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.
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.
- потерь давления на определенных участках теплосети;
- диаметра трубы и пропускной способности;
- потери давления в общей системе;
- оптимального расхода теплоносителя.
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.
- 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.
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.
f = Пi x r2 , где
- r2 – внутренний диаметр трубы, деленный на 2;
- Пi – математическая постоянная равная 3,14.
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.
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.
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.
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.
От правильного выбора всех элементов системы водяного отопления, их установки, во многом зависит эффективность её работы, сроки безаварийной и экономичной эксплуатации. Насколько экономичным и эффективным будет отопление в доме, покажут уже начальные вложения средств на этапе установки и монтажа системы. Рассмотрим подробнее как осуществляется гидравлический расчет систым отопления, с целью определения оптимальной мощности отопительной системы.
Эффективность системы отопления «на глазок»
Во многом суммы таких затрат зависят от:
- требуемых диаметров трубопроводов
- фитингов и соответствующих им приборов отопления
- переходников
- регулировочной и запорной арматуры
Желание минимизировать такие затраты не должно идти в ущерб качеству, но принцип разумной достаточности, некий оптимум, должен выдерживаться.
В большинстве современных индивидуальных отопительных комплексов применяются электронасосы для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя, в качестве которого часто используются незамерзающие составы антифризов . Гидравлическое сопротивление таких систем отопления для разных их типов теплоносителей будет разным.
Учитывая постоянно растущую стоимость энергоносителей (все виды топлива, электроэнергия) и расходных материалов (теплоносители, запчасти и пр.), следует с самого начала стремиться заложить в систему принцип минимизации расходов на эксплуатацию системы . Опять же, исходя из их оптимального соотношения для решения задачи создания комфортного температурного режима в отапливаемых помещениях.
Разумеется, соотношение мощности всех элементов отопительной системы должны обеспечивать оптимальный режим подачи теплоносителя к приборам отопления в объёме достаточном для выполнения основной задачи всей системы - обогрева и поддержания заданного температурного режима внутри помещения, независимо от изменения наружных температур. К элементам отопительной системы относятся:
- котел
- насос
- диаметр труб
- регулировочная и запорная арматура
- тепловые приборы
Помимо того, очень неплохо, если в проект изначально будет заложена определённая «эластичность», допускаюшая переход на иной вид теплоносителя (замена воды на антифриз). Кроме того, отопительная система, при меняющихся режимах эксплуатации никоим образом не должна вносить дискомфорт во внутренний микроклимат помещений.
Гидравлический расчёт и решаемые задачи
В процессе выполнения гидравлического расчёта отопительной системы, решается достаточно большой круг вопросов обеспечения выполнения приведенных выше и целого ряда дополнительных требований. В частности, находится диаметр труб на всех секторах по рекомендованным параметрам, включающим определение:
- скорости движения теплоносителя;
- оптимального теплообмена на всех участках и приборах системы, с учётом обеспечения его экономической целесообразности.
В процессе движения теплоносителя происходит неизбежное его трение о стенки трубы
, возникают потери скорости, особенно заметные на участках, содержащих повороты, колена и т. п. В задачи гидравлического расчёта входит определение потерь скорости движения среды, вернее, давления на отрезках системы, подобных указанным, для общего учёта и включения в проект требуемых компенсаторов. Параллельно определению потери давления, необходимо знать требуемый объём, называемый расходом, теплоносителя во всей проектируемой системе водяного отопления.
Учитывая разветвлённость современных отопительных систем и конструктивные требования реализации наиболее распространённых схем разводки, например, примерное равенство длин ветвей в коллекторной схеме , расчёт гидравлики даёт возможность учесть такие особенности. Это позволит обеспечить более качественную автобалансировку и увязку ветвей , включенных параллельно или по другой схеме. Такие возможности часто требуются в ходе эксплуатации с применением запорных и регулирующих элементов, в случае необходимости отключения или перекрытия отдельных веток и направлений, при возникновении необходимости работы системы в нестандартных режимах.
Подготовка выполнения расчёта
Проведению качественного и детального расчёта должны предшествовать ряд подготовительных мероприятий по выполнению расчётных графиков . Эту часть можно назвать сбором информации для проведения расчёта. Являясь самой сложной частью в проектировании водяной отопительной системы , расчёт гидравлики позволяет точно спроектировать всю её работу. В подготавливаемых данных обязательно должно присутствовать определение требуемого теплового баланса помещений, которые будут обогреваться проектируемой отопительной системой.
