Сопротивление системы отопления в метрах


Нужно отметить, что инженерные расчеты систем водоснабжения и отопления никак нельзя назвать простыми, но без них обойтись невозможно, только очень опытный специалист-практик может нарисовать систему отопления «на глазок» и безошибочно подобрать диаметры труб. Это если схема достаточно проста и предназначена для обогрева небольшого дома высотой 1 или 2 этажа. А когда речь идет о сложных двухтрубных системах, то рассчитывать их все равно придется. Эта статья для тех, кто решился самостоятельно выполнить расчет системы отопления частного дома. Мы изложим методику несколько упрощенно, но так, чтобы получить максимально точные результаты.

Цель и ход выполнения расчета

Конечно, за результатами можно обратиться к специалистам либо воспользоваться онлайн-калькулятором, коих хватает на всяких интернет-ресурсах. Но первое стоит денег, а второе может дать некорректный результат и его все равно надо проверять.

отопительная система частного дома

Так что лучше набраться терпения и взяться за дело самому. Надо понимать, что практическая цель гидравлического расчета – это подбор проходных сечений труб и определение перепада давления во всей системе, чтобы верно выбрать циркуляционный насос.


Примечание. Давая рекомендации по выполнению вычислений подразумевается, что теплотехнические расчеты уже сделаны, и радиаторы подобраны по мощности. Если же нет, то придется идти старым путем: принимать тепловую мощность каждого радиатора по квадратуре помещения, но тогда точность расчета снизится.

Общая схема расчета выглядит таким образом:

  • подготовка аксонометрической схемы: когда уже выполнен расчет отопительных приборов, то известна их мощность, ее надо нанести на чертеж возле каждого радиатора;
  • определение расхода теплоносителя и диаметров трубопроводов;
  • расчет сопротивления системы и подбор циркуляционного насоса;
  • расчет объема воды в системе и вместительности расширительного бака.

Любой гидравлический расчет системы отопления начинается со схемы, нарисованной в 3 измерениях для наглядности (аксонометрия). На нее наносятся все известные данные, в качестве примера возьмем участок системы, изображенный на чертеже:

схема в трех измерениях

Определение расхода теплоносителя и диаметров труб


Вначале каждую отопительную ветвь надо разбить на участки, начиная с самого конца. Разбивка делается по расходу воды, а он изменяется от радиатора к радиатору. Значит, после каждой батареи начинается новый участок, это показано на примере, что представлен выше. Начинаем с 1-го участка и находим в нем массовый расход теплоносителя, ориентируясь на мощность последнего отопительного прибора:

G = 860q/ ∆t, где:

  • G – расход теплоносителя, кг/ч;
  • q – тепловая мощность радиатора на участке, кВт;
  • Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводе, обычно берут 20 ºС.

Для первого участка расчет теплоносителя выглядит так:

860 х 2 / 20 = 86 кг/ч.

Полученный результат надо сразу нанести на схему, но для дальнейших расчетов он нам понадобится в других единицах – литрах в секунду. Чтобы сделать перевод, надо воспользоваться формулой:

GV = G /3600ρ, где:

  • GV – объемный расход воды, л/сек;
  • ρ– плотность воды, при температуре 60 ºС равна 0.983 кг / литр.

Имеем: 86 / 3600 х 0,983 = 0.024 л/сек. Потребность в переводе единиц объясняется необходимостью использования специальных готовых таблиц для определения диаметра трубы в частном доме. Они есть в свободном доступе и называются «Таблицы Шевелева для гидравлических расчетов». Скачать их можно, перейдя по ссылке: http://dwg.ru/dnl/11875


В данных таблицах опубликованы значения диаметров стальных и пластмассовых труб в зависимости от расхода и скорости движения теплоносителя. Если открыть страницу 31, то в таблице 1 для стальных труб в первом столбце указаны расходы в л/сек. Чтобы не производить полный расчет труб для системы отопления частого дома, надо просто подобрать диаметр по расходу, как показано ниже на рисунке:

определение диаметра труб по расходу теплоносителя

Примечание. В левом столбце под диаметром сразу же указывается скорость движения воды. Для систем отопления ее значение должно лежать в пределах 0.2—0.5 м/сек.

Итак, для нашего примера внутренний размер прохода должен составлять 10 мм. Но поскольку такие трубы не используются в отоплении, то смело принимаем трубопровод DN15 (15 мм). Проставляем его на схеме и переходим ко второму участку. Так как следующий радиатор имеет такую же мощность, то применять формулы не нужно, берем предыдущий расход воды и умножаем его на 2 и получаем 0.048 л/сек. Снова обращаемся к таблице и находим в ней ближайшее подходящее значение. При этом не забываем следить за скоростью течения воды v (м/сек), чтобы она не превышала указанные пределы (на рисунках отмечена в левом столбце красным кружочком):

определение внутреннего размера прохода трубоповода


Важно. Для систем отопления с естественной циркуляцией скорость движения теплоносителя должна составлять 0.1—0.2 м/сек.

