Гидравлический расчет отопительной системы

Расчет водяной системы отопления: плюсы выполнения

Ключевым элементом в водяных системах отопления (СВО) является мобильный теплоноситель в трубопроводах при изменяющемся внешнем тепловом режиме. Отопительный контур представлен тремя составляющими: тепловым генератором, транспортировочным модулем и испускающим тепло элементом конкретного участка в доме.

В теории замкнутые системы отопления полностью передают тепло с помощью носителя, но на практике происходит значительная утечка энергии. Для минимизации потерь в отопительных системах на этапе проектировки выполняют гидравлический расчет.  Подсчет цифр позволяет повысить КПД установки за счет решения следующих вопросов на практике:

• Определение параметров теплового агента(количество, скорость движения теплоносителя, требуемые для сохранения теплообмена). В расчете системы осложняющим фактором является изменение воздушной температуры.
• Уменьшение денежных вложений при конструировании за счет использования материалов с нужными свойствами и в дальнейшем снижение затрат на ремонт и эксплуатацию.
• Задание стабильного рабочего порядка элементов в системах отопления для улучшения работоспособности и во избежание починки оборудования.
• Обеспечение равномерного прогрева пространства в доме, гарантия поддержки комфортной атмосферы в течение длительного времени.
• Расчет критериев эффективной, беззвучной, безопасной работы системы отопления.

Методы разводки отопительной системы

Несмотря на то, что основа проектирования СВО - это прием и передача тепловой энергии отопительных приборов помещения, реализовать проект можно различными способами. Движение по каждому участку в системах задается естественно или принудительно. В самотечных контурах отопления тепловой агент движется с помощью силы тяжести, радиаторы с принудительной циркуляцией используют насосы.

Системы отопления различаются по размерам и устройству и делятся на однотрубные и двухтрубные. Принцип их работы имеет свои особенности, что нужно учитывать в расчете характеристик оборудования. В однотрубной системе встречаются определенные схемы отопления:

• Нижняя разводка трубопроводов (в просторечии “Ленинградка”). Магистраль замыкается циклично, пройдя по помещениям, труба подается обратно к котлу. С однотрубными системами отопления связаны такие недостатки, какнеравномерность теплообмена, отсутствие регулировки теплового потока.
• Двухтрубная система отопления называется попутной системой “петли Тихельмана”. В трубопроводах коммуникации первый радиатор является началом обратки, к которому подключаются другие радиаторы. В конце происходит подвод теплоносителя в котел. Рабочий агент транспортируется прямо и обратно в одну сторону (попутно). Проект позволяет качественно усилить систему оборудования, обеспечить стабильность и отличный прогрев, но стоит дополнительных вложений.
• Лучевая веерная разводка (иногда ее обозначают коллекторной, шкафной). Источником выступает управляемый коллектор, от которого отходят остальные коммуникации. Плюсом схемы является доступность настройки температуры и выключения отдельных приборов. В системах возможна автоматизация, их удобно рассчитать и построить. К недостаткам относятся цена монтажа по причине высоких затрат на трубы.

Последовательность подготовки к расчету

Расчет контура водяного отопления необходим для понимания рабочих параметров СВО с учетом исходных позиций и повышения производительности оборудования.

Вначале проектирования следует учесть данные:

• Диаметр труб (в зависимости от внутреннего диаметра в трубопроводах определяется их пропускная способность)
• Потери давления и изменения напора жидкости. Производят калькуляцию общих потерь СВО и утечек расхода воды отдельно по участкам.
• Рекомендуемое количество воды в системах, значения скорости теплоносителя и как выбрать расширительный бак.
• Формулы подсчетов с гидравлическим сопротивлением коммуникаций и какие циркуляционные насосы следует рассмотреть для установки.

Перед точным гидравлическим расчетом нужно сделать исследование теплотехнических параметров. Подсчитывается количественно энергия, требуемая каждому жилому помещению. Расчет позволяет определиться с моделью теплового генератора, типом отопительных приборов и системами в целом.

