4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гидравлический расчет однотрубной системы отопления

Гидравлический расчет однотрубной системы отопления

Затруднительно помыслить существование человека в России без отопления коттеджа. Всем россиянам известно, что топливо для отопления постоянно увеличивается в цене. Любой человек может разобраться: как улучшить систему дачи. В любом регионе России необходимо зимой отапливать дом. На данном веб сайте собрано большое количество обогревательных систем квартиры, использующих абсолютно уникальные способы извлечения тепловой энергии. Указанные системы обогрева можно монтировать комбинационно или самостоятельно.

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.

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

Проектирование инженерных систем

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.

Затем, используя полученные значения расхода теплоносителя, необходимо для каждого участка труб перед радиаторами вычислить скорость движения воды в трубах по формуле :

где, V – скорость движения теплоносителя, м/с ;

m – расход теплоносителя через участок трубы, кг/с ;

ρ – плотность воды, кг/м3 – можно принять равной – 1 000 кг/м3 ;

f – площадь поперечного сечения трубы, м2 – можно посчитать по формуле: П * r2, где r – внутренний диаметр, разделенный пополам.

Затем для каждого участка нужно рассчитать потери напора на трение в трубе по формуле /учитывается и подача и обратка/ :

ΔPpтр = R * L,

ΔPpтр – потеря напора в трубе на трение, Па ;

R – удельные потери на трение в трубе, Па/м – в справочной литературе производителя трубы ;

L – длина участка, м.

Затем нужно посчитать потери напора на местных сопротивлениях /фитинги, арматура/ по формуле :

где, Δpм.с. – потери напора на местных сопротивлениях, Па ;

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке – коэффициенты местных сопротивлений указываются производителем для каждого фитинга ;

V – скорость теплоносителя в трубопроводе, м/с ;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м3.

В итоге необходимо просуммировать сопротивления всех участков до каждого радиатора и сравнить с контрольными значениями. Для того, чтобы насос, встроенный в газовый котел, обеспечил теплом все радиаторы, потери напора на самой длинной ветке не должны превышать – 20 000 Па. Скорость движения теплоносителя на любом участке должна быть в диапазоне – 0,251,5 м/с. При скорости выше – 1,5 м/с в трубах может появиться шум, а минимальная скорость в – 0,25 м/с рекомендуется по – СНиП 2.04.05-91 во избежание завоздушивания труб.

Для того, чтобы выдержать вышеуказанные условия, достаточно правильно подобрать диаметры труб. Это можно сделать по таблице.

Труба, материалМинимальная мощность, кВтМаксималььная мощность, кВт
Металлопластиковая труба 16 мм2,84,5
Металлопластиковая труба 20 мм5,08,0
Металлопластиковая труба 26 мм8,013,0
Металлопластиковая труба 32 мм13,021,0
Полипропиленовая труба 20 мм4,07,0
Полипропиленовая труба 25 мм6,011,0
Полипропиленовая труба 32 мм10,018,0
Полипропиленовая труба 40 мм16,028,0

В ней указана суммарная мощность радиаторов, которые труба обеспечивает теплом.

Отопление и водоснабжение – многогранный инженерный процесс,

требующий знаний и умений ПРОФЕССИОНАЛА.

Проясним Вашу ситуацию и ответим на вопросы бесплатно +7-932-2000-535

Сантехнические работы Тюмень

Итоги статьи.

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления дело прямо-таки не самое простое и требующее опыта. Ошибки здесь могут стоить очень дорого. Отдельные ветки и стояки могут не работать. По ним просто не будет циркуляции. По этой причине лучше чтобы этим занимались люди с образованием и опытом таких работ. Сами монтажники практически никогда не занимаются расчетами. Они везде стремятся делать одни и те же решения, которые работали у них ранее. Но то, что работало у другого человека не обязательно будет работать у вас. По этому настоятельно рекомендую обратиться к инженеру и сделать полноценный проект. На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях.

