Пример гидравлического расчета системы отопления эксель. Выполнение гидравлического расчета системы отопления
Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.
Перед началом
гидравлических расчётов выполняют:
- Сбор и обработку информации по объекту с целью:
- определения количества требуемого тепла;
- выбора схемы отопления.
- Тепловой расчёт системы отопления с обоснованием:
- объёмов тепловой энергии;
- нагрузок;
- теплопотерь.
Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.
Для расчёта гидравлики с помощью программ требуется знакомство с теорией и законами сопротивления. Если приведенные ниже формулы покажутся вам сложными для понимания, можно выбрать параметры, которые мы предлагаем в каждой из программ.
Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.
В этой статье:
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 ().
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.
Расчет гидравлики системы отопления
Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.
Вынесите данные в эту таблицу:
Шаг 1: считаем диаметр труб
В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:
1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым(tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º
- Δtco=tг- tо=90º-70º=20ºС
1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для системы.
2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.
Чем меньше внутренний диаметр труб — тем выше скорость. Достигая отметки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.
3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.
Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):
Формула для расчёта скорости теплопотока
4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С
5. Параметры участков:
| Участок | Длина участка, м | Число приборов N, шт |
|---|---|---|
| 1 - 2 | 1.78 | 1 |
| 2 - 3 | 2.60 | 1 |
| 3 - 4 | 2.80 | 2 |
| 4 - 5 | 2.80 | 2 |
| 5 - 6 | 2.80 | 4 |
| 6 - 7 | 2.80 | |
| 7 - 8 | 2.20 | |
| 8 - 9 | 6.10 | 1 |
| 9 - 10 | 0.5 | 1 |
| 10 - 11 | 0.5 | 1 |
| 11 - 12 | 0.2 | 1 |
| 12 - 13 | 0.1 | 1 |
| 13 - 14 | 0.3 | 1 |
| 14 - 15 | 1.00 | 1 |
Для определения внутреннего диаметра по каждому участку удобно пользоваться таблицей.
Расшифровка сокращений:
- зависимость скорости движения воды — ν, с
- теплового потока — Q, Вт
- расхода воды G, кг/час от внутреннего диаметра труб
| Ø 8 | Ø 10 | Ø 12 | Ø 15 | Ø 20 | Ø 25 | Ø 50 | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ν | Q | G | v | Q | G | v | Q | G | v | Q | G | v | Q | G | v | Q | G | v | Q | G |
| 0.3 | 1226 | 53 | 0.3 | 1916 | 82 | 0.3 | 2759 | 119 | 0.3 | 4311 | 185 | 0.3 | 7664 | 330 | 0.3 | 11975 | 515 | 0.3 | 47901 | 2060 |
| 0.4 | 1635 | 70 | 0.4 | 2555 | 110 | 0.4 | 3679 | 158 | 0.4 | 5748 | 247 | 0.4 | 10219 | 439 | 0.4 | 15967 | 687 | 0.4 | 63968 | 2746 |
| 0.5 | 2044 | 88 | 0.5 | 3193 | 137 | 0.5 | 4598 | 198 | 0.5 | 7185 | 309 | 0.5 | 12774 | 549 | 0.5 | 19959 | 858 | 0.5 | 79835 | 3433 |
| 0.6 | 2453 | 105 | 0.6 | 3832 | 165 | 0.6 | 5518 | 237 | 0.6 | 8622 | 371 | 0.6 | 15328 | 659 | 0.6 | 23950 | 1030 | 0.6 | 95802 | 4120 |
| 0.7 | 2861 | 123 | 0.7 | 4471 | 192 | 0.7 | 6438 | 277 | 0.7 | 10059 | 433 | 0.7 | 17883 | 769 | 0.7 | 27942 | 1207 | 0.7 | 111768 | 4806 |
Пример
Задача : подобрать диаметр трубы для отопления гостиной площадью 18 м², высота потолка 2,7 м.
Данные проекта:
- циркуляция — принудительная (насос).
Среднестатистические данные:
- расход мощности – 1 кВт на 30 м³
- запас тепловой мощности – 20%
Расчёт :
- объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м³
- расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
- запас на случай морозов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
- итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт
Находим в таблице наиболее близкое значения Q:
Получаем интервал внутреннего диаметра: 8-10 мм.
Участок: 3-4.
Длина участка: 2.8 метров.
Шаг 2: вычисление местных сопротивлений
Чтобы определиться с материалом труб, необходимо сравнить показатели их гидравлического сопротивления на всех участках отопительной системы.
