Хидравлично изчисляване на отоплителна система с помощта на конкретен пример

Отоплението, базирано на циркулация на топла вода, е най-често срещаният вариант за подреждане на частен дом.За компетентно разработване на системата е необходимо да имате предварителни резултати от анализи, така нареченото хидравлично изчисление на отоплителната система, свързващо налягането във всички участъци на мрежата с диаметрите на тръбите.

Представената статия описва подробно методологията за изчисление. За да разберем по-добре алгоритъма на действията, разгледахме процедурата за изчисление, използвайки конкретен пример.

При спазване на описаната последователност ще бъде възможно да се определи оптималният диаметър на тръбопровода, броят на нагревателните устройства, мощността на котела и други параметри на системата, необходими за организиране на ефективно индивидуално топлоснабдяване.

Понятие за хидравлично изчисление

Определящият фактор в технологичното развитие на отоплителните системи е обичайното спестяване на енергия. Желанието да спестим пари ни принуждава да подходим по-внимателно към проектирането, избора на материали, методите на инсталиране и работата на отоплението за дома.

Ето защо, ако решите да създадете уникална и предимно икономична отоплителна система за вашия апартамент или къща, тогава ви препоръчваме да се запознаете с правилата за изчисление и проектиране.

Преди да определите хидравличното изчисление на системата, трябва ясно и ясно да разберете, че индивидуалната отоплителна система на апартамент или къща е разположена условно с порядък по-високо спрямо централната отоплителна система на голяма сграда.

Персоналната отоплителна система се основава на коренно различен подход към понятията за топлина и енергийни ресурси.

Същността на хидравличното изчисление е, че дебитът на охлаждащата течност не се задава предварително със значително приближение до реалните параметри, а се определя чрез свързване на диаметрите на тръбопровода с параметрите на налягането във всички пръстени на системата

Достатъчно е да се извърши тривиално сравнение на тези системи според следните параметри.

1. Централната отоплителна система (котелно помещение-къща-апартамент) се основава на стандартни видове енергийни носители - въглища, газ. В автономна система можете да използвате почти всяко вещество, което има висока специфична топлина на изгаряне, или комбинация от няколко течни, твърди или гранулирани материали.
2. DSP е изграден върху обикновени елементи: метални тръби, „тромави“ батерии, спирателни вентили. Индивидуалната отоплителна система ви позволява да комбинирате различни елементи: многосекционни радиатори с добър топлообмен, високотехнологични термостати, различни видове тръби (PVC и мед), кранове, тапи, фитинги и разбира се собствени по-икономични котли, циркулационни помпи.
3. Ако влезете в апартамента на типична панелна къща, построена преди 20-40 години, виждаме, че отоплителната система се свежда до наличието на 7-секционна батерия под прозореца във всяка стая на апартамента плюс вертикална тръба през цялата къща (щранг), с която можете да "общувате" със съседите отгоре/отдолу. Автономна отоплителна система (AHS) ви позволява да изградите система с всякаква сложност, като вземете предвид индивидуалните желания на жителите на апартамента.
4. За разлика от DSP, отделната отоплителна система взема предвид доста впечатляващ списък от параметри, които влияят на преноса, консумацията на енергия и топлинните загуби. Температурни условия на околната среда, необходим температурен диапазон в помещенията, площ и обем на помещението, брой прозорци и врати, предназначение на помещенията и др.

По този начин хидравличното изчисление на отоплителната система (HRSO) е условен набор от изчислени характеристики на отоплителната система, който предоставя изчерпателна информация за такива параметри като диаметър на тръбата, брой радиатори и клапани.

Този тип радиатор е инсталиран в повечето панелни къщи в постсъветското пространство. Спестяванията на материали и липсата на дизайнерски идеи са очевидни

GRSO ви позволява правилно да изберете водорингова помпа (отоплителен котел) за транспортиране на топла вода до крайните елементи на отоплителната система (радиатори) и като краен резултат да имате най-балансираната система, което пряко влияе върху финансовите инвестиции в отоплението на дома .