В проекте расчёт ведётся с учётом типа выбранных приборов отопления, с определёнными поверхностями теплообмена и размещения их в обогреваемых помещениях, это могут быть батареи секций радиаторов или теплообменники других типов. Точки их размещения указываются на поэтажных планах дома или квартиры.
Принимаемая схема конфигурирования системы водяного отопления должна быть оформлена графически. На этой схеме указывается место размещения генератора тепла (котёл), показываются точки крепления приборов отопления,
прокладка основных подводящих и отводящих магистралей трубопроводов, прохода веток приборов отопления. На схеме подробно приводится расположение элементов регулирующей и запорной арматуры. Сюда входят все виды устанавливаемых кранов и вентилей, переходных клапанов, регуляторов, термостатов. В общем, всего, что принято называть регулирующей и запорной арматурой.
После определения на плане требуемой конфигурации системы, её необходимо вычертить в аксонометрической проекции по всем этажам . На такой схеме каждому отопительному прибору присваивается номер, указывается максимальная тепловая мощность. Важным элементом, также указываемым для теплового прибора на схеме, является расчётная длина участка трубопровода для его подключения.
Обозначения и порядок выполнения
На планах обязательно должно быть указано, определённое заранее, циркуляционное кольцо, называемое главным. Оно обязательно представляет собой замкнутый контур, включающий все отрезки трубопровода системы с наибольшим расходом теплоносителя. Для двухтрубных систем эти участки идут от котла (источника тепловой энергии) до самого удалённого теплового прибора и обратно к котлу. Для однотрубных систем берётся участок ветки - стояка и обратной части.
Единицей расчёта является отрезок трубопровода , имеющий неизменный диаметр и ток (расход) носителя тепловой энергии. Его величина определяется исходя из теплового баланса помещения. Принят определённый порядок обозначения таких отрезков, начиная от котла (источника тепла, генератора тепловой энергии), их нумеруют. Если от подающей магистрали трубопровода есть ответвления, их обозначение выполняется заглавными буквами в алфавитном порядке. Такой же буквой со штрихом обозначается сборная точка каждой ветки на обратном магистральном трубопроводе.
В обозначении начала ветки приборов отопления указывается номер этажа (горизонтальные системы) или ветки - стояка (вертикальные). Тот же номер, но со штрихом ставится в точке их подключения к обратной линии сбора потоков теплоносителя. В паре, эти обозначения составляют номер каждой ветки расчётного участка. Нумерация ведётся по часовой стрелке от левого верхнего угла плана. По плану определяется и длина каждой ветки, погрешность составляет не более 0,1 м.
На поэтажном плане отопительной системы по каждому её отрезку считается тепловая нагрузка, равная тепловому потоку, переданному теплоносителем, она принимается с округлением до 10 Вт. После определения по каждому прибору отопления в ветке, определяется суммарная нагрузка по теплу на магистральной подающей трубе. Как и выше, тут округление полученных значений ведётся до 10 Вт. После вычислений, каждый участок должен иметь двойное обозначение с указанием в числителе величины тепловой нагрузки
, а в знаменателе - длины участка в метрах.
Требуемое количество (расход) теплоносителя на каждом участке легко определяется путём деления количества тепла на участке (скорректированное на коэффициент, учитывающий удельную теплоёмкость воды) на разность температур нагретого и охлаждённого теплоносителя на этом участке. Очевидно, что суммарное значение по всем рассчитанным участкам даст требуемое количество теплоносителя в целом по системе.
Не вдаваясь в детали, следует сказать, что дальнейшие расчёты позволяют определить диаметры труб каждого из участков системы отопления, потери давления на них, произвести гидравлическую увязку всех циркуляционных колец в сложных системах водяного отопления.
Последствия ошибок расчёта и способы их исправления
Очевидно, что гидравлический расчёт является достаточно сложным и ответственным этапом разработки отопления. Для облегчения подобных вычислений разработан целый математический аппарат , существуют многочисленные версии компьютерных программ, предназначенных для автоматизации процесса его выполнения.
Несмотря на это, от ошибок никто не застрахован. Среди наиболее распространённых выбор мощности тепловых приборов без проведения расчёта, указанного выше. В этом случае, помимо более высокой стоимости самих радиаторных батарей (если мощность больше требуемой), система будет затратной, расходуя повышенное количество топлива и требуя более значительных на свое содержание. Проще говоря, в комнатах будет жарко, форточки постоянно открыты и придётся дополнительно оплачивать обогрев улицы. В случае заниженной мощности попытки обогрева приведут к работе котла на повышенной мощности и также потребуют высоких финансовых затрат. Исправить такую ошибку достаточно сложно, возможно потребуется полностью переделывать всё отопление.
