Гидравлический расчет системы отопления частного дома — порядок вычислений + обзор полезных программ

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.

1. 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 Δртр, Па

Сумма коэффициентов местных сопротивлений∑ξ

Потери давления в местных сопротивлениях Z

d, мм

v, м/с

R, Па/м

Δртр, Па

∑ξ

Z, Па

Rl+Z, Па

Занятие 6

Программа Oventrop co: выбираем полипропиленовые трубы

Oventrop co предназначена для выполнения быстрых расчетов. Перед работой вносятся нужные настройки и подбираются элементы оборудования. При этом создаются разнообразные схемы отопления. В них вносятся изменения. Данная программа для гидравлического расчета позволяет определить расход теплоносителя и выбрать трубы нужного диаметра. Она помогает выполнить вычисления для однотрубной и двухтрубной конструкций. С ней удобно работать. Программа оснащена готовыми блоками и каталогами материалов.

Регулировка существующей конструкции производится с помощью подбора мощности и необходимого оборудования. Программа помогает выбрать характеристики арматуры.

Результаты расчетов можно перевести в операционную систему в удобном варианте.

В чем заключается суть подобного расчета?

Главным отличием современных систем является специальный механизм, обеспечивающий гидравлический режим. Современные разработки и высококачественные материалы, которые используются сегодня в системах отопления, дают возможность своевременного реагирования на малейшее температурное колебание. Казалось бы, это очень выгодно: экономится энергия, а следовательно, наши затраты на отопления минимизируются. Но с другой стороны такое оборудование требует специальных знаний касаемо использования высокотехнологичной арматуры регулировки, а также других элементов при обустройстве системы.

Важная информация! Сочетание гидрорасчета и арматуры регулировки – это залог эффективности и работоспособности современных систем отопления.

Существуют некие обстоятельства, ввиду которых мы должны соблюдать приведенные выше условия.

1. Теплоноситель должен подаваться в приборы нагрева в должном количестве – так вы добьетесь баланса тепла при условии, что вы будете задавать температуру в здании, а температура снаружи будет меняться.
2. Отсутствие шума, долговечность и стабильность работы отопительной системы.
3. Минимум затрат при эксплуатации, в частности, электроэнергии, которые направлялись бы на то, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление трубопровода.
4. Затраты на установку системы нужно свести к минимуму, что в большей мере зависит от диаметра трубопровода.

Видео инструкция

АВОК-СОФТ

TA Select это вычислительная программа, которая помогает вам управлять вашей гидравлической системой, начиная со стадии проектирования и до окончания срока службы здания.

Ссылка для перехода на сайт программы

Вместе с нашим балансировочным инструментом TA SCOPE TA программа TA Select поможет вам достичь:

Наиболее экономичной гидравлической конструкции

TA Select 4 позволяет легко подобрать правильный размер клапанов, значения предустановок и наиболее экономичную конструкцию системы. Для этого нужно только ввести в TA Select:

• Длины труб
• Расчетный расход на оконечных устройствах
• Перепады давления

На выходе вы получаете:

• Необходимый напор насоса
• Подробный перечень комплектующих оптимального размера, например, регулирующие и балансировочные клапаны
• Конструкция установки (гидравлической сети) для загрузки в программы по балансировке
• Общие длины трубопроводов по диаметрам
• Объем воды в трубопроводе

Проверка того, что установка работает как нужно …

TA Select 4 связывается с нашим новым балансировочным инструментом TA SCOPE и позволяет легко загружать и выгружать системную информацию в/из программы TA SCOPE. Это ускоряет процесс балансировки и дает возможность проверить, что система при вводе в эксплуатацию соответствует оригинальной конструкции. Затем конструкцию установки (гидравлической сети), спроектированной в TA Select вы загружаете в TA-SCOPE и производите балансировку. После балансировки установки, измеренные данные загружаются в TA Select. Проверяется расход, перепад давления, 2 температуры, перепад давления и мощность. На выходе вы получаете документ в форме распечатанного отчета.

