с учетом рассмотренных примеров.