Если неверно проведен монтаж радиаторных батарей , эффективность работы всего отопительного комплекса также падает. К таким ошибкам относится нарушение правил установки батареи
. Ошибки этой группы могу вдвое снизить теплоотдачу самых качественных тепловых приборов. Как и в первом случае, стремление повысить температуру в помещении, приведёт к дополнительным расходам энергоносителя. Чтобы исправить ошибки установки, зачастую достаточно переустановить и подключить заново радиаторные батареи.
Следующая группа ошибок относится к ошибке определения требуемой мощности источника тепла и приборов отопления. Если мощность котла заведомо выше мощности отопительных приборов, он будет работать неэффективно, потребляя большее количество топлива. Налицо двойной перерасход средств : в момент покупки такого котла и в ходе эксплуатации. Чтобы исправить положение, такой котёл, радиаторы или насос, а то и все трубы системы, придётся менять.
При расчёте требуемой мощности котла, может быть допущена ошибка в определении потерь тепла зданием. В результате мощность генератора тепловой энергии будет завышена. Результатом будет перерасход топлива. Чтобы исправить ошибку, придётся заменить котёл.
Ошибочный расчёт балансировки системы, нарушение требований примерного равенства веток и т. п. может привести к необходимости установки более мощного насоса, позволяющего доставить носитель к дальним приборам отопления в нагретом состоянии. Однако в этом случае возможно появление «звукового сопровождения» в виде гула, свиста и т. п. Если подобные ошибки допущены в системе тёплого водяного пола, то результатом установки мощного насоса может стать «поющий пол».
При ошибках определения требуемого количества теплоносителя или переводе гравитационной системы на принудительную циркуляцию, объём его может оказаться слишком велик, и дальние приборы отопления не будут работать . Как и ранее, попытки решения проблемы увеличением интенсивности прогрева, приведут к перерасходу газа, износу котла. Решить вопрос можно применением нового насоса и гидрострелки, т. е. тепловой пункт придётся всё равно переделывать.
После всего можно однозначно сказать, что проведение гидравлического расчёта системы отопления позволит гарантированно минимизировать расходы на всех этапах проектирования, устройства, монтажа и долговременной эксплуатации высокоэффективной системы водяного отопления.
Пример гидравлического расчета (видео)
Комфорт в загородном доме во многом зависит от надёжной работы системы отопления. Теплоотдача при радиаторном отоплении, системе «тёплый пол» и «тёплый плинтус» обеспечивается за счёт движения по трубам теплоносителя. Поэтому правильному подбору циркуляционных насосов, запорно-регулирующей арматуры, фитингов и определению оптимального диаметра трубопроводов предшествует гидравлический расчёт системы отопления.
Данный расчёт требует профессиональных знаний, поэтому мы в данной части учебного курса «Системы отопления: выбор, монтаж» , с помощью специалиста компании REHAU, расскажем:
- О каких нюансах следует знать перед выполнением гидравлического расчёта.
- Чем отличаются системы отопления с тупиковым и попутным движением теплоносителя.
- В чём состоят цели гидравлического расчёта.
- Как материал труб и способ их соединения оказывает влияние на гидравлический расчёт.
- Каким образом специальное программное обеспечивание позволяет ускорить и упростить процесс гидравлического расчета.
Нюансы, о которых надо знать перед выполнением гидравлического расчёта
Сергей Булкин
С помощью этих программ можно сделать гидравлический расчёт, определить регулировочные характеристики запорно-регулировочной арматуры и автоматически составить заказную спецификацию. В зависимости от типа программ, расчёт осуществляется в среде AutoCAD или в собственном графическом редакторе.
Добавим, что сейчас при проектировании промышленных и гражданских объектов наметилась тенденция к использованию BIM технологий (building information modeling). В этом случае все проектировщики работают в едином информационном пространстве. Для этого создаётся «облачная» модель здания. Благодаря этому любые нестыковки выявляются ещё на стадии проектировании, и своевременно вносятся необходимые изменения в проект. Это позволяет точно спланировать все строительные работы, избежать затягивания сроков сдачи объекта и тем самым сократить смету.
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.
Видео: практический урок гидравлического расчета системы отопления