…и в течение всего срока службы системы

Мы хотим, чтобы гидравлическая система работала, как положено, весь срок службы. С помощью TA SCOPE и TA Select можно легко проверить правильно ли работает система.

В TA SCOPE вводится расход, перепад давления, 2 температуры, перепад температуры и мощность. Для анализа этих измеренных данных они загружаются в TA Select.

Ссылка для перехода на сайт программы

Гидравлический расчет напора

Теплоноситель, протекая по замкнутому контуру, преодолевает определенное гидравлическое сопротивление, чем оно больше, тем мощнее нужно покупать насос. Так, без его расчета невозможно правильно выбрать насос. Так, без его расчета невозможно правильно выбрать насос.

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.

После всех вычислений нужно просуммировать сопротивление всех участков трубопровода и провести сравнение с контрольными значениями. Чтобы выбранный насос смог обеспечить теплом все радиаторы нужно, чтобы снижение давления на самом длинном участке трубопровода не превышала 20 тыс. Па.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.

Расчет затрат на отопление

Хорошая отопительная система требует достаточно больших финансовых вложений. Основные расходы связаны с:

1. Оборудование отопительной системы. В него входят котел, насос, радиаторы и материал для разводки.
2. Установка обогревательной системы.
3. Затраты на топливо. Количество потраченных денег зависит от выбранного вами топлива.
4. Поддержка оборудования в рабочем состояние.

При расчете затрат нужно учитывать удельную теплоту сгорания. Рассчитайте путем деления теплопотери за сезон на теплотворность сырьевого продукта и получите количество использованного топлива. Умножьте на стоимость за единицу измерения.

О специальных программах для расчетов

Программа Oventrop CO

Это абсолютно бесплатная программа, которая широко применяется для того, чтобы рассчитать загородный дом. Необходимо всего лишь предварительно задать все необходимые настройки и указать приборы отопления, трубы – далее можно с легкостью прорабатывать новые системы. Более того, при желании вы сможете корректировать уже наличествующую систему. Это осуществляется следующим образом: мощность уже имеющихся приборов подбирается в соответствии с требованиями отапливаемого здания.

Оба способа проектировки превосходно объединены в едином программном обеспечении, что дает возможность создавать новые проекты и производить регулировку старых. Вне зависимости от способа программа сама подбирает настройку арматуры. Касаемо интересующих нас расчетов, то Oventrop CO дает просто неограниченные возможности – от анализа расхода теплоносителя до диаметра труб. Вся информация выводится в виде рисунков, таблиц или схем.

Программа HERZ C.O.

Еще один представитель бесплатных программ, позволяющий произвести расчет любого рода отопительной системы. Утилита характеризуется тем, что позволяет производить такие расчеты даже в новых или недавно реконструированных объектах, в которых теплоносителем является гликолей. Соответствует всем мировым требованиям, следовательно, владеет всеми необходимыми сертификатами.

Ниже приведены основные возможности, которые может предоставить вам немецкая HERZ C.O.

1. Подобрать трубопровод по диаметру.
2. Снизить давление в кольцах циркуляции путем автоподбора параметров вентилей.
3. Настроить «регулировщиков» разницы в давлении.
4. Учесть необходимые параметры вентилей термостатики.
5. Проанализировать будущий расход теплоносителя, а также определить снижение давления в системе.
6. Вычислить гидравлическое сопротивление колец циркуляции.

Чтобы вам было удобнее пользоваться программой, всю информацию можно вводить в графическом виде. В результате утилита выдаст вам поэтажный план строения.

Важная информация! Еще одной отличительной чертой программы является так называемая контекстная помощь. Она дает возможность подробнее узнать о вводимой команде или каком-либо показателе.

Также доступно открытие сразу нескольких окон (что большая редкость для подобного рода продуктов), благодаря чему вы сможете изучать несколько типов информации одновременно. Возможна работа с принтерами и плоттерами – она крайне просто организована, каждый лист, который планируется распечатать, можно предварительно посмотреть.

