Гидравлический расчет системы отопления
При проектировании систем водяного обогрева в доме принято выполнять гидравлический расчёт системы отопления. Это нужно для того, чтобы гарантировать максимальную эффективность работы при минимуме финансовых затрат и при правильном функционировании всех узлов.
Целью гидравлического расчёта является:
Правильный выбор диаметра труб на тех участках трубопроводов, где его величина постоянна;
Определение действующего давления в магистрали;
Правильный выбор всех узлов системы.
От того, насколько верно выполнен гидравлический расчёт, будет зависеть температурный комфорт в доме, экономический эффект и долговечность системы отопления.
Основные положения гидравлического расчёта
Для выполнения всех необходимых вычислений, нам необходимы исходные данные:
Результаты теплового баланса комнат;
Температуры теплоносителя – начальная и конечная;
Схема заданной системы отопления;
Типы обогревающих устройств и метод их соединения с магистралью;
Гидравлические характеристики используемого оборудования (клапанов, теплообменников и т.п.);
Циркуляционное кольцо – это контур замкнутого типа. Он состоит из отрезков с наибольшим расходом теплонесущей жидкости от точки нагрева до наиболее удалённой точки (в двухтрубной системе) или до стояка (в однотрубной) и в противоположную сторону к источнику тепла.
Участком для расчёта принимают часть трубопроводного диаметра с неизменяющимся значением расхода теплонесущей жидкости – его определяют, исходя из теплового баланса комнаты.
Перед началом вычислений определяем тепловую нагрузку каждого отопительного агрегата. Она будет соответствовать заданной тепловой нагрузке комнаты. Если в помещении используется более одного обогревающего агрегата, распределяем тепловую нагрузку на всё их количество.
Затем назначаем главное кольцо циркуляции – контур закрытого типа из последовательных отрезков. Для вертикальной однотрубной магистрали число циркуляционных колец соответствует числу стояков. Для горизонтальной двухтрубной – числу обогревающих агрегатов. Главным назначают кольцо, идущее через стояк с наибольшей нагрузкой – для вертикальной магистрали, и идущее через нижний отопительный агрегат ветки с наибольшей нагрузкой – для горизонтальной системы.
Необходимо учитывать, что значение диаметра для трубопроводов и величина действующего давления в кольце циркуляции зависят от скорости теплонесущей жидкости. При этом обязательным условием является обеспечение бесшумности движения теплоносителя.
Для того чтобы избежать возникновения пузырьков воздуха, мы должны принять скорость теплоносителя более 0,25 м/с. Следует учитывать силу сопротивления, возникающего в контуре при движении жидкости. Вследствие этого сопротивления удельные потери давления R должны составлять не более 100-200 Па/м.
Существуют величины допустимой скорости воды, обеспечивающей бесшумность работы– она зависит от удельного местного сопротивления.
Таблица 1 показывает пример величины допустимой скорости воды при разных коэффициентах местного сопротивления.
Слишком маленькая скорость может стать причиной следующих негативных последствий:
Увеличение расхода материала на все работы по монтажу;
Увеличение финансовых расходов на монтаж и обслуживание системы отопления;
Увеличение объёма теплонесущей жидкости в трубах;
Значительный рост тепловой инерции.
Пример определения величины расхода теплонесущей жидкости
Для определения диаметра труб на заданных отрезках трубопроводов нам необходимо знать величину расхода теплоносителя. Её определяем, исходя из величины теплового потока – количества тепла, необходимого для компенсации теплопотерь.
Зная величину теплового потока Q на участке 1-2, вычисляем расход теплоносителя G:
G = Q / с (t г– t х) л/ч, где
t г и t х соответственно температуры горячего и холодного (остывшего) теплоносителя;
с = 4,2 кДж/(кг·°С) — удельная теплоемкость воды.
Пример определения диаметра труб на заданном участке
Правильный выбор диаметра труб необходим для решения следующих задач:
оптимизация эксплуатационных затрат на нейтрализацию гидравлического сопротивления при циркуляции жидкости в контуре;
достижение необходимого экономического эффекта при монтаже и обслуживании системы отопления.
Для обеспечения экономического эффекта выбираем наименьшую возможную величину диаметра труб, однако такую, которая не приведёт к возникновению гидравлических шумов в магистрали, если скорость теплоносителя составит 0,6-1,5 м/с, в зависимости от местного сопротивления.
Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной системы отопления, принимаем разницу температур в подающем и отводящем трубопроводах равной:
∆t co = 90 – 70 = 20 °С
где 90°С – температура жидкости в подающей трубе горизонтальной системы;
70°С – температура жидкости в отводящей трубе.
Зная величину теплового потока и вычислив расход теплоносителя по приведённой выше формуле, из таблицы 2 мы можем выбрать подходящий для наших условий внутренний диаметр труб.
Таблица 2
Определение внутреннего диаметра труб для отопления
После определения внутреннего диаметра выбираем сам тип труб – он зависит от эксплуатационных условий, от поставленных задач, от требований к прочности и долговечности. Основываясь на всех этих предпосылках, выбираем тип трубы рассчитанного диаметра, который удовлетворяет заданные условия.
Пример определения действующего давления на заданном участке магистрали
Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления, нам необходимо также знать действующее давление на заданном участке магистрали.
Оно вычисляется по формуле:
p = gh (ρ o – ρ г) + ∆p доп , Па, где
ρ o – плотность остывшей воды, кг/м3 ;
ρ г – плотность нагретой воды, кг/м3 ;
g – ускорение свободного падения, м/с2 ;
h – вертикальное расстояние от точки нагрева до точки охлаждения (от средней точки высоты котла до средней точки нагревательного прибора), м;
∆p доп – дополнительное давление, возникающее за счёт остывания воды в магистрали.
Значения плотности воды для заданных температур, а также величину дополнительного давления узнаём из справочника.
Гидравлический расчёт – задача крайне ответственная. От правильного выполнения всех вычислений зависит не только экономический эффект отопления дома, но также эффективность работы всех узлов и соответствие эксплуатационных характеристик всем нормам и требованиям.
