Для чего нужен гидравлический расчет. Расчет системы отопления

В процессе проведения расчетов может случиться так, чтоdiameter трубы будет значительным, что приведет к успешному прохождению необходимого объема теплоносителя. Данная сложность может быть преодолена путем увеличения объема котла или путем установки дополнительного расширительного бака.

Расчет системы отопления — формальность или необходимость?

Процесс расчета системы отопления имеет особое значение и должен проводиться на этапе проектирования здания. Это необходимо для обеспечения поддержания температуры в помещении, которая согласно санитарным нормам (СанПиН) составляет от +17 до +24 градусов Цельсия и должна оставаться на этом уровне постоянно. В случае неточного или некомпетентного расчета монтажа системы отопления, многие уже построенные здания могут оказаться нуждающимися в дополнительном утеплении или в замене существующих устаревших систем отопления на более современные, экономичные и эффективные.

Все эти действия несут за собой дополнительные расходы на прокладку новых сетей, установку оборудования, монтаж котла, а также на строительные работы и регистрацию изменений в соответствующих инстанциях.

Сначала выполняется расчет общей мощности системы отопления, что включает в себя учет теплопотерь, происходящих через оконные и дверные проемы, стены, фундамент и кровлю.

Подсчет производится в несколько этапов. Сначала определяется тепловой режим работы системы. Затем проводится теплотехнический анализ таких элементов, как пол, стены, крыша и потолок. После завершения этих этапов возможно продолжить расчет теплового режима для каждого отдельного жилого помещения и определить тепловые нагрузки.

Как только будет завершен совместный анализ потерь тепла и его поступления, выполняется гидравлический расчет отопительной системы дома и разрабатывается ее конструкция.

Какие данные предоставляет гидравлический расчет системы?

Гидравлический расчет необходим для правильного подбора диаметров и длины труб, определения количества их соединений и поворотов, количества стояков, а также для оптимального балансирования отопительной системы с помощью радиаторных клапанов.

Гидравлический расчет системы отопления проводится на основе общей мощности системы и/или мощности каждого радиатора, разницы температур на входе и выходе (подача и обратка котла), площади поперечного сечения труб.

На основе этих данных можно выбрать котельное оборудование, соответствующее типу используемого топлива.

После этого выполняется расчет батарей отопления, а также оснащение всей системой необходимыми устройствами: насосами, трубопроводами, радиаторами, запорной арматурой и прочими элементами. Результаты проведенного расчета помогут произвести качественный монтаж котельного оборудования.

Для гидравлического расчета системы отопления применяются справочные таблицы и расчетные коэффициенты:

m – расход воды в трубах для всей системы отопления и на любом участке трубы, измеряемый в кг/с;
v — скорость движения теплоносителя, учитывающая диаметр сечения труб, измеряемая в м/с;
ΔP — потери напора на трение в системе и на каждом участке труб (учитываются как подача, так и обратка);
ΔP1, ΔP2, ΔPn — потери напора от котла (или насоса) до каждого радиатора (от первого до n-го);
Δpм.с – потери напора из-за трения на фитингах, арматуре и оборудовании.

ПОЛУЧИТЬ КОНСУЛЬТАЦИЮ или ЗАКАЗАТЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ
?+375 44 744-63-38

СМОТРИТЕ ФОТО ВЫПОЛНЕННЫХ ПРОЕКТОВ

Понятие гидравлического расчета

Определяющим фактором в развитии технологий систем отопления стала обычная экономия на энергоносителях. Потребность в экономии заставляет более тщательно подходить к проектированию, выбору материалов, методов монтажа и эксплуатации отопительных систем для жилых помещений.

Таким образом, если вы решили создать уникальную и, в первую очередь, экономно работающую систему отопления для своей квартиры или дома, мы рекомендуем вам ознакомиться с правилами расчета и проектирования.

Функция тепловой сети заключается в передаче расчетного количества тепловой энергии к приборам, которые передают тепло потребителю.

Задача, стоящая перед гидравлическим расчетом, заключается в выборе труб, способствующих минимальным потерям тепла при прохождении теплоносителя по разветвленной системе отопления.

Количество тепловой энергии, доставляемое приборам, зависит от расхода тепла и от перепада температур при остывании теплоносителя. В двухтрубных системах ориентируются на перепад температур во всех приборах.

При выполнении гидравлического расчета для однотрубной схемы ориентиром принимается перепад температуры по всем стоякам.

Цель проведения данного расчета заключается в выборе труб, по которым сможет циркулировать запланированный расход теплоносителя. Трубы подбираются по определенному сортаменту, что всегда вносит некоторую погрешность в расчеты.

Расход теплоносителя в процессе расчетов не задаётся заранее, а определяется сверх установленного давления во всех кольцах системы.

