Гидравлический расчет системы отопления: просто о сложном

Для чего нужен гидравлический расчет двухтрубной системы отопления
Каждое здание индивидуально. В связи с этим отопление с определением количества тепла будет индивидуальным. Сделать это можно при помощи гидравлического расчета, при этом облегчить задачу может программа и таблица расчета.

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления.

В чем смысл этого предложения? Смысл очень простой, но, в тоже время, потребует несколько иного отношения к монтажу.

Если у вас установлен отопительный котел с выходным диаметром 32 мм, то трубная разводка выстраивается следующим образом.

До первого тройника вы монтируете трубу диаметром 32 мм.

От первого тройника на радиатор отходит труба 16 мм, т.е. минимального диаметра.

От первого тройника до второго монтируется труба диаметром 25 мм.

Со второго тройника на радиатор уходит труба опять же диаметром 16 мм.

Между вторым и третьим радиатором монтируется труба диаметром 20 мм, и на радиатор отходит труба 16 мм.

Такая система автоматически соблюдает регулировку обогрева разных комнат или помещений.

Принципы монтажа двухтрубной системы

Как вы заметили – везде на радиаторы отходит труба диаметром 16 мм. А как поступить, если радиаторов больше?

В таком случае выходную трубу с диаметром 32 мм разделяем на два плеча диаметром по 25 мм, далее на два плеча, а от них на два радиатора.

Дальше идет два плеча диаметром 20 мм. Если этого недостаточно, то можно завершить разводку двумя плечами диаметром 16 мм. При этом количество радиаторов увеличится до восьми.

Если при подобном варианте трубной схемы температура в разных комнатах будет все равно несколько различаться, то для подгонки параметров необходимо будет провести регулировку вентилями или кранами на радиаторах

.

Необходимо учитывать, что при увеличении количества радиаторов будет уменьшаться эффективность системы в целом.

При монтаже такой двухтрубной разводки надо обязательно подбирать необходимую мощность отопительного котла, от которой зависит уровень обогрева при любом варианте разводки.

Область применения

Настоящий стандарт устанавливает структуру метода расчета потребления энергии отопительными системами помещения и требуемые для этого входные и выходные параметры в целях разработки единого метода расчета.Метод основан на анализе следующих характеристик устройств теплоотдачи для отопления помещений, включая регулирование:— температурные перекосы в помещении;— устройство панельного отопления;— средства и точность регулирования температуры внутри помещения.Потребление энергии в системе рассчитывают отдельно для тепловых и электрических нагрузок.Нормативный характер имеет только метод расчета.Стандарт не распространяется на оборудование, материалы и изделия системы.

Цели гидравлического расчета

Цели гидравлического расчета заключаются в следующем:

  1. Подобрать оптимальные диаметры трубопроводов.
  2. Увязать давления в отдельных ветвях сети.
  3. Выбрать циркуляционный насос для системы отопления.

Раскроем подробнее каждый из этих пунктов.

1. Подбор диаметров трубопроводов

Чем меньше диаметр трубопровода, тем больше сопротивление оказывается потоку теплоносителя из-за трения о стенки трубопровода и местных сопротивлений на поворотах и ответвлениях. Поэтому для малых расходов, как правило, берутся малые диаметры трубопроводов, для больших расходов, соответственно, большие диаметры, за счёт чего можно ограниченно отрегулировать систему.

Если система разветвлённая – есть короткая и длинная ветка, то на длинной ветке идёт большой расход, а на короткой — меньший. В этом случае короткая ветка должна выполняться из труб меньших диаметров, а длинная ветка должна выполняться из труб большего диаметра.

И, по мере уменьшения расхода, от начала к концу ветки диаметры труб должны уменьшаться так, чтобы скорость теплоносителя была примерно одинакова.

2. Увязка давлений в отдельных ветвях сети

Увязка может производиться подбором соответствующих диаметров труб или, если возможности этого способа исчерпаны, то за счёт установки регуляторов расхода давления или регулировочных вентилей на отдельных ветвях.

Частично мы, как это описано выше, можем увязать давление с помощью подбора диаметров трубопроводов. Но не всегда это удаётся сделать. Например, если берём самый маленький диаметр трубопровода на короткой ветке, а сопротивление в нём все равно недостаточно большое, тогда весь поток воды будет идти через короткую ветку, не заходя в длинную. В этом случае требуется дополнительная регулировочная арматура.

Регулировочная арматура может быть разной.

