Как произвести гидравлический расчет системы отопления? Гидравлический расчет системы отопления частного дома Делать гидравлический расчет

Выполнить гидравлический расчет системы отопления - это значит так подобрать диаметры отдельных участков сети (с учетом располагаемого циркуляционного давления), чтобы по ним проходил расчетный расход теплоносителя. Расчет ведется подбором диаметра по имеющемуся сортаменту труб.

Для зданий малой этажности наиболее часто применяется двухтрубная система отопления, для повышенной этажности - однотрубная. Для расчета такой системы должны быть следующие исходные данные:

1. Общий для системы перепад температуры теплоносителя (т.е. разность температуры воды в подающей и обратной магистралях).

2. Количество теплоты, которое необходимо подать в каждое помещение для обеспечения требуемых параметров воздуха.

3. Аксонометрическая схема системы отопления с нанесенными на нее нагревательными приборами и регулирующей арматурой.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.

Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.

В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.

2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:

а) заданный расход воды;

б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце R ср .

Для расчета R cp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.

3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле

где - давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное

, (5.2)

где
- сумма длин участков главного циркуляционного кольца;

- естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как

, (5.3)

где - расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение коэффициента  можно определить из табл.5.1.

Таблица 5.1 - Значение  в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления

( ), 0 C	, кг/(м 3 К)

- естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубопроводах .

В насосных системах с нижней разводкой величиной
можно пренебречь.

Определяются удельные потери давления на трение

, (5.4)

где к=0,65 определяет долю потерь давления на трение.

5. Расход воды на участке определяется по формуле

(5.5)

(t г - t о) – разность температур теплоносителя.

6. По величинам
и
подбираются стандартные размеры труб .

6. Для выбранных диаметров трубопроводов и расчетных расходов воды определяется скорость движения теплоносителя v и устанавливаются фактические удельные потери давления на трение R ф .

При подборе диаметров на участках с малыми расходами теплоносителя могут быть большие расхождения между
и
. Заниженные потери
на этих участках компенсируются завышением величин
на других участках.

7. Определяются потери давления на трение на расчетном участке, Па:

. (5.6)

Результаты расчета заносят в табл.5.2.

8. Определяются потери давления в местных сопротивлениях, используя или формулу:

, (5.7)

где
- сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке .

Значение ξ на каждом участке сводят в табл. 5.3.

Таблица 5.3 - Коэффициенты местных сопротивлений

9. Определяют суммарные потери давления на каждом участке

. (5.8)

10. Определяют суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях в главном циркуляционном кольце

. (5.9)

11. Сравнивают Δр с Δр р . Суммарные потери давления по кольцу должны быть меньше величины Δр р на

Запас располагаемого давления необходим на неучтенные в расчете гидравлические сопротивления.

Если условия не выполняются, то необходимо на некоторых участках кольца изменить диаметры труб.

12. После расчета главного циркуляционного кольца производят увязку остальных колец. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные не общие участки, параллельно соединенные с участками основного кольца.

Невязка потерь давлений на параллельно соединенных участках допускается до 15% при тупиковом движении воды и до 5% – при попутном.

Таблица 5.2 - Результаты гидравлического расчета для системы отопления

, Вт

На схеме трубопровода

По предварительному расчету

По окончательному расчету

Номер участка

Расход теплоносителя G , кг/ч

Длина участка l , м

Диаметр d , мм

Скорость v , м/с

Удельные потери давления на трение R , Па/м

Потери давления на трение Δр тр , Па

Сумма коэффициентов местных сопротивлений ∑ξ

Потери давления в местных сопротивлениях Z

d , мм

v , м/с

R , Па/м

Δр тр , Па

Z , Па

Rl + Z , Па

Обеспечить бесперебойную работу отопительной системы помогут правильно выполненные гидравлические расчеты еще на стадии ее проектирования. Они позволят узнать точные расходы по каждому из элементов цепи, а в идеале помогут минимизировать расходы на ремонт труб, их эксплуатацию и энергозатраты. При этом отопительный контур должен стабильно и бесшумно работать.