Программа Instal-Therm HCR

Еще одна утилита, дающая возможность с предельной точностью рассчитать поверхностную либо радиаторную систему. Она не идет в одиночку, а поставляется в пакете, куда помимо нее входят еще программы для создания чертежей, проектировки подачи горячей/холодной воды, а также для определения теплопотерь.

Ниже мы привели основные вычислительные способности данной программы.

1. Подбор диаметра будущего трубопровода.
2. Подбор отопительных приборов, при котором учитывается охлаждения теплоносителя в магистрали.
3. Определение размеров муфт, фитингов и тройников.
4. Гидравлический расчет системы отопления.
5. Подбор мощности насосов (иными словами, высоты поднятия жидкости), которые установлены по периметру.
6. Автоматическая регулировка необходимой температуры.

Характерно то, что программа доступна бесплатно исключительно в демо-версии, имеющей целый ряд ограничений. Прежде всего, в ней (равно как и в большинстве бесплатных утилит) вы не сможете ни импортировать полученные результаты, ни распечатать их. Кроме того, вы сможете создать только три проекта – для большего требуется покупка программы. Зато! Вы можете изменять эти три проекта неограниченное количество раз! наконец, все проекты сохраняются в специальном доработанном формате, который не сможет прочесть ни одна лицензированная или, разумеется, пробная программа.

В качестве заключения

Сегодня регулирующие системы отопления, в которых показатель тепла перманентно изменяется, нуждаются в постоянном мониторинге и контроле. Но если не знать современный рынок, то едва ли удастся правильно подобрать арматуру. Так что идеальный вариант для расчета системы – воспользоваться одной из специальных программ, которая включала бы в себя большой каталог параметров и данных. От того, насколько правильно будет произведен расчет, будет зависеть не только эффективность отопления, но и первоначальные финансовые затраты на ее монтаж.

Расчет гидравлики водяной системы отопления

Теплоноситель циркулирует по системе под давлением, которое не является постоянной величиной. Оно снижается из-за наличия сил трения воды о стенки труб, сопротивления на трубной арматуре и фитингах. Домовладелец также вносит свою лепту, корректируя распределение тепла по отдельным помещениям.

Давление растет, если температура нагрева теплоносителя повышается и наоборот – падает при ее снижении.

Чтобы избежать разбалансировки отопительной системы, необходимо создать условия, при которых к каждому радиатору поступает столько теплоносителя, сколько необходимо для поддержания заданной температуры и восполнения неизбежных теплопотерь.

Главной целью гидравлического расчета является приведение в соответствие расчетных расходов по сети с фактическими или эксплуатационными.

На данном этапе проектирования определяются:

• диаметр труб и их пропускная способность;
• местные потери давления по отдельным участкам системы отопления;
• требования гидравлической увязки;
• потери давления по всей системе (общие);
• оптимальный расход теплоносителя.

Для производства гидравлического расчета необходимо проделать некую подготовку:

1. Собрать исходные данные и систематизировать их.
2. Выбрать методику расчета.

Первым делом проектировщик изучает теплотехнические параметры объекта и выполняет теплотехнический расчет. В итоге у него появляется информация о количестве тепла, необходимом для каждого помещения. После этого выбираются отопительные приборы и источник тепла.

Схематичное изображение отопительной системы в частном доме

На стадии разработки принимается решение о типе отопительной системы и особенностях ее балансировки, подбираются трубы и арматура. По окончании составляется аксонометрическая схема разводки, разрабатываются планы помещений с указанием:

• мощности радиаторов;
• расхода теплоносителя;
• расстановки теплового оборудования и пр.

Все участки системы, узловые точки маркируются, подсчитывается и наносится на чертеж длина колец.

Для чего делается расчет

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.

Требования к программному обеспечению для расчета отопления

Простой пример расчета отопления

Почему специалисты рекомендуют использовать программу для проектирования отопления? Этот вид ПО предназначен для определения характеристики системы, а также в некоторых случаях может моделировать различные ситуации в работе теплоснабжения.