Читать еще:  Можно ли ставить холодильник возле батареи отопления?

Методы гидравлического расчета

Как мы уже сказали, гидравлический расчет можно сделать на онлайн-калькуляторе, при помощи специальной программы или же в таблице Excel. Первый вариант подойдет даже для тех, кто ничего не понимает в теплотехнике и гидравлике. Естественно, что таким методом можно получить только приблизительные значения, использовать которые в больших и сложных проектах нельзя.

Пример аксонометрической схемы.

Программное обеспечение стоит очень дорого и покупать его на один раз смысла нет, а вот сделать таблицу в Excel можно без вложений. Выполнить расчет, можно используя разные формулы:

  • теоретической гидравлики;
  • СНИПа 2.04.02-84.

Но также может отличаться и метод вычислений: удельных потерь давления или характеристик сопротивления. Последний не может применяться для гравитационных систем с естественной циркуляцией теплоносителя. При монтаже маленьких двухтрубных контуров обогрева с принудительной циркуляцией достаточно придерживаться нескольких простых правил. Основные магистрали делаются из полипропиленовых труб с наружным диаметром 25 мм. Отводы к радиаторам выполняется из труб 20 мм. А о том, как подобрать насос мы писали здесь.

Потери напора и давления

Расчёт параметров по описанным выше соотношениям был бы достаточен для идеальных моделей. В реальной жизни и объёмный поток, и скорость теплоносителя всегда будут отличаться от расчётных в разных точках системы. Причина тому — гидродинамическое сопротивление движению теплоносителя. Оно обусловлено рядом факторов:

  1. Силами трения теплоносителя о стенки труб.
  2. Местными сопротивлениями протоку, образуемыми фитингами, кранами, фильтрами, термостатирующими клапанами и прочей арматурой.
  3. Наличием разветвлений присоединительного и ответвительного типов.
  4. Турбулентными завихрениями на поворотах, сужениях, расширениях и т. д.

Задача нахождения падения давления и скорости на разных участках системы по праву считается наиболее сложной, она лежит в области расчётов гидродинамических сред. Так, силы трения жидкости о внутренние поверхности трубы описываются логарифмической функцией, учитывающей шероховатость материала и кинематическую вязкость. С расчётами турбулентных завихрений всё ещё сложнее: малейшее изменение профиля и формы канала делает каждую отдельно взятую ситуацию уникальной. Для облегчения расчётов вводится два опорных коэффициента:

  1. Кvs — характеризующий пропускную способность труб, радиаторов, разделителей и прочих участков, приближенных к линейным.
  2. Кмс — определяющий местные сопротивления в различной арматуре.

Эти коэффициенты указываются производителями труб, клапанов, кранов, фильтров для каждого отдельно взятого изделия. Пользоваться коэффициентами достаточно легко: для определения потери напора Кмс умножают на отношение квадрата скорости движения теплоносителя к двойному значению ускорения свободного падения:

Δhмс = Кмс (V 2 /2g) или Δpмс = Кмс (ρV 2 /2)

  • Δhмс — потери напора на местных сопротивлениях, м
  • Δpмс — потери напора на местных сопротивлениях, Па
  • Кмс — коэффициент местного сопротивления
  • g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с 2
  • ρ — плотность теплоносителя, для воды 1000 кг/м 3

Потеря напора на линейных участках представляет собой отношение пропускной способности канала к известному коэффициенту пропускной способности, причём результат деления нужно возвести во вторую степень:

Р = (G/Kvs) 2

  • Р — потеря напора, бар
  • G — фактический расход теплоносителя, м 3 /час
  • Kvs — пропускная способность, м 3 /час

Расчёт сопротивления системы и подбор циркуляционного насоса

При расчете гидравлического сопротивления системы отопления исключается вариант естественной циркуляции теплоносителя по ее контурам. Рассматривается лишь случай принудительной прогонки по тепловым контурам разветвленной сети отопительных труб. Чтобы система работала с заданной эффективностью, потребуется образец насоса, заведомо гарантирующий нужный напор. Эта величина обычно представляется как объем прокачки теплоносителя в выбранную единицу времени.