Зачем нужен гидравлический расчет?

При гидравлическом расчете находятся решения следующих важных задач:

Вычислить потери напора на определенных участках отопительного контура.
Определить оптимальный диаметр труб, используемых для прокладки отопления на основании рекомендованной скорости движения теплоносителя.
Рассчитать теплопотери и значение минимального давления в системе.
Правильно выполнить увязку параллельных гидравлических ветвей и вмонтированных в них приборов. Она будет проводиться с использованием регулирующей арматуры.

Исходя из важности данных задач, необходимо уделить расчетам максимальное внимание.

Алгоритм проведения расчетов

Чтобы провести полный гидравлический расчет системы, вначале нужно пройти несколько этапов:

Установить тепловой баланс для каждого конкретного помещения.
Выбрать и установить отопительные приборы по всему периметру здания или только в той его части, где расположены отапливаемые помещения.
Проработать окончательную аксонометрическую схему с указанием длин тепловых расчетных участков и нагрузок на отопительную магистраль.
Установить замкнутый контур системы, который будет заключительным звеном последовательно расположенных участков трубопровода. В двухтрубной системе они идут от источника тепла к самому отдаленному отопительному прибору, а в однотрубной – к приборной ветке-стояку.
Принять окончательные решения по месту установки всех источников тепла, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры.

После выполнения гидравлического расчета производится вычисление:

потерь давления на определенных участках теплосети;
диаметра трубы и пропускной способности;
потери давления в общей системе;
оптимального расхода теплоносителя.

По их результатам можно подобрать нужный насос.

Гидравлический расчет трубы

Эффективность отопительной системы во многом зависит от правильности выбранного диаметра труб, при этом можно ориентироваться на приведенные ниже показатели.

Для металлопластиковых труб:

D16 мм - пределы мощности варьируются от 2,8 до 4,5 кВт;
D20 мм – значения могут быть от 5 до 8 кВт;
D26 мм – от 8 до 13 кВт;
D32 мм – 13-18 кВт.

Для полипропиленовых труб:

D20 мм – значение мощности составляет от 4 до 7 кВт;
D25 мм – от 6 до 11 кВт;
D32 мм – от 10 до 18 кВт;
D40 мм – пределы варьируются от 16 до 28 кВт.

Нумерация расчетных участков трубопровода начинается от источника тепла. Узловые точки, расположенные в местах трубопровода, обозначаются заглавными буквами, но на сборных трубопроводах их указывают со штрихом. На распределительных приборных ветках такие узлы обозначаются арабскими цифрами. Длины расчетных трубопроводов определяются по планам отопления, выполненным в масштабе. Они идут с точностью в 0,1 метр.

Расчет расхода теплоносителя

Задействованный объем теплоносителя, который имеется в радиаторах и трубах, должен обеспечивать нормальную температуру внутри дома, невзирая на то, какая погода будет за его стенами.

Она вычисляется по формуле:

M = Q/Cp x Р delta t , где

Q – общая мощность отопительной системы, кВт;
Cp – показатель удельной теплоемкости воды, ее обычно принимают равной 4,19 кДж/(кг «умножить на» градус по Цельсию);
Р delta t – температурная разница на входе и выходе системы, для расчета которой берется «обратка» и подача котла.

По приведенной формуле можно рассчитать расход жидкости в системе на любом участке трубопровода. Разбивание трубы на участки для вычислений происходит между тройниками или до редукции.

Чтобы получить точное значение, следует просчитать по мощности все радиаторы, к которым поставляется теплоноситель. Расчеты проводятся для труб перед каждой батареей.

Гидравлический расчет скорости теплоносителя

Важный показатель, который также рассчитывается на всех участках трубы до момента подключения к радиатору. Скорость движения жидкости вычисляется по формуле:

V = m/p x f , где

m – потер теплоносителя на определенном участке трубы, кг/с;
p – плотность воды, кг/куб. м (она берется, как 1000 кг/куб. м);
f – площадь трубы в поперечном сечении, кв. м.