Существует определенный ряд требований, которым должна соответствовать программа для расчета отопления в частном доме. Главное из них правильная методика вычислений для конкретной системы. Так,  нельзя адаптировать основные характеристики водяного теплого пола для нагрева воздуха ИК обогревателями. В функциях ПО обязательно должны быть заложены схемы расчета для каждого типа теплоснабжения.

Кроме этого программа для создания систем отопления должна иметь следующие свойства:

• Интуитивно понятный интерфейс. В первую очередь это касается полупрофессиональных и бесплатных комплексов. Каждый пользователь должен свободно владеть всеми возможностями ПО после их краткого предварительного изучения;
• Наличие справочных данных. К ним относятся технические характеристики материалов изготовления труб, радиаторов, основных видов котлов и т.д. Без них невозможно сделать корректный расчет отопления;
• Удобный вывод результатов. Он должен быть в двух видах – табличный и графический. Каждая программа для составления схем отопления должна иметь возможность визуализировать результат в виде готового проекта с функцией распечатки.

Результатом вычислений с помощью специализированного ПО является полная информация о будущей системе теплоснабжения. В него входят гидравлический, температурный расчет, а также готовая схема разводки трубопроводов и места установки отопительных приборов.

Обозначения и порядок выполнения

На планах обязательно должно быть указано, определённое заранее, циркуляционное кольцо, называемое главным. Оно обязательно представляет собой замкнутый контур, включающий все отрезки трубопровода системы с наибольшим расходом теплоносителя. Для двухтрубных систем эти участки идут от котла (источника тепловой энергии) до самого удалённого теплового прибора и обратно к котлу. Для однотрубных систем берётся участок ветки — стояка и обратной части.

Единицей расчёта является отрезок трубопровода, имеющий неизменный диаметр и ток (расход) носителя тепловой энергии. Его величина определяется исходя из теплового баланса помещения. Принят определённый порядок обозначения таких отрезков, начиная от котла (источника тепла, генератора тепловой энергии), их нумеруют. Если от подающей магистрали трубопровода есть ответвления, их обозначение выполняется заглавными буквами в алфавитном порядке. Такой же буквой со штрихом обозначается сборная точка каждой ветки на обратном магистральном трубопроводе.

В обозначении начала ветки приборов отопления указывается номер этажа (горизонтальные системы) или ветки — стояка (вертикальные). Тот же номер, но со штрихом ставится в точке их подключения к обратной линии сбора потоков теплоносителя. В паре, эти обозначения составляют номер каждой ветки расчётного участка. Нумерация ведётся по часовой стрелке от левого верхнего угла плана. По плану определяется и длина каждой ветки, погрешность составляет не более 0,1 м.

величины тепловой нагрузкидлины участка в метрах.

Не вдаваясь в детали, следует сказать, что дальнейшие расчёты позволяют определить диаметры труб каждого из участков системы отопления, потери давления на них, произвести гидравлическую увязку всех циркуляционных колец в сложных системах водяного отопления.

Гидравлический расчет системы отопления: цели и задачи

Практическая цель такого расчета   — это выбор внутренних Д вн труб и установление перепада напора в сети, для профессионального подбора электронасоса, способного обеспечить надежную циркуляцию теплоносителя.

Диаметр труб обязан обеспечить радиатор таким объемом греющей воды, которое требуется ему для функционирования с рабочей производительностью. Одновременно с этим принимается скорость циркуляции теплоносителя, она должна находится в промежутке от 0.2 до 0.5 л/с, а разница температур воды на входе/выходе из прибора отопления — 15-20 С.

Чем дальше размещена батарея от котла, тем большую дистанцию обязана пройти жидкость и, следовательно, тем более значимое гидросопротивление станет мешать ее продвижению. Для выполнения корректировки скорости течения воды необходимо использовать трубы разного диаметра.