Гидравлический расчёт системы отопления. Как сделать гидравлический расчет системы отопления

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.

Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.

В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.

2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:

а) заданный расход воды;

б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце R_ср.

Для расчета R_cp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.

3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле

, (5.1)

где— давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное

, (5.2)

где

— сумма длин участков главного циркуляционного кольца;

— естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как

, (5.3)

где— расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение коэффициента можно определить из табл.5.1.

Таблица 5.1 — Значение в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления

(),C	, кг/(м3К)
85-65	0,6
95-70	0,64
105-70	0,66
115-70	0,68

— естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубопроводах .

В насосных системах с нижней разводкой величинойможно пренебречь.

Определяются удельные потери давления на трение

, (5.4)

где к=0,65 определяет долю потерь давления на трение.

5. Расход воды на участке определяется по формуле

(5.5)

гдеQ – тепловая нагрузка на участке, Вт:

(t_г — t_о) – разность температур теплоносителя.

6. По величинамиподбираются стандартные размеры труб .

6. Для выбранных диаметров трубопроводов и расчетных расходов воды определяется скорость движения теплоносителя v и устанавливаются фактические удельные потери давления на трение R_ф.

При подборе диаметров на участках с малыми расходами теплоносителя могут быть большие расхождения междуи. Заниженные потерина этих участках компенсируются завышением величинна других участках.

7. Определяются потери давления на трение на расчетном участке, Па:

. (5.6)

Результаты расчета заносят в табл.5.2.

8. Определяются потери давления в местных сопротивлениях, используя или формулу:

, (5.7)

где— сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке .

Значение ξ на каждом участке сводят в табл. 5.3.

Таблица 5.3 — Коэффициенты местных сопротивлений

№ п/п	Наименования участков и местных сопротивлений	Значения коэффициентов местных сопротивлений	Примечания

9. Определяют суммарные потери давления на каждом участке

. (5.8)

10. Определяют суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях в главном циркуляционном кольце

. (5.9)

11. Сравнивают Δр с Δр_р. Суммарные потери давления по кольцу должны быть меньше величины Δр_р на

. (5.10)

Запас располагаемого давления необходим на неучтенные в расчете гидравлические сопротивления.

Если условия не выполняются, то необходимо на некоторых участках кольца изменить диаметры труб.

12. После расчета главного циркуляционного кольца производят увязку остальных колец. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные не общие участки, параллельно соединенные с участками основного кольца.

Невязка потерь давлений на параллельно соединенных участках допускается до 15% при тупиковом движении воды и до 5% – при попутном.

Таблица 5.2 — Результаты гидравлического расчета для системы отопления

На схеме трубопровода

По предварительному расчету

По окончательному расчету

Номер участка

Тепловая нагрузка Q, Вт

Расход теплоносителя G, кг/ч

Длина участка l,м

Диаметрd, мм

Скоростьv, м/с

Удельные потери давления на трение R, Па/м

Потери давления на трение Δр_тр, Па

Сумма коэффициентов местных сопротивлений∑ξ

Потери давления в местных сопротивлениях Z

d, мм

v, м/с

R, Па/м

Δр_тр, Па

∑ξ

Z, Па

Rl+Z, Па

Занятие 6

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Ячейка	Величина	Значение, обозначение, единица выражения
D4	45,000	Расход воды G в т/час
D5	95,0	Температура на входе tвх в °C
D6	70,0	Температура на выходе tвых в °C
D7	100,0	Внутренний диаметр d, мм
D8	100,000	Длина, L в м
D9	1,000	Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
D10	1,89	Сумма коэф. местных сопротивлений — Σ(ξ)

Пояснения:

значение в D9 берётся из справочника;
значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка	Алгоритм	Формула	Результат	Значение результата
D12	!ERROR! D5 does not contain a number or expression	tср=(tвх+tвых)/2	82,5	Средняя температура воды tср в °C
D13	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	n=0,0178/(1+0,0337tср+0,000221tср2)	0,003368	Кинематический коэф. вязкости воды — n, cм2/с при tср
D14	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	ρ=(-0,003tср2-0,1511tср+1003, 1)/1000	0,970	Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	G’=G1000/(ρ60)	773,024	Расход воды G’, л/мин
D16	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	v=4G:(ρπ(d:1000)23600)	1,640	Скорость воды v, м/с
D17	!ERROR! D16 does not contain a number or expression	Re=vd10/n	487001,4	Число Рейнольдса Re
D18	!ERROR! Cell D17 does not exist	λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147Re при 2320≤Re≤4000 λ=0,11(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000	0,035	Коэффициент гидравлического трения λ
D19	!ERROR! Cell D18 does not exist	R=λv2ρ100/(29,81*d)	0,004645	Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20	!ERROR! Cell D19 does not exist	dPтр=R*L	0,464485	Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21	!ERROR! Cell D20 does not exist	dPтр=dPтр9,8110000	45565,9	и Па соответственно D20
D22	!ERROR! D10 does not contain a number or expression	dPмс=Σ(ξ)v2ρ/(29,8110)	0,025150	Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23	!ERROR! Cell D22 does not exist	dPтр=dPмс9,8110000	2467,2	и Па соответственно D22
D24	!ERROR! Cell D20 does not exist	dP=dPтр+dPмс	0,489634	Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25	!ERROR! Cell D24 does not exist	dP=dP9,8110000	48033,1	и Па соответственно D24
D26	!ERROR! Cell D25 does not exist	S=dP/G2	23,720	Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

Пояснения:

значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
Шрифты: синий — исходные данные;
чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

Исходные данные:

длина трубы100 метров;
ø108 мм;
толщина стенки 4 мм.

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Выбор расширительного бака

Компенсирующие устройства всех типов будут высокоэффективными только при корректном подборе объема. Для этой цели нужно учесть свойство жидкости, которая расширяется при нагревании. Теплоноситель в отопительных контурах увеличивается минимум на 3% от суммарного объема системы теплоснабжения.

Жидкость принадлежит к телам, которые находятся в переходном состоянии (на грани твердого и газообразного). Соответственно, расширительный бачок должен иметь достаточный резерв для теплового расширения. В условиях полной заполненности системы теплоносителем существует риск его сброса через предохранительную арматуру даже в рамках расчётного объема.

Чтобы предотвратить аварии, связанные с расширением объемов жидкости, для частных домов с небольшими контурами желательно выбирать расширительные бачки, объем которых должен соответствовать десятой части от общего количества циркулирующей в системе рабочей жидкости. Это правило касается отопительных систем вместимостью до 150 литров.

Полученное значение суммируется с объемом теплоносителя, образованного в расширительном бачке вследствие статической нагрузки, создаваемой жидкостью. Произведенный результат умножают на корректирующий коэффициент, устанавливаемый по значениям промежуточного и итогового давления.

Программы для проектирования отопительных систем и водообеспечения. презентация

1 Программы для проектирования отопительных систем и водообеспечения

2 Быстрый выбор радиаторов

3 Audytor SDG нужна для быстрого выбора радиаторов в разных типах строений Никаких специализированных знаний не потребуется. Необходимо иметь информацию про размеры и назначении помещений, количестве окон и стен снаружи Размер и кол-во приборов в каждом индивидуальном помещении Общую спецификацию оборудования Расчетные тепловые нагрузки по индивидуальным помещениям Технические параметры по избранному оборудованию Назначение программы Audytor SDG Какие знания необходимы для работы в программе Audytor SDG Какую данные можно получить в результате работы в программе Audytor SDG

4 Кому может быть полезна программа Audytor SDG Проектировщикам – для быстрого расчета количества и размера радиаторов в проекте (к примеру на стадии А) 3аказчикам – чтобы сравнить и выбора оборудования Торговым менеджерам оборудования для отопления – для возможности быстрого выбора отопительных приборов и расчета стоимости Каждому желающему –для выбора и расчета размера или количества секций отопительных приборов в собственном доме

5 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Адрес объекта

6 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Климатическая территория

7 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Ветровые условия

8 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Тепловая защита строения

9 ОБЩИЕ Эти параметры системы обогрева

10 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Степень остекления стен снаружи

11 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Степень остекления стен снаружи

12 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Состояние окон

13 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Высота помещений принимаемая по умолчанию

14 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Расстояние от подоконника до пола

15 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Вид радиатора принимаемый по умолчанию

16 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Расположение радиатора принимаемое по умолчанию

17 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Защита радиатора принимаемая по умолчанию