Факторы возникновения сопротивления:
Трубы для отопления
- в самой трубе:
- шероховатость;
- место сужения/расширения диаметра;
- поворот;
- протяжённость.
- в соединениях:
- тройник;
- шаровой кран;
- приборы балансировки.
Расчетным участком является труба постоянного диаметра с неизменным расходом воды, соответствующим проектному тепловому балансу помещения.
Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:
- длина трубы на расчётном участке/l,м;
- диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
- принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
- данные регулирующей арматуры от производителя;
- справочные данные:
- коэффициент трения/λ;
- потери на трение/∆Рl, Па;
- расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;
- технические характеристики изделия:
- эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
- толщина стенки трубы/dн×δ, мм.
Для материалов со сходными значениями kэ производители предоставляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.
Чтобы самостоятельно определить удельные потери на трение/R, Па/м, достаточно знать наружный d трубы, толщину стенки/dн×δ, мм и скорость подачи воды/W, м/с (или расход воды/G, кг/ч).
Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:
Для стальных и полимерных труб (из , полиэтилена, стекловолокна и т.д.) коэффициент трения/ λ наиболее точно вычисляется по формуле Альтшуля:
Re — число Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=v*d/ν) или с помощью онлайн-калькулятора:
Шаг 3: гидравлическая увязка
Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.
Исходные данные:
- проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или );
- данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
- технические характеристики арматуры.
- количество местных сопротивлений на участке.
Задача : выровнять гидравлические потери в сети.
В гидравлическом расчёте для каждого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность). По характеристикам сопротивления определяют коэффициенты затекания в каждый стояк и далее — в каждый прибор.
Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора
Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².
Потери давления/∆P, Па
прямо пропорциональны квадрату расхода воды по участку/G, кг/ч:
В физическом смысле S — это потери давления на 1 кг/ч теплоносителя:
где:
- ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
- А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².
Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч теплоносителя в трубе заданного диаметра (информация предоставляется производителем).
Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.
Приведенный коэффициент:
Он суммирует все местные сопротивления:
С величиной:
которая соответствует коэффициенту местного сопротивления с учётом потерь от гидравлического трения.
Шаг 4: определение потерь
Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:
- первичного контура/ΔPIк;
- местных систем/ΔPм;
- теплогенератора/ΔPтг;
- теплообменника/ΔPто.
Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:
Обзор программ
Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.
Самой популярной является Excel.
Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.
Главная трудность в работе с такими программами — незнание основ гидравлики. В некоторых из них отсутствуют расшифровки формул, не рассматриваются особенности разветвления трубопроводов и вычисления сопротивлений в сложных цепях.
Особенности программ:
- HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
- DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
- «Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.
Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.
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 | 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 | 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 | n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2) | 0,003368 | Кинематический коэф. вязкости воды - n, cм2/с при tср | |
| D14 | !ERROR! D12 does not contain a number or expression | ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000 | 0,970 | Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср |
| D15 | G’=G*1000/(ρ*60) | 773,024 | Расход воды G’, л/мин | |
| D16 | !ERROR! D4 does not contain a number or expression | v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600) | 1,640 | Скорость воды v, м/с |
| D17 | !ERROR! D16 does not contain a number or expression | Re=v*d*10/n | 487001,4 | Число Рейнольдса Re |
| D18 | !ERROR! Cell D17 does not exist | λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147*Re 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=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*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 | dPтр=dPтр*9,81*10000 | 45565,9 | и Па соответственно D20 |
|
| D22 | !ERROR! D10 does not contain a number or expression | dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10) | 0,025150 | Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2 |
| D23 | !ERROR! Cell D22 does not exist | dPтр=dPмс*9,81*10000 | 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=dP*9,81*10000 | 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
- 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.
Экономия тепла в жилище во многом зависит от грамотного расчета гидравлики, ее правильного монтажа, а также использования. Все элементы обогревающей системы (котел, теплопроводные трубы и радиаторы, отдающие тепло) должны быть связаны между собой так, чтобы сохранялись исходные параметры системы, независимо оттого, какое время года за окном и какие оказываются нагрузки.
Что обозначает расчет гидравлики и зачем он нужен
Сделать гидравлический расчет отопления – это значит правильно подобрать параметры определенных участков сети с учетом давления, чтобы по ним осуществлялся определенный расход теплоносителя.