Последнее значение находится по формуле:

f = Пi x r2 , где

r2 – внутренний диаметр трубы, деленный на 2;
Пi – математическая постоянная равная 3,14.

Теплоноситель, протекая по замкнутому контуру, преодолевает определенное гидравлическое сопротивление, чем оно больше, тем мощнее нужно покупать насос. Так, без его расчета невозможно правильно выбрать насос. Так, без его расчета невозможно правильно выбрать насос.

Расчет местных сопротивлений

Они приходятся на места соединения труб с фитингами, запорной арматурой или отопительным оборудованием. Потери напора в этом случае рассчитывается по формуле:

delta р м. с. = Summa Y x V/2 x p , где

delta p м. с. – потери напора на местных сопротивлениях, Па;
Summa Y – сумма коэффициентов всех местных сопротивлений на участке (для каждого отдельного фитинга производитель указывает свой коэффициент);
V – скорость прохождения теплоносителя по трубам, м/с;
p – плотность жидкости, циркулирующей в отопительной системе, кг/куб. м.

Вычисление потерь давления в контуре

При вычислениях учитывается и «обратка», и подача. Формула выглядит следующим образом:

delta P р = R x L , где

delta P p – расход давления в системе, Па;
R – удельный расход на трение во внутренней части трубы, Па/м (его значение указывается производителем);
L – длина расчетного отрезка трубопровода, м.

После всех вычислений нужно просуммировать сопротивление всех участков трубопровода и провести сравнение с контрольными значениями. Чтобы выбранный насос смог обеспечить теплом все радиаторы нужно, чтобы снижение давления на самом длинном участке трубопровода не превышала 20 тыс. Па.

Значения скорости теплоносителя должны находиться в пределах от 0,25 до 1,5 м/с. Если этот показатель будет выше, в трубах будет слышаться шум, а если оно упадет ниже минимального значения, то возрастет риск завоздушивания системы.

Проведение гидравлических расчетов в Excel

Существует несколько профессиональных и любительских программ, которые после введения формул помогают вычислять все нужные параметры. Самой популярной является Excel. В ней нет расшифровки формул, поэтому их нужно изучить заранее, чтобы затем только подставлять нужные значения.

Чтобы выполнить расчеты в Excel нужно заранее подготовить последовательность действий и подобрать нужные формулы.

Примерное заполнение табличных полей этой программы выглядит следующим образом:

Выполняется таблица с названиями показателей, их величиной и единицей выражения.
Вводятся данные для расчета, некоторые из которых берутся из справочников, другие задаются исходя из опыта или характеристик оборудования.
Вводятся формулы и алгоритмы вычисления.

Все расчеты программа вычисляет самостоятельно. В конце выдает суммарный результат. Наглядно увидеть примеры расчета с помощью Excel предлагаем на фото:

Внизу предоставлено видео, на котором рассказано как провести гидравлический расчет теплосети по каждому определенному параметру в программе ZuluNetTools с последующей перегонкой результатов в таблицы Excel:

Особенности выполнения вычислений в одно- и двухтрубной системе

Если в двухтрубной схеме осуществляется попутное движение теплоносителя, то для проведения расчетов выбирается кольцо с более нагруженным стояком, которое завязано через нижний радиатор, а в однотрубной системе выбирается кольцо с самым сильно нагруженным стояком.

Если используется тупиковое движение горячей воды, то для двухтрубной схемы берется кольцо нижней батареи, вмонтированной в самый дальний стояк. При горизонтальном виде разводки применяется самая загруженная ветка надподвального этажа.

