Гідравлічний розрахунок системи опалення самостійно

Для більшої ефективності системи опалення проводять її гідравлічний розрахунок.

Він може проводитися з тією метою, щоб встановити потужність обігрівального елементу для підтримки нормального температурного режиму в усіх приміщеннях, і для того, щоб встановити, якої товщини труби потрібні, яке повинно забезпечуватися тиск і так далі.

Перший розрахунок проводиться досить просто і зробити його може кожен, а ось другий розрахунок протікає з використанням складних формул і понять, так що при його проведенні потрібно володіти деякими знаннями в області систем опалення.

Розрахунок потужності нагрівального елементу

гідравлічний розрахунок системи опалення

Двотрубна система опалення

Для того щоб розрахувати потужність нагрівального елементу, тобто, наприклад, газового котла, потрібно знати деякі параметри того приміщення, яке він буде опалювати.

Задамо такі параметри:

Всього є 5 кімнат;
Довжина першої кімнати дорівнює 5 метрів, ширина - 4 метрів, висота 3 метри;
Довжина другої кімнати дорівнює 6 метрам, ширина 3 метрів, висота 3 метри;
Довжина третьої кімнати дорівнює 3 метри, ширина 2 метри, висота 3 метри;
Довжина четвертої кімнати дорівнює 5метров, ширина 5 метрів, висота 3 метри;
Довжина пятої кімнати дорівнює 7метрів, ширина 4 метри, висота 3 метри.

Оскільки газовий котел нагріває воду в батареях, а вони віддають тепло повітрю в приміщенні, то для встановлення необхідної потужності котла, потрібно дізнатися повний обсяг опалювального приміщення. У нашому випадку він буде дорівнює сумі обсягів усіх кімнат.

Знайдемо обсяг кожної кімнати окремо:

5 * 4 * 3 = 60 метрів кубічних;
6 * 3 * 3 = 54 кубічного метра;
3 * 2 * 3 = 18 метрів кубічних;
5 * 5 * 3 = 75 метрів кубічних;
7 * 4 * 3 = 84 кубічного метра.

Тепер знайдемо загальний обсяг, як сума всіх обсягів:

60 + 54 + 18 + 75 + 84 = 291 кубічний метр.

Далі, якщо ми розрахуємо потужність котла саме для цього обсягу, то вийде так, що котел повинен буде працювати в безперебійному режимі постійно, що в принципі неможливо. Іноді трапляється падіння тиску газу в трубах, внаслідок чого котел буде виробляти менше енергії.

Для того щоб врахувати цей момент, потрібно розрахувати потужність котла не для цього обсягу, а для обсягу, який буде приблизно на 20 відсотків більше цього.

Розрахуємо потрібний обсяг:

290/100 * 20 + 290 = 348 кубічних метрів.

Тепер потрібно дізнатися потужність котла, яка потрібна, щоб забезпечити тепловий режим. Для опалення одного кубічного метра повітря потрібно приблизно 41 Ватт потужності.

Таким чином, виходить, що потужність котла знаходиться, як 41, помножене на обсяг:

41 * 348 = 14268 Ватт, приблизно 14кВатт

Тепер необхідна потужність котла встановлена, далі залишається дізнатися розподіл цієї потужності по кімнатах, тобто потрібно визначити, яка кількість ребер радіатора потрібно встановити в кожній кімнаті.

Для цього буде потрібно знати опалювальний обсяг кожної кімнати. Такі дані у нас є.

Проектування системи опалення

Залишається дізнатися, скільки потужності у вигляді тепла виділяє в повітря одне ребро радіатора.

Деякі експериментальні підрахунки показують, що в середньому це число дорівнює 150 ватам.

Знайдемо необхідну потужність для кожної кімнати, як обсяг кожної кімнати, помножений на 41:

Для першої кімнати 60 * 41 = 2460 Вт;
Для другої кімнати 54 * 41 = 2214 Ватт;
Для третьої кімнати 18 * 41 = 738 Ватт;
Для четвертої кімнати 75 * 41 = 3075 Ватт;
Для пятої кімнати 84 * 41 = 3440 Ватт;

Тепер розрахуємо потрібну кількість ребер радіатора для забезпечення такої потужності:

Для першої кімнати 2460/150 = 16,4, тобто приблизно 17 ребер;
Для другої кімнати 2214/150 = 14,76, тобто приблизно 15 ребер;
Для третьої кімнати 738/150 = 4,92, тобто приблизно 5 ребер;
Для четвертої кімнати 3075/150 = 20,5, тобто приблизно 21 ребро;
Для пятої кімнати 3440/150 = 22,9, тобто приблизно 30 ребер.

Тепер перевіримо, чи зможе котел видати таку потужність, яку ми тільки що розрахували з округленням. Середньостатистичний котел здатний видавати від 12 до 14 кВт, можна знайти котли на 15 і вище, але їх доведеться спеціально замовляти.

Для цього розрахуємо споживану потужність з такою кількістю ребер радіатора. Спочатку встановимо загальна кількість ребер, як сума ребер у всіх кімнатах:

17 + 15 + 5 + 21 + 30 = 88 ребер.

Тепер, знаючи загальна кількість ребер і потужність на кожному ребрі, можна розрахувати загальну споживану потужність:

88 * 150 = 13200 Вт.