Читайте ещё: Сварка оцинкованных труб: способы, ограничения

Сначала вычисления проводятся по главному циркуляционному кольцу. Оно разбивается на участки, и далее рассчитывается расход теплоносителя и потери давления, вызываемые трением при движении воды или пара по контуру.

После определения параметров главного циркуляционного кольца аналогичные вычисления производятся для вторичных колец. Исходя из полученных результатов по всем участкам системы, подбирается диаметр трубы, чтобы уравновесить давление во всех составляющих сети.

Прежде чем дать четкое определение гидравлического расчета системы, необходимо понимать, что индивидуальная система отопления для квартиры или дома располагается на порядок выше по профессионализму, чем центральная система отопления для больших зданий.

Личная отопительная система бывает обусловлена принципиально ином подходе к теплу и энергоресурсам.

Суть гидравлического расчета заключается в том, что расход теплоносителя не задаётся заранее с учетом приближения к реальным параметрам, а определяется путем увязки диаметров трубопровода с параметрами давления в кольцах системы.

Для сравнения систем можно рассмотреть следующие параметры:

Централизованная отопительная система (котельня-дом-квартира) основывается на стандартных типах энергоресурсов — угле, газе. В автономной системе можно применять практически любое вещество, обладающее высокой удельной теплотой сгорания, или комбинацию нескольких твердых, жидких или гранулированных материалов.
Централизованная система основана на привычных элементах: металлические трубы, простые батареи, запорная арматура. Индивидуальная система отопления позволяет комбинировать разнообразные элементы: многосекционные радиаторы с высокой теплоотдачей, современные термостаты, различные виды труб (ПВХ и медные), краны, заглушки, фитинги и, конечно, собственные более экономичные котлы и циркуляционные насосы.
Если зайти в квартиру типичного панельного дома, построенного 20-40 лет назад, можно увидеть, что система отопления состоит из 7-секционной батареи под окном в каждой комнате плюс вертикальная труба (стояк), которая проходит через весь дом и позволяет общаться с соседями сверху и снизу. В отличие от этого, автономная система отопления (АСО) позволяет создать систему любой сложности, учитывающую индивидуальные пожелания жильцов квартиры.
В отличие от централизованной системы, автономная системе отопления учитывает внушительный ряд параметров, которые влияют на передачу и расход энергии, а также потери тепла. Это включает температурные условия окружающей среды, требуемые диапазоны температуры в помещениях, площадь и объем помещений, количество окон и дверей, а также их назначения.

Последовательность шагов расчета

С точки зрения реализации системы отопления, стоит отметить, что расчеты являются ключевой и иногда неоднозначной частью проектирования.

Перед тем как выполнять расчеты, следует вышеизложить предварительный анализ предполагаемой системы, например, включающий:

установку теплового баланса во всех помещениях и в каждой конкретной комнате;
выбор терморегуляторов, клапанов и регуляторов давления;
выбор радиаторов, теплообменных поверхностей и теплоотдающих панелей;
определение участков системы с максимальным и минимальным расходом теплоносителя.

Кроме того, необходимо найти общую схему транспортировки теплоносителя: полный и малый контур, однотрубная система или двухтрубная магистраль.

В результате проведенного гидравлического расчёта будут получены несколько ключевых характеристик гидравлической системы, которые позволят ответить на следующие вопросы:

какая мощность должна быть у источника отопления;
какова скорость и расход теплоносителя;
какой диаметр необходим для основной магистрали теплового трубопровода;
какие могут быть потери тепла и самой массы теплоносителя.

Еще один важный аспект гидравлического расчета — это процедура балансировки (увязки) всех частей (веток) системы во время экстремальных тепловых режимов с помощью регулирующих приборов.

Существует несколько основных типов отопительных приборов: чугунные и алюминиевые многосекционные радиаторы, стальные панельные радиаторы, биметаллические радиаторы и конвекторы. Однако наиболее распространёнными являются алюминиевые многосекционные радиаторы.

Расчетной зоной трубопроводной магистрали является участок с постоянным диаметром, а также неизменяемым расходом горячей воды, который определяется по формуле теплового баланса для комнат. Начало перечисления расчетных зон начинается от насоса или источника тепла.

Типы разводки систем водяного отопления (СВО)

Несмотря на принципиальное совпадение работы СВО (получение и распределение тепла по помещению), реализация системы может осуществляться по-разному. Различают системы по способу организации циркуляции, что может быть естественной (где теплоноситель движется за счет силы тяжести) или принудительной (где движение обеспечивает насос).