Бюджетный вариант — ставим регулировочный вентиль — т.е. вентиль с плавной регулировкой, который имеет градацию в настройке. Каждый вентиль имеет свою характеристику. При гидравлическом расчёте проектировщик смотрит, какое давление необходимо погасить, и определяется так называемая невязка давлений между длинной и короткой ветками. Тогда по характеристике вентиля проектировщик определяет, на сколько оборотов этот вентиль,  от полностью закрытого положения, надо будет открыть. Например, на 1, на 1.5 или на 2 оборота. В зависимости от степени открытия вентиля будет добавляться разное сопротивление.

Более дорогой и сложный вариант регулировочной арматуры — т.н. регуляторы давления и регуляторы расхода. Это устройства, на которых мы задаём необходимый расход или необходимый перепад давлений, т.е. падение давлений на этой ветке. В этом случае устройства сами контролируют работу системы и, если расход не соответствует требуемому уровню, то они открывают сечение, и расход увеличивается. Если расход слишком большой, то сечение перекрывается. Аналогично происходит и с давлением.

Если все потребители после ночного понижения теплоотдачи одновременно открыли утром свои отопительные приборы, то теплоноситель попытается, в первую очередь, поступать в ближние к тепловому пункту приборы, а до дальних дойдет спустя часы. Тогда сработает регулятор давления, прикрывая ближайшие ветки и, тем самым, обеспечит равномерное поступление теплоносителя во все ветки.

Самые продвинутые и дорогие системы – когда на каждую ветку ставится регулятор расхода и регулятор перепада давления, т.к. в этом случае контролируются оба параметра.

3. Подбор циркуляционного насоса по давлению (напору) и по расходу (подаче)

Расчетные потери давления в главном циркуляционном кольце (с небольшим запасом) определят напор для циркуляционного насоса. А расчетный расход насоса – это суммарный расход теплоносителя по всем ветвям системы. Насос подбирается по напору и по расходу.

Эти данные (напор и расход) прописаны в технических характеристиках циркуляционного насоса. Насос подбирается по двум параметрам, которые мы определяем в ходе гидравлического расчёта.

Если в системе стоит несколько циркуляционных насосов, то в случае их последовательного монтажа у них суммируется напор, а расход будет общим. Если насосы работают параллельно, то у них суммируется расход, а напор будет одинаковым.

Определив в ходе гидравлического расчёта потери давления в системе, можно выбрать циркуляционный насос, который оптимально будет соответствовать параметрам системы, обеспечивая оптимум затрат – капитальных (стоимость насоса) и эксплуатационных (стоимость электроэнергии на циркуляцию).

Расход теплоносителя

Расход теплоносителя рассчитывается по формуле:

Читайте также:  Дровяные печи для бани — это надо знать

Cp — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*град.C); для упрощенных расчетов принимаем равной 4,19 кДж/(кг*град.C)

ΔPt — разность температур на входе и выходе; обычно берем подачу и обратку котла

Калькулятор расхода теплоносителя (только для воды)

Q = кВт; Δt = oC; m = л/с

Точно также можно посчитать расход теплоносителя на любом участке трубы. Участки выбираются так, чтобы в трубе была одинаковая скорость воды. Таким образом, разбиение на участки происходит до тройника, либо до редукции. Нужно просуммировать по мощности все радиаторы, к которым течет теплоноситель через каждый участок трубы. Потом подставить значение в формулу выше. Эти расчеты необходимо сделать для труб перед каждым радиатором.

Подбор диаметров труб

В предыдущих разделах было рассмотрено на примере как следует выполнять теплотехнический расчет и составлять тепловой баланс по помещениям. Исходя из полученной мощности радиаторов и составленной схемы трубопроводов, определяется нагрузка каждого участка трубопроводов, а исходя из зависимости Q (кВт)= G воды (л/мин) определяется расход воды на каждом участке. Это выражение справедливо при температурном перепаде (между подачей и обраткой) в системе отопления 15 °С.

Согласно полученным расходам на каждом участке системы отопления по Таблице №1 выполняется определение диаметров участка трубопроводов. Следует помнить, что размер указан для стальных трубопроводов, то есть условный проход, что приблизительно соответствует аналогичному ВНУТРЕННЕМУ диаметру полимерных трубопроводов.

Таблица №1

Расход, л/мин 5,7 15 30 53 83 170 320
Условный проход мм 15 20 25 32 40 50 65
Дюймы 1/2 3/4 1 1.1/4 1.1/2 2 2.1/2

Внутренний диаметр полимерных труб можно узнать из таблицы №2.