Как видно на рисунке, участок №2 тоже прокладывается трубой DN15. Далее, по первой формуле находим расход на участке №3:

860 х 1,5 / 20 = 65 кг/ч и переводим его в другие единицы:

65 / 3600 х 0,983 = 0.018 л/сек.

Прибавив его к сумме расходов двух предыдущих участков, получаем: 0.048 + 0.018 = 0.066 л/сек и вновь обращаемся к таблице. Поскольку у нас в примере делается не расчет гравитационной системы, а напорной, то по скорости теплоносителя труба DN15 подойдет и на этот раз:

подбор труб для отопления

Идя таким путем, просчитываем все участки и наносим все данные на нашу аксонометрическую схему:

фрагмент схемы двухтрубной системы

Расчет циркуляционного насоса


Подбор и расчет насоса заключается в том, чтобы выяснить потери давления теплоносителя, протекающего по всей сети трубопроводов. Результатом станет цифра, показывающая, какое давление следует развивать циркуляционному насосу, чтобы «продавить» воду по системе. Это давление вычисляют по формуле:

P = Rl + Z, где:

  • Р – потери давления в сети трубопроводов, Па;
  • R – удельное сопротивление трению, Па/м;
  • l – длина трубы на одном участке, м;
  • Z – потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

Примечание. Двух – и однотрубная система отопления рассчитываются одинаково, по длине трубы во всех ветвях, а в первом случае — прямой и обратной магистрали.

Данный расчет достаточно громоздкий и сложный, в то время как значение Rl для каждого участка можно легко найти по тем же таблицам Шевелева. В примере синим кружочком отмечены значения 1000i на каждом участке, его надо только пересчитать по длине трубы. Возьмем первый участок из примера, его протяженность 5 м. Тогда сопротивление трению будет:

Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.

Так же производим просчет всех участков попутной системы отопления, а потом результаты суммируем. Остается узнать значение Z, перепад давления в местных сопротивлениях. Для котла и радиаторов эти цифры указаны в паспорте на изделие. На все прочие сопротивления мы советуем взять 20% от общих потерь на трение Rl и все эти показатели просуммировать. Полученное значение умножаем на коэффициент запаса 1.3, это и будет необходимый напор насоса.


Следует знать, что производительность насоса – это не емкость системы отопления, а общий расход воды по всем ветвям и стоякам. Пример его расчета представлен в предыдущем разделе, только для подбора перекачивающего агрегата нужно тоже предусмотреть запас не менее 20%.

Расчет расширительного бака

Чтобы произвести расчет расширительного бака для закрытой системы отопления, необходимо выяснить, насколько увеличивается объем жидкости при ее нагреве от комнатной температуры +20 ºС до рабочей, находящейся в пределах 50—80 ºС. Эта задача тоже не из простых, но ее можно решить другим способом.

Вполне корректным считается принимать объем бака в размере десятой части от всего количества воды в системе, включая радиаторы и водяную рубашку котла. Поэтому снова открываем паспорта оборудования и находим в них вместительность 1 секции батареи и котлового бака.

Далее, расчет объема теплоносителя в системе отопления выполняется по простой схеме: вычисляется площадь поперечного сечения трубы каждого диаметра и умножается на ее длину. Полученные значения суммируются, к ним прибавляются паспортные данные, а потом от результата берется десятая часть. То есть, если во всей системе 150 л воды, то вместительность расширительного бака должна составлять 15 л.

Заключение


Многие, прочитав данную статью, могут отказаться от намерения считать гидравлику самостоятельно ввиду явной сложности процесса. Рекомендация для них – обратиться к специалисту-практику. Те же, кто проявил желание и уже сделал расчет тепловой мощности отопления на здание, наверняка справятся и с этой задачей. Но готовую схему с результатами все равно стоит показать опытному монтажнику для проверки.

Источник: cotlix.com

Виды систем отопления

Задачи инженерных расчётов такого рода осложняются высоким разнообразием систем отопления, как с точки зрения масштабности, так и в плане конфигурации. Различают несколько видов отопительных развязок, в каждой из которых действуют свои закономерности:

1. Двухтрубная тупиковая система — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

2. Однотрубная система или «Ленинградка» считается лучшим способом устройства гражданских отопительных комплексов тепловой мощностью до 30–35 кВт.

3. Двухтрубная система попутного типа — наиболее материалоёмкий вид развязки отопительных контуров, отличающийся при этом наивысшей из известных стабильностью работы и качеством распределения теплоносителя.


4. Лучевая разводка во многом схожа с двухтрубной попуткой, но при этом все органы управления системой вынесены в одну точку — на коллекторный узел.

Прежде чем приступить к прикладной стороне расчётов, нужно сделать пару важных предупреждений. В первую очередь нужно усвоить, что ключ к качественному расчёту лежит в понимании принципов работы жидкостных систем на интуитивном уровне. Без этого рассмотрение каждой отдельно взятой развязки превращается в переплетение сложных математических выкладок. Второе — практическая невозможность изложить в рамках одного обзора больше, чем базовые понятия, за более подробными разъяснениями лучше обратиться к такой литературе по расчёту отопительных систем:

  • Пырков В. В. «Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика» 2-е издание, 2010 г.
  • Р. Яушовец «Гидравлика — сердце водяного отопления».
  • Пособие «Гидравлика котельных» от компании De Dietrich.
  • А. Савельев «Отопление дома. Расчёт и монтаж систем».

Определение расхода теплоносителя и диаметров труб

Вначале каждую отопительную ветвь надо разбить на участки, начиная с самого конца. Разбивка делается по расходу воды, а он изменяется от радиатора к радиатору. Значит, после каждой батареи начинается новый участок, это показано на примере, что представлен выше. Начинаем с 1-го участка и находим в нем массовый расход теплоносителя, ориентируясь на мощность последнего отопительного прибора:

G = 860q/ ∆t, где:

  • G – расход теплоносителя, кг/ч;
  • q – тепловая мощность радиатора на участке, кВт;
  • Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводе, обычно берут 20 ºС.

Для первого участка расчет теплоносителя выглядит так:

860 х 2 / 20 = 86 кг/ч.

Полученный результат надо сразу нанести на схему, но для дальнейших расчетов он нам понадобится в других единицах – литрах в секунду. Чтобы сделать перевод, надо воспользоваться формулой:

GV = G /3600ρ, где:

  • GV – объемный расход воды, л/сек;
  • ρ– плотность воды, при температуре 60 ºС равна 0.983 кг / литр.

Имеем: 86 / 3600 х 0,983 = 0.024 л/сек. Потребность в переводе единиц объясняется необходимостью использования специальных готовых таблиц для определения диаметра трубы в частном доме. Они есть в свободном доступе и называются «Таблицы Шевелева для гидравлических расчетов». Скачать их можно, перейдя по ссылке: http://dwg.ru/dnl/11875

В данных таблицах опубликованы значения диаметров стальных и пластмассовых труб в зависимости от расхода и скорости движения теплоносителя. Если открыть страницу 31, то в таблице 1 для стальных труб в первом столбце указаны расходы в л/сек. Чтобы не производить полный расчет труб для системы отопления частого дома, надо просто подобрать диаметр по расходу, как показано ниже на рисунке:

raschet-trub-dlja-sistemy-otoplenija.jpg


Примечание. В левом столбце под диаметром сразу же указывается скорость движения воды. Для систем отопления ее значение должно лежать в пределах 0.2—0.5 м/сек.

Итак, для нашего примера внутренний размер прохода должен составлять 10 мм. Но поскольку такие трубы не используются в отоплении, то смело принимаем трубопровод DN15 (15 мм). Проставляем его на схеме и переходим ко второму участку. Так как следующий радиатор имеет такую же мощность, то применять формулы не нужно, берем предыдущий расход воды и умножаем его на 2 и получаем 0.048 л/сек. Снова обращаемся к таблице и находим в ней ближайшее подходящее значение. При этом не забываем следить за скоростью течения воды v (м/сек), чтобы она не превышала указанные пределы (на рисунках отмечена в левом столбце красным кружочком):

raschet-trub-dlja-sistemy-otoplenija-1.jpg

Важно. Для систем отопления с естественной циркуляцией скорость движения теплоносителя должна составлять 0.1—0.2 м/сек.

Как видно на рисунке, участок №2 тоже прокладывается трубой DN15. Далее, по первой формуле находим расход на участке №3:

860 х 1,5 / 20 = 65 кг/ч и переводим его в другие единицы:

65 / 3600 х 0,983 = 0.018 л/сек.

Прибавив его к сумме расходов двух предыдущих участков, получаем: 0.048 + 0.018 = 0.066 л/сек и вновь обращаемся к таблице. Поскольку у нас в примере делается не расчет гравитационной системы, а напорной, то по скорости теплоносителя труба DN15 подойдет и на этот раз:

raschet-trub-dlja-sistemy-otoplenija-2_0.jpg

Идя таким путем, просчитываем все участки и наносим все данные на нашу аксонометрическую схему:

aksonometricheskaja-shema.jpg

Определение сопротивления

xustanovka_sistemy_otopleniya.jpg.pagespeed.ic.imxzylwihe.jpg
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.

Таблица гидравлического расчёта систем водяного отопления

tablica-dlja-gidravlicheskogo-raschjota.jpg

Гидравлическая увязка

Балансировка перепадов давления в отопительной системе выполняется посредством регулирующей и запорной арматуры.

160.jpg
Гидравлическая увязка системы производится на основании:

  • проектной нагрузки (массового расхода теплоносителя);
  • данных производителей труб по динамическому сопротивлению;
  • количества местных сопротивлений на рассматриваемом участке;
  • технических характеристик арматуры.

Установочные характеристики – перепад давления, крепление, пропускная способность – задаются для каждого клапана. По ним определяют коэффициенты затекания теплоносителя в каждый стояк, а затем – в каждый прибор.

Потери давления прямо пропорциональны квадрату расхода теплоносителя и измеряются в кг/ч, где

S – произведение динамического удельного давления, выраженного в Па/(кг/ч), и приведенного коэффициента для местных сопротивлений участка (ξпр).

Приведенный коэффициент ξпр является суммой всех местных сопротивлений системы.

Определение потерь

Гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца представляет собой сумму потерь его составляющих элементов:

  • первичного контура – ∆Plk;
  • местных систем – ∆Plм;
  • генератора тепла – ∆Pтг;
  • теплообменника ∆Pто.

Сумма всех этих величин и дает полное гидравлическое сопротивление системы ∆Pсо.

Мощность генератора тепла

Одним из основных узлов отопительной системы является котел: электрический, газовый, комбинированный – на данном этапе не имеет значения. Поскольку нам важна главная его характеристика – мощность, то есть количество энергии за единицу времени, которая будет уходить на отопление.

Мощность самого котла определяется по ниже приведённой формуле:

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10,

где:

  • Sпомещ – сумма площадей всех комнат, которые требую отопления;
  • Wудел – удельная мощность с учётом климатических условий местоположения (вот для чего нужно было знать климат региона).

Что характерно, для разных климатических зон имеем следующие данные:

  • северные области – 1,5 – 2 кВт/м2;
  • центральная зона – 1 – 1,5 кВт/м2;
  • южные регионы – 0,6 – 1 кВт/м2.

Эти цифры достаточно условны, но тем не менее дают явный численный ответ относительно влияния окружающей среды на систему отопления квартиры.

Сумма площади квартиры которую необходимо отапливать – равна общей площади квартиры и равна, то есть – 65,54-1,80-6,03=57,71 м2 (минус балкон). Удельная мощность котла для центрального региона с холодной зимой – 1,4 кВт/м2. Таким образом, в нашем примере расчётная мощность котла отопления эквивалентна 8,08 кВт.

Динамические параметры теплоносителя

Переходим к следующему этапу расчетов – анализ потребления теплоносителя. В большинстве случаев система отопления квартиры отличается от иных систем – это связанно с количеством отопительных панелей и протяженностью трубопровода. Давление используется в качестве дополнительной “движущей силы” потока вертикально по системе.

В частных одно- и многоэтажных домах, старых панельных многоквартирных домах применяются системы отопления с высоким давлением, что позволяет транспортировать теплоотдающее вещество на все участки разветвлённой, многокольцевой системы отопления и поднимать воду на всю высоту (до 14-ого этажа) здания.

Напротив, обычная 2- или 3- комнатная квартира с автономным отоплением не имеет такого разнообразия колец и ветвей системы, она включает не более трех контуров.

А значит и транспортировка теплоносителя происходит с помощью естественного процесса протекания воды. Но также можно использовать циркуляционные насосы, нагрев обеспечивается газовым/электрическим котлом.

Специалисты в сфере проектирования и монтажа систем отопления определяют два основных подхода в плане расчёта объёма теплоносителя:

  1. По фактической емкости системы. Суммируются все без исключения объёмы полостей, где будет протекать поток горячей воды: сумма отдельных участков труб, секций радиаторов и т.д. Но это достаточно трудоёмкий вариант.
  2. По мощности котла. Здесь мнения специалистов разошлись очень сильно, одни говорят 10, другие 15 литров на единицу мощности котла.

С прагматичной точки зрения нужно учитывать, тот факт что наверное система отопления будет не только подавать горячую воду для комнаты, но и нагревать воду для ванной/душа, умывальника, раковины и сушилки, а может и для гидромассажа или джакузи. Этот вариант попроще.

Поэтому в данном случае рекомендуем установить 13,5 литров на единицу мощности. Умножив этот число на мощность котла (8,08 кВт) получаем расчётный объём водяной массы – 109,08 л.

Вычисляемая скорость теплоносителя в системе является именно тем параметром, который позволяет подбирать определённый диаметр трубы для системы отопления.

Она высчитывается по следующей формуле:

V = (0,86*W*k)/t-to,

где:

  • W – мощность котла;
  • t – температура подаваемой воды;
  • to – температура воды в обратном контуре;
  • k – кпд котла (0,95 для газового котла).

Подставив в формулу расчетные данные, имеем: (0.86 * 8080* 0.95)/80-60 = 6601,36/20=330кг/ч. Таким образом за один час в системе перемещается 330 л теплоносителя (воды), а ёмкость системы около 110 л.

Обзор программ для гидравлических вычислений

Можно попытаться выполнить гидравлический расчет системы обогрева в оболочке Excel, воспользовавшись уже готовыми формулами. Однако при этом возможно появление следующих проблем:

  • Большая погрешность. Во многих случаях как пример гидравлического расчета системы для отопления берутся с одной или двумя трубами схемы. Найти такие же вычисления для коллекторной проблематично;
  • Для правильного учета сопротивления в плане гидравлики трубопровода нужны справочные данные, которые отсутствуют в форме. Их необходимо искать и вводить дополнительно.

Беря во внимание такие факторы, специалисты рекомендуют применять программы для расчета. Большое количество из них платные, однако некоторые имеют демоверсию с небольшими возможностями.

Oventrop CO

gidravlicheskij-raschet-sistemy-otoplenija-excel_11_1.jpg

Наиболее простая и ясная программа для гидравлического расчета теплосети. Интуитивный интерфейс и гибкая настройка смогут помочь быстро разобраться с невидимыми моментами ввода данных. Маленькие проблемы могут появиться при первой настройке комплекса. Потребуется ввести все параметры системы, начиная от самого материала труб и завершая размещением ТЕНОВ.

Отличается гибкостью настроек, возможностью делать самый простой гидравлический расчет теплоснабжения как для новой теплосети, так же и для модернизации старой. Выделяется от заменителей хорошим графическим интерфейсом.

Instal-Therm HCR

Программный комплекс рассчитывается для профессионального сопротивления в плане гидравлики теплосети. Бесплатная версия имеет очень много противопоказаний. Сфера использования – проектирование теплоснабжения в больших общественных и производственных зданиях.

В практических условиях для теплоснабжения автономного типа частных квартир и домов гидравлический расчет делается не всегда. Однако это способно привести к ухудшению работы системы обогрева и быстрой поломке его компонентов – отопительных приборов, труб и котла. Что этого избежать нужно вовремя высчитать параметры системы и сопоставить их с фактическими для последующей оптимизации работы теплоснабжения.

HERZ C.O.

Характеризуется гибкостью настроек, возможностью делать упрощенный гидравлический расчет отопления как для новой системы теплоснабжения, так и для модернизации старой. Отличается от аналогов удобным графическим интерфейсом.

Гидравлический расчет системы отопления – пример расчета

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления.

Исходные данные для расчета:

  • расчетная тепловая нагрузка системы – Qзд. = 133 кВт;
  • параметры системы – tг = 750С, tо = 600С;
  • расход теплоносителя (расчетный) – Vсо = 7,6 м3/ч;
  • присоединение отопительной системы к котлам производится через гидравлический разделитель горизонтального типа;
  • автоматика каждого из котлов в течение всего года поддерживает постоянную температуру теплоносителя на выходе – tг = 800С;
  • автоматический регулятор перепада давления устанавливается на вводе каждого распределителя;
  • система отопления от распределителей смонтирована из металлопластиковых труб, а теплоснабжение распределителей производится посредством стальных труб (водогазопроводных).

Диаметры участков трубопроводов подобраны с использованием номограммы для заданной скорости теплоносителя 0,4-0,5 м/с.

На участке 1 установлен клапан dу 65. Его сопротивление согласно информации производителя составляет 800 Па.

На участке 1а установлен фильтр диаметром 65 мм и с пропускной способностью 55 м3/ч. Сопротивление этого элемента составит:

0,1 х (G/kv) х 2 = 0,1 х (7581/55) х 2 = 1900 Па.

Сопротивление трехходового клапана dу = 40 мм и kv = 25 м3/ч составит 9200 Па.

Суммарные потери давления в системе снабжения теплом распределителей будут равняться 21514 Па или приблизительно 21,5 кПа.

Аналогичным образом производится расчет остальных частей системы теплоснабжения распределителей. При расчете системы отопления от распределителя выбирается основное циркуляционное кольцо через наиболее нагруженное отопительное устройство. Гидравлический расчет производится с использованием 1-го направления.

Источник: remont-system.ru

Затруднительно помыслить себе жизнедеятельность жителя в РФ без обогревающей системы коттеджа. Ни для кого не тайна, что газ, нефть, уголь перманентно становятся дороже. В каждом уколке нашей стране необходимо в особый период обогревать дачу. Любой нормальный человек может ознакомиться: как модернизировать систему обогрева жилища. На web сайте Sistema-Otopleniya.ru размещенно много отопительных комплексов дома, применяющих абсолютно различные способы производства тепла. Указанные схемы обогрева рекомендуется монтировать как отдельную систему или комбинировать.

Данный калькулятор дает возможность мгновенно получать результат о гидравлическом сопротивление. Процесс вычисления гидравлических потерь весьма трудоемок и это не одна формула, а целый комплекс формул, которые переплетаются между собой.

Немного теории.

Существуют местные гидравлические сопротивления, которые создают различные элементы систем, например: Шаровый кран, различные повороты, заужения или расширения, трайники и тому подобное. Казалось бы, с поворотами и сужениями понятно, а расширения в трубах тоже создают гидравлические сопротивления.

Протяженность прямой трубы тоже создает сопротивление движению. Вроде прямая труба без сужений, а все равно создает сопротивление движению. И чем длиннее труба, тем больше сопротивление в ней.

Эти сопротивления, хоть и отличаются, но для системы отопления они просто создают сопротивление движению, а вот формулы по нахождению этого сопротивления отличаются между собой.

Для системы отопления не важно, какое это сопротивление местное или по длине трубопровода. Это сопротивление одинаково действует на движение воды в трубопроводе.

Сопротивление будем измерять в метрах водяного столба. Также сопротивление можно обзывать как потеря напора в трубопроводе. Но только однозначно это сопротивление измеряется в метрах водяного столба, либо переводится в другие единицы измерения, например: Bar, атмосфера, Па (Паскаль) и тому подобное.

Что такое сопротивление в трубопроводе?

Чтобы понять это рассмотрим участок трубы .

Сопротивление системы отопления в метрах

Манометры, установленные на подающей и обратной ветке трубопроводов, показывают давление на подающей трубе и на обратной трубе. Разница между манометрами показывает перепад давления между двумя точками до насоса и после насоса.

Для примера предположим, что на подающем трубопроводе (справа) стрелка манометра указывает на 2,3 Bar, а на обратном трубопроводе (слева) стрелка манометра показывает 0,9 Bar. Это означает, что перепад давления составляет:

2,3-0,9=1,4 Bar

Величину Bar переводим в метры водяного столба, оно составляет 14 метров.

Очень важно понять, что перепад давления, напор насоса и сопротивление в трубе — это величины, которые измеряются давлением (Метрами водяного столба, Bar, Па и т.д.)

В данном случае, как указано на изображение с манометрами, разница на манометрах показывает не только перепад давления между двумя точками, но и напор насоса в данном конкретном времени, а также показывает сопротивление в трубопроводе со всеми элементами, встречающимися на пути трубопровода.

Другими словами, сопротивление системы отопления это и есть перепад давления в пути трубопровода. Насос создает этот перепад давления.

Устанавливая манометры на две разные точки, можно будет находить потери напора в разных точках трубопровода, на которые Вы установите манометры.

На стадии проектирования нет возможности создавать похожие развязки и устанавливать на них манометры, а если имеется такая возможность, то она очень затратная. Для точного расчета перепада давления манометры должны быть установлены на одинаковые трубопроводы, то есть исключить в них разность диаметров и исключить разность направление движения жидкости. Также манометры не должны быть на разных высотах от уровня горизонта.

Ученые приготовили для нас полезные формулы, которые помогают находить потери напора теоретическим способом, не прибегая к практическим проверкам.

Подробнее.

Разберем сопротивление водяного теплого пола. Смотри изображение.

Сопротивление системы отопления в метрах

Гидравлический расчет системы отопления на основе расчетного циркуляционного давления представляет собой отдельный этап проектирования. Этот расчет выполняется после определения тепловых нагрузок, выбора и конструирования системы, рассмотренных в предыдущих главах. Таким образом, проектирование системы можно разделить на четыре этапа, характерные не только для систем водяного, но и для систем парового и воздушного отопления.

Исходными данными для проектирования системы отопления служат: назначение, планировка и строительные конструкции здания; положение здания на местности; климатологические показатели для местности; источник теплоснабжения; температура и влажность воздуха в основных помещениях.

Расчет теплового режима. После проведения теплотехнического расчета наружных ограждений, расчета теплового режима в помещениях определяются теплопотери, подлежащие возмещению при помощи отопительных приборов. Расчеты выполняются с использованием сведений, изложенных в главах I и II.

Выбор системы. На этом этапе проектирования выбираются расчетная температура (параметры) воды, вид отопительных приборов и конструкция системы отопления с технико-экономическим обоснованием принятого решения в необходимых случаях. На основании сведений, приведенных в главах I, III, IV, можно установить следующие положения для выбора конструкции системы отопления.

В многоэтажных зданиях, имеющих более трех этажей, проектируются преимущественно вертикальные однотрубные системы отопления. В бесчердачных зданиях средней этажности используются однотрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В зданиях повышенной этажности применяются однотрубные системы с нижней разводкой подающей магистрали для создания «опрокинутой» циркуляции воды в стояках.

В зданиях массового строительства предпочтение отдается однотрубному стояку унифицированной конструкции, имеющему один диаметр и повторяющуюся длину его элементов.

В зданиях ограниченного объема, имеющих разноэтажные части, устраиваются двухтрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В одноэтажных зданиях, в двух-трехэтажных пристройках к главному зданию используются в основном горизонтальные однотрубные системы, могут применяться и двухтрубные системы с верхней разводкой подающей магистрали.

Чем выше здание, тем меньше должно быть гидравлическое сопротивление узла каждого отопительного прибора вертикального однотрубного стояка, и, наоборот, тем больше должно быть сопротивление каждого приборного узла двухтрубного стояка или горизонтальной однотрубной ветви.

Конструирование системы. Размещают отопительные приборы и стояки на планах каждого этажа, отопительное оборудование в тепловом пункте здания, расширительный бак (если он имеется-) и магистрали системы.

Магистрали предусматриваются раздельными для отопительных приборов постоянного действия, для воздухонагревателей лестничных клеток и воздушно-тепловых завес, для отопительных приборов дежурного или периодического действия. Рекомендуется при трассировке магистралей предусматривать возможность пофасадного регулирования действия системы отопления.

При размещении магистралей принимаются также решения по величине и направлению уклона, по компенсации удлинения и тепловой изоляции труб, по организации движения, сбора И удаления воздуха, по спуску и наполнению водой системы и стояков, по выбору и размещению арматуры.

Этот этап проектирования завершается конструированием схемы труб и приборов системы отопления, основного чертежа, по которому можно выявить циркуляционные кольца системы, разделить их на участки и нанести тепловые нагрузки.

Термин «участок», встречающийся ранее, означает отрезок трубы, по которому протекает при определенной температуре неизменное количество воды.

Тепловая нагрузка отопительного прибора определяет тепловой поток, подводимый в расчетных условиях к прибору теплоносителем — водой. Этот тепловой поток QT по уравнению принимается равным тепловому потоку Qnp, передаваемому прибором в помещение. Точнее, при установке отопительного прибора у наружной стены под окном QT> >Qnp приблизительно на 5%. Различие в тепловых потоках обусловлено увеличением теплопотери через наружную стену вследствие повышения температуры ее внутренней поверхности, непосредственно облучаемой прибором (см. главу III).

Тепловая нагрузка участка определяет тепловой поток, передающийся в помещения от воды, протекающей по участку. Этот тепловой поток равняется сумме тепловых нагрузок отопительных приборов. Для участка подающего теплопровода он выражает количество тепла, подлежащее передаче от горячей воды на ее дальнейшем пути, для участка обратного теплопровода — количество тепла, отведенное эт охлажденной воды. Тепловая нагрузка участка носит условный характер и в действительности выражает расход воды на участке — величину, необходимую для гидравлического расчета.

Например, если тепловая нагрузка участка обратного теплопровода равняется 7000 Вт (6000 ккал/ч), то это означает, что вода, протекающая по участку, передала в помещения тепловой поток в 7000 Вт (6000 ккал/ч). Если же при этом вода охладилась на 25°, то по участку протекает 240 кг/ч воды. Расчет системы состоит из гидравлического расчета (глава V) и теплового расчета нагревательной поверхности труб и приборов (глава III).

Гидравлический и тепловой расчеты системы отопления взаимно связаны, и, строго говоря, требуется многократное повторение расчетов по методу итерации для выявления действительного расхода воды и необходимой площади нагревательной поверхности приборов. Поэтому наиболее точным является расчет системы на ЭЦВМ.

При ручном счете расчет повторяется 1—2 раза, причем гидравлический и тепловой расчеты выполняются в различной очередности.

В первом случае тепловой расчет отопительных приборов предшествует гидравлическому расчету. Это случай, когда длина греющих элементов отопительных приборов существенно влияет на гидравлическое сопротивление стояка. К таким приборам относятся конвекторы, панели и ребристые трубы, основанные на применении греющих труб dy 15 и 20 мм. Тогда до гидравлического расчета определяется предварительная длина труб приборов, а после уточнения расхода и температуры воды в стояках вносятся поправки в размеры приборов.

Окончательный тепловой расчет любых приборов может выполняться сразу (до гидравлического расчета) в двухтрубных системах при скрытой прокладке стояков и подводок к приборам.

Во втором случае, наоборот, гидравлический расчет предшествует тепловому расчету приборов. Это случай, когда длина приборов практически не отражается на гидравлическом сопротивлении стояка. К таким приборам относятся радиаторы, полые панели, ребристые и гладкие трубы с?у=50—100 мм. В результате гидравлического расчета определяются диаметр труб, расход и температура воды в стояках, а затем размер отопительных приборов с учетом теплопередачи труб в каждом помещении.

Гидравлический расчет системы отопления выполняется двумя способами: с равным и неравным (часто говорят с постоянным и переменным) перепадом температуры воды в стояках.

Расчет с равным перепадом температуры воды в стояках заключается в подборе диаметра труб по заданному расходу воды на всех участках системы

Расчет с неравным перепадом температуры воды в стояках заключается в определении расхода и температуры обратной воды в каждом стояке по заданному диаметру труб на всех участках системы.

Трубопроводы в С.О. выполняют важную функцию распределения теплоносителя по отдельным нагревательным приборам, т.е. это теплопроводы, подающие в каждый нагревательный прибор строго не­обходимую порцию тепла (в виде определенного количества воды определенной температуры).