Видео: Первый самостоятельный гидравлический расчет

В следующем видео предлагается узнать, в чем принцип подобных расчетов, а также как же можно их провести с помощью специальной программы Valtec, Excel или обычных математических подсчетов:

Лучше один раз потратить время на гидравлические вычисления отопительной системы, чем без него оказаться в непредвиденных обстоятельствах в зимний период. Ремонтные работы и холод в доме обойдутся намного дороже, даже если расчеты заказывать у частника.

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.

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».

В многоквартирных домах большей части областей Российского государства, как правило, используется центральное теплоснабжение, однако с недавних пор стали набирать популярность системы автономного отопления. Как для первого, так и для второго случая требуется проведение гидравлического расчета системы отопления.

Гидравлический расчет

Практической целью расчета гидравлики системы отопления является обеспечение совпадения расхода в элементах схемы с расходом фактическим. Объем теплоносителя, попадающего в отопительные приборы, должен сформировать определенный температурный режим внутри частного дома, учитывая наружные температуры и заданные заказчиком для каждой комнаты, согласно ее функциональному назначению.

Для корректного проведения гидравлического расчета отопления потребуется изучить основную терминологию, чтобы лучше понять происходящие процессы в пределах системы. К примеру, увеличение скорости нагретой рабочей жидкости может спровоцировать параллельное увеличение гидросопротивления в магистралях трубопровода. Измеряется сопротивление системы отопления в метрах водного столба.

Основные ошибки монтажа отопления дома. Системы.отопление дома.

Большинство классических схем теплоснабжения состоит из следующих обязательных элементов:

1. теплогенератора;
2. магистрального трубопровода;
3. отопительных элементов (регистров или радиаторов);
4. гидравлической арматуры (запорной и регулировочной).

С помощью регулировочной арматуры проводится увязка отопительной системы. Каждому элементу присуща своя индивидуальная техническая характеристика, которая используется для гидравлического расчета системы отопления. Онлайн-калькулятор или таблица excel с формулами и алгоритмами вычислений смогут в значительной степени упростить эту задачу. Эти программы предоставляются абсолютно бесплатно и никак не повлияют на бюджет проекта.

Как произвести гидравлические испытания систем отопления

Диаметр труб

Чтобы рассчитать гидравлику отопительной системы, понадобится информация по тепловому расчету и аксонометрической схеме. Для подбора сечения труб используются целесообразные, с экономической точки зрения, итоговые данные теплорасчета:

Чтобы определить внутренний диаметр каждого участка, используют таблицу. Предварительно каждая отопительная ветвь разбивается на сегменты начиная с самой конечной точки. Разбивка осуществляется исходя из расхода теплоносителя, который варьируется от одного отопительного элемента к другому. Новый сегмент начинается после каждого отопительного прибора.

На первом сегменте определяют значение массового расхода теплоносителя, отталкиваясь от показателя мощности последней батареи: G = 860q / ∆t, где q - мощность отопительного элемента (кВт).

Теплоноситель на первом участке рассчитывается следующим образом: 860 x 2 / 20 = 86 кг/ч. Полученные результаты непосредственно наносятся на аксонометрическую схему, однако, чтобы продолжить дальнейшие вычисления, полученное итоговое значение потребуется перевести в другие единицы измерения - литры в секунду.

Для выполнения конвертации применяют формулу: GV = G / 3600 х ρ, где GV - ёмкостное потребление жидкости (л/сек), ρ - показатель плотности теплоносителя (при температуре 60 ºС составляет 0,983 кг/литр). Получается: 86 ÷ 3600 x 0,983 = 0,024 л/сек. Необходимость в конвертации меры физической величины обосновывается использованием табличных значений, при помощи которых определяется сечение трубопровода.

Гидравлический расчет систем водоснабжения в Revit (Revit+liNear Analyse Potable Water)

Определение сопротивления

Зачастую инженеры сталкиваются с расчетами систем теплоснабжения крупных объектов. Такие системы требуют большого количества отопительных приборов и сотни погонных метров труб. Выполнить расчет гидравлического сопротивления системы отопления можно с помощью уравнений или специальных автоматизированных программ.