Затем можно спроектировать трубный механизм и провести калькуляцию, учитывающую расход и значения перепадов давления. Завершающим этапом является составление разводной схемы с визуальной изометрической проекцией СВО в трех координатах.

Основы гидравлического расчета системы отопления

В гидравлическом вычислении учитываются характеристики:

• СВО однотрубного контура: расход теплоносителя (кг.ч)
• СВО с двухтрубным отоплением: разницу, определяющую горячую воду и охлажденную носителя в прямом и обратном направлении.
• Рекомендованная движущая скорость теплового агента должна быть в диапазоне от 0.3 до 0.7 м/с. При значениях меньше 0.2 м/c могут образовываться воздушные пробки, препятствующие циркуляции в водных системах. Внутренний диаметр трубопровода связан со скоростью в обратной пропорции.

Размер труб подбирается с учетом еще одной теплотехнической переменной: скорости теплопотока; составляющая выражает тепловое количество (Дж), переданное в секунду.  В справочных таблицах определены начальные значения. Их можно посмотреть в интернете, изучив методические указания компаний-изготовителей и справочную литературу.

В идеальной системной модели, использующей метод теплотехнических исследований, общая тепловая мощность расходится на все нагревательные приборы. Но фактически отличие показателей скорости агента и прочих параметров от теоретически рассчитанных обусловлено следующими причинами:

• Трением жидкости и внутренней поверхности труб.
• Сопротивлениями движению воды крепежных точек и аксессуаров механизма (краны, клапаны, фильтра)

Для этого вводят понятия: расчетная потеря давления в главном циркуляционном кольце и потеря скорости водяными системами.

Выполнение подсчета является комплексной задачей, требующей активное изучение с гидравлическим исследованием параметров:

• Силы трения жидкости и материальных свойств поверхности (например, учитывается шероховатость с силами сопротивлений элементов)
• Образование турбулентных вихрей за счет неравномерности прохода. Вести учет коэффициенту местного сопротивления элементов, влияющему на напор в трубе, можно с помощью таблиц рекомендаций от производителя.

Работа с гидравлическим вычислением помогает предварительно сбалансировать СВО. Это нужно для понимания того, какая пропускная способность позволит оптимально распределить тепло на нагревательные приборы и создать комфортную атмосферу без дополнительных затрат. Компенсацию в водяных системах выполняют с помощью регулировочных клапанов.

Точки подключения элементов нагрева снабжаются специальными клапанами. Меняя пропускную способность в приборах, регулируют распределение энергии. Следует учитывать, что настройка любого клапана изменяет всю балансировку схемы, которую нужно проводить заново.  Основы каждого примера разводки необходимо изучить для правильной корректировки устройства отопления.

Методы автоматизации

Работу с гидравлическим подсчетом удобно проводить на онлайн калькуляторе, учитывающим расчетное давление трубопровода. В результате получают значения расхода жидкости (пропускная способность), величины внутренних диаметров труб, и насколько теряется давление в эксплуатации. Калькулятор разрешает задать вид работы с расчетным сопротивлением.

Для вычислений задаются исходные характеристики размеров труб, их степень износа, из какого материала (как пример, сталь, сплав, пластмасса, стекло) они изготовлены. Можно провести исследования с учетом коэффициента шероховатости элементов. Калькуляторы рассчитывают падение жидкостного напора, расходы, длины участков, диаметры водопровода.

Несложные системы отопления с одним или двумя контурами и парочкой радиаторов легко рассчитать онлайн калькулятором. Но для комплексных СВО с мощностью более 30 кВт требуется применить специальные программы, которые разрабатывают основные производители отопительного оборудования.

Заключение

Чтобы правильно спроектировать отопительный контур, необходимо контролировать достаточный напор жидкости, качество используемых труб, мощность циркуляционного насоса. С гидравлическим вычислением можно откалибровать систему и обеспечить ее эффективность.

Определение параметров падения напора, расхода, трубных диаметров на участках нужно для корректного выполнения исследования. Если в виде примера взять небольшой частный дом, то он рассчитывается вручную либо онлайн. Сложные промышленные коммуникации проектируются программным обеспечением.