Этот расчет дает возможность определить:
- Потери давления на различных участках сети;
- Пропускную способность трубопровода;
- Оптимальный расход жидкости;
- Необходимые показатели для выполнения гидравлической увязки.
Совмещая все полученные данные можно подобрать отопительные насосы.
Главная цель расчета гидравлики – обеспечение соответствия посчитанных расходов источника тепла с фактическими.
Количество попадающего в радиаторы источника тепла должно быть таким, чтобы получился обогревающий баланс внутри здания с учетом уличной температуры и температуры, заданной пользователем для каждой комнаты в отдельности.
Если отопление автономное, можно использовать такие методы расчета:
- Используя характеристики сопротивления и проводимости;
- По удельным расходам;
- Путем сравнивания динамического давления;
- По различным длинам, приведенным к одному показателю.
Расчет гидравлики – один из важнейших этапов при разработке систем отопления с жидким теплоносителем.
Прежде чем приступить к его осуществлению необходимо:
- Определить баланс тепла в необходимых помещениях;
- Выбрать тип приборов отопления и разместить их на чертежах здания;
- Решить вопросы по конфигурации обогревательной системы, а также по видам применяемых труб и арматуры;
- Начертить схему системы отопления, где будут видны номера, нагрузки и длины необходимых участков;
- Определить основное циркуляционное кольцо, по которому движется теплоноситель.
Обычно для зданий с малым количеством этажей применятся двухтрубная отопительная система, а для построек с большой этажностью – однотрубная.
Автоматизированный гидравлический расчет системы отопления Excel
Чтобы было удобнее делать гидравлические расчеты, можно воспользоваться различными компьютерными программами, позволяющими выполнять точные вычисления. Одной из самых таких популярных программ считается Excel.
Кстати, если вы не знаете основ гидравлики, то сделать вам это будет трудно, даже в компьютерных программах. Это связано с тем, что в некоторых из них нет расшифровок формул и вычислений сопротивления в особо сложных цепочках.
Нюансы некоторых программ:
- OvertopCO и DanfossCO могут вести расчеты систем с естественной циркуляцией;
- HERZ C.O. 3.5 – работает по способу расчета удельных потерь давления;
- Potok – отлично справляется с расчетами по изменяющимся перепадам температур по стоякам.
При вводе температурных данных нужно обязательно уточнять – по Цельсию идет вычисление или по Кельвину.
Что касается работы в Excel, то использовать электронные таблицы очень удобно. Нужно просто знать поочередность действий и точные вычислительные формулы. Вначале выбирается нужная ячейка, в которую вводятся данные. Дальнейший расчет происходит путем автоматического применения формул.
- Разницу между горячим и холодным источником тепла для двухтрубной системы или расход жидкости для однотрубной;
- Скорость движения источника тепла и его потока;
- Плотность жидкости и параметры исследуемых участков (их длина в метрах и число находящихся там приборов).
Для расчета размеров труб внутри каждого участка как раз удобно пользоваться экселевскими таблицами.
Как вычислить гидравлическое сопротивление системы отопления
Чтобы решить из какого материала брать трубы, нужно узнать сопротивление гидравлики на всех участках системы обогрева и сравнить его.
Сопротивление может возникать в самой трубе из-за ее поворотов, сужений или расширений, а также в соединениях между шаровыми кранами, тройниками или балансирующими приборами.
Расчетным участком обычно считается труба с неменяющимся расходом жидкости, равным запланированному балансу тепла помещения.
Для расчета потерь берутся следующие данные, учитывая сопротивление арматуры:
- Диаметр и длина трубы на нужном участке;
- Параметры регулировочной арматуры от фирмы-производителя;
- Скорость, с которой движется теплоноситель;
- Шероховатость трубопровода и толщина его стенок;
- Данные из справочника: потери трения и его коэффициент, плотность жидкости.
Если нужно самостоятельно вычислить удельные потери трения нужно знать внешний диаметр трубы, толщину ее стенки и скорость, с которой подается жидкость.
Чтобы найти гидравлическое сопротивление на одном участке, можно воспользоваться формулой Дарси-Вейсбаха:
Гидравлика системы отопления и ее увязка
Балансирование перепадов давления в системе отопления осуществляется с помощью запорной и регулировочной арматуры.
Увязка гидравлики рассчитывается исходя из:
- Параметров труб по динамическому сопротивлению;
- Технических свойств арматуры;
- Общего расхода источника тепла;
- Количестваимеющихся сопротивлений на расчетном участке.