Чтобы определить относительные теплопотери на сцепление в магистрали, применяют следующее приближенное уравнение: R = 510 4 v 1.9 / d 1,32 (Па/м). Применение данного уравнения оправдано для скоростей не более 1,25 м/с.

Если известно значение потребления горячей воды, то применяют приближенное уравнение для нахождения сечения внутри трубы: d = 0,75 √G (мм). После получения результата потребуется обратиться к специальной таблице, чтобы получить сечение условного прохода.

Самым утомительным и требующим больших затрат труда будет вычисление местного сопротивления в соединительных частях трубопровода, регулирующих клапанах, задвижках и отопительных приборах.

Существуют два класса отопительных насосов: с роторами мокрого и сухого типа. Для отопительной системы частного домовладения с небольшой протяженностью трубопровода лучше всего подойдет насос мокрого типа. С помощью ротора, вращающегося в середине корпуса, циркуляция рабочей жидкости ускоряется . Благодаря жидкой среде, в которую помещен ротор, механизм смазывается и охлаждается. Устанавливая насос такого типа, необходимо контролировать горизонтальность вала.

Насосы сухого типа применяются в системах с большой протяженностью. Электродвигатель и рабочая часть разделены уплотнительными кольцами, которые необходимо менять один раз в три года. Теплоноситель с ротором не контактирует. К преимуществам насосов данного типа можно отнести высокую производительность - примерно 80%. Из недостатков выделяют высокий уровень шума и контроль за отсутствием пыли в двигателе.

Основным назначением циркуляционного насоса является создание напора теплоносителя, способного справляться с гидравлическим сопротивлением, возникающим в определенных участках магистрали, и обеспечение нужной производительности путем транспортировки тепла в системе, необходимого для прогревания жилища.

Расчет однотрубной системы отопления

Следовательно, выбирая циркуляционный насос, необходимо сделать расчет потребности помещения в теплоэнергии, а также выяснить значение общего гидравлического сопротивления системы теплоснабжения. Не зная этих данных, подобрать соответствующий насос будет крайне сложно.

Производительную мощность электронасоса можно собственноручно вычислить, используя уравнение: Q = 0,86 x P / Δt, где Q - требуемая эффективность (м3 /час), P - искомый тепловой расход (кВт), Δt - температурный перепад между подающим и обратным контурами, с помощью которого определяется объем тепловой энергии, отдаваемой участком системы теплоснабжения.

Электронасос с контроллером мощности подбирают, ориентируясь на производительность, предварительно выставив регулятор в среднее положение. Такая манипуляция позволит подкорректировать мощность в большую или меньшую сторону при ошибочном действии. Скорости в циркуляционном насосе могут переключаться как в ручном, так и автоматическом режиме. В зависимости от протяженности трубопровода применяются разные типы отопительных насосов.

Наличие производительного теплогенератора, качественных труб и современных радиаторов вовсе не означает, что отопление получится эффективным. Если система неправильно сконструирована, то возможны ситуации, когда работающий на полную мощность котёл не может обеспечить комфортную температуру во всех комнатах. Либо тепла хватает, но расходы на энергоносители непомерно велики. Чтобы не совершать непоправимых ошибок, необходимо разработать проект, важной часть которого является гидравлический расчёт системы отопления. Пожалуй, самой сложной частью.

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.

Информативная таблица как результат гидравлического расчёта

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.

Этапы проведения гидравлического расчёта отопления

Сбор и систематизация исходных данных

Перед началом вычислений разработчик изучает теплотехнические характеристики объекта и на основании ТЗ предварительно конструирует подходящий вариант системы отопления. Выполняют следующие мероприятия:

Производят тепловой расчёт, в результате которого получают информацию о необходимом количестве тепла для каждого помещения.
Выбирают теплогенератор и отопительные приборы.
Принимают решение о способах разводки трубопроводов и особенностях балансировки системы.
Выбирают тип труб и спецификацию регулирующей арматуры.
Составляют аксонометрические схемы разводки и детальные планы помещений с указанием основных исходных данных (расход теплоносителя, мощность батарей, расстановка оборудования и т.д.). Узловые точки, основной контур и отдельные участки маркируются, обозначается длина колец.

