Гидравлический расчет системы отопления частного дома: пример, расчет объема теплоносителя

Расчет объема теплоносителя в трубах и котле

Компоненты отопительной системы

Отправной точкой для вычисления технических характеристик компонентов является расчет объем воды в системе отопления. Фактически она является суммой вместимости всех элементов, начиная от теплообменника котла и заканчивая батареями.

Как рассчитать объем системы отопления самостоятельно, без привлечения специалистов или использования специальных программ? Для этого понадобиться схема расположения компонентов и их габаритные характеристики. Общая вместимость системы будет определяться именно этими параметрами.

Объём воды в трубопроводе

Значительная часть воды располагается в трубопроводах. Они занимают большую часть в схеме теплоснабжения. Как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления, и какие характеристики труб нужно знать для этого? Важнейшей из них является диаметр магистрали. Именно он определит вместимость воды в трубах. Для вычисления достаточно взять данные из таблицы.

Диаметр трубы, мм	Вместимость л/п.м.
20	0,137
25	0,216
32	0,353
40	0,555
50	0,865

В отопительной системе могут быть использованы трубы различных диаметров. В особенности это касается коллекторных схем. Поэтому объем воды в системе отопления вычисляется по следующей формуле:

Vобщ=Vтр1*Lтр1+ Vтр2*Lтр2+ Vтр2*Lтр2…

Где Vобщ – общая вместимость воды в трубопроводах, л, Vтр – объем теплоносителя в 1 м.п. трубы определенного диаметра, Lтр – общая протяженность магистрали с заданным сечением.

В сумме эти данные позволят рассчитать большую часть объема системы отопления. Но помимо труб есть и другие компоненты теплоснабжения.

У пластиковых труб диаметр вычисляется по размерам внешних стенок, а у металлических – по внутренним. Это может существенно для тепловых систем с большой протяженностью.

Расчет объема котла отопления

Теплообменник котла отопления

Корректный объем котла отопления можно узнать только из данных технического паспорта. Каждая модель этого отопительного прибора имеет свои уникальные характеристики, которые зачастую не повторяются.

Напольный котел может иметь большие габариты. В особенности это касается твердотопливных моделей. По факту теплоноситель занимает не весь объем котла отопления, а лишь небольшую его часть. Вся жидкость располагается в теплообменнике – конструкции, необходимой для передачи тепловой энергии от зоны сгорания топлива воде.

Если инструкция от отопительного оборудования была утеряна – для просчетов может быть взята ориентировочная вместимость теплообменника. Она зависит от мощности и модели котла:

• Напольные модели могут вмещать от 10 до 25 литров воды. В среднем твердотопливный котел мощностью 24 кВт содержит в теплообменнике около 20 л. теплоносителя;
• Настенные газовые менее вместительны – от 3 до 7 л.

Учитывая параметры для расчета объема теплоносителя в системе отопления вместимостью теплообменника котла можно пренебречь. Этот показатель варьируется от 1% до 3% от общего объема теплоснабжения частного дома.

Без периодической очистки отопления уменьшается сечение труб и проходной диаметр батарей. Это сказывается на фактической вместимости отопительной системы.

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Ячейка	Величина	Значение, обозначение, единица выражения
D4	45,000	Расход воды G в т/час
D5	95,0	Температура на входе tвх в °C
D6	70,0	Температура на выходе tвых в °C
D7	100,0	Внутренний диаметр d, мм
D8	100,000	Длина, L в м
D9	1,000	Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
D10	1,89	Сумма коэф. местных сопротивлений – Σ(ξ)