Контуры водяного отопления различаются по конфигурации и масштабу, могут быть одно- и двухтрубными. Они подчиняются различным закономерностям, поэтому гидравлический расчет трубопровода выполняется с учетом этих различий. Основные виды однотрубных отопительных контуров:

Читайте ещё: Какой фильтр поставить, если в воде много извести. Как очистить воду от извести.

С нижней разводкой (народное название «Ленинградка»). Труба проходит через все помещения по кругу и возвращается к котлу. Плюсы системы: низкое количество труб; тепловая мощность не превышает 30-35 кВт. Минусы: неравномерное распределение тепла, невозможность регулировки.

С верхней разводкой (московская система). Подающая магистраль находится выше нагревательных приборов. Система может функционировать без электричества, а температура в батареях распределяется равномерно благодаря расчету и трубам различных диаметров. Однако данный способ сложен в плане плавного регулирования.

Двухтрубные разводки представлены следующими вариантами:

Тупиковая система. Это распространённый вариант, в котором рабочая среда подается и возвращается от каждой батареи по разным магистралям (подающей и обратной). Такая организация отопления применяется в различных типах жилья; ее особенности состоят в том, что подающая магистраль имеет большую протяженность, чем обратка.
Двухтрубная попутная система (петля Тихельмана). Обратная магистраль начинается с первого радиатора, к ней затем присоединяются обратки от остальных радиаторов, после чего теплоноситель возвращается к котлу. В результате по подающей и обратной магистрали рабочая среда движется в одном (попутном) направлении. Эта система стабильно работает и хорошо распределяет тепло, но является наиболее материалоемкой.

Лучевая разводка (также называется веерной, коллекторной или шкафной). Трубы расходятся лучами из одной точки (коллектора), где осуществляется управление системой. Достоинство данной разводки заключается в возможности индивидуальной регулировки температуры каждого радиатора или полного его отключения. Систему легко автоматизировать, а проектирование и расчеты трубопровода осуществляются на высоком уровне. Минусом являются высокие затраты на монтаж из-за большого числа труб.

Подготовка к расчету и этапы его выполнения

Гидравлический расчет отопительной системы позволяет выяснить, какими эксплуатационными характеристиками должна обладать система водоснабжения (СВО), что демонстрирует наилучшие результаты с заданными исходными данными. На этапе составления проекта необходимо уточнить следующие характеристики:

Диаметр труб (от которого зависит пропускная способность системы);
Потери напора и давления. Рассчитываются как общие (по всей системе) потери, так и отдельные по каждому участку;
Оптимальный объем воды в контуре, скорость ее движения и вместимость расширительного бака;
Расчет сопротивления системы, выбор подходящего циркуляционного насоса.

Перед тем как приступать к гидравлическим расчетам, следует провести теплотехнический расчет. Он даст представление о том, сколько тепловой энергии необходимо для каждого помещения. Это позволит выбрать тип отопительной системы, теплогенератор и отопительные приборы.

На основании полученных данных осуществляется выбор труб и арматуры, методика и выполняется расчет трубопровода с учетом расхода и давления. На заключительном этапе составляется аксонометрическая схема разводки (визуальная проекция сетей коммуникаций, выполненная в трехмерной системе).

Последовательность подготовки к расчету

Расчет контуров водяного отопления необходим для понимания рабочих параметров системы водоснабжения с учетом исходных данных и повышения производительности оборудования.

На начальном этапе проектирования необходимо учитывать следующие параметры:

Диаметр труб (в зависимости от внутреннего диаметра в трубопроводах определяется их пропускная способность);
Потери давления и изменение напора жидкости. Калькулируются общие потери системы и утечки расхода воды по отдельным участкам;
Рекомендуемое количество воды в системах, скорость теплоносителя и выбор расширительного бака;
Формулы подсчёта гидравлического сопротивления и подбор циркуляционных насосов для системы.

Таблица определения диаметра труб

Перед проведением точного гидравлического расчета необходимо выполнить теплотехнические параметры. Подсчитывается общее количество энергии, необходимое для каждого жилого помещения. Эта информация позволит определиться с моделью теплового генератора, типом отопительных приборов и системами в целом.

После этого можно перейти к проектированию системы трубопроводов и провести расчеты, учитывающие расход и показатели перепадов давления. Завершающим этапом станет составление разводочной схемы с визуальной изометрической проекцией систем водоснабжения в трех координатах.

Основы гидравлического расчета системы отопления

В процессе гидравлического вычисления учитываются следующие характеристики:

Системы отопления с однотрубным контуром: расход теплоносителя (кг/ч);
Системы с двухтрубным отоплением: разница, которая определяет горячую воду и охлажденный носитель в прямом и обратном направлениях;
Оптимальная скорость движения теплового агента должна находиться в диапазоне от 0.3 до 0.7 м/с. При значениях менее 0.2 м/с могут образовываться воздушные пробки, мешающие нормальной циркуляции в водных системах. Внутренний диаметр трубопровода имеет обратную пропорциональность со скоростью.

Предельные скорости движения теплоносителя

Размер труб подбирается также с учетом еще одного важного параметра: скорости теплопотока; эта величина выражает количество тепла (Дж), передаваемое в секунду. Начальные значения этой характеристики можно найти в справочных таблицах в интернете, изучая методические указания производителей и справочную литературу.

Читайте ещё: Как переделать люминесцентный светильник под светодиодные лампы

Автономная система водоснабжения требует полного контроля со стороны владельцев

В идеальной системной модели, использующей методы теплотехнических расчетов, общая тепловая мощность распределяется пропорционально между всеми нагревательными приборами. Однако различия в показателях скорости потока и других параметров от теоретически рассчитанных обусловлены несколькими причинами:

Трением жидкости о внутренние стенки труб;
Сопротивлением движению воды от крепежных точек и элементов механизма (таких как краны, клапаны, фильтры).

Для этого вводится понятие: расчетная потеря давления в главном циркуляционном кольце и потеря скорости в водяных системах.

Процесс расчета является многогранной задачей, требующей глубокого изучения гидравлических параметров:

Силы трения жидкости и материальных свойств поверхности труб (например, шероховатость и влияния сопротивлений различных элементов);
Образование турбулентных вихрей, возникающих из-за неравномерного прохождения. Ведение учета коэффициентов местного сопротивления элементов, влияющих на напор в трубе, можно осуществлять с помощью таблиц рекомендаций от производителей.

Работа с гидравлическими расчетами помогает предварительно сбалансировать систему водоснабжения, необходимую для оптимального распределения тепла на нагревательные приборы и создание комфортных условий без излишних затрат. Корректировка в водяных системах производится с применением регулирующих клапанов.

Система отопления требует тщательной балансировки

Элементы нагрева подключаются к системе при помощи специальных клапанов. Изменяя пропускную способность в приборах, можно регулировать распределение энергии. Однако стоит учесть, что настройка любого клапана изменяет баланс всей схемы, что в свою очередь требует повторной балансировки системы. Необходимо внимательно ознакомиться с основами каждого способа разводки для правильной настройки устройства отопления.

Цели выполнения гидравлических расчетов сетей водоснабжения

В жилой застройке водопроводные системы состоят из ряда элементов, в числе которых можно выделить точки забора воды, установленные в месте подключения водопроводной системы к зданию, счетчики, регуляторы подачи воды, насосы, трубы, которые прокладываются по всему зданию, стояки, ответственные за распределение воды по системе, а также устройства, день за днем используемые для забора воды.

Существует два вида гидравлических расчетов систем водоснабжения: поверочный и проектный. Цель выполнения расчетов системы внутреннего водоснабжения состоит в определении всех оптимальных параметров создаваемой инженерной системы, чтобы обеспечить правильный расход воды и необходимое давление в системе. Особенно важно выполнить расчеты для самых удаленных участков от точек водоразбора, поскольку давление на них неизбежно падает, но оно должно оставаться в пределах нормативных значений.

Методика проведения гидравлических расчетов сетей водоснабжения

Учитывая сложный технологический процесс, его целесообразно разбить на несколько последовательно выполняемых этапов:

Создание аксонометрического плана сети водоснабжения, на котором отображается поэтажная разводка водопроводной сети с указанием всех элементов водоразбора и систем обеспечения водой для технических и противопожарных нужд.
Деление всей системы на отдельные участки на схеме, начиная с наиболее удаленного от водоразборного узла.
Определение условных объемов расхода воды на каждом участке системы и на основе этого расчет оптимального количества водоразбора. Уровень расхода воды для каждого из участков сети определяется по формуле – q = 5 qoХa, где

qo – это максимальный расход устройств водоразбора, измеренный в литрах в секунду;

a=PN – коэффициент, зависящий от вероятности включения приборов водоразбора в единовременном режиме (Р) и от числа используемых приборов на данном участке сети (N).

Определение показателя потери напора воды на отдельных участках водопроводной системы. Этот показатель вычисляется по формуле: , где

i – это уровень гидравлического уклона участка;

l – длина участка;

kl – коэффициент, зависящий от назначения водопроводной сети, для жилых зданий он составляет 0,3.

С применением данных из таблиц гидравлического расчета водопроводных труб, вычисляется общий уровень потерь напора в системе водоснабжения. Сначала находят данный показатель на каждом участке, а затем все потери суммируются, чтобы получить итоговую цифру, которая поможет определить величину напора на вводе в здание. Если этот показатель существенно отличается от давления на магистральной сети, оператору стоит рассмотреть установку дополнительного насосного оборудования.