Гидравлический расчет системы отопления: просто о сложном. Как провести гидравлические расчеты системы отопления? Делать гидравлический расчет

Что представляет собой гидравлический расчет системы отопления? Какие величины нуждаются в подсчетах? Наконец, главное: как рассчитать их, не располагая точными значениями гидравлического сопротивления всех участков, отопительных приборов и элементов запорной арматуры? Давайте разбираться.

Что рассчитываем

Для любой системы отопления важнейший параметр — ее тепловая мощность.

Она определяется:

• Температурой теплоносителя.
• Тепловой мощностью отопительных приборов.

Заметьте: в документации последний параметр указывается для фиксированной дельты температур между температурой теплоносителя и воздухом в отапливаемом помещении в 70 С.
Уменьшение дельты температур вдвое приведет к двукратному уменьшению тепловой мощности.

Методы вычисления тепловой мощности мы пока оставим за кадром: им посвящено достаточно тематических материалов.

Однако для того, чтобы обеспечить перенос тепла от трассы или котла к отопительным приборам, важны еще два параметра:

1. Внутреннее сечение трубопровода, привязанное к его диаметру.

1. Скорость потока в этом трубопроводе.

В автономной отопительной системе с принудительной циркуляцией важно знать еще пару значений:

1. Гидравлическое сопротивление контура. Расчет гидравлического сопротивления системы отопления позволит определить требования к напору, создаваемому циркуляционным насосом.
2. Расход теплоносителя через контур, определяющийся производительностью при соответствующем напоре.

Проблемы

Как говорят в Одессе, «их есть».

Для того, чтобы вычислить полное гидравлическое сопротивление контура, нужно учесть:

• Сопротивление прямых участков труб . Оно определяется их материалом, внутренним диаметром, скоростью потока и степенью шероховатости стенок.

• Сопротивление каждого поворота и перехода диаметра .
• Сопротивление каждого элемента запорной арматуры .
• Сопротивление всех отопительных приборов .
• Сопротивление теплообменника котла .

Собрать воедино все необходимые данные явно станет проблемой даже в самой простой схеме.

Что делать?

Формулы

К счастью, для автономной отопительной системы гидравлический расчет отопления может быть выполнен с приемлемой точностью и без углубления в дебри.

Скорость потока

С нижней стороны ее ограничивает рост перепада температур между подачей и обраткой, а заодно и повышенная вероятность завоздушивания. Быстрый поток вытеснит воздух из перемычек к автоматическому воздухоотводчику; медленный же с этой задачей не справится.

С другой стороны, слишком быстрый поток неизбежно породит гидравлические шумы. Элементы запорной арматуры и повороты розлива станут источником раздражающего гула.

Для отопления диапазон приемлемой скорости потока берется от 0,6 до 1,5 м/с; при этом подсчет прочих параметров обычно выполняется для значения 1 м/с.

Диаметр

Его при известной тепловой мощности проще всего подобрать по таблице.

Напор

В упрощенном варианте он рассчитывается по формуле H=(R*I*Z)/10000.

В ней:

• H — искомое значение напора в метрах.
• I — потеря напора в трубе, Па/м. Для прямого участка трубы расчетного диаметра он принимает значение в диапазоне 100-150.
• Z — дополнительный компенсационный коэффициент, который зависит от наличия в контуре дополнительного оборудования.

На фото — смесительный узел для отопления.

Если в системе присутствует несколько элементов из списка, соответствующие коэффициенты перемножаются. Так, для системы с шаровыми вентилями, и термостатом, регулирующим проходимость розлива, Z=1,3*1,7=2,21.

Производительность

Инструкция по расчету своими руками производительности насоса тоже не отличается сложностью.

Производительность вычисляется по формуле G=Q/(1,163*Dt), в которой:

• G — производительность в м3/час.
• Q -тепловая мощность контура в киловаттах.
• Dt — разница температур между подающим и обратным трубопроводами.

Пример

Давайте приведем пример гидравлического расчета системы отопления для следующих условий:

• Дельта температур между подающим и обратным трубопроводом равна стандартным 20 градусам.
• Тепловая мощность котла — 16 КВт.
• Общая длина розлива однотрубной ленинградки — 50 метров. Отопительные приборы подключены параллельно розливу. Термостаты, разрывающие розлив, и вторичные контуры со смесителями отсутствуют.