Таблица №2

Показатели Наружный диаметр
16 20 26 32 40
Внутренний диаметр, мм 12 16 20 26 32
Толщина стенки трубы, мм 2,0 2,0 2,0 3,0 2,5
Объем жидкости в 1 м. п. трубы, л 0,113 0,201 0,314 0,531 0,855

Данный расчет является укрупненным, подлежит для определения диаметров трубопроводов системы отопления только для небольших жилых зданий преимущественно с коллекторной системой отопления и установленными терморегулирующими вентилями на каждом радиаторе. Данный расчет не определяет удельные потери в трубопроводах или неувязки на участках сети для определения величины разбалансировки. Для жилых домов площадью свыше 100 м2 с большим количеством циркуляционных колец или при наличии водяных теплых полов за гидравлический расчет (как и теплотехнический) следует доверять только специалистам.

Читайте также:  Автономная газификация частного дома: схемы систем газоснабжения

В предыдущих разделах цикла статей по расчету систем отопления мы составили тепловой баланс для углового помещения площадью 8,12м2 и определили, что будет установлено два радиатора суммарной мощностью 1 167 Вт, то есть каждый по 583,5 Вт. Так как исходя из планировки и места расположения котла в данном случае удобнее всего предусмотреть коллекторную систему отопления с выводом от коллекторного шкафа ветки на каждый радиатор, тогда расход теплоносителя на каждом отрезке равен 0,574 л/мин, а диаметр подводящего трубопровода Ду=15 мм.

Похожие записи:

  1. Расчет системы отопления частного дома (часть1)
  2. Расчет системы отопления (Часть 4 — Подбираем тип схемы)
  3. Расчет системы отопления (Часть 6 — Подбор циркуляционного насоса)

· минимизация капитальных затрат при строительстве на трубопроводы и запорно-регулирующую арматуру принятых диаметров.

Для удовлетворения первого из требований диаметры трубопроводов и установленной регулирующей арматуры должны быть в пределах обеспечения минимальной скорости движения теплоносителя 0,2–0,25 м/с, необходимой для удаления пузырьков воздуха, которые способны образовывать воздушные пробки.

Малые скорости движения теплоносителя приводят к увеличению диаметров трубопроводов и, как следствие, к ряду отрицательных моментов при строительстве и эксплуатации систем водяного отопления:

Самотечное двухтрубное отопление

По направлению движения теплоносителя двухконтурные системы делятся на: с попутным движением и тупиковые. В тупиковом варианте горячий и остывший теплоноситель движется в разных направлениях. При использовании подобной схемы монтажа длина колец циркуляции получается не одинаковой. Это значит, что для самых дальних отопительных приборов кольцо гораздо длиннее, чем для тех, которые находятся по-близости от котла. Поэтому те радиаторы, которые ближе к стояку, греются лучше. При использовании схемы с попутным движением воды все кольца циркуляции получаются одинаковыми по длине, поэтому радиаторы прогреваются одинаково. Но такие схемы используются редко из-за большого расхода трубных материалов. Чаще всего стараются улучшить характеристики тупиковой системы путем монтажа двух или нескольких контуров вместо одного.

Двухтрубная система — это два отдельных трубопровода, проведенные параллельно: один для горячей воды (от котла), второй — для охлажденной (прошедшей через отопительные приборы). Отопление с применением двух контуров можно установить, если использовать верхнюю разводку и трубы с диаметром 32 мм или более.

Вода от котла поднимается в распределительный бак, из которого спускается к отопительным приборам самотеком. Если диаметр трубопровода слишком маленький, создается высокое гидравлическое сопротивление, которое препятствует циркуляции.

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.

Итак, приступим.

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.

Блог :: Расчет гидрострелки

покупателя Администратор Муравьев

Определимся для чего нужна эта диковинная штука — гидрострелка:

Итак первое. Предположим, что у нас есть котел для отопления, что бы он эффективно нагревал воду необходимо через него пропускать некоторое количество этой самой воды и это количество должно быть строго равной той что указанна в паспорте котла.

Если будете пропускать через него меньше воды он будет ее перегревать, будем пропускать больше получим увеличение сопротивления, и соответственно увеличатся наши счета за электроэнергию, насосу будет сложней прокачать теплоноситель.

С другой стороны у нас имеется некий потребитель (радиаторы или теплые полы) со своим расходом, который необходим, что бы система эффективно работала. Так вот гидравлическая стрелка позволяет иметь в каждом контуре, тот расход который нам необходим.

Читайте также:  Виды систем отопления: водяное, воздушное, инновационное

Каждый контур как бы работает и никак не зависит от другого.

Второй вариант использования. При установленной гидравлической стрелке в системе, мы исключает гидродинамическое влияние на включение или отключения отдельных контуров.

Поэтому резонно при проектировании, если допустим у вас имеется контур радиаторного отопления, контур теплых полов и контур водоснабжения бойлер или тепло-обменник, разделять эти потоки на отдельные контура, что бы они не влияли друг на друга.