Друг вид отоплителен радиатор за DSP. Това е по-универсален продукт, който може да има произволен брой ребра. По този начин можете да увеличите или намалите топлообменната площ

Последователност от изчислителни стъпки

Говорейки за изчисляването на отоплителната система, отбелязваме, че тази процедура е най-спорната и важна по отношение на дизайна.

Преди да извършите изчислението, трябва да извършите предварителен анализ на бъдещата система, например:

• установете топлинен баланс във всички и конкретно във всяка стая на апартамента;
• одобряват термостати, вентили и регулатори на налягане;
• изберете радиатори, топлообменни повърхности, топлообменни панели;
• определете зоните на системата с максимален и минимален поток на охлаждащата течност.

Освен това е необходимо да се определи общата схема за транспортиране на охлаждащата течност: пълна и малка верига, еднотръбна система или двутръбна магистрала.

В резултат на хидравличното изчисление получаваме няколко важни характеристики на хидравличната система, които дават отговори на следните въпроси:

• каква трябва да бъде мощността на източника на отопление;
• какъв е дебитът и скоростта на охлаждащата течност;
• какъв е необходимият диаметър на главния топлопровод;
• какви са възможните загуби на топлина и масата на самата охлаждаща течност.

Друг важен аспект на хидравличното изчисление е процедурата за балансиране (свързване) на всички части (клонове) на системата при екстремни термични условия с помощта на контролни устройства.

Има няколко основни вида продукти за отопление: чугунени и алуминиеви многосекционни, стоманени панели, биметални радиатори и ковектори. Но най-често срещаните са алуминиевите многосекционни радиатори

Проектната зона на главния тръбопровод е участък с постоянен диаметър на самия тръбопровод, както и постоянен поток от топла вода, който се определя от формулата за топлинния баланс на помещенията. Изброяването на проектните зони започва от помпата или източника на топлина.

Примерни начални условия

За по-конкретно обяснение на всички детайли на хидравличното изчисление, нека вземем конкретен пример за обикновено жилищно пространство. Разполагаме с класически 2-стаен апартамент в панелна къща с обща площ от 65,54 м2.²който се състои от две стаи, кухня, отделно тоалетна и баня, двоен коридор, двойна тераса.

След въвеждане в експлоатация получихме следната информация относно готовността на апартамента.Описваният апартамент включва стени от монолитна стоманобетонна конструкция на шпакловка и грунд, профилна дограма с двукамерен стъклопакет, щамповани интериорни врати, керамични плочки на пода на банята.

Типична 9-етажна панелна къща с четири входа. На всеки етаж има по 3 апартамента: един 2-стаен и два 3-стайни. Жилището се намира на пети етаж

В допълнение, представеният корпус вече е оборудван с медна инсталация, разпределители и отделно табло, газова печка, вана, мивка, тоалетна, нагревател за кърпи и мивка.

И най-важното, всекидневните, банята и кухнята вече са с алуминиеви радиатори. Остава отворен въпросът за тръбите и котела.

Как се събират данни

Хидравличното изчисление на системата се основава най-вече на изчисления, свързани с изчисляването на отоплението въз основа на площта на помещението.

Следователно е необходимо да разполагате със следната информация:

• площта на всяка отделна стая;
• размери на съединителите за прозорци и врати (вътрешните врати практически нямат ефект върху топлинните загуби);
• климатични условия, особености на района.

Ще изхождаме от следните данни. Обща площ - 18,83 м², спалня - 14.86м², кухня - 10.46м², тераса - 7.83м² (сума), коридор - 9,72м² (количество), санитарен възел - 3,60м², тоалетна - 1,5м². Входни врати - 2,20м², витрина на общо помещение - 8,1м², прозорец на спалнята - 1,96м²,кухненска витрина-1,96м².

Височината на стените на апартамента е 2 метра 70 см. Външните стени са от бетон клас В7 плюс вътрешна мазилка с дебелина 300 мм. Вътрешни стени и прегради - носещи 120 мм, обикновени - 80 мм. Подът и съответно таванът са от бетонови подови плочи клас В15 с дебелина 200 мм.

Разпределението на този апартамент дава възможност за създаване на един единствен отоплителен клон, преминаващ през кухнята, спалнята и хола, който да осигурява средна температура от 20-22⁰C в стаите (+)

Какво ще кажете за околната среда? Апартаментът се намира в къща, разположена в центъра на микрорайон на малък град. Градът е разположен в известна низина, надморската височина е 130-150 м. Климатът е умерено континентален с прохладна зима и сравнително топло лято.