Итак, приступим.

Минимальный внутренний диаметр согласно приведенной выше таблице равен 20 миллиметрам при скорости потока не менее 0,8 м/с.

Полезно: современные циркуляционные насосы часто имеют ступенчатую или, что удобнее, плавную регулировку производительности.
В последнем случае цена устройства несколько выше.

Оптимальный напор для нашего случая будет равен (50*150+1,3)/10000=0,975 м. Собственно, в большинстве случаев параметр не нуждается в расчете. Перепад в системе отопления многоквартирного дома, обеспечивающий в ней циркуляцию — всего 2 метра; именно таково минимальное значение напора абсолютного большинства насосов с мокрым ротором.

Производительность вычисляется как G=16/(1,163*20)=0,69 м3/час.

Заключение

Надеемся, что приведенные методики расчетов помогут читателю вычислить параметры собственной отопительной системы, не забираясь в дебри сложных формул и справочных данных. Как всегда, прикрепленное видео предложит дополнительную информацию. Успехов!

Сегодня разберём, как произвести гидравлический расчёт системы отопления. Ведь по сей день распространяется практика проектирования отопительных систем по наитию. Это в корне неверный подход: без предварительного расчёта мы задираем планку материалоёмкости, провоцируем нештатные режимы работы и лишаемся возможности добиться максимальной эффективности.

Цели и задачи гидравлического расчёта

С инженерной точки зрения жидкостная система отопления представляется достаточно сложным комплексом, включающим устройства генерации тепла, его транспортировки и выделения в обогреваемых помещениях. Идеальным режимом работы гидравлической системы отопления считается такой, при котором теплоноситель поглощает максимум тепла от источника и передаёт его комнатной атмосфере без потерь в процессе перемещения. Конечно, такая задача видится совершенно недостижимой, однако более вдумчивый подход позволяет предсказать поведение системы в различных условиях и максимально приблизиться к эталонным показателям. Это и есть главная цель проектирования систем отопления, важнейшей частью которого по праву считается гидравлический расчёт.

Практические цели гидравлического расчёта таковы:

1. Понять, с какой скоростью и в каком объёме осуществляется перемещение теплоносителя в каждом узле системы.
2. Определить, какое влияние оказывает изменение режима работы каждого из устройств на весь комплекс в целом.
3. Установить, какая производительность и рабочие характеристики отдельных узлов и устройств будут достаточными для выполнения отопительной системой своих функций без значительного удорожания и обеспечения необоснованно высокого запаса надёжности.
4. В конечном итоге — обеспечить строго дозированное распределение тепловой энергии по различным зонам отопления и гарантировать, что это распределение будет сохраняться с высоким постоянством.

Можно сказать больше: без хотя бы базовых расчётов невозможно добиться приемлемой стабильности работы и долговечного использования оборудования. Моделирование действия гидравлической системы, по сути, является базисом, на котором строится вся дальнейшая проектная разработка.

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 систем а — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

Переход от теплотехнического расчёта к гидравлическому осуществляется путём введения понятия массового потока, то есть некой массы теплоносителя, подводимого к каждому участку отопительного контура. Массовый поток есть отношение требуемой тепловой мощности к произведению удельной теплоёмкости теплоносителя на разность температур в подающем и возвратном трубопроводе. Таким образом, на эскизе отопительной системы отмечают ключевые точки, для которых указывается номинальный массовый поток. Для удобства параллельно определяется и объёмный поток с учётом плотности используемого теплоносителя.

G = Q / (c (t 2 - t 1))

• Q — необходимая тепловая мощность, Вт
• c — удельная теплоёмкость теплоносителя, для воды принимаемая 4200 Дж/(кг·°С)
• ΔT = (t 2 - t 1) — разность температур между подачей и обраткой, °С

Логика здесь проста: чтобы доставить необходимое количество тепла к радиатору, нужно сперва определить объём или массу теплоносителя с заданной теплоёмкостью, проходящего через трубопровод за единицу времени. Для этого требуется определить скорость движения теплоносителя в контуре, которая равна отношению объёмного потока к площади сечения внутреннего прохода трубы. Если расчёт скорости ведётся относительно массового потока, в знаменатель нужно добавить значение плотности теплоносителя:

V = G / (ρ · f)

• V — скорость движения теплоносителя, м/с
• G — расход теплоносителя, кг/с
• ρ — плотность теплоносителя, для воды можно принять 1000 кг/м 3
• f — площадь сечения трубы, находится по формуле π-·r 2 , где r — внутренний диаметр трубы, делённый на два

Данные о расходе и скорости необходимы для определения условного прохода труб развязки, а также подачи и напора циркуляционных насосов. Устройства принудительной циркуляции должны создавать избыточное давление, позволяющее преодолеть гидродинамическое сопротивление труб и запорно-регулирующей арматуры . Наибольшую сложность представляет гидравлический расчёт систем с естественной (гравитационной) циркуляцией, для которых требуемое избыточное давление рассчитывается по скорости и степени объёмного расширения нагреваемого теплоносителя.

Потери напора и давления

Расчёт параметров по описанным выше соотношениям был бы достаточен для идеальных моделей. В реальной жизни и объёмный поток, и скорость теплоносителя всегда будут отличаться от расчётных в разных точках системы. Причина тому — гидродинамическое сопротивление движению теплоносителя. Оно обусловлено рядом факторов:

1. Силами трения теплоносителя о стенки труб.
2. Местными сопротивлениями протоку, образуемыми фитингами, кранами, фильтрами, термостатирующими клапанами и прочей арматурой.
3. Наличием разветвлений присоединительного и ответвительного типов.
4. Турбулентными завихрениями на поворотах, сужениях, расширениях и т. д.

Задача нахождения падения давления и скорости на разных участках системы по праву считается наиболее сложной, она лежит в области расчётов гидродинамических сред. Так, силы трения жидкости о внутренние поверхности трубы описываются логарифмической функцией, учитывающей шероховатость материала и кинематическую вязкость. С расчётами турбулентных завихрений всё ещё сложнее: малейшее изменение профиля и формы канала делает каждую отдельно взятую ситуацию уникальной. Для облегчения расчётов вводится два опорных коэффициента:

1. Кvs — характеризующий пропускную способность труб, радиаторов, разделителей и прочих участков, приближенных к линейным.
2. К мс — определяющий местные сопротивления в различной арматуре.

Эти коэффициенты указываются производителями труб, клапанов, кранов, фильтров для каждого отдельно взятого изделия. Пользоваться коэффициентами достаточно легко: для определения потери напора Кмс умножают на отношение квадрата скорости движения теплоносителя к двойному значению ускорения свободного падения:

Δh мс = К мс (V 2 /2g) или Δp мс = К мс (ρV 2 /2)

• Δh мс — потери напора на местных сопротивлениях, м
• Δp мс — потери напора на местных сопротивлениях, Па
• К мс — коэффициент местного сопротивления
• g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с 2
• ρ — плотность теплоносителя, для воды 1000 кг/м 3

Потеря напора на линейных участках представляет собой отношение пропускной способности канала к известному коэффициенту пропускной способности, причём результат деления нужно возвести во вторую степень:

Р = (G/Kvs) 2

• Р — потеря напора, бар
• G — фактический расход теплоносителя, м 3 /час
• Kvs — пропускная способность, м 3 /час

Предварительная балансировка системы

Важнейшей финальной целью гидравлического расчёта системы отопления является вычисление таких значений пропускной способности, при которых в каждую часть каждого контура отопления поступает строго дозированное количество теплоносителя с определённой температурой, чем обеспечивается нормированное выделение тепла на нагревательных приборах. Эта задача лишь на первый взгляд кажется сложной. В действительности балансировка выполняется за счёт регулировочных клапанов, ограничивающих проток. Для каждой модели клапана указывается как коэффициент Kvs для полностью открытого состояния, так и график изменения коэффициента Kv для разной степени открытия регулировочного штока. Изменяя пропускную способность клапанов, которые, как правило, устанавливаются в точках подключения нагревательных приборов, можно добиться искомого распределения теплоносителя, а значит, и количества переносимой им теплоты.

Есть, однако, небольшой нюанс: при изменении пропускной способности в одной точке системы меняется не только фактический расход на рассматриваемом участке. Из-за снижения или увеличения протока в некой степени меняется баланс во всех остальных контурах. Если взять для примера два радиатора с разной тепловой мощностью, соединённых параллельно при встречном движении теплоносителя, то при увеличении пропускной способности прибора, стоящего в цепи первым, второй получит меньше теплоносителя из-за увеличения разницы в гидродинамическом сопротивлении. Напротив, при снижении протока за счёт регулировочного клапана все остальные радиаторы, стоящие по цепочке дальше, получат больший объём теплоносителя автоматически и будут нуждаться в дополнительной калибровке. Для каждого типа разводки действуют свои принципы балансировки .

Программные комплексы для расчётов

Очевидно, что выполнение расчётов вручную оправдано только для малых систем отопления, имеющих максимум один или два контура с 4-5 радиаторами в каждом. Более сложные системы отопления тепловой мощностью свыше 30 кВт требуют комплексного подхода при расчёте гидравлики, что расширяет спектр используемых инструментов далеко за пределы карандаша и листа бумаги.

На сегодняшний день существует достаточно большое количество программного обеспечения, предоставляемого крупнейшими производителями отопительной техники, такими как Valtec, Danfoss или Herz. В подобных программных комплексах для расчёта поведения гидравлики используется та же методология, которая была описана в нашем обзоре. Сначала в визуальном редакторе моделируется точная копия проектируемой системы отопления, для которой указываются данные о тепловой мощности, типе теплоносителя, протяжённости и высоте перепадов трубопроводов, используемой арматуре, радиаторах и змеевиках тёплого пола. В библиотеке программы имеется широкий спектр гидротехнических устройств и арматуры, для каждого изделия производитель заблаговременно определил рабочие параметры и базовые коэффициенты. При желании можно добавить и сторонние образцы устройств, если для них известен требуемый перечень характеристик.

В финале работы программа даёт возможность определить подходящий условный проход труб, подобрать достаточную подачу и напор циркуляционных насосов. Расчёт завершается балансировкой системы, при этом в ходе симуляции работы гидравлики происходит учёт зависимостей и влияния изменения пропускной способности одного узла системы на все остальные. Практика показывает, что освоение и использование даже платных программных продуктов оказывается дешевле, чем если бы выполнение расчётов поручалось подрядным специалистам.

В последнее время автономная отопительная система становится все более востребованной. Большинство владельцев квартир отказываются от централизованного отопления, считая индивидуальную систему более надежной и качественной. При этом довольно часто основной причиной выбора именно автономной системы отопления становится ее доступность и экономичность. Конечно, изначально на приобретение необходимого оборудования и монтаж системы придутся потратиться. Однако все затраты окупаются довольно быстро, поскольку в дальнейшем обслуживание такой системы обходится значительно дешевле, чем ежемесячная оплата централизованного отопления. Конечно, экономичность автономной системы достигается только в том случае, если она была правильно подобрана и установлена. В связи с этим огромное значение приобретает гидравлический расчет системы отопления, который необходимо проводить заранее.

Для чего он нужен?

Прежде всего, следует понимать, что старая программа контроля функционирования отопительной системы значительно отличается от современной именно по причине различного осуществления гидравлического режима. Помимо этого, современные отопительные системы отличаются использованием более качественных материалов и технологий монтажа – что также отображается на их себестоимости и экономичности. Более того, современная система позволяет совершать контроль на всех этапах и замечает даже незначительное колебание температуры.

Можно сделать простой вывод: применение более качественной, модернизированной современной системы позволяет значительно снизить уровень энергопотребления, что, в свою очередь, ведет к повышению экономичности системы. Однако не следует самостоятельно монтировать отопительную систему, поскольку этот процесс требует специальных знаний и навыков. В частности, нередко проблемы возникают из-за неправильно установленного каркаса и отказа от проведения гидравлического расчета системы отопления. Что же важно учитывать при монтаже системы:

• только в случае правильно выполненного монтажа будет осуществляться равномерная подача теплоносителя ко всем элементам системы. А этот показатель – залог равновесия между регулярно изменяющейся температурой воздуха снаружи и внутри помещения.
• минимализация затрат на эксплуатацию системы (в особенности – топливной) приводит к тому, что значительно снижается гидравлическое сопротивление системы отопления.
• чем больше диаметр используемых труб – тем выше будет себестоимость отопительной системы.
• система должна быть не только надежной и качественно установленной. Важным фактором является и ее бесшумность.

Какую информацию получаем после того, как сделан гидравлический расчет отопления:

• диаметр труб, применимый на различных участках системы для ее максимально эффективной работы;
• гидравлическая устойчивость системы отопления в разных сегментах отопительной системы;
• тип гидравлической связки трубопровода. В некоторых случаях для достижения максимального равновесия отдельных процессов используется специальный каркас.
• расход и давление теплоносителя во время циркуляции в отопительной системе.

Конечно, расчет гидравлического сопротивления системы отопления является довольно затратным процессом. Однако следует учитывать то, что правильность его проведения дает возможность получения максимально точной информации, необходимой для создания качественной отопительной системы. Поэтому наиболее правильным является привлечение специалиста, а не попытка произвести данный расчет самостоятельно.

Перед тем, как будет проведен гидравлический расчет системы отопления онлайн, следует получить такие данные:

• равновесие показателей тепла во всех помещениях, которые необходимо будет отапливать;
• наиболее подходящий тип отопительных приборов, прорисовать на предварительном плане отопительной системы их детальное расположение;
• определение типа и диаметра используемых для монтажа системы труб;
• разработка плана запорного и направляющего каркасов. Помимо этого, важно до мелочей продумать расположение в системе всех элементов – от генераторов тепла до вентилей, стабилизаторов давления и датчиков контроля уровня температуры теплоносителя;
• создание максимально детального плана системы, на котором будут указаны все ее элементы, а также длина и нагрузка сегментов;
• определить расположение замкнутого контура.

Пример расчета гидравлики отопления

Приведем пример гидравлического расчета системы отопления. Возьмем отдельный участок трубопровода, на котором наблюдается стабильная теплопотеря. Диаметр труб не меняется.

Определить этот участок следует, основываясь на данных о тепловом балансе помещения, в котором он находится. Важно помнить – нумерация участков начинается от источника тепла. Помечаем связующие узлы, присутствующие на подающем участке магистрали прописными буквами.

В случае если на магистрали присутствуют узлы – их следует пометить небольшим штрихом. Используем арабские цифры для определения узловых точек, которые присутствуют в участках ответвления. При горизонтальной отопительной системе каждая из точек соответствует номеру этажа здания. В случае применения вертикальной системы значение точки соответствует значению стояка. Узлы, в которых происходит сбор потока, также следует отмечать штрихами. Следует отметить, что номера непременно должны состоять из двух цифр. Первая из них означает начало участка, ну а вторая, соответственно, – конец.

В случае применения вертикальной системы нумерацию стояков следует проводить арабскими цифрами, следуя при этом по часовой стрелке.

Для определения протяженности всех участков трубопровода следует использовать предварительно составленную детальную план-смету. При ее создании следует придерживаться точности 0,1 м. При этом тепловой поток участка, в котором происходят вычисления, равен тепловой нагрузке, отдаваемой теплоносителем в данном сегменте системы.

Показатели гидравлического расчета расчетного циркуляционного контура с учетом потерь давления на местные сопротивления на участках

Использование программ

В процессе моделирования новой постройки, наиболее рациональным является использование специальной программы, которая максимально точно определяет тепловые и гидравлические характеристики будущей отопительной системы. А можно использовать программу excel. При этом программа предоставляет такие данные:

• необходимый диаметр трубопровода;
• размер отопительных устройств;
• тип регулирования вентилей балансировки;
• уровень настройки регулировочных вентилей;
• уровень предварительного регулирования термостатических клапанов;
• настройку датчиков колебания давления в системе.

Конечно же, непосвященному пользователю будет крайне сложно провести самостоятельно расчет и гидравлическое испытание системы отопления. Наиболее правильным вариантом является обращение к специалисту, который имеет достаточный опыт в данной сфере. В случае, когда возможности привлечения профессионала нет, следует внимательно ознакомиться с методической литературой, в которой максимально детально описывается процесс проведения гидравлического расчета.

Доброго всем времени суток! Сегодня я опишу как нужно делать гидравлический расчет системы отопления и что это вообще такое. Начнем с последнего вопроса.

Что такое гидравлический расчет и зачем он нужен?

Гидравлический расчет (далее ГР) — это математический алгоритм, в результате выполнения которого мы получим необходимый диаметр труб в данной системе (имеется ввиду внутренний диаметр). Кроме того, будет понятно какой нам необходимо использовать — определяется напор и расход насоса. Все это даст возможность сделать систему отопления экономически оптимальной. Производится он на основании законов гидравлики — специального раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.

Теория гидравлического расчета системы отопления.

Теоретически ГР отопления основан на следующем уравнении:

Данное равенство справедливо для конкретного участка. Расшифровывается это уравнение следующим образом:

• ΔP — линейные потери давления.
• R — удельные потери давления в трубе.
• l — длина труб.
• z — потери давления в отводах, .

Из формулы видно, что потери давления тем больше, чем она длиннее и чем больше в ней отводов или других элементов, уменьшающих проход или меняющих направление потока жидкости. Давайте выведем чему равны R и z. Для этого рассмотрим еще одно уравнение, показывающее потери давления от трения об стенки труб:

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

• λ — коэффициент, зависящий от характера движения трубы.
• d — внутренний диаметр трубы.
• ρ — плотность жидкости.

Из этого уравнения устанавливается важная зависимость — потери давления на трение тем меньше, чем больше внутренний диаметр труб и меньше скорость движения жидкости. Причем, зависимость от скорости здесь квадратичная. Потери в отводах, тройниках и запорной арматуре определяются по другой формуле:

ΔP арматура = ξ*(v²ρ/2)

• ξ — коэффициент местного сопротивления (далее КМС).
• v — скорость движения жидкости.
• ρ — плотность жидкости.

Из данного уравнения также видно, что падение давления возрастает с увеличением скорости жидкости. Также, стоит сказать, что в случае применения также будет играть важную роль его плотность — чем она выше тем тяжелее циркуляционному насосу. Поэтому при переходе на «незамерзайку» возможно придется заменить циркуляционный насос.

Из всего вышеизложенного выведем следующее равенство:

ΔP =ΔP трение +ΔP арматура =((λ/d)(v²ρ/2)) + (ξ (v²ρ/2)) = ((λ/α)l (v²ρ/2)) + (ξ*(v²ρ/2)) = R l + z;

Отсюда получаем следующие равенства для R и z:

R = (λ/α)*(v²ρ/2) Па/м;

z = ξ*(v²ρ/2) Па;

Теперь давайте разберемся в том, как используя эти формулы рассчитать гидравлическое сопротивление.

Как на практике считают гидравлическое сопротивление системы отопления.

Часто инженерам приходится рассчитывать системы отопления на больших объектах. В них большое количество приборов отопления и много сотен метров труб, но считать все равно нужно. Ведь без ГР не получится правильно подобрать циркуляционный насос. К тому же ГР позволяет установить еще до монтажа будет ли работать все это.

Для упрощения жизни проектировщикам разработаны различные численные и программные методы определения гидравлического сопротивления. Начнем от ручного к автоматическому.

Приближенные формулы расчета гидравлического сопротивления.

Для определения удельных потерь на трение в трубопроводе используется следующая приближенная формула:

R = 510 4 v 1.9 /d 1,32 Па/м;

Здесь сохраняется практически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в трубопроводе. Данная формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

Если у вас известен расход теплоносителя, то есть приближенная формула для определения внутреннего диаметра труб:

d = 0.75√G мм;

Получив результат необходимо воспользоваться следующей таблицей для получения диаметра условного прохода:

Наиболее трудоемким будет расчет местных сопротивлений в фитингах, запорной арматуре и приборах отопления. Ранее я упоминал коэффициенты местного сопротивления ξ, их выбор делается по справочным таблицам. Если с углами и запорной арматурой все ясно, то вот выбор КМС для тройников превращается в целое приключение. Чтобы стало понятно о чем я говорю, посмотрим на следующую картинку:

По картинке видно, что у нас имеется целых 4 вида тройников, для каждого из которых будут свои КМС местного сопротивления. Трудность тут будет состоять в правильном выборе направления тока теплоносителя. Для тех кому очень нужно, приведу здесь таблицу с формулами из книги О.Д. Самарина «Гидравлические расчеты инженерных систем»:

Эти формулы можно перенести в MathCAD или любую другую программу и рассчитать КМС с погрешностью до 10 %. Формулы применимы для скоростей движения теплоносителя от 0,1 до 1,25 м/с и для труб с диаметром условного прохода до 50 мм. Такие формулы вполне подойдут для отопления коттеджей и частных домов. Теперь рассмотрим некоторые программные решения.

Программы для расчета гидравлического сопротивления в системах отопления.

Сейчас в интернете можно найти много различных программ для расчета отопления платных и бесплатных. Понятное дело, что платные программы обладают более мощным функционалом, чем бесплатные и позволяют решать более широкий круг задач. Такие программы имеет смыл приобретать профессиональным инженерам-проектировщикам. Обывателю, который хочет самостоятельно посчитать систему отопления в своем доме будет вполне достаточно бесплатных программ. Ниже приведу список наиболее распространенных программных продуктов:

• Valtec.PRG — бесплатная программа для расчета отопления и водоснабжения. Есть возможности расчета теплых полов и даже теплых стен
• HERZ — целое семейство программ. С их помощью можно рассчитывать как однотрубные так и двухтрубные системы отопления. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Имеется возможность расчета тепловых потерь
• Поток — отечественная разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети любой сложности. В отличии от предыдущих, Поток — платная программа. Поэтому простой обыватель вряд ли станет ей пользоваться. Она предназначена для профессионалов.

Есть еще несколько других решений. В основном от производителей труб и фитингов. Производители затачивают программы для расчета под свои материалы и тем самым в какой-то степени вынуждают покупать их материалы. Это такой маркетинговый ход и в нем нет ничего плохого.

Итоги статьи.

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления дело прямо-таки не самое простое и требующее опыта. Ошибки здесь могут стоить очень дорого. Отдельные ветки и стояки могут не работать. По ним просто не будет циркуляции. По этой причине лучше чтобы этим занимались люди с образованием и опытом таких работ. Сами монтажники практически никогда не занимаются расчетами. Они везде стремятся делать одни и те же решения, которые работали у них ранее. Но то, что работало у другого человека не обязательно будет работать у вас. По этому настоятельно рекомендую обратиться к инженеру и сделать полноценный проект. На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях.

При проектировании систем водяного обогрева в доме принято выполнять гидравлический расчёт системы отопления. Это нужно для того, чтобы гарантировать максимальную эффективность работы при минимуме финансовых затрат и при правильном функционировании всех узлов.

Целью гидравлического расчёта является:

• Правильный выбор диаметра труб на тех участках трубопроводов, где его величина постоянна;
• Определение действующего давления в магистрали;
• Правильный выбор всех узлов системы.

От того, насколько верно выполнен гидравлический расчёт, будет зависеть температурный комфорт в доме, экономический эффект и долговечность системы отопления.

Основные положения гидравлического расчёта

Для выполнения всех необходимых вычислений, нам необходимы исходные данные:

• Результаты теплового баланса комнат;
• Температуры теплоносителя - начальная и конечная;
• Схема заданной системы отопления;
• Типы обогревающих устройств и метод их соединения с магистралью;
• Гидравлические характеристики используемого оборудования (клапанов, теплообменников и т.п.);
• Циркуляционное кольцо - это контур замкнутого типа. Он состоит из отрезков с наибольшим расходом теплонесущей жидкости от точки нагрева до наиболее удалённой точки (в двухтрубной системе) или до стояка (в однотрубной) и в противоположную сторону к источнику тепла.

Участком для расчёта принимают часть трубопроводного диаметра с неизменяющимся значением расхода теплонесущей жидкости - его определяют, исходя из теплового баланса комнаты.

Перед началом вычислений определяем тепловую нагрузку каждого отопительного агрегата. Она будет соответствовать заданной тепловой нагрузке комнаты. Если в помещении используется более одного обогревающего агрегата, распределяем тепловую нагрузку на всё их количество.

Затем назначаем главное кольцо циркуляции - контур закрытого типа из последовательных отрезков. Для вертикальной однотрубной магистрали число циркуляционных колец соответствует числу стояков. Для горизонтальной двухтрубной - числу обогревающих агрегатов. Главным назначают кольцо, идущее через стояк с наибольшей нагрузкой - для вертикальной магистрали, и идущее через нижний отопительный агрегат ветки с наибольшей нагрузкой - для горизонтальной системы.

Необходимо учитывать, что значение диаметра для трубопроводов и величина действующего давления в кольце циркуляции зависят от скорости теплонесущей жидкости. При этом обязательным условием является обеспечение бесшумности движения теплоносителя.

Для того чтобы избежать возникновения пузырьков воздуха, мы должны принять скорость теплоносителя более 0,25 м/с. Следует учитывать силу сопротивления, возникающего в контуре при движении жидкости. Вследствие этого сопротивления удельные потери давления R должны составлять не более 100-200 Па/м.

Существуют величины допустимой скорости воды, обеспечивающей бесшумность работы- она зависит от удельного местного сопротивления.

Таблица 1 показывает пример величины допустимой скорости воды при разных коэффициентах местного сопротивления.

Таблица 1

Слишком маленькая скорость может стать причиной следующих негативных последствий:

1. Увеличение расхода материала на все работы по монтажу;
2. Увеличение финансовых расходов на монтаж и обслуживание системы отопления;
3. Увеличение объёма теплонесущей жидкости в трубах;
4. Значительный рост тепловой инерции.

Пример определения величины расхода теплонесущей жидкости

Для определения диаметра труб на заданных отрезках трубопроводов нам необходимо знать величину расхода теплоносителя. Её определяем, исходя из величины теплового потока - количества тепла, необходимого для компенсации теплопотерь.

Зная величину теплового потока Q на участке 1-2, вычисляем расход теплоносителя G:

G = Q / с (t г - t х) л/ч, где

t г и t х соответственно температуры горячего и холодного (остывшего) теплоносителя;

с = 4,2 кДж/(кг·°С) — удельная теплоемкость воды.

Пример определения диаметра труб на заданном участке

Правильный выбор диаметра труб необходим для решения следующих задач:

• оптимизация эксплуатационных затрат на нейтрализацию гидравлического сопротивления при циркуляции жидкости в контуре;
• достижение необходимого экономического эффекта при монтаже и обслуживании системы отопления.

Для обеспечения экономического эффекта выбираем наименьшую возможную величину диаметра труб, однако такую, которая не приведёт к возникновению гидравлических шумов в магистрали, если скорость теплоносителя составит 0,6-1,5 м/с, в зависимости от местного сопротивления.

Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной системы отопления, принимаем разницу температур в подающем и отводящем трубопроводах равной:

∆t co = 90 - 70 = 20 °С

где 90°С - температура жидкости в подающей трубе горизонтальной системы;

70°С - температура жидкости в отводящей трубе.

Зная величину теплового потока и вычислив расход теплоносителя по приведённой выше формуле, из таблицы 2 мы можем выбрать подходящий для наших условий внутренний диаметр труб.

Таблица 2

Определение внутреннего диаметра труб для отопления

После определения внутреннего диаметра выбираем сам тип труб - он зависит от эксплуатационных условий, от поставленных задач, от требований к прочности и долговечности. Основываясь на всех этих предпосылках, выбираем тип трубы рассчитанного диаметра, который удовлетворяет заданные условия.

Пример определения действующего давления на заданном участке магистрали

Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления, нам необходимо также знать действующее давление на заданном участке магистрали.

Оно вычисляется по формуле:

p = gh (ρ o - ρ г) + ∆p доп, Па, где

ρ o - плотность остывшей воды, кг/м3 ;

ρ г - плотность нагретой воды, кг/м3 ;

g - ускорение свободного падения, м/с2 ;

h - вертикальное расстояние от точки нагрева до точки охлаждения (от средней точки высоты котла до средней точки нагревательного прибора), м;

∆p доп - дополнительное давление, возникающее за счёт остывания воды в магистрали.

Значения плотности воды для заданных температур, а также величину дополнительного давления узнаём из справочника.

Гидравлический расчёт - задача крайне ответственная. От правильного выполнения всех вычислений зависит не только экономический эффект отопления дома, но также эффективность работы всех узлов и соответствие эксплуатационных характеристик всем нормам и требованиям.