Гидрострелка является связующим звеном двух ли более отдельных контуров по передаче тепла и полностью исключает динамическое влияние этих контуров друг на друга.

Перед изготовлением гидравлического разделителя, необходимо определиться с его размерами. В принципе весь расчет сводится к определению одного параметра, это диаметр гидравлического разделителя. Далее используем один из двух методов:

  • — трех диаметров;
  • — чередующихся патрубков;
  • Для расчета необходимо знать либо максимальный проток в системе (расход), при скорости теплоносителя, внутри гидравлического разделителя равной 0,2 м/с, либо мощность отопительного котла.
  • Итак у нас два варианта расчета диаметра гидрострелки :
  • Первый. Как и говорилось раньше исходя из максимального протока теплоносителя в отопительной системе:

D — диаметр гидрострелки, мм; G — максимальный расход через разделитель, куб. м./час;

w — максимальная скорость движения теплоносителя, рекомендуется принимать около 0,2 м/сек.

Второй. Производится изходя из максимальной мощности котельной установки (котла), и разности температуры подачи и обратки, как правило это около 10°С.

  1. D — диаметр гидравлической стрелкиразделителя, мм; P — мощность (максимальная) отопительного котла, если их два то сумма их мощностей, кВт;
  2. ∆T — разница температур подачи и обратки, °С

Давайте рассмотрим пример расчета. Предположим у нас есть котел мощностью 100 кВт, а система отопления рассчитана под радиаторный обогрев с режимом 85/65, а значит ∆T = 20 °С, то диаметр гидравлической стрелки будет следующий: D = 100 мм, принимаем ближайший больший 108 мм.

Вот такой вид будет иметь наша гидрострелка:

Выбор основного контура

Гидравлическая стрелка отделяет котловые и отопительные контура

Здесь необходимо рассматривать отдельно две схемы — однотрубную и двухтрубную. В первом случае расчет нужно вести через самый нагруженный стояк, где установлено большое количество отопительных приборов и запорной арматуры.

Во втором случае выбирается самый загруженный контур. Именно на его основе и нужно делать подсчет. Все остальные контуры будет иметь гидравлическое сопротивление гораздо ниже.

В том случае, если рассматривается горизонтальная развязка труб, то выбирается самое загруженное кольцо нижнего этажа. Под загруженностью понимают тепловую нагрузку.

Расчет гидравлически коротких трубопроводов

Первый случай:

Жидкость перетекает из А в В. Длина трубы , диаметр, разность уровней. Движение — установившееся.

Пренебрегая скоростными напорами и, уравнение Бернулли имеет вид:

(126)

Потери напора— вход в трубу, кран, два поворота, кран и выход из трубы:

(127)

(128)

Обозначим— коэффициент сопротивления системы.

Так как,

(129)

(130)

(131)

Обозначим:,

тогда

, (132)

где— коэффициент расхода системы;

— площадь живого сечения потока, м2.

Второй случай:

(133)

где

(134)

Подставив, имеем

(135)

Обозначим,

тогда

(136)

(137)

Расход жидкости:

(138)

или

(139)

где— коэффициент расхода системы.

Пример. Определить расход керосина Т-1 при температуре, протекающего по трубопроводу из сваренных труб из нержавеющей стали в пункты 1 и 2 (рис. 45), если напор Н в резервуаре постоянный и равный 7,2м. Длина отдельных частей трубопровода

, диаметры:,

. Местные потери напора в расчетах не учитывать.

или

(140)

По условию задачи размеры параллельных труб, изготовленных из одного материала, одинаковы (,

) поэтому

Следовательно,

(141)

где-расход в трубопроводе;,— расход в параллельных ветвях трубопровода.

Так как,,,,

или

(142)

Уравнение (142) можно решить только графоаналитическим способом. Задаемся разными значениями расхода жидкости в трубопроводе и для этих значенийвычисляеми:

(143)

По известным величинами,и

определяем числа Рейнольдсаи

(144)

Для керосина Т — 1

У сварных труб из нержавеющей стали эквивалентная шероховатость, поэтому относительная эквивалентная шероховатость труб

По известным величинам и,

и по графику Колбрука определяем коэффициенты сопротивления трения и и далее по уравнению (142) устанавливаем необходимый напор. Расчет сводим в таблицу 5.

, 2 5 8
, 1,02 2,55 4,09
2,04 5,10 8,18
0,032 0,026 0,0245
, 0,053 0,332 0,851
, 0,312 1,54 3,83
, 0,795 1,99 3,19
1,27 3,18, 5,10
0,032 0,0285 0,028
, 0,0322 0,202 0,519
, 0,23 1,33 3,34
, 0,574 3,07 7,69