• значение в D9 берётся из справочника;
• значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка	Алгоритм	Формула	Результат	Значение результата
D12	!ERROR! D5 does not contain a number or expression	tср=(tвх+tвых)/2	82,5	Средняя температура воды tср в °C
D13	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)	0,003368	Кинематический коэф. вязкости воды – n, cм2/с при tср
D14	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000	0,970	Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	G’=G*1000/(ρ*60)	773,024	Расход воды G’, л/мин
D16	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600)	1,640	Скорость воды v, м/с
D17	!ERROR! D16 does not contain a number or expression	Re=v*d*10/n	487001,4	Число Рейнольдса Re
D18	!ERROR! Cell D17 does not exist	λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000 λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000	0,035	Коэффициент гидравлического трения λ
D19	!ERROR! Cell D18 does not exist	R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d)	0,004645	Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20	!ERROR! Cell D19 does not exist	dPтр=R*L	0,464485	Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21	!ERROR! Cell D20 does not exist	dPтр=dPтр*9,81*10000	45565,9	и Па соответственно D20
D22	!ERROR! D10 does not contain a number or expression	dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)	0,025150	Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23	!ERROR! Cell D22 does not exist	dPтр=dPмс*9,81*10000	2467,2	и Па соответственно D22
D24	!ERROR! Cell D20 does not exist	dP=dPтр+dPмс	0,489634	Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25	!ERROR! Cell D24 does not exist	dP=dP*9,81*10000	48033,1	и Па соответственно D24
D26	!ERROR! Cell D25 does not exist	S=dP/G2	23,720	Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

• значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
• ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

• Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
• Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
• Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
• Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
• Шрифты:
  • синий — исходные данные;
  • чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
  • красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

Исходные данные:

• длина трубы100 метров;
• ø108 мм;
• толщина стенки 4 мм.

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

· снижение быстродействия системы (увеличение тепловой инерции).

Для обеспечения минимизации капитальных затрат по второму экономическому условию — диаметры трубопроводов и арматуры должны быть наименьшими, но не приводящими при расчетном расходе теплоносителя к появлению гидравлических шумов в трубопроводах и запорно-регулирующей арматуре системы отопления, которые возникают при значениях скорости теплоносителя 0,6–1,5 м/с в зависимости от величины коэффициента местного сопротивления.

Очевидно, что при противоположной направленности приведенных требований к величине определяемого диаметра трубопровода существует область целесообразных значений скорости движения теплоносителя. Как показывает опыт строительства и эксплуатации систем отопления, а также сопоставление капитальных и эксплуатационных затрат, оптимальная область значений скоростей движения теплоносителя находится в пределах 0,3…0,7 м/с. При этом удельные потери давления будут составлять 45…280 Па/м для полимерных трубопроводов и 60…480 Па/м для стальных водогазопроводных труб.

Учитывая более высокую стоимость трубопроводов из полимерных материалов, целесообразно придерживаться более высоких скоростей движения теплоносителя в них для предотвращения увеличения капиталовложений при строительстве. При этом эксплуатационные затраты (гидравлические потери давления) в трубах из полимерных материалов в сравнении со стальными трубами будут меньше или оставаться на том же уровне благодаря значительно более низкой величине коэффициента гидравлического трения.

Получить полный текст

Для определения внутреннего диаметра трубопровода dвн

на расчетном участке системы отопления при известном транспортируемом тепловом потоке и разности температур в подающем и обратном трубопроводах∆tco= 90 – 70 = 20°С (для двухтрубных систем отопления) или расходе теплоносителя удобно пользоваться таблицей 1.

Таблица 1. Определение внутреннего диаметра трубопроводов системы отопления

Дальнейший выбор трубопроводов для инженерных систем жизнеобеспечения, в том числе и отопления, заключается в определении типа трубы, которая при планируемых условиях эксплуатации обеспечит максимальную надежность и долговечность. Столь высокие требования объясняются тем, что трубопроводы систем горячего и холодного водоснабжения, отопления, теплоснабжения установок вентиляции и кондиционирования воздуха, газоснабжения и других инженерных систем проходят практически через весь объем здания.

Стоимость трубопроводов всех инженерных систем в сравнении со стоимостью здания — менее 0,1%, а авария или замена трубопроводов при их сроке эксплуатации менее срока эксплуатации здания приводит к значительным дополнительным затратам на косметический или капитальный ремонты, не говоря о возможных убытках при аварии на восстановление оборудования и материальных ценностей, находящихся в здании.

Все трубы промышленного изготовления, которые применяют в системах отопления, можно разделить на две большие группы — металлические и неметаллические. Главная отличительная особенность металлических труб — механическая прочность, неметаллических — долговечность.

