Гидравлический расчет системы отопления: просто о сложном

Содержание

• 1 Что рассчитываем
• 2 Проблемы
• 3 Формулы
  • 3.1 Скорость потока
  • 3.2 Диаметр
  • 3.3 Напор
  • 3.4 Производительность
• 4 Пример
• 5 Заключение

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.

Проектирование отопления начинается с вычислений.

Что рассчитываем

Для любой системы отопления важнейший параметр — ее тепловая мощность.

Она определяется:

• Температурой теплоносителя.
• Тепловой мощностью отопительных приборов.

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:

Внутреннее сечение трубопровода, привязанное к его диаметру.

У разных типов труб наружный и внутренний диаметр соотносятся по-разному.

Скорость потока в этом трубопроводе.

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

Гидравлическое сопротивление контура. Расчет гидравлического сопротивления системы отопления позволит определить требования к напору, создаваемому циркуляционным насосом.

Расход теплоносителя через контур, определяющийся производительностью циркуляционного насоса отопительной системы 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.

Эта номограмма для гидравлического расчета систем отопления позволяет определить потерю напора для разных диаметров и значений расхода.

• 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.

Шум в системе отопления едва ли порадует вас ночью.

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.

Внутренний диаметр трубы, мм Тепловой поток, Вт при Dt = 20С Скорость 0,6 м/с Скорость 0,8 м/с Скорость 1 м/с 8 2453 3270 4088 10 3832 5109 6387 12 5518 7358 9197 15 8622 11496 14370 20 15328 20438 25547 25 23950 31934 39917 32 39240 52320 65401 40 61313 81751 102188 50 95802 127735 168669

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.

Элементы контура Значение коэффициента Арматура и фитинги 1,3 Термостатические головки и клапаны 1,7 Смеситель с трех- или двухходовым клапаном 1,2

На фото — смесительный узел для отопления.

Если в системе присутствует несколько элементов из списка, соответствующие коэффициенты перемножаются. Так, для системы с шаровыми вентилями, резьбовыми фитингами для труб 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.

Насос KSB Rio-Eco Z с плавной регулировкой.

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!