Для определения суммарной величины сопротивления, вызванного сцеплением частиц воды с внутренними поверхностями труб в магистралях, применяется следующая формула: R = 510 4 V 1.9 / d 1,32 (Па/м). Значок V в этом соотношении соответствует скорости движения потока. При проведении самостоятельных вычислений всегда предполагается, что эта формула действительна лишь для скоростей не более 1,25 метра/сек. Если пользователю известна величина текущего расхода ГСВ, допускается воспользоваться приблизительной оценкой, позволяющей определить внутреннее сечение труб из полипропилена.

Читать еще:  Полипропилен или металлопластик что лучше — Трубы и сантехника

По завершении основных вычислений следует обратиться к особой таблице, в которой указываются примерные сечения трубных проходов в зависимости от полученных при расчете цифр. Наиболее сложным и затратным по времени является процедура определения гидравлического сопротивления в следующих участках действующего трубопровода:

  • в зонах сопряжения его отдельных элементов;
  • в обслуживающих отопительную систему клапанах;
  • в задвижках и контрольных приборах.

После того как все искомые параметры, касающиеся рабочих характеристик теплоносителя, найдены, переходят к определению всех остальных показателей системы.

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.

Выбор радиаторов и длины участков трубопровода

Необходимо определиться с видом устройств для отопления и проставить места их расположение на плане помещения. Далее должно быть принято решение об итоговой конфигурации отопительной системы, вида трубопровода (однотрубный или двухтрубный), арматуры для запора и регулирования (клапана, регуляторы, вентили, датчики давления, расхода и температуры).

Затем на вычерченной схеме указывается номер тепловых нагрузок и точная длина участков, для которых производится расчет. В заключении определяется «циркулирующее кольцо». Оно представляет собой контур замкнутого вида, который включает в себя все последовательные трубопроводные участки, на которых ожидается повышенный расход носителя тепла на расстоянии от источника, излучающего теплоэнергию, до самого дальнего прибора отопления (при двухконтурной системе) или до приборной ветки (при однотрубной системе) и назад к отопительному механизму.

Есть ли бесплатные программы для расчётов?

Чтобы упростить расчет системы отопления частного дома, можно воспользоваться специальными программами. Их, конечно, не так много как графических редакторов, но выбор всё же есть. Одни распространяются бесплатно, другие – в демо-версиях. В любом случае, сделать нужные расчёты один-два раза получится и без материальных вложений.

Программное обеспечение «Oventrop CO»

Бесплатное программное обеспечение «Oventrop CO» предназначено для того, чтобы выполнить гидравлический расчёт отопления загородного дома.

Программа «Oventrop CO» создана для предоставления графической помощи на этапе составления проекта отопления. Она позволяет выполнить гидравлический расчёт и для однотрубной, и для двухтрубной системы. Работать в ней просто и удобно: есть уже готовые блоки, осуществляется контроль над ошибками, огромный каталог материалов

Читать еще:  Какой теплоноситель лучше использовать в системе отопления

На основе предварительных настроек и подбора отопительных приборов, трубопровода и арматуры можно проектировать новые системы. Помимо этого возможна регулировка существующей схемы. Она осуществляется посредством подбора мощности уже имеющегося в распоряжении оборудования в соответствии с нуждами отапливаемых комнат и помещений.

Оба эти варианта могут сочетаться в данной программе, позволяя регулировать существующие фрагменты и проектировать новые. При любом варианте расчёта «Oventrop CO» подбирает настройки арматуры. В части выполнения гидравлических расчётов у этой программы широкие возможности: от подбора диаметров трубопровода до анализа расхода воды в оборудовании. Все результаты (таблицы, схемы, рисунки) можно распечатать или перенести в среду Windows.