На основании предварительно определенного внутреннего диаметра трубопровода принимают соответствующий диаметр условного прохода dy

для металлических труб или наружный диаметр и толщину стенки трубыdн x sдля полимерных (металлополимерных) трубопроводов.

Разные типы труб имеют различные механические, гидравлические и эксплуатационные характеристики, оказывающие различное влияние на процессы гидродинамики и распределения тепловых потоков в системе отопления.

Известно, что при снижении гидравлических потерь давления на трение при движении теплоносителя в трубах повышается эффективность регулирования расходом теплоносителя (тепловым потоком) отопительного прибора за счет увеличения (перераспределения) срабатываемого располагаемого давления на регулируемых вручную или автоматически вентилях, кранах, клапанах или другой арматуре. При этом говорят о росте авторитета регулирующего вентиля. Под авторитетом регулирующей арматуры следует понимать долю располагаемого на регулируемом участке давления, которая расходуется на преодоление местного сопротивления вентиля (клапана) при движении теплоносителя.

Вычисления и работы которые нужно выполнить заранее

Гидравлический расчёт – самый трудоёмкий и сложный этап проектирования.

Поэтому перед тем, как рассчитать отопление в доме, нужно выполнить ряд вычислений.

• Во-первых, определяется баланс отапливаемых комнат и помещений.
• Во-вторых, необходимо выбрать тип теплообменников или отопительных приборов, а также выполнить их расстановку на плане дома.
• В-третьих, расчет отопления частного дома предполагает, что уже сделан выбор относительно конфигурации системы, типов трубопроводов и арматуры (регулирующей и запорной).
• В-четвёртых, должны быть сделан чертёж отопительной системы. Лучше всего, если это будет аксонометрическая схема. На ней должны быть указаны номера, длина расчётных участков и тепловые нагрузки.
• В-пятых, установлено основное циркуляционное кольцо. Это замкнутый контур, включающий последовательные отрезки трубопровода, направленные к приборному стояку (при рассмотрении однотрубной системы) или к самому удалённому отопительному прибору(если имеет место двухтрубная система) и обратно к источнику тепла.

Расчетный расход теплоносителя через отопительный прибор формула

Расчетный расход сетевой воды на систему отопления (т/ч), присоединенную по зависимой схеме, можно определить по формуле:

Формула 1. Расчетный расход сетевой воды на СО

где Qо.р.- расчетная нагрузка на систему отопления, Гкал/ч;

τ1.р.- температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, ° С;

τ2.р.- температура воды в обратном трубопроводе системы отопления при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, °С;

Расчетный расход воды в системе отопления определяется из выражения:

Формула 2. Расчетный расход воды в системе отопления

τ3.р.- температура воды в подающем трубопроводе системы отопления при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, ° С;

Относительный расход сетевой воды Gотн. на систему отопления:

Формула 3. Относительный расход сетевой воды на СО

где Gc.- текущее значение сетевого расхода на систему отопления, т/ч.

Относительный расход тепла Qотн. на систему отопления:

Формула 4. Относительный расход тепла на СО

где Qо.- текущее значение расхода теплоты на систему отопления, Гкал/ч

где Qо.р.- расчетное значение расхода теплоты на систему отопления, Гкал/ч

Расчетный расход теплоносителя в системе отопления присоединенной по независимой схеме:

Формула 5. Расчетный расход на СО по независимой схеме

где: t1.р, t2.р.- расчетная температура нагреваемого теплоносителя (второй контур) соответственно на выходе и входе в теплообменный аппарат, ºС;

Расчетный расход теплоносителя в системе вентиляции определяется по формуле:

Формула 6. Расчетный расход на СВ

где: Qв.р.- расчетная нагрузка на систему вентиляции Гкал/ч;

τ2.в.р.- расчетная температура сетевой воды после калорифера системы вентиляции, ºС.

Расчетный расход теплоносителя на систему горячего водоснабжения (ГВС) для открытых систем теплоснабжения определяется по формуле:

Формула 7. Расчетный расход на открытые системы ГВС

В наладочном расчете для закрытых схем ГВС, нагрузка определяется как значение поля Средняя нагрузка ГВС, умноженная на значение поля Балансовый коэффициент закр. гвс.

Балансовый коэффициент позволяет пользователю регулировать величину нагрузки (и расхода) на которую производится наладка. Если значение поля не задано, то в расчете используется значение коэффициента по умолчанию:

Таблица 17. Балансовый коэфф. ГВС (значения по умолчанию)

Источник

Однотрубная отопительная система

Пример расчета системы отопления, выполняемый при планировании однотрубной системы, является несколько более простым по сравнению с системой двухтрубной. Прежде всего, он содержит меньше особенностей, которые проявляются при определении необходимой для качественного отопления площади поверхности нагревательного элемента. Кроме того, в такой системе возникает сравнительно меньше сложностей при определении продолжительности и диаметра участков замыкающих.

При этом важным фактором является уровень давления в трубе. С другой стороны, расчеты можно производить и несколько по-иному – изначально определить диаметры трубы, используемой для основного контура, и только после этого – для замыкающих сегментов системы

При этом важно отобразить результаты исследований на графике – ведь в его помощью в дальнейшем будет производиться расчет коэффициента затекания

Следует помнить, что количество воды, циркулирующей в системе, может изменяться под количеством многочисленных факторов. По этому, не следует относиться к количеству воды в системе, как к постоянной величине.

Система водяного отопления с принудительной циркуляцией.

В данной системе применяется насос, который обеспечивает цикличное перемещение теплоносителя. Испарение теплой воды исключено за счет замкнутого контура с расширительным бачком. Такая система также не зависит от электроснабжения и не требует дополнительных затрат на комплектующие. Однако, в отличие от предыдущей системы, ее преимущества гораздо более очевидны:

• меньший расход труб;
• можно применить теплопроводы с небольшим диаметром;
• подойдут абсолютно все виды батарей;
• возможность регулировать температуру отопительных приборов;
• количество воды в системе минимально;
• если нужно, можно использовать антифриз — он не испаряется.

Общие сведения по результатам расчетов

• О бщий тепловой поток – Кол-во выделяемого тепла в помещение. Если тепловой поток меньше тепловых потерь помещения, необходимы дополнительные источники тепла, например, такие как настенные радиаторы.
• Т епловой поток по направлению вверх – Кол-во выделяемого тепла в помещение с 1 квадратного метра площади по направлению вверх.
• Т епловой поток по направлению вниз – Кол-во «теряемого» тепла и не участвующего в обогреве помещения. Для уменьшения данного параметра необходимо выбирать максимально эффективную теплоизоляцию под трубами ТП* (*теплого пола).
• С уммарный удельный тепловой поток – Общее кол-во тепла, выделяемого системой ТП с 1 квадратного метра.
• С уммарный тепловой поток на погонный метр – Общее кол-во тепла, выделяемого системой ТП с 1 погонного метра трубы.
• С редняя температура теплоносителя – Средняя величина между расчетной температурой теплоносителя подающего трубопровода и расчетной температурой теплоносителя обратного трубопровода.
• М аксимальная температура пола – Максимальная температура поверхности пола по оси нагревательного элемента.
• М инимальная температура пола – Минимальная температура поверхности пола по оси между трубами ТП.
• С редняя температура пола – Слишком высокое значение данного параметра может быть дискомфортно для человека (нормируется СП 60.13330.2012). Для уменьшения данного параметра необходимо увеличить шаг труб, снизить температуру теплоносителя либо увеличить толщину слоев над трубами.
• Д лина трубы – Общая длина трубы ТП с учетом длины подводящей магистрали. При высоком значении данного параметра калькулятор рассчитает оптимальное кол-во петель и их длину.
• Т епловая нагрузка на трубу – Суммарное количество тепловой энергии, получаемое от источников тепловой энергии, равное сумме теплопотреблений приемников тепловой энергии и потерь в тепловых сетях в единицу времени.
• Р асход теплоносителя – Массовое кол-во теплоносителя предназначенного для подачи необходимого кол-ва тепла в помещение в единицу времени.
• С корость движения теплоносителя – Чем выше скорость движения теплоносителя, тем выше гидравлическое сопротивление трубопровода, а также уровень шума, создаваемого теплоносителем. Рекомендуемое значение от 0.15 до 1м/с. Данный параметр можно уменьшить за счет увеличения внутреннего диаметра трубы.
• Л инейные потери давления – Снижение напора по длине трубопровода, вызванного вязкостью жидкости и шероховатостью внутренних стенок трубы. Без учета местных потерь давления. Значение не должно превышать 20000Па. Можно уменьшить за счет увеличения внутреннего диаметра трубы.
• О бщий объем теплоносителя – Общее кол-во жидкости для заполнения внутреннего объема труб системы ТП.

Main menu

Здравствуйте! Основной целью гидравлического расчета на стадии проектирования является определение диаметров трубопроводов по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давления в сети, или на отдельных участках теплосети. В процессе же эксплуатации сетей приходиться решать обратную задачу – определять расходы теплоносителя на участках сети или давления в отдельных точках при изменении гидравлических режимов. Без расчетов по гидравлике не построить пьезометрический график теплосети. Также этот расчет необходим для выбора схемы подключения внутренней системы теплоснабжения непосредственно у потребителя и выбора сетевых и подпиточных насосов.

Как известно, гидравлические потери в сети складываются из двух составляющих: из гидравлических линейных потерь на трение и потерь даления в местных сопротивлениях. Под местными сопротивлениями подразумеваются – задвижки, повороты, компенсаторы и т.п.

То есть ∆P = ∆Pл + ∆Pмест,

Линейные потери на трение определяют из формулы:

где λ – коэффициент гидравлического трения ; l – длина трубопровода, м ; d – диаметр трубопровода внутренний, м; ρ – плотность теплоносителя, кг/м³; w² — скорость движения теплоносителя, м/с.

В этой формуле коэффициент гидравлического трения определяем по формуле А.Д.Альтшуля:

где Re — число Рейнольдса, kэ/d — эквивалентная шероховатость трубы. Это справочные величины. Потери в местных сопротивлениях определяем по формуле:

где ξ – суммарный коэффициент местных сопротивлений. Его необходимо просчитать вручную используя таблицы со значениями коэффициентов местных сопротивлений. В прилагаемом к статье расчете в формате Exel я добавил таблицу с коэффициентами местных сопротивлений.

Для выполнения гидравлического расчета вам обязательно потребуется схема тепловой сети, вот примерно в таком виде:

На самом деле схема, конечно, должна быть более развернутой и подробной. Эту схемку я привел только в качестве примера. Из схемы теплосети нам нужны такие данные как: длина l трубопровода, расход G, и диаметр трубопровода d.

Как выполнять гидравлический расчет? Вся тепловая сеть, которую необходимо просчитать, делится на так называемые расчетные участки. Расчетный участок – это участок сети, на котором расход не изменяется. Сначала гидравлический расчет ведут по участкам в направлении главной магистрали, которая соединяет теплоисточник с наиболее удаленным потребителем тепла. Затем уже рассчитывают второстепенные направления и ответвления теплосети. Мой гидравлический расчет участка тепловой сети можно скачать здесь:

Гидравлический расчет теплосети

Это, конечно, расчет только одной ветки теплосети (гидравлический расчет теплосети большой протяженности достаточно трудоемкое дело), но достаточно для того, чтобы понять, что такое расчет гидравлики, и даже неподготовленному человеку начать считать гидравлику.

Буду рад комментариям к статье.

Порядок расчета сечения магистралей теплоснабжения

Перед тем как рассчитать диаметр трубы отопления необходимо определиться с их основными геометрическими параметрами. Для этого нужно знать основные характеристики магистралей. К ним относятся не только эксплуатационные качества, но и размеры.

Каждый производитель указывает значение сечения труб – диаметр. Но фактически он зависит от толщины стенки и материала изготовления. Перед приобретением определенной модели трубопроводов нужно знать следующие особенности обозначения геометрических размеров:

• Расчёт диаметра полипропиленовых труб для отопления делается с учетом того, что производители указывают наружные габаритные размеры. Для вычисления полезного сечения необходимо отнять две толщины стенки;
• Для стальных и медных трубопроводов даются внутренние размеры.

Зная эти особенности можно делать расчет диаметра коллектора отопления, труб и других компонентов для монтажа.

При выборе полимерных труб отопления нужно обязательно уточнить о наличии в конструкции армирующего слоя. Без него при воздействии горячей воды магистраль не будет иметь должной жесткости.

Определение тепловой мощности системы

Как правильно подобрать диаметр труб для отопления и следует ли это делать без расчетных данных? Для небольшой системы отопления можно обойтись без сложных вычислений

Важно лишь знать следующие правила:

• Оптимальный диаметр труб с естественной циркуляцией отопления должен составлять от 30 до 40 мм;
• Для закрытой системы с принудительным движением теплоносителя следует использовать трубы меньшего сечения для создания оптимального давления и скорости потока воды.

Для точного вычисления рекомендуется использовать программа для расчета диаметра труб отопления. Если же их нет – можно воспользоваться приблизительными вычислениями. Сначала необходимо найти тепловую мощность системы. Для этого необходимо воспользоваться следующей формулой:

Где Q – рассчитываемая тепловая мощность отопления, кВт/ч, V – объем комнаты (дома), м³, Δt – разница между температурами на улице и в помещении, °С, К – расчетный коэффициент тепловых потерь дома, 860 – величина для перевода полученных значений в приемлемый формат кВт/ч.

Наибольшие затруднения при предварительном расчете диаметра пластиковых труб для отопления вызывает поправочный коэффициент К. Он зависит от теплоизоляции дома. Его лучше всего взять из данных таблицы.

Степень теплоизоляции здания

Качественное утепление дома, установлены современные окна и двери

В качестве примера расчета диаметров полипропиленовых труб для отопления можно вычислить требуемую тепловую мощность комнаты общим объемом 47 м³. При этом температура на улице будет -23°С, а в помещении — +20°С. Соответственно разница Δt составит 43°С. Поправочный коэффициент возьмем равным 1,1. Тогда требуемая тепловая мощность составит.

Следующий этап выбора диаметра трубы для отопления – определение оптимальной скорости движения теплоносителя.

В представленных расчетах не учитывается поправка на шероховатость внутренней поверхности магистралей.

Скорость воды в трубах

Таблица для расчета диаметра трубы отопления

Оптимальный напор теплоносителя в магистралях необходим для равномерного распределения тепловой энергии по радиаторам и батареям. Для правильного подбора диаметров труб отопления следует принимать оптимальные значения скорости продвижения воды в трубопроводах.

Стоит помнить, что при превышении интенсивности движения теплоносителя в системе могут возникать посторонние шумы. Поэтому данное значение должно быть равно от 0,36 до 0,7 м/с. Если параметр будет меньше – неизбежно возникнут дополнительные тепловые потери. При его превышении появятся построение шумы в трубопроводах и радиаторах.

Для окончательного расчета диаметра трубы отопления следует воспользоваться данными из таблицы, представленной ниже.

Подставляя в формулу расчета диаметра трубы отопления в полученные ранее значения можно определить, что оптимальный диаметр трубы для конкретного помещения составит 12 мм. Это лишь приблизительный расчет. На практике специалисты рекомендуют к полученным значениям прибавить 10-15%. Это объясняется тем, что формула расчета диаметра трубы отопления может измениться из-за добавления новых компонентов в систему. Для точного вычисления потребуется специальная программа для расчета диаметра труб отопления. Подобные программные комплексы можно скачать в демоверсии с ограниченными возможностями расчетов.

Расчет диаметра труб

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

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

Кроме того, в расчете должна учитываться скорость движения рабочей жидкости (теплоносителя) — V . Ее оптимальная величина находится в диапазоне 0,3-0,7 м/с. Скорость обратно пропорциональна внутреннему диаметру трубы.

