Расчет гидравлический отопления однотрубной системы отопления: Гидравлический расчет однотрубной системы отопления с примерами

Содержание

Гидравлический расчет системы отопления

Сейчас более востребована автономная отопительная система. Даже жильцы многоквартирных зданий отказываются от центрального отопления в пользу индивидуальной системы обогрева своего жилья. Причины выбора такого обогрева две: доступность и экономичность.

Все понимают, что изначально нужно затратить денежные средства на покупку всех элементов отопления и установить их, но все это быстро окупится. Так как обслуживание такой системы намного дешевле ежемесячных платежей за услуги центрального отопления.

Конечно, достигнуть этих целей можно лишь при верном выборе и правильном монтаже всех элементов. Поэтому очень важен гидравлический расчет системы отопления. Еxcel и другие компьютерные программы помогут облегчить расчет.

Какие бывают способы подключения приборов для отопления

Нужно разобраться, какие способы подключения отопительных приборов бывают. Их существует всего два:

Однотрубный;
Двухтрубный.

При однотрубной системе устройства подключаются последовательно, таким образом, вода проходит все приборы, и лишь затем возвращается к нагревающему агрегату. А в двухтрубной системе отопления еще дополнительно присутствует обратная труба.

Что нужно выполнить до гидравлического расчета отопительной системы

Самым трудоемким и сложным инженерным этапом системы отопления является расчет гидравлики. Именно по этой причине заранее необходимо выполнить некоторые вычисления. Для начала определите баланс помещений, которые будут обогреваться. Выберите тип устройств и прорисуйте их расстановку в плане здания.

Предполагается, что выбор котла и других элементов уже сделан до гидравлического расчета системы отопления. Еxcel и другие программы помогут выполнить чертеж системы обогрева дома.

Обязательно нужно установить основное кольцо для циркуляции теплообменника. Для гидравлического расчета однотрубной системы отопления это будет замкнутый контур, который включает в себя ряд труб, направленных к стоякам.

А трубы, которые направлены к самому отдаленному обогревательному устройству, делают систему обогрева двухтрубной.

Пример гидравлического расчета системы отопления

Для начала гидравлического расчета однотрубной системы отопления образовываются два кольца отопительной системы, которое больше — называется первым. Разбивают все кольца на участки, нумеровать нужно от начала общего трубопровода. Для того чтобы не нарушалась циркуляция, необходимо делать вычисления для подачи и обратки параллельно. Сначала рассчитаем расход теплоносителя, для этого необходимы следующие данные:

Нагрузка определенного участка отопительной системы;
При какой температуре подается теплоноситель;
При какой температуре движется обратно теплоноситель;
Теплоемкость воды постоянная величина и равна 4,2 кДж/кг*градусов Цельсия.

Если предположить, что нагрузка на определенный участок равна 1000 Ватт, тогда можно при помощи специальных таблиц выбрать нужный диаметр труб для обогрева помещения.

Обязательно обратите внимание: диаметр начинающей трубы самый большой, а чем дальше он уходит, тем меньше он становится. Двигаться теплоноситель должен со скоростью от 0,2 до 1,5 м/сек.

Если движение будет меньше, тогда система завоздушится, если больше будет шуметь трубопровод. Оптимальной считается скорость 0,5-0,7 м/сек.

В любой системе отопления есть потери напора, это происходит при трении в трубе, радиаторе и арматуре. Для расчета этой величины, необходимо следующие показатели просуммировать:

Скорость теплоносителя;
Плотность воды;
Длину трубы на определенном участке системы;
Потерю напора в трубе;
Суммарная величина сопротивления теплоносителя.

Для того чтобы получить общую сумму сопротивления необходимо сложить показатели сопротивления на всех участках трубопровода.

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления

В инструкции сказано, что при двухтрубной отопительной системе необходимо брать кольцо в расчет показателей более нагруженного стояка трубопровода. А при однотрубной схеме – самого загруженного стояка. При гидравлическом расчете двухтрубной системы отопления жилища, когда движение жидкости тупиковое, берут в учет кольцо нижнего радиатора самого нагруженного и удаленного стояка. Если вы выбрали горизонтальную схему отопительной системы, тогда берите за основу кольцо самой загруженной ветки первого этажа здания.

Этот этап очень ответственен и важен, потому что если перепутать выбранные кольца для определенной системы обогрева дома, возможно, потом придется менять весь трубопровод и прибор для отопления.

Теперь главные нюансы гидравлического расчета отопления вы знаете, поэтому можно начинать вычислять.

Поделиться с друзьями:

Гидравлический расчет системы отопления: пример, сопротивление отопительных приборов

Гидравлический расчет системы отопления

Централизованный тип постепенно уступает место автономной системе отопления. Многие принимают решение обогревать помещения собственными силами, желая создать идеальное сочетание экономичности, тепла и комфорта. Именно поэтому особую актуальность приобретает гидравлический расчет системы отопления.

На начальном этапе предстоят финансовые траты. Однако новейшее отопительное оборудование обладает инновационным подходом к процессу регулирования подачи тепла по сравнению со старым, поэтому вложенные деньги быстро окупаются. Но такую гармонию могут обеспечить лишь системы, созданные по всем правилам. Они смогут профессионально преодолеть возникающее гидравлическое сопротивление.

Для чего делается расчет

Вычисления производят в первую очередь для того, чтобы определить такие характеристики циркуляционного насоса, как производительность и напор, которые позволят системе отопления работать с наибольшей эффективностью.

Конечно, какую-то циркуляцию в контуре создаст любой насос, даже самый маломощный, но насколько экономичной будет такая схема? Часто бывает так, что и котел исправно работает и радиаторов в доме достаточно, но они не греют из-за слабой циркуляции в системе.

Чтобы контуры отопления работали в полную силу, необходимо, чтобы насос преодолел гидравлическое сопротивление элементов системы потоку воды в трубах, а также потери давления. Но и насос большей мощности, чем нужно, также приведет к нежелательным эффектам. Кроме повышенного расхода электроэнергии, превышение давления плохо скажется на долговечности соединений, а увеличение скорости продвижения теплоносителя приведет к возникновению шумов.

Правильно рассчитанное гидравлическое сопротивление и качественная регулирующая арматура – наиболее эффективное сочетание.

Соблюдение ключевых условий обеспечивают следующие факторы:

снабжение отопительных приборов должно осуществляться в достаточном объеме для идеального баланса в помещении при температурных колебаниях воздуха снаружи и в жилище;
минимизация затрат на эксплуатацию, чтобы преодолеть системное гидравлическое сопротивление;
снижение капитальных затрат во время прокладки отопления.

Что учитывается в расчете?

Перед тем как начинать вычисления, следует выполнить ряд графиче

ских действий (часто для этого применяется специальная программа). Гидравлический расчет предполагает определение показателя баланса тепла помещения, в котором происходит отопительный процесс.

Для расчета системы рассматривается самый протяженный контур отопления, включающий наибольшее количество приборов, фитингов, регулирующей и запорной арматуры и наибольший перепад давления по высоте. В расчете участвуют такие величины:

материал трубопроводов;
суммарная длина всех участков трубы;
диаметр трубопровода;
изгибы трубопровода;
сопротивление фитингов, арматуры и отопительных приборов;
наличие байпасов;
текучесть теплоносителя.

Чтобы учесть все эти параметры существуют специализированные компьютерные программы, как пример — «НТП Трубопровод», «Oventrop CO», HERZ С.О. версии 3.5. или множество их аналогов, облегчающие специалистам производство расчетов.

Они содержат необходимые справочные данные по каждому элементу системы теплоснабжения и позволяет автоматизировать сам расчет. Однако проделать львиную долю работы, определить узловые точки и внести все данные для расчета и особенности схемы трубопровода придется пользователю. Для удобства целесообразно постепенно заполнять заранее созданную форму в MS excel.

Сделать верные расчеты в части преодоления сопротивления – это самый трудоемкий, но нео

бходимый шаг при проектировании отопительных систем водяного типа.

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.

Нюансы

При гидравлическом расчете с помощью компьютера excel – не единственная, хоть и наиболее простая. Для данного вида подсчетов разработаны специализированные программы, с которыми работать значительно проще.

В роли расчетного трубопровода обычно выступает участок, имеющий неизменный расход носителя тепла и постоянный диаметр. Так будет проще получить правильные данные. Он определяется по тепловому балансу помещения.

Нумерация участков должна происходить от теплового источника. Чтобы обозначить узловые точки на трубопроводе, который осуществляет подачу, в местах ответвлений применяют буквы алфавита. На магистралях сборного типа в соответствующих узлах их обозначают штрихами (пример хорошо это иллюстрирует).

Узловые точки на ответвлениях приборных веток обозначаются арабскими цифрами. Каждая соответствует номеру этажа, если применяется система горизонтального типа, или номеру ветки-стояка с приборами, если речь идет о вертикальной системе. В номер всегда входят две цифры – начало и конец участка. Длина трубопроводных участков определяется по плану, который вычерчивается в масштабе. Точность составляет 0,1 м.

Расчет однотрубной системы отопления рекомендуется проводить при одинаковых (постоянных) или различных (переменных) перепадах температуры воды в стояках методом характеристик сопротивления. При этом следует применять верхнюю разводку, при которой обеспечивается движение воды к отопительному прибору «сверху-вниз».

Скачать пример гидравлического расчета

Стальные трубы — Диаграмма потери тепла

Потеря тепла от Стальные трубы при различных температурных разницах между трубами и окружающим воздухом:

1 кВт (кДж/с) = 102,0 кпм/с = 859,9 ккал/ч = ч = ч = ч = ч = ч = ч = ч. 3413 БТЕ/ч = 1,360 гк = 1,341 л.с. = 738 фут фунт/с = 1000 Дж/с = 3,6×10 ⁶ Дж/ч
1 м (метр) = 3,2808 фут = 39,37 дюйм = 1,0936 ярда = 6,214 x10 ^-4 миля

Для полной таблицы — перевернуть экран! 9 (Вт/м) о С) (мм) (дюйм) 50 60 75 100 110 125 140 900 31 150 165 195 225 280 15 1/2 30 40 60 90 130 900 83 155 180 205 235 280 375 575 90 029 20 3/4 35 50 70 110 160 190 900 82 220 255 290 370 465 660 25 1 40 60 90 130 9008 3 200 235 275 305 355 455 565 815 32 1 1/4 50 70 110 160 240 290 330 375 435 555 700 1000 40 1 1/2 55 80 12 0 180 270 320 375 420 485 625 900 82 790 1120 50 2 65 95 150 220 9 0083 330 395 465 520 600 770 975 1390 65 2 1/2 80 1 20 170 260 390 465 540 615 715 90 082 910 1150 1650 80 3 100 140 21 0 300 470 560 650 740 860 1090 1380 1980 100 4 900 83 120 170 260 380 585 700 820 92 5 1065 1370 1740 2520 150 6 170 250 90 083 370 540 815 970 1130 1290 1470 1910 2430 3500 9002 9 200 8 220 320 470 690 1040 1240 1440 1650 1900 2440 3100 4430 250 10 270 390 570 835 1250 1510 1750 1995 2300 2980 9008 2 3780 5600 300 12 315 460 670 90 082 980 1470 1760 2060 2340 2690 3370 4430 6450 90 036

Тепловые потери должны быть скорректированы для некоторых применений:

9004 6 Применение 9 0082 0,75

Поправочный коэффициент
Свободно выступающая одиночная труба	1,1
Более одной открытой трубы	1,0
Более одной трубы вдоль потолка	0,65
Одна труба вдоль плинтуса или стояка	1,0
Более одной трубы вдоль плинтуса или стояка	0,90
Одна труба вдоль потолка

Существующие расчеты объема гидравлической системы

Во время недавнего посещения гидравлической системы школы К-12 меня спросили, есть ли способ определить общий объем системы. Моим языком и щекой в ответ я посоветовал им взять рулетку и начать измерять. Как только шокированные взгляды рассеялись, я предложил другой, более простой способ оценить объем системы в существующей системе водяного отопления.

Зачем вам нужно рассчитывать объем существующей системы?
Помимо того, что это возможный вопрос на экзамене по магистерской программе по программе HVAC, зачем вообще рассчитывать объем существующей системы? Причин может быть много, но меня часто спрашивают о трех причинах.
Первый — это добавление или изменение существующей гидравлической системы путем расширения. Если я добавлю в систему 300 галлонов, нужно ли мне менять расширительный бак, добавлять новый или просто использовать существующий бак?
Вторая причина – добавление в систему гликоля. Предположим на мгновение, что инженера вызвали для решения проблем с зависанием. Она считает, что проблема в старом оборудовании и проблемах с техническим обслуживанием, но у владельца нет капитала для крупного расширения. Окна изменились, а здание стало более герметичным, и инженер уверен, что котлы справятся со снижением мощности из-за добавления гликоля. Теперь вопрос в том, сколько гликоля нам нужно? Ответ зависит от объема системы.
Третья причина, по которой меня вызвали, связана с холодным давлением заполнения. Произошло небольшое дополнение к системе. Катушка была добавлена двумя этажами выше в системе. Когда были добавлены этот простой змеевик и трубопровод, объем увеличился только на 80 галлонов. Не так много изменений. Давление наполнения увеличится с 28 фунтов на кв. дюйм до 37 фунтов на кв. дюйм. Котлы первого этажа имели предохранительные клапаны на 75 фунтов на квадратный дюйм. Система была небольшой и имела расширительный бак Bell & Gossett D-280. Как это изменится?
Существующий расширительный бак используется для расчета объема
Расширительный бак закрытой водяной системы отопления имеет одно основное назначение. Расширительный бак предназначен для поддержания приемлемого давления в системе по мере того, как вода нагревается от температуры наполнения (40°F до 60°F) до расчетной средней температуры системы отопления. Расширительный бак идеального размера запустится при минимальном давлении при комнатной температуре в системе. По мере прогрева системы давление будет повышаться. Когда мы достигнем максимальной температуры в системе, давление будет оставаться чуть ниже максимального давления в котлах в зависимости от размера предохранительного клапана.
Мы можем использовать эту физику, чтобы определить приблизительный объем системы.
Пример определения размера расширительного бака
Пример поможет прояснить идею. На недавнем графике показан расширительный бак Bell and Gossett модели D200V. График показал объем системы при 1500 галлонах воды с начальной температурой 40 и максимальной температурой 180. Давление наполнения в резервуаре было показано как 12 фунтов на квадратный дюйм при максимальном давлении 28 фунтов на квадратный дюйм. Ниже приведены результаты программы Bell & Gossett esp-Systemwize.
Система была одноэтажной с 3-дюймовой магистралью и 1500 галлонов, казалось, содержала значительный запас прочности. Это неудивительно. За более чем 40 лет разработки и продаж в этой отрасли я столкнулся с 9 системами с расширительными баками меньшего размера. Мы используем большое количество факторов безопасности.
Нам нужно убедиться, что в расширительном бачке правильное начальное давление или давление наполнения. Если мы охладим систему, чтобы средняя температура была очень низкой, мы сможем увидеть, куда уходит давление при более высокой средней температуре, и «обратно спроектировать» размер, чтобы найти объем.
В нашем примере давление наполнения в баке было проверено на правильное значение 12 фунтов на кв. дюйм изб., и бак был заправлен правильно до 12 фунтов на кв. Начальное давление составляет 12 фунтов на квадратный дюйм.
Мы начали с того, что перевели органы управления в положение полного нагрева. Теперь отключите котлы, пока работают насосы. Следите за падением температуры в системе. В нашем примере температура подачи падает до 110°, а температура обратки возвращается к 90°. Средняя температура системы составляет (от 110° до 90° среднее значение равно 100°).
Теперь держим регуляторы в положении полного нагрева и топим котел. Дайте системе нагреться и проверьте термометры. Когда мы добираемся до 170°, например, температура обратки составляет 140° при средней температуре 155°.
В этот момент давление в расширительном баке достигает 16 фунтов на кв. дюйм изб. Каков объем? Заходим в программу esp-Systemwize и вводим известные значения.
Давление наполнения 12 фунтов на кв. дюйм изб.
Максимальное давление 16 PSIG.
Начальная температура системы 100°F.
Конечная температура системы 155°F.
Резервуар
представляет собой Bell & Gossett D200 с объемом резервуара 115 галлонов и приемным объемом 93 галлона.
Отрегулируйте объем системы и продолжайте вводить до тех пор, пока размер резервуара не приблизится к существующим объемам резервуара. После многих итераций я нашел следующее:
Объем системы около 1100 галлонов. Инженер может применить некоторые коэффициенты безопасности и использовать этот объем. Обратите внимание, что важно получить как можно более точные значения давления и температуры. Замена небольших манометров с большим диапазоном на более крупный манометр с малым диапазоном, например, 0-30 фунтов на квадратный дюйм, может помочь. Фактически, поскольку изначально максимальное давление составляло 28 фунтов на квадратный дюйм, манометр 0-30 фунтов на квадратный дюйм или 0-60 фунтов на квадратный дюйм изб. был бы отличным выбором во время строительства.
Несколько замечаний:
Убедитесь, что давление наполнения соответствует системе. Посетите страницу Давление наполнения в холодном состоянии – Расширительные и компрессионные баки – Часть 4.
Отрегулируйте показания давления в зависимости от расположения манометра. Для получения дополнительной информации посетите График обслуживания воздушной стороны расширительного бака.
Многие инженеры выбирают расширительные баки по расчетной температуре подачи, а не по средней температуре системы. Это дает дополнительный фактор безопасности. Посетите раздел Формулы для расширительных и компрессионных баков – часть 2 , чтобы узнать больше об этой теме.
Если вы хотите убедиться в правильности запланированного максимального давления или в том, есть ли в этом числе дополнительное место, см. раздел Максимальное давление в расширительном и компрессионном баках — Часть 5 и Максимальное давление в расширительном и компрессионном баках (продолжение) — Часть 6.
Нужна помощь с этим?
Мне только что пришла в голову интересная мысль. Я часто получаю комментарии и вопросы со всей страны и даже из других стран, кроме США и Канады. Представители Bell & Gossett по всей стране регулярно обсуждают эти блоги.
Эксклюзивными представителями Bell & Gossett в каждом штате или территории являются хорошо обученные группы инженеров в области гидроники, пара и сантехники.