Выбор метода

Есть несколько способов выполнить расчёт гидравлики отопительной системы (как правило, все они выполняются с применением специального программного обеспечения):

сложением характеристик проводимости и сопротивления;
по удельным потерям давления;
по длинам трубопроводов;
сравнением динамических давлений;
по объёму транспортируемого теплоносителя.

Конкретный метод используют в зависимости от того, являются ли перепады температуры в системе динамичными или стабильными. Также берётся во внимание конфигурация отопления: некоторые способы вычислений подходят только для однотрубных схем разводки, другие – универсальны. Чаще всего применяют гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления по потерям давления.

Расчёт сечения труб

Выбор оптимального размера труб – один из действенных методов управления рабочими характеристиками системы отопления. Так, использование труб завышенного сечения влечёт за собой:

рост капитальных затрат;
снижение рабочего давления;
критичное уменьшение скорости перекачки теплоносителя с большой вероятностью завоздушивания;
появление существенной тепловой инерции отопления.

Уменьшение диаметра трубопроводов позволяет сократить как капитальные, так и эксплуатационные затраты, но приводит к увеличению скорости потока. При показателях от 0,6 м/с в системе появляются шумы, поэтому оптимальной для жилых помещений считается скорость транспортировки теплоносителя в пределах 0,3-0,7 метров в секунду.

Для вычисления подходящего внутреннего диаметра трубопроводов используются такие данные:

Разница температур подачи и обратки (для двухтрубных схем обычно принимается равной 20 градусам).
Расход теплоносителя – в таблицах обозначается литерой «G». В реальных вычислениях и в примерах гидравлического расчёта систем отопления данная величина, как правило, является уже заданной.
Скорость перемещения воды/антифриза – обозначается литерой «v»
Плотность теплоносителя.
Объём теплового потока – обозначается литерой «Q».
Особенности участка (длина, количество секций в радиаторах и т.п.).

Определение потерь напора в системе и отдельных её участках

На каждом участке общее падение давления происходит за счёт двух основных факторов:

Сопротивления трению, которое возникает из-за шероховатости и неровностей внутренних стенок труб.
Местного сопротивления, которое оказывают на перекачку рабочей среды соединительные фитинги, запорно-регулирующая арматура, повороты и ветвления, сужения/расширения трубопроводов. Также тормозящий эффект создают теплообменники отопительных приборов и теплогенераторов.

Уровень потерь давления в кольце вследствие сопротивления трению зависит от:

скорости потока;
коэффициента шероховатости материала трубопроводов;
длины ветки;
диаметра и формы внутреннего сечения труб;
вязкости и плотности теплоносителя.

На характер местного сопротивления влияет:

скорость перекачки жидкости;
коэффициенты местного сопротивления (данные для различных узлов и устройств сведены в таблицы).

Точные вычисления производятся по общедоступным формулам, результаты о сопротивлениях в отдельных участках суммируются, и инженер получает возможность рассчитать необходимую производительность насосного оборудования.

Такие схемы генерируются программами для гидравлических расчётов

Разработка увязки циркуляционных колец

Заключительный этап гидравлического расчёта системы отопления. Анализируя исходные и полученные на предварительных этапах данные (сопротивления, необходимые тепловые нагрузки, характеристики арматуры), конструктор должен выровнять потери давления в сети. То есть в идеале потери давления во всех кольцах системы должны быть одинаковыми. Для балансировки напора и перераспределения расхода теплоносителя применяются ручные вентили или автоматические клапаны, которые отвечают за отдельные ветки или устанавливаются на каждом отопительном приборе. Именно по результатам гидравлического расчёта выполняется предварительная настройка регулирующей арматуры.