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

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

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

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

Таблица параметров участков

Обозначение участка	Длина участка в метрах	Количество приборов а участке, шт.
1-2	1,8	1
2-3	3,0	1
3-4	2,8	2
4-5	2,9	2

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

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

Такой подход не оправдывает себя, если в доме имеется два или более этажей. В этом случае приходится производит полноценный расчет и обращаться к таблицам.

Гидравлические сопротивления и их расчет



Виды гидравлических сопротивлений

При движении жидкости в трубе между нею и стенками трубы возникают дополнительные силы сопротивлении, в результате чего частицы жидкости, прилегающие к поверхности трубы, тормозятся. Это торможение благодаря вязкости жидкости передается следующим слоям, отстоящим далее от поверхности трубы, причем скорость движения частиц по мере удаления их от оси трубы постепенно уменьшается.

Равнодействующая сил сопротивления Т направлена в сторону, противоположную движению жидкости, и параллельна направлению движения. Это и есть силы гидравлического трения (сопротивления гидравлического трения).

Для преодоления сопротивления трения и поддержания равномерного поступательного движения жидкости необходимо, чтобы на жидкость действовала сила, направленная в сторону ее движения и равная силе сопротивления, т. е. необходимо затрачивать энергию. Энергию или напор, необходимый для преодоления сил сопротивления, называют потерянной энергией или потерянным напором.Потери напора, затрачиваемые на преодоление сопротивления трения, носят название потерь напора на трение или потерь напора по длине потока(линейные потери напора) и обозначаются обычно hтр.

Однако трение является не единственной возможной причиной, вызывающей потери напора. Резкое изменение сечения также оказывает сопротивление движению жидкости (так называемое сопротивление формы) и вызывает потери энергии. Существуют и другие причины, вызывающие потери напора, например внезапное изменение направления движения жидкости. Потери напора, вызываемые резким изменением конфигурации границ потока (затрачиваемые на преодоление сопротивления формы), называют местными потерями напора или потерями напора на местные сопротивления и обозначаются через hм.

Таким образом, потери напора при движении жидкости складываются из потерь напора на трение и потерь на местные сопротивления, т. е.:

hS = hтр + hм

Потери напора при равномерном движении жидкости в трубах

Найдем общее выражение для потерь напора на трение при равномерном движении жидкости в трубах, справедливое как для ламинарного, так и для турбулентного режимов.

При равномерном движении величина средней скорости и распределение скоростей по сечению остаются неизменными по всей длине трубопровода. Поэтому равномерное движение возможно лишь в трубах постоянного сечения S, так как в противном случае будет изменяться средняя скорость в соответствии с уравнением:

v = Q/S = const

Равномерное движение имеет место в прямых трубах или в трубах с очень большим радиусом кривизны R(прямолинейное движение), так как в противном случае средняя скорость может изменяться по направлению. Кроме того, условие неизменности характера скоростей жидкости по живому сечению можно записать в виде α= const, где α – коэффициент Кориолиса. Последнее условие может быть соблюдено лишь при достаточном удалении рассматриваемого участка потока от входа в трубу.

Если выделить на участке трубы с равномерно текущей жидкостью два произвольных сечения 1 и 2, то потери напора при перемещении жидкости между этими сечениями можно описать при помощи уравнения Бернулли:

z1 + p1/γ = z2 + p2/γ +hтр

где: z1 и z2 – перепад высот между центрами соответствующих сечений;p1 и p2 – давление жидкости в соответствующих сечениях;γ – удельная плотность жидкости, γ = gρ;hтр – величина потерянной энергии (потери на трение).

Из этой формулы выразим величину потерянной энергии hтр:

hтр = (z1 + p1/γ) — (z2 + p2/γ)

Это выражение называют уравнением равномерного движения жидкости в трубопроводе. Если труба расположена горизонтально, т. е. перепад высот между ее сечениями отсутствует, то уравнение примет упрощенный вид:

hтр = p1/γ — p2/γ = (p1 – p2)/γ



Расход теплоносителя

Расход теплоносителя рассчитывается по формуле:

,

где Q — суммарная мощность системы отопления, кВт; берется из расчета теплопотерь здания

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.

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.