Средната годишна температура е +7,6°C. Средната температура през януари е -6,6°C, през юли +18,7°C. Вятър - 3,5 m/s, средна влажност на въздуха - 74%, валежи 569 mm.

Анализирайки климатичните условия на региона, трябва да се отбележи, че имаме работа с широк диапазон от температури, което от своя страна засяга специалните изисквания за настройка на отоплителната система на апартамента.

Мощност на топлогенератора

Един от основните компоненти на отоплителната система е котелът: електрически, газови, комбинирани - на този етап няма значение. Тъй като основната му характеристика е важна за нас - мощността, тоест количеството енергия за единица време, което ще се изразходва за отопление.

Мощността на самия котел се определя по следната формула:

Wboiler = (Стая*Wshare) / 10,

Където:

• Място - сумата от площите на всички помещения, които изискват отопление;
• Wdel — специфична мощност, като се вземат предвид климатичните условия на местоположението (затова беше необходимо да се знае климатът на региона).

Обикновено за различните климатични зони имаме следните данни:

• северните райони — 1,5 — 2 kW/m²;
• централна зона — 1 — 1,5 kW/m²;
• южните райони — 0,6 — 1 kW/m².

Тези цифри са доста произволни, но въпреки това дават ясен цифров отговор относно влиянието на околната среда върху отоплителната система на апартамента.

Тази карта показва климатични зони с различни температурни режими. Местоположението на корпуса спрямо зоната определя колко енергия трябва да се изразходва за отопление на квадратен метър kWatt енергия (+)

Размерът на площта на апартамента, която трябва да се отоплява, е равна на общата площ на апартамента и е равна, т.е. 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (минус балкона). Специфичната мощност на котела за централния район със студени зими е 1,4 kW/m2. Така в нашия пример изчислената мощност на отоплителния котел е еквивалентна на 8,08 kW.

Динамични параметри на охлаждащата течност

Преминаваме към следващия етап от изчисленията - анализ на консумацията на охлаждаща течност. В повечето случаи отоплителната система на апартамента се различава от другите системи - това се дължи на броя на нагревателните панели и дължината на тръбопровода. Налягането се използва като допълнителна "движеща сила" за потока вертикално през системата.

В частни едно- и многоетажни сгради, стари панелни жилищни сгради се използват отоплителни системи с високо налягане, което позволява транспортирането на топлоотделящото вещество до всички секции на разклонената, многопръстенна отоплителна система и издигане на вода до цялата височина (до 14 етаж) на сградата.

Напротив, обикновен 2- или 3-стаен апартамент с автономно отопление няма такова разнообразие от пръстени и клонове на системата, включва не повече от три вериги.

Това означава, че охлаждащата течност се транспортира чрез естествения процес на водния поток. Но можете също да използвате циркулационни помпи, отоплението е с котле на газ/ток.

Препоръчваме използването на циркулационна помпа за отопление на помещения, по-големи от 100 m². Помпата може да се монтира преди или след котела, но обикновено се монтира откъм връщащата страна - по-ниска температура на флуида, по-малко въздух, по-дълъг живот на помпата

Специалистите в областта на проектирането и монтажа на отоплителни системи определят два основни подхода по отношение на изчисляването на обема на охлаждащата течност:

1. Според реалния капацитет на системата. Без изключение всички обеми на кухини, където ще тече потокът от гореща вода, се сумират: сумата от отделни участъци от тръби, участъци от радиатори и др. Но това е доста трудоемък вариант.
2. Според мощността на котела. Тук мненията на експертите се различават много, някои казват 10, други 15 литра на единица мощност на котела.

От прагматична гледна точка трябва да вземете под внимание факта, че вероятно отоплителната система ще доставя не само топла вода за стаята, но и ще загрява вода за ваната/душа, мивката, мивката и сушилнята, а може би и за хидромасаж или джакузи. Тази опция е по-проста.

Ето защо в този случай препоръчваме да зададете 13,5 литра на единица мощност. Умножавайки това число по мощността на котела (8,08 kW), получаваме очаквания обем на водната маса - 109,08 литра.