18 ОБЩИЕ ДАННЫЕ Наличие термостатического вентиля

19 Выбор Отопительных приборов Символ помещения

20 Выбор Отопительных приборов Символ помещения

21 Выбор Отопительных приборов Площадь помещения, м 2

22 Выбор Отопительных приборов Высота помещения, м 2 (по умолчанию принимается из Общих данных)

23 Выбор Отопительных приборов Объем помещения, м 3 Оставь поле пустым – программа рассчитает автоматично

24 Выбор Отопительных приборов Этаж

25 Выбор Отопительных приборов Кол-во стен снаружи

26 Выбор Отопительных приборов Степень остекления Степень остекления – процентное соотношение площади окон к площади стен снаружи

27 Выбор Отопительных приборов Наличие и состояние окон Степень остекления – процентное соотношение площади окон к площади стен снаружи — по умолчанию принимается из Общих данных

28 Выбор Отопительных приборов Требуемая теплопроизводительность для отапливания этого помещения, Вт Оставь поле пустым – программа рассчитает автоматично

29 Выбор Отопительных приборов Удельная теплопроизводительность для отапливания этого помещения, Вт Оставь поле пустым – программа рассчитает автоматично

30 Выбор Отопительных приборов Расстояние от подоконника до пола Поле необязательно к наполнению — по умолчанию принимается из Общих данных

31 Выбор Отопительных приборов Самая большая длина радиатора Поле необязательно к наполнению — по умолчанию принимается из Общих данных

32 Выбор Отопительных приборов Расположение радиатора Поле необязательно к наполнению — по умолчанию принимается из Общих данных

33 Выбор Отопительных приборов Защита радиатора Поле необязательно к наполнению — по умолчанию принимается из Общих данных

34 Выбор Отопительных приборов Процентная мощность радиатора Поле необязательно к наполнению, если в помещении 1 прибор

35 Выбор Отопительных приборов Вид радиатора Поле необязательно к наполнению — по умолчанию принимается из Общих данных F1 – вызов каталога радиаторов

36 Выбор Отопительных приборов Длина или численность секций радиатора Ввод размера радиатора ручным способом – по надобности

37 Выбор Отопительных приборов Выбранный радиатор

38 Выбор Отопительных приборов Выбранный размер радиатора Длина (или численность секций), высота, глубина

39 Выбор Отопительных приборов Настоящая теплопроизводительность выбранного радиатора

40 Выбор Отопительных приборов Информация – правильно ли выбран радиатор в этом помещении

41 ИТОГИ Выбора ведомость радиаторов по помещениям

42 ИТОГИ Выбора специфика радиаторов

43 Подготовительный ПРОСМОТР ПЕЧАТИ

44 КАТАЛОЖНЫЕ ДАННЫЕ

46 ДАННЫЕ Об изготовителе И ПРОДУКЦИИ

47 Благодарю ЗА ВНИМАНИЕ

Автоматизация насосного оборудования

Для нормального функционирования такие насосы должны потреблять электроэнергию. На сегодняшний день электричество не является дешевым, поэтому многие задумываются о том, как сделать работу насоса более экономной с точки зрения потребления электроэнергии.

Устройство отопительной системы в частном доме — дело нужное и крайне важно, когда вы хотите создать максимально комфортные температурные условия проживания в нем. Наиболее эффективно работающим тепловым блоком является обвязка с принудительной циркуляцией теплоносителя по магистрали

Чтобы реализовать такую задачу, следует дооборудовать систему насосной установкой

Вот только вся проблема в том, что необходимо подобрать подобное оборудование по производительности, ведь именно от этого зависит эффективность функционирования всего контура. А как правильно рассчитать мощность циркуляционного насоса для отопления, вы узнаете из этой статьи

Чтобы реализовать такую задачу, следует дооборудовать систему насосной установкой. Вот только вся проблема в том, что необходимо подобрать подобное оборудование по производительности, ведь именно от этого зависит эффективность функционирования всего контура. А как правильно рассчитать мощность циркуляционного насоса для отопления, вы узнаете из этой статьи.

Что такое гидравлический расчёт

Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

диаметр и пропускную способность труб;
местные потери давления на участках;
требования гидравлической увязки;
общесистемные потери давления;
оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов.

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор).

Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

Комплексные задачи — минимизация расходов:

капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
эксплуатационных:
- зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
- стабильность и надёжность;
- бесшумность.

Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
по характеристикам проводимости и сопротивления;
сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

Пример гидравлического расчета системы отопления

Для начала гидравлического расчета однотрубной системы отопления образовываются два кольца отопительной системы, которое больше — называется первым. Разбивают все кольца на участки, нумеровать нужно от начала общего трубопровода. Для того чтобы не нарушалась циркуляция, необходимо делать вычисления для подачи и обратки параллельно. Сначала рассчитаем расход теплоносителя, для этого необходимы следующие данные:

Нагрузка определенного участка отопительной системы;
При какой температуре подается теплоноситель;
При какой температуре движется обратно теплоноситель;
Теплоемкость воды постоянная величина и равна 4,2 кДж/кг*градусов Цельсия.

Если предположить, что нагрузка на определенный участок равна 1000 Ватт, тогда можно при помощи специальных таблиц выбрать нужный диаметр труб для обогрева помещения

Обязательно обратите внимание: диаметр начинающей трубы самый большой, а чем дальше он уходит, тем меньше он становится. Двигаться теплоноситель должен со скоростью от 0,2 до 1,5 м/сек

Если движение будет меньше, тогда система завоздушится, если больше будет шуметь трубопровод

Оптимальной считается скорость 0,5-0,7 м/сек

Если движение будет меньше, тогда система завоздушится, если больше будет шуметь трубопровод. Оптимальной считается скорость 0,5-0,7 м/сек.

В любой системе отопления есть потери напора, это происходит при трении в трубе, радиаторе и арматуре. Для расчета этой величины, необходимо следующие показатели просуммировать:

Скорость теплоносителя;
Плотность воды;
Длину трубы на определенном участке системы;
Потерю напора в трубе;
Суммарная величина сопротивления теплоносителя.

Для того чтобы получить общую сумму сопротивления необходимо сложить показатели сопротивления на всех участках трубопровода.

Расчет тепловой мощности системы отопления

Тепловая мощность системы отопления — это количество теплоты, которое необходимо выработать в доме для комфортной жизнедеятельности в холодное время года.

Теплотехнический расчет дома

Существует зависимость между общей площадью обогрева и мощностью котла. При этом, мощность котла должна быть больше или равняться мощности всех отопительных приборов (радиаторов). Стандартный теплотехнический расчет для жилых помещений следующий: 100 Вт мощности на 1 м² отапливаемой площади плюс 15 — 20 % запаса.

Расчет количества и мощности приборов отопления (радиаторов) необходимо проводить индивидуально для каждого помещения. Каждый радиатор имеет определенную тепловую мощность. В секционных радиаторах общая мощность складывается из мощности всех используемых секций.

В несложных отопительных системах приведенных способов расчета мощности бывает достаточно. Исключение — здания с нестандартной архитектурой, имеющие большие площади остекления, высокие потолки и другие источники дополнительных теплопотерь. В этом случае потребуется более детальный анализ и расчет с использованием повышающих коэффициентов.

Теплотехнический расчет с учетом тепловых потерь дома

Расчет тепловых потерь дома необходимо выполнять для каждого помещения в отдельности, с учетом окон, дверей и внешних стен.

Более детально для данных теплопотерь используют следующие данные:

Толщину и материал стен, покрытий.
Конструкцию и материал кровельного покрытия.
Тип и материал фундамента.
Тип остекления.
Тип стяжек пола.

Для определения минимально необходимой мощности отопительной системы с учетом тепловых потерь можно воспользоваться следующей формулой:

Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860, где:

Qт — тепловая нагрузка на помещение.

V — объем обогреваемого помещения (ширина × длина × высота), м³.

ΔT — разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения, °C.

K — коэффициент тепловых потерь строения.

860 — перевод коэффициента в кВт×ч.

Коэффициент тепловых потерь строения K зависит от типа конструкции и изоляции помещения:

K	Тип конструкции
3 — 4	Дом без теплоизоляции — упрощенная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа.
2 — 2,9	Дом с низкой теплоизоляцией — упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши.
1 — 1,9	Средняя теплоизоляция — стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей.
0,6 — 0,9	Высокая теплоизоляция — улучшенная конструкция, кирпичные стены с теплоизоляцией, небольшое число окон, утепленный пол, кровельный пирог с высококачественной теплоизоляцией.

Разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения ΔT определяется исходя из конкретных погодных условий и требуемого уровня комфорта в доме. Например, если температура снаружи -20 °C, а внутри планируется +20 °C, то ΔT = 40 °C.