Спочатку ми розрахували, що нам потрібен котел потужністю в 14 кВт, а тут отримали, що потрібно приблизно 13 кВт. Можна зробити висновок, що такий котел здатний забезпечити нормальний тепловий режим приміщень.

Другий етап розрахунку

Перед тим, як провести гідравлічний розрахунок системи опалення потрібно провести деякі інші підрахунки і виконати деяку роботу:

Встановити тепловий баланс всього приміщення;
Вибрати тип опалювальних приладів для системи опалення, також потрібно визначити їх місце розташування в цьому приміщенні;
Накреслити схему, по якій дане приміщення буде опалюватися;
Встановити головне кільце, тобто головний контур системи опалення.

Варто зауважити, що гідравлічний розрахунок системи опалення проводиться тільки на тій ділянці, яка не має сумнівів у витраті теплоносія, і на якому всі труби мають один і той же діаметр.

Це означає, що одна і та ж система опалення має кілька ділянок, кожен з яких повинен розраховуватися окремо.

Всі ділянки нумеруються. Нумерацію зручніше починати з ділянки, на якому встановлений нагрівальний котел. При визначенні довжини труб на ділянці допускається похибка в 10 сантиметрів.

Теплове навантаження буде такою ж, як тепловий потік на кожній дільниці. Цей потік буде передаватися ділянці від теплоносія, який через нього проходить.

Для того щоб визначити теплове навантаження, необхідно встановити дві величини:

Температура теплоносія в момент його проходження по ділянці в прямому напрямку;
Температура теплоносія в момент його проходження по ділянці в зворотному напрямку.

Якщо наведені вище дані відомі, то теплове навантаження може бути розрахована за формулою:

Q = 3,6 * Q / c * (Tп-Tо) або Q = 0,86 * Q / (Tп-Tо)

При цьому ця величина буде мати розмірність в кілограмах на годину.

Може виникнути питання, як прийшли до такого скорочення формули в другому випадку.

У нашому випадку проводиться розрахунок системи опалення при врахуванні того, що в трубах буде знаходитися вода. Теплоємність води, тобто величина (с) дорівнює 4200 джоулів, ось і підставили це значення в формулу.

Якби в трубах було масло, то вважали б з теплоємністю масла.

Розрахунок діаметра труб

Для того щоб системи опалення були ефективні потрібно під кожну з них розрахувати діаметр труб, по яких буде протікати теплоносій, в нашому випадку вода.

Розрахунок діаметра труб проводиться з урахуванням вимог, які до них предявляються:

Мінімум затрат на експлуатацію;
Мінімум затрат на установку.

Можна зробити висновок, що розрахунок діаметра труб системи опалення робиться виключно в економічних цілях. Виходить так, що якщо труба має більший діаметр, то і коштувати вона буде дорожче.

Отже, для задоволення першої вимоги потрібно шукати такі труби, які могли б забезпечити швидкість руху теплоносія в них з мінімальною швидкістю в 0,25 метрів в секунду.

Якщо швидкість теплоносія буде ще менше, то будуть потрібні труби з великим діаметром, всі ці чинники приведуть до того, що:

Збільшитися вартість пристрою всієї системи опалення;
Збільшиться обсяг необхідного теплоносія;
Зменшиться швидкодію системи опалення, тобто нагріватися вона буде набагато довше.

Для задоволення другої вимоги потрібно застосовувати труби з найменшим діаметром.

Опалення - тепла підлога

Виходить, що при проектуванні систем опалення потрібно проводити розрахунок так, щоб знайти середину між двома цими абсолютно протилежними вимогами.

Маючи багаторічний досвід, були вирахувані деякі оптимальні швидкості для руху теплоносія в трубах. Оптимальними вважаються ті швидкості, які лежать в діапазоні від 0,3 до 0,7 метрів в секунду.

З такою швидкістю втрати тиску будуть рівні приблизно 45-280 паскалів на метр трубопроводу для полімерних труб, і 60-480 паскалів для металевих труб.

Якщо взяти до уваги той факт, що вартість полімерних труб вище, ніж металевих труб, то можна прийти до висновку про те, що швидкість теплоносія в таких трубах доцільно підтримувати на верхніх межах. Таким чином, труби потрібні досить тонкі.

Для більш точного визначення оптимального діаметра труб слід звернутися до довідкових даних, де враховані не тільки швидкості теплоносія, а й тепловий потік, витрата теплоносія і так далі.

Розрахунок втрат тиску

У розрахунку діаметра труб було згадано таке поняття, як втрата тиску. Що це означає? А означає це те, що з котла теплоносій виходить в трубопровід під одним тиск, пройшовши по ньому це тиск падає і стає іншим. Чим вище тиск, тим вище швидкість руху теплоносія. Відповідно, між падінням тиску і економічною доцільністю теж є звязок, тому і розраховувати такий параметр потрібно.

Отже, система опалення, яка складається з труб, опалювальних елементів, радіаторів і так далі становить опалювальний контур. Якщо в системі опалення використовується для подачі теплоносія дві труби, тобто одна в прямому напрямку, а друга в зворотному, то кількість контурів розраховується виходячи з кількості опалювальних елементів. Якщо ж система опалення використовує тільки одну трубу, то ця кількість дорівнює числу приладових віток.

Весь процес розподілу води по контурах проходить обернено пропорційно процесу втрат тиску на цих контурах, причому залежність є квадратичною.