Здесь нужно иметь в виду, что способность пропускать, давленческие перепады и крепления определяются для клапанов по отдельности. Именно по этим характеристикам вычисляются коэффициенты попадания источника тепла в каждый стояк, а затем в радиаторы.
Отсутствие гидравлической увязки в отопительной системе может привести к тому, что в некоторых помещениях будет очень сложно достичь нужной температуры.
Сопротивление гидравлики в основном циркуляционном кольце равно сумме потерь местных систем, первичного контура, теплообменника и теплогенератора.
Гидравлический расчет системы отопления (видео)
Выполняя гидравлический расчет, вы делаете отопительную систему более совершенной, правильно подбирая ее параметры таким образом, чтобы в любую погоду, при любых нагрузках расход источника тепла не превышал заданные нормы.
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.
Централизованный тип постепенно уступает место автономной системе отопления. Многие принимают решение обогревать помещения собственными силами, желая создать идеальное сочетание экономичности, тепла и комфорта. Именно поэтому особую актуальность приобретает гидравлический расчет системы отопления.
На начальном этапе предстоят финансовые траты. Однако новейшее отопительное оборудование обладает инновационным подходом к процессу регулирования подачи тепла по сравнению со старым, поэтому вложенные деньги быстро окупаются. Но такую гармонию могут обеспечить лишь системы, созданные по всем правилам. Они смогут профессионально преодолеть возникающее гидравлическое сопротивление.
Для чего делается расчет
Вычисления производят в первую очередь для того, чтобы определить такие характеристики циркуляционного насоса, как производительность и напор, которые позволят системе отопления работать с наибольшей эффективностью.
Конечно, какую-то циркуляцию в контуре создаст любой насос, даже самый маломощный, но насколько экономичной будет такая схема? Часто бывает так, что и котел исправно работает и радиаторов в доме достаточно, но они не греют из-за слабой циркуляции в системе.
Чтобы контуры отопления работали в полную силу, необходимо, чтобы насос преодолел гидравлическое сопротивление элементов системы потоку воды в трубах, а также потери давления. Но и насос большей мощности, чем нужно, также приведет к нежелательным эффектам. Кроме повышенного расхода электроэнергии, превышение давления плохо скажется на долговечности соединений, а увеличение скорости продвижения теплоносителя приведет к возникновению шумов.
Правильно рассчитанное гидравлическое сопротивление и качественная регулирующая арматура – наиболее эффективное сочетание.
Соблюдение ключевых условий обеспечивают следующие факторы:
- снабжение отопительных приборов должно осуществляться в достаточном объеме для идеального баланса в помещении при температурных колебаниях воздуха снаружи и в жилище;
- минимизация затрат на эксплуатацию, чтобы преодолеть системное гидравлическое сопротивление;
- снижение капитальных затрат во время прокладки отопления.
Что учитывается в расчете?
Перед тем как начинать вычисления, следует выполнить ряд графиче
ских действий (часто для этого применяется специальная программа). Гидравлический расчет предполагает определение показателя баланса тепла помещения, в котором происходит отопительный процесс.
Для расчета системы рассматривается самый протяженный контур отопления, включающий наибольшее количество приборов, фитингов, регулирующей и запорной арматуры и наибольший перепад давления по высоте. В расчете участвуют такие величины:
- материал трубопроводов;
- суммарная длина всех участков трубы;
- диаметр трубопровода;
- изгибы трубопровода;
- сопротивление фитингов, арматуры и отопительных приборов;
- наличие байпасов;
- текучесть теплоносителя.
Чтобы учесть все эти параметры существуют специализированные компьютерные программы, как пример - «НТП Трубопровод», «Oventrop CO», HERZ С.О. версии 3.5. или множество их аналогов, облегчающие специалистам производство расчетов.
Сделать верные расчеты в части преодоления сопротивления – это самый трудоемкий, но нео
бходимый шаг при проектировании отопительных систем водяного типа.
Выбор радиаторов и длины участков трубопровода
Необходимо определиться с видом устройств для отопления и проставить места их расположение на плане помещения. Далее должно быть принято решение об итоговой конфигурации отопительной системы, вида трубопровода (однотрубный или двухтрубный), арматуры для запора и регулирования (клапана, регуляторы, вентили, датчики давления, расхода и температуры).
