Скорость воды в системе отопления нормы. Гидравлический расчет системы отопления

С помощью гидравлического расчета можно правильно подобрать диаметры и длину труб, правильно и быстро сбалансировать систему с помощью радиаторных клапанов. Результаты этого расчета также помогут правильно подобрать циркуляционный насос.

В результате гидравлического расчета необходимо получить следующие данные:

m - расход теплоносителя для всей системы отопления, кг/с;

ΔP - потери напора в системе отопления;

ΔP 1 , ΔP 2 ... ΔP n , - потери напора от котла (насоса) до каждого радиатора (от первого до n-го);

Расход теплоносителя

Расход теплоносителя рассчитывается по формуле:

Cp - удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*град.C); для упрощенных расчетов принимаем равной 4,19 кДж/(кг*град.C)

ΔPt - разность температур на входе и выходе; обычно берем подачу и обратку котла

Калькулятор расхода теплоносителя (только для воды)

Q = кВт; Δt = o C; m = л/с

Точно также можно посчитать расход теплоносителя на любом участке трубы. Участки выбираются так, чтобы в трубе была одинаковая скорость воды. Таким образом, разбиение на участки происходит до тройника, либо до редукции. Нужно просуммировать по мощности все радиаторы, к которым течет теплоноситель через каждый участок трубы. Потом подставить значение в формулу выше. Эти расчеты необходимо сделать для труб перед каждым радиатором.

Скорость теплоносителя

Затем, используя полученные значения расхода теплоносителя, необходимо для каждого участка труб перед радиаторами вычислить скорость движения воды в трубах по формуле :

где V - скорость движения теплоносителя, м/с;

m - расход теплоносителя через участок трубы, кг/с

ρ - плотность воды, кг/куб.м. можно принять равной 1000 кг/куб.м.

f - площадь поперечного сечения трубы, кв.м. можно посчитать по формуле: π * r 2 , где r - внутренний диаметр, деленный на 2

Калькулятор скорости теплоносителя

m = л/с; труба мм на мм; V = м/с

Потери напора в трубе

ΔPp тр = R * L,

ΔPp тр - потеря напора в трубе на трение, Па;

R - удельные потери на трение в трубе, Па/м; в справочной литературе производителя трубы

L - длина участка, м;

Потери напора на местных сопротивлениях

Местные сопротивления на участке труб - это сопротивление на фитингах, арматуре, оборудовании и т.п. Потери напора на местных сопротивлениях рассчитываются по формуле :

где Δp м.с. - потери напора на местных сопротивлениях, Па;

Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; коэффициенты местных сопротивлений указываются производителем для каждого фитинга

V - скорость теплоносителя в трубопроводе, м/с;

ρ - плотность теплоносителя, кг/м 3 .

Итоги гидравлического расчета

В итоге необходимо просуммировать сопротивления всех участков до каждого радиатора и сравнить с контрольными значениями. Для того, чтобы насос, встроенный в , обеспечил теплом все радиаторы, потери напора на самой длинной ветке не должны превышать 20000 Па. Скорость движения теплоносителя на любом участке должна быть в диапазоне 0,25 - 1,5 м/с. При скорости выше 1,5 м/с в трубах может появиться шум, а минимальная скорость в 0,25 м/с рекомендуется по во избежание завоздушивания труб.

Для того, чтобы выдержать вышеуказанные условия, достаточно правильно подобрать диаметры труб. Это можно сделать по таблице.

В ней указана суммарная мощность радиаторов, которые труба обеспечивает теплом.

Быстрый подбор диаметров труб по таблице

Для домов площадью до 250 кв.м. при условии, что стоит насос 6-ка и радиаторные термоклапаны, можно не делать полный гидравлический расчет. Можно подобрать диаметры по таблице ниже. На коротких участках можно немного превысить мощность. Расчеты произведены для теплоносителя Δt=10 o C и v=0,5м/с.

Обсудить эту статью, оставить отзыв в

Индивидуальные системы гидравлического отопления

Чтобы правильно провести гидравлический расчет системы отопления, необходимо принять во внимание некоторые эксплуатационные параметры самой системы. Сюда входят скорость теплоносителя, его расход, гидравлическое сопротивление запорной арматуры и трубопровода, инертность и так далее.

Может показаться, что эти параметры никак друг с другом не связаны. Но это ошибка. Связь между ними прямая, поэтому нужно при анализе опираться именно на них.

Приведем пример этой взаимосвязи. Если увеличить скорость теплоносителя, то сразу же возрастет сопротивление трубопровода. Если увеличить расход, то увеличивается скорость горячей воды в системе, а, соответственно, и сопротивление. Если увеличить диаметр труб, то снижается скорость движения теплоносителя, а значит, снижается сопротивление трубопровода.

Система отопления включает в себя 4 основных компонента:

1. Отопительный котел.
2. Трубы.
3. Приборы отопления.
4. Запорная и регулирующая арматура.

Каждый из этих компонентов имеет свои параметры сопротивления. Ведущие производители обязательно их указывают, потому что гидравлические характеристики могут изменяться. Они во многом зависят от формы, конструкции и даже от материала, из которого изготовлены составляющие отопительной системы. И именно эти характеристики являются самыми важными при проведении гидравлического анализа отопления.

Что же такое гидравлические характеристики? Это удельные потери давления. То есть, в каждом виде отопительного элемента, будь то труба, вентиль, котел или радиатор, всегда присутствует сопротивление со стороны конструкции прибора или со стороны стенок. Поэтому, проходя по ним, теплоноситель теряет свое давление, а, соответственно, и скорость.

Расход теплоносителя

Расход теплоносителя

Чтобы показать, как производится гидравлический расчет отопления, возьмем для примера простую отопительную схему, в которую входят отопительный котел и радиаторы отопления с киловаттным потреблением тепла. И таких радиаторов в системе 10 штук.

Здесь важно правильно разбить всю схему на участки, и при этом точно придерживаться одного правила - на каждом участке диаметр труб не должен меняться.

Итак, первый участок - это трубопровод от котла до первого отопительного прибора. Второй участок - это трубопровод между первым и вторым радиатором. И так далее.

Как происходит теплоотдача, и каким образом понижается температура теплоносителя? Попадая в первый радиатор, теплоноситель отдает часть тепла, которое снижается на 1 киловатт. Именно на первом участке гидравлический расчет производится под 10 киловатт. А вот на втором участке уже под 9. И так далее с понижением.

Обратите внимание, что для подающего контура и для обратки данный анализ выполняется отдельно.

Существует формула, по которой можно рассчитать расход теплоносителя:

G = (3,6 х Qуч) / (с х (tr-to))

Qуч - это расчетная тепловая нагрузка участка. В нашем примере для первого участка она равна 10 кВт, для второго 9.

с - удельная теплоемкость воды, показатель постоянный и равный 4,2 кДж/кг х С;

tr - температура теплоносителя при входе на участок;

to - температура теплоносителя при выходе с участка.

Скорость теплоносителя

Схематический расчет

Существует минимальная скорость горячей воды внутри отопительной системы, при которой само отопление работает в оптимальном режиме. Это 0,2-0,25 м/с. Если она уменьшается, то из воды начинает выделяться воздух, что ведет к образованию воздушных пробок. Последствия - отопление не будет работать, и котел закипит.

Это нижний порог, а что касается верхнего уровня, то он не должен превышать 1,5 м/с. Превышение грозит появлением шумов внутри трубопровода. Наиболее приемлемый показатель - 0,3-0,7 м/с.

Если необходимо провести точный подсчет скорости движения воды, то придется принять во внимание параметры материала, из которого изготовлены трубы. Особенно в этом случае учитывается шероховатость внутренних поверхностей труб. К примеру, по стальным трубам горячая вода движется со скоростью 0,25-0.5 м/с, по медным 0,25-0,7 м/с, по пластиковым 0,3-0,7 м/с.

Выбор основного контура

Гидравлическая стрелка отделяет котловые и отопительные контура

Здесь необходимо рассматривать отдельно две схемы - однотрубную и двухтрубную. В первом случае расчет нужно вести через самый нагруженный стояк, где установлено большое количество отопительных приборов и запорной арматуры.

Во втором случае выбирается самый загруженный контур. Именно на его основе и нужно делать подсчет. Все остальные контуры будет иметь гидравлическое сопротивление гораздо ниже.

В том случае, если рассматривается горизонтальная развязка труб, то выбирается самое загруженное кольцо нижнего этажа. Под загруженностью понимают тепловую нагрузку.

Заключение

Отопление в доме

Итак, подведем итог. Как видите, чтобы сделать гидравлический анализ отопительной системы дома, необходимо учесть многое. Пример специально был простым, поскольку разобраться, скажем, с двухтрубной системой отопления дома в три или более этажей очень сложно. Для проведения такого анализа придется обратиться в специализированное бюро, где профессионалы разберут весь «по косточкам».

Необходимо будет учесть не только вышеописанные показатели. Сюда придется включить потерю давления, снижение температуры, мощность циркуляционного насоса, режим работы системы и так далее. Показателей много, но все они присутствуют в ГОСТах, и специалист быстро разберется, что к чему.

Единственное, что необходимо предоставить для расчета - это мощность отопительного котла, диаметр труб, наличие и количество запорной арматуры и мощность насоса.

Система отопления с естественной циркуляцией – это система, в которой теплоноситель движется под воздействием силы тяжести и благодаря расширению воды при повышении ее температуры. Насос отсутствует.

Работает система отопления с естественной циркуляцией так. Определенный объем теплоносителя нагревается в котле. Нагретая вода расширяется и поднимается наверх (поскольку ее плотность ниже, чем у холодной воды) до самой верхней точки отопительного контура.

Она самотеком движется по контуру, постепенно отдавая свое тепло трубам и отопительным приборам – при этом, естественно, остывая сама. Совершив полный круг, вода возвращается назад к котлу. Цикл повторяется.

Такая система является саморегулирующейся, а также самотечной, или гравитационной: скорость движения теплоносителя зависит от температуры в доме. Чем холоднее, тем он быстрее движется. Это происходит потому, что напор зависит от разницы в плотности воды, выходящей из котла, и ее плотности в «обратке». Плотность зависит от температуры: вода остывает (а чем холоднее в доме, тем быстрее это происходит), плотность увеличивается, скорость вытеснения нагретой воды (с меньшей плотностью) возрастает.

Кроме того, напор зависит от того, на сколько по высоте отстоят котел и нижний радиатор: чем ниже котел, тем быстрее вода переливается в обогреватель (по принципу сообщения сосудов).

Плюсы и минусы самотечных систем

Реализация отопления с естественной циркуляцией

Такие системы очень популярны для квартир, в которых реализована автономная система отопления, и одноэтажных загородных домов небольшого метража ().

Положительным фактором является отсутствие в контуре подвижных элементов (в том числе насоса) – это, а также то, что контур замкнут (и, следовательно, соли металлов, взвеси и прочие нежелательные примеси в теплоносителе имеются в постоянном количестве), увеличивают срок службы системы. Особенно если вы будете применять полимерные, металлопластиковые или оцинкованные трубы и , она может прослужить 50 и более лет.

Они дешевле систем с принудительной циркуляцией (как минимум – на стоимость насоса) в сборке и в эксплуатации.

Естественная циркуляция воды в системе отопления означает сравнительно маленький перепад. К тому же и трубы, и отопительные приборы из-за трения оказывают сопротивление движущейся воде.

Исходя из этого, отопительный контур должен иметь радиус порядка 30 метров (или немногим больше). Разнообразные повороты и ответвления увеличивают сопротивление и, следовательно, уменьшают допустимый радиус контура.

Такой контур является высокоинерционным: от момента запуска котла и до прогрева помещений проходит достаточно много времени — до нескольких часов.

Чтобы система функционировала нормально, условно горизонтальные участки труб должны иметь наклон по ходу течения теплоносителя. Воздушные пробки () в таком контуре все собираются в самой верхней точке системы. Там монтируют герметичный либо открытый расширительный бачок.

Закипает вода чаще в системе отопления самотечного типа. Например, в случае применения открытого расширительного бачка порой бывает недостаточно воды в системе, а также если трубы имеют слишком маленький диаметр или слишком маленький уклон (из-за этого уменьшается скорость теплоносителя). Также это может произойти из-за завоздушивания.

Скорость движения воды в самотечном контуре

Скорость воды в системе отопления определяется рядом факторов:

• Напором теплоносителя.
• Диаметром труб ().
• Количеством поворотов и их радиусом, Оптимально – минимальное количество поворотов (лучше всего вообще по прямой, а если они все-таки есть – то с большим радиусом).
• Запорной арматурой: ее количеством и типом.
• Материалом, из которого выполнены трубы. Наибольшее сопротивление оказывает сталь: чем больше на ней отложений, тем выше сопротивление, оцинкованная сталь – меньше, полипропилен – еще меньше, .

Принудительная циркуляция

Принципиальная схема, поясняющая работу принудительной циркуляции

Система отопления с принудительной циркуляцией – это система, в которой используется насос: вода движется под воздействием давления, оказываемого им.

Система отопления с принудительной циркуляцией имеет такие преимущества перед гравитационной:

• Циркуляция в системе отопления происходит с гораздо большей скоростью, и, следовательно, прогрев помещений осуществляется быстрее.
• Если в самотечной системе радиаторы прогреваются по-разному (в зависимости от их удаленности от котла), то в насосной они нагреваются одинаково.
• Можно регулировать нагрев каждого участка отдельно, перекрывать отдельные сегменты.
• Схема монтажа является более легко модифицируемой.
• Не образуется завоздушенность.

Недостатки у такой системы также имеютcя:

1. Она дороже в монтаже: в отличие от гравитационной модели, нужно прибавить стоимость насоса и стоимость запорной арматуры для его отсечения.
2. Она менее долговечна.
3. Зависит от снабжения электроэнергией. Если у вас случаются перебои с ее подачей, необходимо обзавестись источником бесперебойного питания.
4. Она дороже в эксплуатации, так как насосное оборудование потребляет электроэнергию.

Выбор и монтаж насоса

Чтобы выбрать насос, нужно учесть целый ряд факторов:

• Какой именно теплоноситель будет использоваться, какой будет его температура.
• Длина магистрали, материал труб и их диаметр.
• Сколько радиаторов (и каких именно – чугунных, алюминиевых и т.д.) будет подключено, каков будет их размер.
• Количество и виды запорной арматуры.
• Будет ли автоматическое регулирование, и как именно оно будет организовано.

При монтаже насоса на «обратке» продлевается срок службы всех частей контура. Перед ним также желательно установить фильтр для предотвращения поломки крыльчатки.

Перед установкой насос обезвоздушивают.

Выбор теплоносителя

В качестве теплоносителя может использоваться вода, а также один из антифризов:

• Этиленгликоль. Токсичное вещество, которое может привести к летальному исходу. Поскольку протечки все же полностью исключить нельзя – лучше его не использовать.
• Водные растворы глицерина. Их использование требует применения более качественных уплотнительных элементов, деталей из неполярных резин, некоторых видов пластмасс;. Может потребоваться установка дополнительного насоса. Вызывает повышенную коррозию металла. В местах нагрева до высоких температур (в районе горелки котла) возможно образование ядовитого вещества – акролеина.
• Пропиленгликоль. Это вещество нетоксично, мало того, оно используется в качестве пищевой добавки. На его основе изготавливаются эко-антифризы.

Проектные расчеты всех отопительных контуров базируются на применении воды. В случае применения антифриза следует пересчитать все параметры, поскольку антифриз в 2-3 раза более вязкий, имеет гораздо больше объемное расширение, меньшую теплоемкость. Это означает, что требуются гораздо более мощные (примерно на 40% — 50 %) радиаторы, большая мощность котла, напор насоса.