Программное обеспечение «Instal-Therm HCR»

Программа «Instal-Therm HCR» позволяет рассчитать систему радиаторного и поверхностного отопления.

Она поставляется в комплекте InstalSystem TECE, куда входят ещё три программы: Instal-San Т (для проектирования холодного и горячего водоснабжения), Instal-Heat&Energy (для расчёта тепловых потерь) и Instal-Scan (для сканирования чертежей).

Программа «Instal-Therm HCR» снабжена расширенными каталогами материалов (трубы, потребители воды, фитинги, радиаторы, теплоизоляция и запорно-регулирующая арматура). Результаты расчётов выдаются в виде спецификации на предлагаемые программой материалы и изделия. Единственный недостаток пробной версии – невозможно вывести её на печать

Вычислительные возможности «Instal-Therm HCR»: — подбор по диаметру труб и арматуры, а также тройников, фасонных изделий, распределителей, проходных муфт и теплоизоляции трубопровода; — определение высоты подъёма насосов, расположенных в смесителях системы или на участке; — гидравлические и тепловые расчёты отопительных поверхностей, автоматическое определение оптимальной температуры входа (питания); — подбор радиаторов, учитывающий охлаждение в трубопроводах рабочего агента.

Пробной версией можно воспользоваться бесплатно, но она имеет ряд ограничений. Во-первых, как и в большинстве условно-бесплатных программ, результаты распечатать нельзя, равно как и экспортировать их. Во-вторых, в каждом из приложений пакета можно создать только три проекта. Правда изменять их можно сколько угодно. В-третьих, созданный проект сохраняется в модифицированном формате. Файлы с таким расширением ни другая пробная, ни даже стандартная версия не прочитают.

Программное обеспечение «HERZ C.O.»

Свободно распространяется программа «HERZ C.O.». С её помощью можно сделать гидравлический расчёт и однотрубной, и двухтрубной системы отопления. Важным отличием от других является возможность выполнения расчётов в новых или реконструированных зданиях, где в качестве теплоносителя выступает гликолиевая смесь. Это программное обеспечение имеет сертификат соответствия ООО ЦСПС.

«HERZ C.O.» предоставляет пользователю следующие возможности: подбор труб по диаметру, настроек регуляторов разницы давления (разветвления, основание стоков); анализ расхода воды и определение потерь давления в оборудовании; расчёт гидравлического сопротивления циркуляционных колец; учёт необходимых авторитетов термостатических вентилей; снижение в циркуляционных кольцах избыточного давления посредством подбора настроек вентилей. Для удобства пользователя организован графический ввод данных. Результаты расчётов выводятся в виде схем и поэтажных планов.

Схематичное представление результатов расчётов в «HERZ C.O.» гораздо удобнее спецификации на материалы и изделия, в форме которой выводятся итоги вычислений в других программах

Программа имеет развитую контекстную справку, предоставляющую информацию об отдельных командах или вводимых показателях. Многооконный режим работы позволяет одновременно просматривать несколько типов данных и итогов. Работа с плоттером и принтером организована предельно просто, перед печатью можно предварительно просмотреть выводимые страницы.

Программа «HERZ C.O.» оснащена удобной функцией автоматического поиска и диагностики ошибок в таблицах и на схемах, а также быстрым доступом к каталожным данным арматуры, отопительных приборов и труб

Современные системы регулирования с постоянно меняющимся тепловым режимом требуют оборудования для мониторинга изменений и их регулирования.

Сделать выбор регулирующей арматуры, не владея ситуацией на рынке, очень сложно. Поэтому для того, чтобы сделать расчет отопления по площади всего дома, лучше воспользоваться программным приложением с большой библиотекой материалов и изделий. От правильности полученных данных зависит не только работа самой системы, но и объём капиталовложений, которые потребуются для её организации.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector