Гидравлический расчет системы отопления: Гидравлический расчет однотрубной и двухтрубной системы отопления с формулами, таблицами и примерами

Гидравлический расчет системы отопления: таблица с примерами

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 для чего он нужен?

Гидравлический расчет системы отопления 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 циркуляционный насос — 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

Теория гидравлики

Теоретически ГР отопления основан на следующем уравнении:

ΔP = R•l + z

Данное равенство справедливо для конкретного участка.

Расшифровывается это уравнение следующим образом:

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:

ΔP_трение = (λ/d)*(v²ρ/2)

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

• λ — коэффициент, зависящий от характера движения трубы.
• d — внутренний диаметр трубы.
• v — скорость движения жидкости.
• 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)

Здесь:

• 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 низкозамерзающего теплоносителя 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.

Гидравлический расчет системы отопления: пример расчета

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 = 510⁴ 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.

6. Гидравлический расчет системы отопления

Принятая конструкция системы отопления должна быть представлена аксонометрической схемой в пояснительной записке (расчётная схема) и на чертеже.

На аксонометрической схеме должны быть изображены повороты, скобы, утки, необходимая арматура; на схеме в пояснительной записке, дополнительно к вышесказанному должны быть указаны номера рассчитываемых участков, их длина и тепловая нагрузка.

Аксонометрическая схема является основой для гидравлического расчёта трубопроводов.

Расчётным участком называется участок трубопровода постоянного диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Исключение составляют стояки вертикальных однотрубных систем, где на расчётном участке могут быть трубы разного диаметра.

Циркуляционное кольцо – это замкнутый контур в системе отопления. Количество циркуляционных колец в двухтрубной системе отопления равно числу отопительных приборов.

В реальных проектах проводят расчет всех колец, в учебном проекте число колец ограничено, но расчеты наибольшего и наименьшего по длине колец обязательны.

Целью гидравлического расчёта трубопроводов системы отопления является определение оптимальных диаметров, при которых обеспечивается устойчивая и надёжная доставка расчётного количества теплоносителя ко всем отопительным приборам при заданном перепаде давления теплоносителя в подающей и обратной магистралях тепловой сети.

Задача гидравлического расчёта сводится к выбору минимальных диаметров на всех участках сети таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца не превышало располагаемого циркуляционного давления с запасом 5…10%, а разность гидравлических сопротивлений главного полукольца и каждого из остальных полуколец не превышала 15%.

Гидравлический расчет трубопроводов производится в следующем порядке:

1. Определяется главное циркуляционное кольцо. Это кольцо проходит через наиболее удаленный отопительный прибор первого этажа и является самым нагруженным во всей системе. Главное кольцо разбивается на расчетные участки, начиная с обратной подводки наиболее неблагоприятно расположенного отопительного прибора по обратным трубопроводам до узла ввода и далее по подающим трубопроводам до расчетного прибора.

2. Определяется расчетное циркуляционное давление для главного циркуляционного кольца по формуле:

ΔP_рц = ΔР_н+Б(ΔР_е._пр+ΔР_е._тр), (6.2)

где ΔР_Н – заданный перепад давления в магистралях тепловой сети на вводе, Па;

Б – коэффициент, определяющий долю максимального гравитационно­го давления, которую целесообразно учитывать в расчетных усло­виях.

Для двухтрубных систем Б = 0.4 … 0.5.

ΔР_е._пр – естественное гравитационное давление, создаваемое в системе за счет охлаждения воды в отопительных приборах в расчетных усло­виях:

ΔР_е._пр=gh^.(ρ_о— ρ_г) = 6,2h^.(t_г-t₀), (6.3)

где g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – вертикальное расстояние от оси узла ввода до оси отопительного прибора расчетного кольца, м;

ρ_о, ρ_г

– соответственно плотность охлажденной и горячей воды, кг/м;

t_г, t₀ – соответственно температура на входе в прибор и выходе из прибора, °С;

ΔР_е._тр – естественное гравитационное давление (Па), создаваемое за счет осты­вания воды в трубопроводах, определяется по прил. 8 [4]. В системах отопления с нижней разводкой ΔР_е._тр не учитывается.

3. Для каждого участка расчетного кольца определяется расход теплоноси­теля, кг/ч:

G= , (6.4)

где суммарная тепловая мощность отопительных приборов, подсоединенных кi-му участку трубопровода, Вт;

С– удельная массовая теплоемкость воды (С = 4,187 кДж/кг

.К).

4. Определяются ориентировочные удельные потери давления на трение на 1 м длины трубопровода, Па/м:

R_ор=0,9^.k, (6.5)

где k – доля потерь давления на трение. Для систем с искусственной цирку­ляцией принимается равной 0,65;

ΔP_pц, – расчетное циркуляционное давление, Па;

Σl – сумма длин рассчитываемых участков, м.

Найденная величина R_ор является приблизительной. При подборе диаметров труб для конкретных участков могут применяться величины, большие или меньшие R_ор.

5. Для каждого расчетного участка главного циркуляционного кольца, ориентируясь на R

op по прил. 10 [4] отыскивается заданный расход теп­лоносителя Gi и определяется соответствующее ему значение диаметра трубо­провода d, скорости движения теплоносителя V и фактическое значение удельной потери давления на трение R_i.

6. Вычисляется расчетная потеря давления на трение на участке, равная произведению R_i^. l_i.

7. По каждому расчетному участку главного циркуляционного кольца по приложению 9 [4] или по приложениям 7 и 8 определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ.

8. По приложению 7 [4] и приложению 5 находится значения ρ и определяется динамическое давление, Па:

Р_дi=.

(6.6)

9. Произведение Р_дi^.Σξ определяет потери давления на местные со­противления Z_i на рассчитываемом участке.

10. По каждому расчетному участку вычисляется полная потеря давления, Па:

ΔP_i = R_i^.l_i + Z_i . (6.7)

11. Определяется полная потеря давления в главном циркуляционном кольце, Па:

Δ P_г.ц.к.=. (6.8)

12. Рассчитывается запас давления на неучтенные в расчете гидравличе­ские сопротивления:

100% = 5.. .10%. (6.9)

Если запас давления окажется меньше 5 % или больше 10 %, то необходи­мо соответственно увеличивать или уменьшить диаметры наиболее нагружен­ных участков главного циркуляционного кольца.

Рассчитанное таким образом главное циркуляционное кольцо, принимается в дальнейших расчетах за опорное для гидравлической увязки всех остальных колец системы. Для каждого циркуляционного кольца есть точки, общие с главным циркуляционным кольцом, где происходит деление или слияние пото­ков. Задача дальнейшего расчета состоит в подборе диаметров участков полу­колец таким образом, чтобы гидравлические потери в них были равны уже под­считанным потерям давления между общими точками на участках главного циркуляционного кольца. Расчет малых полуколец производится аналогично расчету главного цир­куляционного кольца. Величина невязки в полукольцах определяется по фор­муле:

≤15 %, (6.10)

где ΔР_г.п.к. – потеря давления в главном полукольце, равная потере давления на участках, не общих с малым полукольцом, Па;

ΔР_м.п.к. – потеря давления в малом полукольце, Па.

Если по расчету невязка получилась больше 15 %, в нижней части стояка малого полукольца необходимо установить дополнительное местное сопротив­ление (кран двойной регулировки или дроссельную диафрагму).

Диаметр отверстия дроссельной шайбы рассчитывают по формуле, мм:

d_ш = 2, (6.11)

где G – расход теплоносителя, кг/ч, на участке, где устанавливают шайбу;

ΔР_ш – требуемая потеря напора в шайбе. Принимается равной потерям напора на участке, где установлена шайба.

Диаметр отверстия шайбы округляют до 0,5 мм в ближайшую сторону. Для уменьшения возможности засорения отверстия диаметр шайбы принимают не меньше 3 мм.

Данные гидравлического расчета сводятся в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Гидравлический расчет системы отопления

№ уч-ка	ΣQi Bт	Gi кг/ч	l м	d мм	V м/с	Ri Па/м	Ri. l Па	Σξ	Pд Па	Z Па	ΔР Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

При выполнении гидравлического расчета необходимо следить, чтобы скорости движения воды не превышали предельно допустимых значений из условия бесшумной работы системы отопления (V ≤1,5м/с).

Гидравлический расчет систем отопления.

Отопление в частном доме

Современная система отопления – это демонстрация абсолютно нового подхода к ее регулированию. На сегодняшний день это не предварительная наладка перед запуском системы с облегчением последующего гидравлического режима функционирования. Современное отопление в частном доме в процессе работы имеет постоянно изменяющийся тепловой режим. Что требует от оборудования не только отслеживать изменения при обогреве помещения, но и правильно на них реагировать.

Условия для эффективной работы системы

Существуют некоторые моменты, соблюдение которых позволит обеспечить качественную и эффективную работу системы отопления:

• Подача теплоносителя в нагревательные приборы должна производиться в тех количествах, которые будут обеспечивать тепловой баланс помещения, при условии постоянно меняющейся наружной температуры и в зависимости от температурного режима помещений, определенного ее владельцем.
• Снижение затрат, в том числе энергетических, для преодоления гидравлического сопротивления.
• Снижение материальных затрат при монтаже системы отопления, зависящих также от диаметра прокладываемых трубопроводов.
• Низкий уровень шума, стабильность и надежность работы отопительных устройств.

Как правильно рассчитать систему отопления

Чтобы рассчитать отопление в частном доме, требуется знать необходимое количество тепла. С этой целью рассчитываются тепловые потери всего дома в теплое и холодное время года. Сюда относятся теплопотери через оконные, дверные проемы, ограждающие конструкции и т. д. Это довольно кропотливые расчеты. Принято считать, что в среднем источник тепла должен производить 10 кВт на 100 м² отапливаемой площади.

Под отопительной системой понимают взаимосвязь между совокупностью приборов: трубопроводы, насосы, запорно-регулирующее оборудование, средства контроля и автоматики для передачи тепла от источника непосредственно в помещение.

Типы отопительных котлов

Перед тем как сделать гидравлический расчет систем отопления, необходимо правильно подобрать котел (источник тепла). Различают следующие виды котлов: электрический, газовый, твердотопливный, комбинированный и другие. Выбор в большинстве случаев зависит от топлива, преобладающего в районе проживания.

Электрический котел

Ввиду проблем с подключением мощностей и довольно высокой ценой на электроэнергию данное оборудование не обрело своего широкого распространения.

Котел газовый

Чтобы установить такой котел, ранее требовалось специальное отдельное помещение (котельная). В настоящее время это относится только к оборудованию с открытой камерой сгорания. Подобный вариант наиболее распространен в местах с газификацией.

Твердотопливный котел

При относительной доступности топлива данное оборудование не пользуется высокой популярностью. При его эксплуатации возникают некоторые неудобства. В течение суток необходимо производить несколько раз топку. Кроме того, режим теплоотдачи имеет циклический характер. Применение этих котлов облегчается (уменьшается число топок) путем использования термобаллона или топлива с высокой температурой сгорания, благодаря которому увеличивается время горения за счет регулируемой подачи воздуха. Также это можно производить за счет водяных теплоаккумуляторов, к которым подключается центральное отопление.

Необходимые параметры при расчете мощности

• W_уд – удельная мощность источника тепла (котла), приходящаяся на площадь здания в 10 м² с учетом климатических условия региона.
• S – площадь отапливаемого помещения.

Также имеются общепринятые значения удельной мощности, которые зависят от климатической зоны:

• W_уд = 0,7-0,9 – для Южного района.
• W_уд = 1,2-1,5 – для Центрального района.
• W_уд = 1,5-2,0 – для Северного района.

Формула для мощности котла

Перед тем как приступить к такому ответственному мероприятию, как гидравлический расчет систем отопления, нужно определить мощность источника тепла по следующей формуле:

W_кот = S×W_уд/10.

Для удобства расчета примем усредненное значение W_уд за 1 кВт, таким образом получаем, что 10 кВт должно приходиться на 100 м² отапливаемой площади. В результате схемы монтажа системы отопления будут зависеть от площади дома.

В остальных случаях используется принудительная циркуляция теплоносителя при помощи циркуляционных насосов.

Двухтрубная система

Это классический вариант системы отопления, который зарекомендовал себя наилучшим образом за долгое время эксплуатации. Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления будет рассмотрен ниже. Почему она так называется? Все дело в том, что основой инженерного замысла послужил монтаж нескольких трубопроводов через этажи здания. К одному стояку с горячей водой подключался по всем этажам нагревательный прибор, а в проложенный рядом трубопровод поступала охлажденная вода из отопительного прибора.

В результате еще не успевший остыть теплоноситель из первого прибора поступал в прибор, который находился этажом ниже, а циркулирующая жидкость имела ту же температуру, что и в первом. Таким образом, температура теплоносителя в первом и последнем трубопроводах была идентичной – это означает, что одинаковой была и теплоотдача.

Двухтрубная система отопления – преимущества

Центральное отопление в частном доме с двухтрубной системой имеет следующие преимущества:

• На каждом отапливаемом этаже обеспечивается равномерный прогрев всех приборов.
• По сравнению с однотрубной системой, можно полноценно обогреть значительно больше помещений.
• Регулирование температурного режима в каждом конкретном помещении.

Расчетно-графические мероприятия

Выполняя сложный гидравлический расчет систем отопления, в первую очередь необходимо произвести целый ряд предварительных мероприятий:

1. Определяется тепловой баланс отапливаемого строения.
2. Выбирается тип нагревательных приборов, после чего они схематично размещаются на плане помещения.
3. Далее принимается решение по размещению всех отопительных агрегатов, типу и материалам трубопроводов, регулирующих и запорных устройств.
4. Чтобы сделать гидравлический расчет систем отопления, потребуется начертить принципиальную схему в аксонометрии с указанием расчетных нагрузок и длин участков.
5. Определяется главное кольцо – это замкнутый отрезок, который включает в себя расположенные последовательно участки трубопроводов, имеющие максимальный расход теплоносителя от источника тепла к наиболее удаленному нагревательному прибору.

За расчетный участок принимается тот, который имеет неизменный расход теплоносителя и одинаковое сечение.

Пример гидравлического расчета системы отопления

На расчетном отрезке тепловая нагрузка равна потоку тепла, который на подающем трубопроводе должен передать, а на обратном уже передал циркулирующую жидкость, которая проходила через этот участок.

Расход теплоносителя G_i—j, кг/ч вычисляется по следующей формуле:

G_i—j = 0,86×Q_i—j/(t₂-t₀), где

G_i—j – это количество тепла на расчетном отрезке i-j;

t₂-t₀ – это расчетные температуры горячей и холодной жидкости соответственно.

Как выбрать диаметр трубопроводов

Чтобы сократить затраты на преодоление сопротивлений во время движения циркулирующей жидкости, диаметры трубопроводов должны располагаться в пределах минимальной скорости теплоносителя, которая требуется для удаления пузырьков воздуха, способствующих появлению воздушных пробок. Чтобы уменьшить их, диаметр трубопроводов приводится к минимальному значению, которое не приводит к гидравлическому шуму в арматуре и трубах системы.

Все трубопроводы производственного изготовления делятся на полимерные и металлические. Первые являются более долговечными, вторые – механически более прочные. Какие трубы использовать в отопительной системе, зависит от ее индивидуальных особенностей.

Гидравлический расчет системы отопления – программа

Учитывая объем работ, который нужно произвести на этапе проектирования, вы можете воспользоваться специализированным программным обеспечением.

Используя исходные данные, программа выполняет автоматический подбор трубопроводов необходимого диаметра, осуществляет предварительную настройку регулирующих и балансировочных вентилей, термостатических клапанов и автоматических регуляторов в отопительной системе. Также программа может самостоятельно оценить, какого размера потребуются нагревательные приборы.

Гидравлический расчет систем отопления. Отопление в частном доме

Современная система отопления – это демонстрация совершенно нового подхода к ее регулированию. На сегодняшний день это не предварительная регулировка перед пуском системы со снятием последующего гидравлического режима работы. Современное отопление в частном доме в процессе работы имеет постоянно меняющийся тепловой режим. От оборудования требуется не только отслеживать изменения в нагреве помещения, но и правильно на них реагировать.

Условия эффективной работы системы

Есть несколько пунктов, соблюдение которых обеспечит качественную и эффективную работу системы отопления:

• Подача теплоносителя к отопительным приборам должна производиться в количества, которые обеспечат тепловой баланс помещения с учетом постоянно меняющейся температуры наружного воздуха и в зависимости от температурного режима помещения, определяемого его владельцем.
• Снижение затрат, в том числе энергетических, на преодоление гидравлического сопротивления.
• Снижение материальных затрат при монтаже системы отопления, что также зависит от диаметра прокладываемых трубопроводов.
• Низкий уровень шума, стабильность и надежность работы отопительных приборов.

Как правильно рассчитать систему отопления

Для расчета отопления в частном доме необходимо знать необходимое количество тепла. Для этого рассчитывают теплопотери всего дома в теплое и холодное время года. Сюда входят потери тепла через оконные, дверные проемы, ограждающие конструкции и т. д. Это достаточно трудоемкие расчеты. Принято считать, что в среднем источник тепла должен выдавать 10 кВт на 100 м ^{2 из} отапливаемая площадь.

Под системой отопления понимается взаимосвязь между совокупностью устройств: трубопроводов, насосов, запорно-регулирующей аппаратуры, средств управления и автоматики для передачи тепла от источника непосредственно в помещение.

Типы котлов отопления

Перед выполнением гидравлического расчета систем отопления необходимо правильно выбрать котел (источник тепла). Существуют следующие виды котлов: электрические, газовые, твердотопливные, комбинированные и другие. Выбор в большинстве случаев зависит от преобладающего в районе проживания топлива.

Электрический котел

Из-за проблем с силовыми подключениями и достаточно высокой цены на электроэнергию это оборудование не нашло своего широкого распространения.

Котел газовый

Для установки такого котла ранее требовалось специальное отдельное помещение (котельная). В настоящее время это относится только к оборудованию с открытой камерой сгорания. Подобный вариант наиболее распространен в местах с газификацией.

Котел на твердом топливе

При относительной доступности топлива данное оборудование не пользуется большой популярностью. Есть некоторые неудобства при его эксплуатации. В течение дня необходимо несколько раз сделать топку. Кроме того, режим теплообмена имеет циклический характер. Использование этих котлов облегчается (уменьшается количество топок) применением термоцилиндра или топлива с высокой температурой горения, благодаря чему увеличивается время горения за счет регулируемой подачи воздуха. Это можно сделать и с помощью водяных теплоаккумуляторов, к которым подключено центральное отопление.

Необходимые параметры для расчета мощности

• _Wd — удельная мощность источника тепла (котла) на площадь здания 10 м ² с учетом климатических условий региона.
• S – площадь отапливаемого помещения.

Также существуют общепринятые значения удельной мощности, которые зависят от климатической зоны:

• Вт _уд = 0,7-0,9 для Южного региона.
• W _ud = 1,2-1,5 для Центрального района.
• Ш _уд = 1,5-2,0 — для Северного региона.

Формула для мощности котла

Прежде чем приступить к такому ответственному мероприятию, как гидравлический расчет систем отопления, необходимо определить мощность источника тепла по следующей формуле:

Вт _кат = S×W _уд /10.

Для удобства расчета берем среднее значение _Wd на 1 кВт, поэтому получаем, что 10 кВт должны приходиться на 100 м 2 ^из отапливаемой площади. В итоге схема монтажа системы отопления будет зависеть от площади дома.

В остальных случаях применяют принудительную циркуляцию теплоносителя с помощью циркуляционных насосов.

Двухтрубная система

Это классический вариант системы отопления, зарекомендовавший себя наилучшим образом за долгое время эксплуатации. Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления будет рассмотрен ниже. Почему это так называется? Дело в том, что в основе инженерного проекта лежала прокладка нескольких трубопроводов по этажам здания. Отопительный прибор был подключен к одному стояку с горячей водой на всех этажах, а охлажденная вода от отопительного прибора поступала в проложенный сбоку трубопровод.

В результате еще не остывший теплоноситель из первого аппарата поступал в аппарат, расположенный этажом ниже, а циркулирующая жидкость имела такую ​​же температуру, как и в первом. Таким образом, температура теплоносителя в первом и последнем трубопроводах была одинаковой — значит, и теплоотдача была одинаковая.

Двухтрубная система отопления – преимущества

Центральное отопление в частном доме с двухтрубной системой имеет следующие преимущества:

• На каждом этаже с подогревом обеспечивается равномерный нагрев всех приборов.
• По сравнению с однотрубной системой можно отапливать намного больше помещений.
• Регулировка температуры в каждой комнате.

Расчетно-графические работы

Выполняя комплексный гидравлический расчет систем отопления, прежде всего, необходимо произвести ряд предварительных мероприятий:

1. Определяется тепловой баланс отапливаемого сооружения.
2. Выбирается тип отопительных приборов, после чего они схематически располагаются на плане помещения.
3. Далее принимается решение о размещении всех тепловых пунктов, типе и материалах трубопроводов, регулирующих и запорных устройств.
4. Для выполнения гидравлического расчета систем отопления потребуется начертить принципиальную схему в аксонометрии с указанием расчетных нагрузок и длин участков.
5. Магистральное кольцо определяется как замкнутый участок, включающий последовательно расположенные участки трубопроводов, имеющие максимальный расход теплоносителя от источника теплоты к наиболее удаленному отопительному прибору.

За расчетное сечение принимается такое, которое имеет постоянный расход теплоносителя и одинаковое поперечное сечение.

Пример гидравлического расчета системы отопления

На расчетном участке тепловая нагрузка равна тепловому потоку, который должен быть передан по подающей магистрали, а на обратной стороне уже переданной циркулирующей жидкости, прошедшей по этому участку .

Расход теплоносителя G _{i — j} , kg / h is calculated by the following formula:

G _{i — j} = 0. 86 × Q _{i — j} / (t ₂ -t ₀ ), где

G _{i — j} — количество теплоты в расчетном интервале ij;

T ₂ -t ₀ – расчетные температуры горячих и холодных жидкостей соответственно.

Как подобрать диаметр трубопроводов

Для снижения затрат на преодоление сопротивления при движении циркулирующей жидкости диаметры трубопроводов должны располагаться в пределах минимальной скорости теплоносителя, что требуется для удаления пузырьков воздуха, способствующих возникновению воздушных пробок. Для их уменьшения диаметр трубопроводов уменьшают до минимального значения, что не приводит к возникновению гидравлических шумов в арматуре и трубах системы.

Все производственные трубопроводы делятся на полимерные и металлические. Первые более прочны, вторые — механически прочнее. Какие трубы использовать в системе отопления, зависит от ее индивидуальных особенностей.

Гидравлический расчет системы отопления — программа

Учитывая объем работ, которые необходимо выполнить на этапе проектирования, можно использовать специализированное программное обеспечение.

Программа по исходным данным производит автоматический подбор трубопроводов необходимого диаметра, предварительную настройку регулирующей и балансировочной арматуры, термостатической арматуры и автоматических регуляторов в системе отопления. Также программа может самостоятельно оценить размер необходимых отопительных приборов.

Насколько важны гидравлические расчеты при проектировании спринклерной системы?

• Дом
• Блог
• Насколько важны гидравлические расчеты при проектировании спринклерной системы?

— С помощью метода гидравлического расчета инженеры-конструкторы могут определить оптимальный диаметр трубопровода для спринклерной системы пожаротушения.

 — Гидравлические расчеты помогут вам избежать слишком больших ответвлений, поперечных магистралей и стояков. Это снижает общую стоимость вашей автоматической спринклерной системы.

— Когда ваша спринклерная система имеет трубы оптимального диаметра, вам также требуется меньшая мощность насоса. В результате вы можете приобрести меньший по размеру и менее дорогой насос.

— Спринклерный насос оптимальной производительности также потребляет меньше электроэнергии, а значит, можно сэкономить и на электроустановках.

— Традиционный метод графика трубопровода проще, чем метод гидравлического расчета, но он часто приводит к увеличению размеров и стоимости установок.

— Благодаря современному компьютерному программному обеспечению сложность метода гидравлического расчета больше не является проблемой.

Автоматические спринклерные системы — одна из самых эффективных мер противопожарной защиты, которую вы можете использовать в здании. Противопожарные спринклеры автоматически реагируют на локализованное тепло, гася любое активное пламя, прежде чем оно сможет распространиться. Вопреки распространенному мнению, пожарные спринклеры не заливают водой весь этаж, когда они активируются — только те, которые находятся непосредственно над огнем, открываются в ответ на жар, а остальные остаются закрытыми.

Основной задачей инженеров по пожарной безопасности является разработка автоматической спринклерной системы, которая выпускает достаточное количество воды в случае пожара под соответствующим давлением, но не делает установку слишком дорогой. Трубы большого размера могут значительно увеличить стоимость спринклерной системы, и вам также потребуются более крупные и дорогие насосы для достижения адекватного давления и скорости потока.

Спринклерные системы пожаротушения традиционно разрабатывались на основе метода распределения труб. Такой подход обеспечивает достаточный поток воды, но недостатком является то, что многие секции системы в конечном итоге имеют слишком большие размеры. С другой стороны, когда инженеры по пожарной безопасности используют метод гидравлического расчета, они могут оптимизировать диаметры трубопроводов без ущерба для безопасности.

---

Получите профессиональный проект спринклерной системы для вашего следующего строительного проекта.

---

Здесь мы обсудим основные преимущества проектирования спринклерной системы пожаротушения методом гидравлического расчета. Вы часто можете снизить затраты на установку на тысячи долларов, соблюдая при этом местные строительные нормы и стандарты NFPA. Метод гидравлического расчета требует более сложных расчетов, чем метод графика труб, но вы получаете надежную противопожарную защиту при меньших затратах. Кроме того, эти расчеты больше не являются проблемой благодаря инженерному программному обеспечению.

Гидравлические расчеты Экономия на стоимости трубопроводов

Когда инженеры используют метод графика труб для проектирования спринклерной системы пожаротушения, они выбирают диаметры труб на основе таблиц. Это незамысловатый метод с простыми расчетами, но его главный недостаток в том, что трубы часто имеют завышенные размеры.

• Превышение размера имеет кумулятивный эффект на стоимость спринклерной системы, поскольку все компоненты, расположенные выше по течению, также должны иметь больший размер.
• Если размеры ответвлений, ведущих к отдельным спринклерным головкам, слишком велики, необходимо также увеличить диаметр поперечных магистралей и стояков.

С помощью метода гидравлического расчета инженеры по пожарной безопасности могут определить оптимальные диаметры ответвлений, поперечных магистралей и стояков. Этот метод проектирования снижает стоимость системы, не влияя на производительность и обеспечивая соответствие коду. Метод гидравлического расчета часто может обеспечить экономию материалов и труда более чем на 20% по сравнению с традиционным методом графика труб. Владельцы зданий не только экономят, покупая трубы меньшего размера; Размеры фитингов и затраты на установку также сокращаются.

Гидравлический метод расчета также более гибок, так как его можно использовать для любого материала трубопровода. С другой стороны, метод спецификации трубопровода ограничен материалами, доступными в таблицах расчетов.

Гидравлические расчеты используются не только для оптимизации диаметров трубопроводов, но и для общей компоновки спринклерной системы пожаротушения. С помощью метода графика труб и ручных расчетов можно анализировать только простые конфигурации — ответвления и петли трубопровода. С другой стороны, когда инженеры-проектировщики используют компьютеры для гидравлических расчетов, они могут анализировать более сложные схемы трубопроводов. Это включает в себя конфигурации сетки, где есть много возможных путей между подачей воды и каждой спринклерной головкой, что делает систему более надежной.

Гидравлические расчеты позволяют избежать негабаритных насосных систем

При увеличении диаметра трубопроводной системы вам также потребуются более крупные насосы для достижения адекватного давления и расхода. Как и следовало ожидать, это увеличивает стоимость автоматической спринклерной системы. Когда диаметры трубопроводов оптимизируются методом гидравлического расчета, вы также можете определить оптимальный размер насоса для спринклерной системы.

Имейте в виду, что более крупный насос также потребляет более высокий ток, а это означает, что вы должны увеличить мощность связанных с ним электрических установок. Вам необходимо увеличить размеры проводки и кабелепровода, а также номиналы автоматических выключателей, что еще больше увеличит стоимость вашего проекта.

Чтобы снизить стоимость автоматической спринклерной системы, вам необходимо оптимизировать компоновку спринклерной головки и размеры трубопроводов. Избыточные спринклерные головки и негабаритные патрубки увеличивают стоимость всех остальных компонентов системы: поперечных магистралей, стояков, насосных систем и электроустановок. С помощью метода гидравлического расчета вы можете исключить расходы, связанные с завышением размеров.

Если вам необходимо установить спринклерную систему пожаротушения в здании, NY Engineers предлагает метод гидравлического расчета в качестве услуги по запросу. После того, как вы отправите информацию о своем здании, наши опытные инженеры по противопожарной защите могут предоставить оптимизированную конструкцию спринклерной системы в течение пяти дней.

Теги Инженерия противопожарной защиты конструкция спринклерной системы автоматическая система полива спринклеры пожаротушения автоматические спринклеры

 

Присоединяйтесь к более чем 15 000 коллегам-архитекторам и подрядчикам

Получайте советы экспертов по инженерным вопросам прямо на свой почтовый ящик. Подпишитесь на блог инженеров Нью-Йорка ниже.

© 2022 Nearby Engineers New York Engineers. Все права защищены. Правовая информация | Товарные знаки

принцип работы, назначение и расчеты

Спроектировать собственную систему отопления далеко не просто. Даже если это «планируют» установщики, нужно знать о многих нюансах. Во-первых, следить за их работой, во-вторых, оценивать необходимость и целесообразность их предложений. Например, в последние годы сильно популяризировалась водяная пушка для отопления. Это небольшое дополнение, установка которого выливается в немалую сумму. В одних случаях это очень полезно, в других можно легко обойтись и без него.

Содержание статьи

• 1 Что такое гидравлическая стрела и где она устанавливается
• 2 Назначение и принцип работы
  • 2.1 Режимы работы
  • 2.2 Когда нужен водяной пистолет
  • 2.3 Когда можно ставить
  0 3 выбрать параметры
  • 3.1 По максимальному расходу теплоносителя
  • 3.2 По максимальной мощности котла
  • 3.3 Как узнать длину гидрострелки
• 4 Купить или сделать самому?

Что такое гидравлическая стрела и где она устанавливается

Правильное название этого устройства — гидрострелка или гидросепаратор. Представляет собой кусок круглой или квадратной трубы со сварными трубами. Внутри обычно ничего нет. В некоторых случаях может быть две сетки. Один (вверху) для лучшего «сброса» пузырьков воздуха, второй (внизу) для отфильтровывания примесей.

Примеры гидравлических стрелок промышленного изготовления

В системе отопления гидравлическая стрелка ставится между котлом и потребителями — контурами отопления. Он может располагаться как горизонтально, так и вертикально. Чаще их размещают вертикально. При такой компоновке в верхней части устанавливается автоматический воздухоотводчик, а в нижней — запорный вентиль. Часть воды с скопившейся грязью периодически сливают через кран.

Где устанавливается гидроразделитель в системе отопления

То есть получается, что вертикально поставленный гидроразделитель одновременно со своими основными функциями удаляет воздух и дает возможность удалять шлам.

Назначение и принцип работы

Водяной пистолет необходим для разветвленных систем, в которых установлено несколько насосов. Он обеспечивает требуемый расход теплоносителя для всех насосов, независимо от их производительности. То есть, другими словами, служит для гидравлической развязки насосов системы отопления. Поэтому это устройство еще называют — гидросепаратор или гидросепаратор.

Схематическое изображение гидрострелки и ее место в системе отопления

Гидравлическая стрелка устанавливается, если в системе предусмотрено несколько насосов: один на контур котла, остальные на контуры отопления (радиаторы, водяной теплый пол, косвенный нагрев паровой котел). Для корректной работы их производительность подобрана так, чтобы насос котла мог прокачать немного больше теплоносителя (на 10-20%), чем требуется для остальной системы.

Зачем мне водяной пистолет для отопления? Возьмем пример. В системе отопления с несколькими насосами они часто имеют разную производительность. Часто бывает, что один насос в разы мощнее. Все насосы должны быть установлены рядом – в блоке коллектора, где они соединены гидравлически. При включении мощного насоса на полную мощность все остальные контуры остаются без теплоносителя. Это происходит все время. Во избежание подобных ситуаций в систему отопления устанавливают гидравлическую стрелку. Второй способ – разнести насосы на большое расстояние.

Режимы работы

Теоретически возможны три режима работы системы отопления с гидрострелкой. Они показаны на рисунке ниже. Первый – когда насос котла перекачивает ровно столько теплоносителя, сколько требует вся система отопления. Это идеальная ситуация, которая очень редко встречается в реальной жизни. Объясним почему. Современное отопление регулирует работу в зависимости от температуры теплоносителя или температуры в помещении. Представьте, что все идеально рассчитано, вентили включены и после регулировки достигнуто равенство. Но через некоторое время изменятся параметры котла или одного из контуров отопления. Оборудование подстроится под ситуацию, и равенство производительности будет нарушено. Так что этот режим может длиться несколько минут (а то и меньше).

Возможные режимы работы системы отопления с гидроразделителем

Второй режим работы гидрострелки — когда расход контуров отопления больше мощности насоса котла (средний рисунок). Такая ситуация опасна для системы и ее нельзя допускать. Возможно при неправильном подборе насосов. Скорее насос котла имеет слишком малую производительность. В этом случае для обеспечения необходимого расхода теплоноситель из обратки будет подаваться в контуры вместе с нагретым теплоносителем из котла. То есть на выходе из котла, например, 80°С, в контуре после добавления холодной воды, например, 65°С (фактическая температура зависит от дефицита расхода). Пройдя через отопительные приборы, температура теплоносителя падает на 20-25°С. То есть температура теплоносителя, подаваемого в котел, будет в лучшем случае 45°С. Если сравнивать с выходной — 80°С, то дельта температур слишком большая для обычного котла (не конденсационного). Такой режим работы не является нормальным и котел быстро выйдет из строя.

Третий режим работы, когда насос котла подает подогретого теплоносителя больше, чем требуется отопительным контурам (правый рисунок). При этом часть нагретого теплоносителя возвращается обратно в котел. В результате температура поступающего теплоносителя повышается, он работает в щадящем режиме. Это нормальный режим работы системы отопления с гидравлической стрелкой.

Когда нужна водяная пушка

Водяная пушка для отопления нужна 100% если в системе будет несколько котлов работающих в каскаде. Более того, они должны работать одновременно (по крайней мере, большую часть времени). Здесь для корректной работы лучшим выходом является гидроразделитель.

При наличии двух одновременно работающих котлов (в каскаде) гидрострелка лучший вариант

Еще водяная пушка для отопления может быть полезна для котлов с чугунным теплообменником. В баке гидроразделителя постоянно смешивается теплая и холодная вода. Это уменьшает дельту температур на выходе и входе в котел. Для чугунного теплообменника это благо. А вот байпас с трехходовым регулируемым клапаном справится с той же задачей и будет стоить намного дешевле. Так что даже для чугунных котлов в небольших системах отопления, при примерно одинаковом расходе вполне можно обойтись без подключения гидрострелки.

Когда можно будет поставить

Если в системе отопления один насос — на котле, то гидрострелка вообще не нужна. Можно обойтись и без, если на контуры установить один или два насоса. Такую систему можно сбалансировать с помощью регулирующих клапанов. Когда установка гидрострелки оправдана? При наличии таких условий:

• Имеется три и более контура, все очень разной мощности (требуется разный объем контура, разные температуры). В этом случае даже при идеально точном подборе насосов и расчете параметров существует вероятность нестабильной работы системы. Например, часто встречается ситуация, когда радиаторы остывают при включении насоса теплого пола. В этом случае необходимо гидравлическое отключение насосов и поэтому устанавливается гидравлическая стрела.
• Помимо радиаторов есть водяной теплый пол, который обогревает большие площади. Да, его можно подключить через коллектор и смесительный узел, но он может заставить насос котла работать в экстремальном режиме. Если у вас часто горят насосы отопления, скорее всего, вам необходимо установить гидравлическую стрелку.
• В системе среднего или большого объема (с двумя и более насосами) вы собираетесь устанавливать аппаратуру автоматического регулирования — по температуре теплоносителя или по температуре воздуха. При этом регулировать систему вручную (кранами) вы не хотите/не можете.

Пример системы отопления с гидравлической стрелкой

В первом случае скорее всего нужен гидроразрыв, во втором следует подумать об его установке. Зачем просто думать? Потому что это большие расходы. И дело не только в стоимости гидравлической стрелы. Стоит около 300 долларов. Придется установить дополнительное оборудование. Как минимум нужны коллекторы на входе и выходе, насосы на каждый контур (при малой системе можно обойтись и без гидрострелки), а также блок управления скоростью насосов, так как через котел управлять ими нельзя. Вместе с оплатой установки оборудования этот «довесок» выливается примерно в две тысячи долларов. Действительно много.

Зачем тогда установлено это оборудование? Так как с гидравлической стрелкой отопление работает стабильнее, не требуется постоянной регулировки расхода теплоносителя в контурах. Если спросить у владельцев дач, отопление которых производится без гидроразделителя, то они скажут, что часто приходится перенастраивать систему – крутить вентили, регулируя потоки теплоносителя в контурах. Это характерно, если используются разные нагревательные элементы. Например, на первом этаже теплые полы, на двух этажах радиаторы, отапливаемые подсобные помещения, в которых должна поддерживаться минимальная температура (гараж, например). Если у вас предполагается примерно такая же система, и перспектива «тюнинга» вас не устраивает, можно поставить гидравлическую стрелку на обогрев. Если он присутствует, то в каждый контур поступает столько теплоносителя, сколько требуется в данный момент и никак не зависит от параметров работы ряда насосов других контуров.

Как подобрать параметры

Гидроразделитель выбирается с учетом максимально возможного расхода теплоносителя. Дело в том, что при большой скорости движения жидкости по трубам она начинает шуметь. Чтобы избежать этого эффекта, максимальная скорость принимается равной 0,2 м/с.

Параметры, необходимые для гидравлического разделителя

По максимальному расходу теплоносителя

Для расчета диаметра гидрострелки данным методом необходимо знать только максимальный расход теплоносителя, который возможен в системе и диаметр форсунок. С трубами все просто – вы знаете, из какой трубы будете делать разводку. Мы знаем максимальный расход, который может обеспечить котел (есть в технических характеристиках), а расход по контурам зависит от их размера/объема и определяется при подборе контурных насосов. Расход по всем контурам суммируется и сравнивается с мощностью насоса котла. В формулу расчета объема гидрострелки подставлено большое значение.

Формула для расчета диаметра малопоточного коллектора системы отопления в зависимости от максимального расхода теплоносителя

Приведем пример. Пусть максимальный расход в системе 7,6 м3/ч. Допустимая максимальная скорость принята стандартной – 0,2 м/с, диаметр патрубков 6,3 см (трубы на 2,5 дюйма). В этом случае получаем: 18,9*√7,6/0,2=18,9*√38=18,9*6,16=116,424 мм. Если округлить, то получим, что диаметр гидрострелки должен быть 116 мм.

По максимальной мощности котла

Второй способ — подбор гидравлической стрелки по мощности котла. Оценка будет приблизительной, но вы можете ей доверять. Вам понадобится мощность котла и разница температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах.

Расчет гидравлической стрелки по мощности котла

Расчет тоже простой. Пусть максимальная мощность котла 50 кВт, дельта температур 10°С, диаметры труб одинаковые — 6,3 см. Подставив цифры, получим — 18,9* √ 50/0,2 * 10 = 18,9 * √ 25 = 18,9 * 5 = 94,5 мм. Округлив, получаем диаметр гидрострелки 95 мм.

Как узнать длину гидравлической стрелы

Мы определились с диаметром гидрораспределителя для отопления, но нужно знать и длину. Его подбирают в зависимости от диаметра соединяемых труб. Гидравлические стрелки для отопления бывают двух видов – с кранами, расположенными друг напротив друга, и с чередующимися патрубками (расположенными со смещением относительно друг друга).

Определить длину гидравлической стрелы из круглой трубы

Длину в этом случае рассчитать легко — в первом случае она равна 12d, во втором — 13d. Для средних систем диаметр можно подобрать в зависимости от патрубков – 3*d. Как видите, ничего сложного. Вы можете рассчитать его самостоятельно.

Купить или сделать самому?

Как говорили, готовая гидравлическая пушка для отопления стоит немало — 200-300$ в зависимости от производителя.