Затем на вычерченной схеме указывается номер тепловых нагрузок и точная длина участков, для которых производится расчет. В заключении определяется «циркулирующее кольцо». Оно представляет собой контур замкнутого вида, который включает в себя все последовательные трубопроводные участки, на которых ожидается повышенный расход носителя тепла на расстоянии от источника, излучающего теплоэнергию, до самого дальнего прибора отопления (при двухконтурной системе) или до приборной ветки (при однотрубной системе) и назад к отопительному механизму.
Нюансы
При гидравлическом расчете с помощью компьютера excel – не единственная, хоть и наиболее простая. Для данного вида подсчетов разработаны специализированные программы, с которыми работать значительно проще.
В роли расчетного трубопровода обычно выступает участок, имеющий неизменный расход носителя тепла и постоянный диаметр. Так будет проще получить правильные данные. Он определяется по тепловому балансу помещения.
Нумерация участков должна происходить от теплового источника. Чтобы обозначить узловые точки на трубопроводе, который осуществляет подачу, в местах ответвлений применяют буквы алфавита. На магистралях сборного типа в соответствующих узлах их обозначают штрихами (пример хорошо это иллюстрирует).
Узловые точки на ответвлениях приборных веток обозначаются арабскими цифрами. Каждая соответствует номеру этажа, если применяется система горизонтального типа, или номеру ветки-стояка с приборами, если речь идет о вертикальной системе. В номер всегда входят две цифры – начало и конец участка. Длина трубопроводных участков определяется по плану, который вычерчивается в масштабе. Точность составляет 0,1 м.
Расчет однотрубной системы отопления рекомендуется проводить при одинаковых (постоянных) или различных (переменных) перепадах температуры воды в стояках методом характеристик сопротивления. При этом следует применять верхнюю разводку, при которой обеспечивается движение воды к отопительному прибору «сверху-вниз».
Обеспечить бесперебойную работу отопительной системы помогут правильно выполненные гидравлические расчеты еще на стадии ее проектирования. Они позволят узнать точные расходы по каждому из элементов цепи, а в идеале помогут минимизировать расходы на ремонт труб, их эксплуатацию и энергозатраты. При этом отопительный контур должен стабильно и бесшумно работать.
Зачем нужен гидравлический расчет?
При гидравлическом расчете находятся решения следующих важных задач:- Вычислить потери напора на определенных участках отопительного контура.
- Определить оптимальный диаметр труб, используемых для прокладки отопления на основании рекомендованной скорости движения теплоносителя.
- Рассчитать теплопотери и значение минимального давления в системе.
- Правильно выполнить увязку параллельных гидравлических ветвей и вмонтированных в них приборов. Она будет проводиться с использованием регулирующей арматуры.
Алгоритм проведения расчетов
Чтобы провести полный гидравлический расчет системы, вначале нужно пройти несколько этапов:- Установить тепловой баланс для каждого конкретного помещения.
- Выбрать и установить отопительные приборы по всему периметру здания или только в той его части, где расположены отапливаемые помещения.
- Проработать окончательную аксонометрическую схему с указанием длин тепловых расчетных участков и нагрузок на отопительную магистраль.
- Установить замкнутый контур системы, который будет заключительным звеном последовательно расположенных участков трубопровода. В двухтрубной системе они идут от источника тепла к самому отдаленному отопительному прибору, а в однотрубной – к приборной ветке-стояку.
- Принять окончательные решения по месту установки всех источников тепла, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры.
- потерь давления на определенных участках теплосети;
- диаметра трубы и пропускной способности;
- потери давления в общей системе;
- оптимального расхода теплоносителя.
Гидравлический расчет трубы
Эффективность отопительной системы во многом зависит от правильности выбранного диаметра труб, при этом можно ориентироваться на приведенные ниже показатели.Для металлопластиковых труб:
- D16 мм - пределы мощности варьируются от 2,8 до 4,5 кВт;
- D20 мм – значения могут быть от 5 до 8 кВт;
- D26 мм – от 8 до 13 кВт;
- D32 мм – 13-18 кВт.
- D20 мм – значение мощности составляет от 4 до 7 кВт;
- D25 мм – от 6 до 11 кВт;
- D32 мм – от 10 до 18 кВт;
- D40 мм – пределы варьируются от 16 до 28 кВт.
Нумерация расчетных участков трубопровода начинается от источника тепла. Узловые точки, расположенные в местах трубопровода, обозначаются заглавными буквами, но на сборных трубопроводах их указывают со штрихом. На распределительных приборных ветках такие узлы обозначаются арабскими цифрами. Длины расчетных трубопроводов определяются по планам отопления, выполненным в масштабе. Они идут с точностью в 0,1 метр.