Точный расчет — задача очень сложная, в инженерной практике она решается методом подбора.

Обычно при расчете задают общий для С.О. перепад темпера­туры теплоносителя и стремятся к тому, чтобы этот перепад был выдержан в двухтрубных системах для всех приборов и системы в це­лом, в однотрубных — для всех стояков.

Задача гидравлического расчета — так подобрать диаметры всех участков системы, чтобы по ним проходили расчетные количе­ства воды.

Потери давления на участках трубопровода .

Движение воды по трубопроводам происходит за счет разности давлений от сечений с большим давлением к сечениям с меньшим давлением.

Давление расходуется на преодоление сопротивления трения по длине труб и на преодоление местных сопротивлений. Согласно уравнению Бернулли

Сопротивление системы отопления в метрах (4.9)

потеря давления на трение ΔРтр по длине в трубопроводах диаметром d определяется по формуле

Сопротивление системы отопления в метрах (4.10)

где v — скорость;

ρ — объемный вес;

g — ускорение силы тяжести;

Сопротивление системы отопления в метрах – динамическое давление потока;

λ – коэф. трения, величина безразмерная.

В ВТИ инженером Г.A. Myриным специальными испытаниями стальных труб были получены результаты, которые в настоящее время легли в основу таблиц и номограмм для расчета СО. Эти опыты под­твердили общую зависимость коэффициента трения λ от критерия Рейнольдса (Сопротивление системы отопления в метрах) и относительной шероховатости труб (к/d)

Сопротивление системы отопления в метрах

где θ — кинематическая вязкость жидкости;

к — абсолютная шероховатость внутренней поверхности труб.

Опыты подтвердили, что для стальных труб к = 0,2 мм.

Общая картина гидравлики течения в трубах систем отопления с учетом экспериментов Мурина выглядит следующим образом: весь диапазон зависимости λ от Re можно разбить на 4 характерные области:

1) ламинарное течение Re < 2000 (формула Пуазейля) 2); 3) и 4) переходные области (формулы Мурина, Киссина и Никурадзе).

Учитывая сложность расчета потерь давления на трение по формулам, обычно пользуются таблицами или номограммами и опре­деляют в виде:

Сопротивление системы отопления в метрах

где R — удельная потеря давления на трение, берется из таблиц в зависимости от V (м/сек) или расхо­да G (кг/час) и dтр (мм).

Потери давления в местных сопротивлениях обозначают бук­вой Z

Сопротивление системы отопления в метрах

где j — коэффициент местного сопротивления.

Участком называется часть трубопровода системы, в пределах которого расходы температуры теплоносителя, а также диаметр трубы остаются неизменными.

На участке может быть несколько местных сопротивлений

Сопротивление системы отопления в метрах

Общие гидравлические потери на участке равны

Сопротивление системы отопления в метрах

В системе: Сопротивление системы отопления в метрах

Трубопроводы системы отопления образуют ряд связанных между собой параллель­ных колец. Общее правило: потери давления на полукольцах должны быть равны между собой.

Существуют две основных схемы движения воды в системах отопления (рис. 4.13).

Сопротивление системы отопления в метрах

Рис. 4.13. Схема движения воды в системах отопления а) тупиковая; б) попутная

В тупиковой схеме: В попутной схеме

Сопротивление системы отопления в метрах Сопротивление системы отопления в метрах

Потеря давлений (невязка) составляет ± 25% для двухтрубной системы;

± 15% для однотрубной.

Методика гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления

Задача: определение dтр всех участков при заданных расходах и давлениях.

Перед гидравлическим расчетом необходимо выполнить следую­щую расчетно-графическую работу:

1. Расчет теплопотерь помещениями здания.

2. Выбрать тип О.П. и определить их количество для каждого помещения.

3. Разместить на поэтажных планах нагревательные приборы, стояки; на планах чердака и подвала – подающие и обратные магистрали.

4. Вычертить аксонометрическую схему СО, с указанием: № стояков, № участков, их длин и тепловых нагрузок. Указать всю арматуру (краны, задвижки и пр.).

5. Определить располагаемое циркуляционное давление – Рр (0,5-1,2 мм.вод. ст. или 500-1200 мм вод.ст.).

6. Определить Сопротивление системы отопления в метрах

— для тупиковой схемы – дальний стояк;

— для попутной схемы– наиболее нагруженный стояк.

где Сопротивление системы отопления в метрах — длина расчетного циркуляционного кольца, м;

0,5 — доля потери на трение (0,5 — на местные сопротивления).

7. "Нагрузить" схему, каждый ее участок

Сопротивление системы отопления в метрах Сопротивление системы отопления в метрах

8. Ориентируясь на Rср, с помощью таблицы подобрать dтр расчетного кольца.

Источник: sistema-otopleniya.ru


Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.