Изчислената скорост на охлаждащата течност в системата е точно параметърът, който ви позволява да изберете определен диаметър на тръбата за отоплителната система.

Изчислява се по следната формула:

V = (0,86*W*k)/t-to,

Където:

• У — мощност на котела;
• T — температура на подаваната вода;
• да се — температура на водата във връщащата верига;
• к — ефективност на котела (0,95 за газов котел).

Замествайки изчислените данни във формулата, имаме: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Така за един час през системата преминават 330 литра охлаждаща течност (вода), а капацитетът на системата е около 110 литра.

Определяне на диаметъра на тръбата

За да се определи окончателно диаметърът и дебелината на отоплителните тръби, остава да се обсъди въпросът за топлинните загуби.

Максималното количество топлина напуска помещението през стените - до 40%, през прозорците - 15%, пода - 10%, всичко останало през тавана/покрива. Апартаментът се характеризира със загуби основно през дограма и балконски модули

Има няколко вида топлинни загуби в отопляваните помещения:

1. Загуба на налягане в потока на тръбата. Този параметър е право пропорционален на произведението на специфичната загуба на триене вътре в тръбата (предоставена от производителя) и общата дължина на тръбата. Но като се има предвид настоящата задача, такива загуби могат да бъдат пренебрегнати.
2. Загуба на налягане при местни съпротивления на тръбата — разходи за топлина при фитинги и вътрешно оборудване. Но предвид условията на проблема, малък брой монтажни завои и броя на радиаторите, такива загуби могат да бъдат пренебрегнати.
3. Топлинни загуби в зависимост от местоположението на апартамента. Има и друг вид топлинен разход, но той е по-скоро свързан с разположението на помещението спрямо останалата част от сградата. За обикновен апартамент, който се намира в средата на къщата и е в съседство с други апартаменти отляво/дясно/горе/долу, топлинните загуби през страничните стени, тавана и пода са почти равни на „0”.

Можете да вземете предвид загубите само през предната част на апартамента - балкона и централния прозорец на общата стая. Но този проблем може да бъде решен чрез добавяне на 2-3 секции към всеки от радиаторите.

Диаметърът на тръбата се избира в зависимост от дебита на охлаждащата течност и скоростта на нейната циркулация в отоплителната мрежа

Анализирайки горната информация, заслужава да се отбележи, че за изчислената скорост на топла вода в отоплителната система е известно, че табличната скорост на движение на водните частици спрямо стената на тръбата в хоризонтално положение е 0,3-0,7 m/s.

За да помогнем на капитана, представяме така наречения контролен списък за извършване на изчисления за типично хидравлично изчисление на отоплителна система:

• събиране на данни и изчисляване на мощността на котела;
• обем и скорост на охлаждащата течност;
• топлинни загуби и диаметър на тръбата.

Понякога, когато правите изчисления, можете да получите диаметър на тръбата, достатъчно голям, за да покрие изчисления обем охлаждаща течност. Този проблем може да бъде решен чрез увеличаване на работния обем на котела или добавяне на допълнителен разширителен съд.

На нашия уебсайт има блок от статии, посветени на изчисляването на отоплителната система, препоръчваме ви да прочетете:

1. Топлинно изчисляване на отоплителна система: как правилно да се изчисли натоварването на системата
2. Изчисляване на отоплението на водата: формули, правила, примери за изпълнение
3. Топлотехнически изчисления на сграда: специфика и формули за извършване на изчисления + практически примери

Изводи и полезно видео по темата

Характеристики, предимства и недостатъци на системите с естествена и принудителна циркулация на охлаждащата течност за отоплителни системи:

Обобщавайки хидравличните изчисления, резултатът беше конкретни физически характеристики на бъдещата отоплителна система.

Естествено, това е опростена схема за изчисление, която предоставя приблизителни данни относно хидравличните изчисления за отоплителната система на типичен двустаен апартамент.

Опитвате ли се сами да направите хидравлично изчисление на вашата отоплителна система? Или може би не сте съгласни с представения материал? Очакваме вашите коментари и въпроси - блокът за обратна връзка се намира по-долу.