Расчет расхода теплоносителя
Задействованный объем теплоносителя, который имеется в радиаторах и трубах, должен обеспечивать нормальную температуру внутри дома, невзирая на то, какая погода будет за его стенами.Она вычисляется по формуле:
M = Q/Cp x Р delta t , где
- Q – общая мощность отопительной системы, кВт;
- Cp – показатель удельной теплоемкости воды, ее обычно принимают равной 4,19 кДж/(кг «умножить на» градус по Цельсию);
- Р delta t – температурная разница на входе и выходе системы, для расчета которой берется «обратка» и подача котла.
Чтобы получить точное значение, следует просчитать по мощности все радиаторы, к которым поставляется теплоноситель. Расчеты проводятся для труб перед каждой батареей.
Гидравлический расчет скорости теплоносителя
Важный показатель, который также рассчитывается на всех участках трубы до момента подключения к радиатору. Скорость движения жидкости вычисляется по формуле:V = m/p x f , где
- m – потер теплоносителя на определенном участке трубы, кг/с;
- p – плотность воды, кг/куб. м (она берется, как 1000 кг/куб. м);
- f – площадь трубы в поперечном сечении, кв. м.
f = Пi x r2 , где
- r2 – внутренний диаметр трубы, деленный на 2;
- Пi – математическая постоянная равная 3,14.
Расчет местных сопротивлений
Они приходятся на места соединения труб с фитингами, запорной арматурой или отопительным оборудованием. Потери напора в этом случае рассчитывается по формуле:delta р м. с. = Summa Y x V/2 x p , где
- delta p м. с. – потери напора на местных сопротивлениях, Па;
- Summa Y – сумма коэффициентов всех местных сопротивлений на участке (для каждого отдельного фитинга производитель указывает свой коэффициент);
- V – скорость прохождения теплоносителя по трубам, м/с;
- p – плотность жидкости, циркулирующей в отопительной системе, кг/куб. м.
Вычисление потерь давления в контуре
При вычислениях учитывается и «обратка», и подача. Формула выглядит следующим образом:delta P р = R x L , где
- delta P p – расход давления в системе, Па;
- R – удельный расход на трение во внутренней части трубы, Па/м (его значение указывается производителем);
- L – длина расчетного отрезка трубопровода, м.
Значения скорости теплоносителя должны находиться в пределах от 0,25 до 1,5 м/с. Если этот показатель будет выше, в трубах будет слышаться шум, а если оно упадет ниже минимального значения, то возрастет риск завоздушивания системы.
Проведение гидравлических расчетов в Excel
Существует несколько профессиональных и любительских программ, которые после введения формул помогают вычислять все нужные параметры. Самой популярной является Excel. В ней нет расшифровки формул, поэтому их нужно изучить заранее, чтобы затем только подставлять нужные значения.Чтобы выполнить расчеты в Excel нужно заранее подготовить последовательность действий и подобрать нужные формулы.
Примерное заполнение табличных полей этой программы выглядит следующим образом:
- Выполняется таблица с названиями показателей, их величиной и единицей выражения.
- Вводятся данные для расчета, некоторые из которых берутся из справочников, другие задаются исходя из опыта или характеристик оборудования.
- Вводятся формулы и алгоритмы вычисления.
Внизу предоставлено видео, на котором рассказано как провести гидравлический расчет теплосети по каждому определенному параметру в программе ZuluNetTools с последующей перегонкой результатов в таблицы Excel:
Особенности выполнения вычислений в одно- и двухтрубной системе
Если в двухтрубной схеме осуществляется попутное движение теплоносителя, то для проведения расчетов выбирается кольцо с более нагруженным стояком, которое завязано через нижний радиатор, а в однотрубной системе выбирается кольцо с самым сильно нагруженным стояком.Если используется тупиковое движение горячей воды, то для двухтрубной схемы берется кольцо нижней батареи, вмонтированной в самый дальний стояк. При горизонтальном виде разводки применяется самая загруженная ветка надподвального этажа.
Видео: Первый самостоятельный гидравлический расчет
В следующем видео предлагается узнать, в чем принцип подобных расчетов, а также как же можно их провести с помощью специальной программы Valtec, Excel или обычных математических подсчетов:Лучше один раз потратить время на гидравлические вычисления отопительной системы, чем без него оказаться в непредвиденных обстоятельствах в зимний период. Ремонтные работы и холод в доме обойдутся намного дороже, даже если расчеты заказывать у частника.