При превышении температуры антифриза он разлагается. При этом образуются кислоты, вызывающие коррозию металла, и твердые осадки, оседающие на стенках труб и внутри радиаторов и ухудшающие движение теплоносителя.

Антифризы также склонны к протечкам, они являются бичом систем с большим количеством резьбовых соединений. Его применение обосновано в том случае, если система отопления может надолго оставаться без присмотра в морозные дни.

Обычную воду в качестве теплоносителя также не рекомендуется использовать: она насыщена солями и кислородом, что приводит к образованию накипи и к коррозии труб и радиаторов.

Обязательно дополнительно прочтите . В этом вопросе нет мелочей, а нюансов – очень много.

Подготовка воды для системы отопления заключается в ее умягчении ().

Это происходит следующим образом:

• Кипячением: углекислый газ улетучивается, некоторые из солей (но не соединения магния и кальция) выпадают в осадок;
• Использованием химических веществ, умягчитель воды для системы отопления – это ортофосфат магния, гашеная известь, кальцинированная сода. Все соли становятся нерастворимыми и выпадают в осадок, для устранения остатков которого воду нужно подвергнуть фильтрации.
• Дистиллированная вода в системе отопления является идеальным вариантом.

Надеемся, что разница между естественной и принудительной циркуляций вам понятна. И вы выберете оптимальный для себя тип системы отопления.

Будем благодарны, если нажмете на кнопки социальных сетей. Пусть и другие почитают этот материал. Приглашаем вас также вступить в нашу группу в сети Вконтакте. До встречи!

Гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления

Как видно из названия темы в расчёте участвуют такие параметры, связанные с гидравликой, как расход теплоносителя, скорость потока теплоносителя, гидравлическое сопротивление трубопроводов и арматуры. При этом между указанными параметрами существует полная взаимосвязь.

Например при увеличении скорости теплоносителя увеличивается гидравлическое сопротивление трубопровода. При увеличении расхода теплоносителя через трубопровод определённого диаметра скорость теплоносителя возрастает и естественно растёт гидравлическое сопротивление при этом изменяя диаметр в большую сторону скорость и гидравлическое сопротивление снижаются. Анализируя эти взаимосвязи гидравлический расчёт превращается в своего рода анализ параметров для обеспечения надёжной и эффективной работы системы и снижения затрат на материалы.

Система отопления состоит из четырёх основных компонентов это трубопроводы, отопительные приборы, теплогенератор, регулирующая и запорная арматура. Все элементы системы имеют свои характеристики гидравлического сопротивления и должны учитываться при расчёте. При этом, как было сказано выше, гидравлические характеристики не являются постоянными. Производители отопительного оборудования и материалов обычно приводят данные по гидравлическим характеристикам (удельные потери давления) на производимое ими материалы или оборудование.

Например:

Номограмма для гидравлического расчёта полипропиленовых трубопроводов производства фирмы FIRAT (Фират)

Удельные потери давления (потеря напора) трубопровода указано для 1 м.п. трубы.

Проанализировав номограмму вы более наглядно увидите ранее указанные взаимосвязи между параметрами.

Итак суть гидравлического расчёта мы определили.

Теперь пройдёмся отдельно по каждому из параметров.

Расход теплоносителя

Расход теплоносителя, для более широкого понимания количество теплоносителя, напрямую зависит от тепловой нагрузки которую теплоноситель должен переместить от теплогенератора к отопительному прибору.

Конкретно для гидравлического расчёта требуется определить расход теплоносителя на заданном расчётном участке. Что такое расчётный участок. Расчетным участком трубопровода принимается участок постоянного диаметра с неизменным расходом теплоносителя. Например если в состав ветки входят десять радиаторов (условно каждый прибор мощностью 1 кВт) а общий расход теплоносителя рассчитан на перенос теплоносителем тепловой энергии равной 10 кВт. То первым участком будет участок от теплогенератора до первого в ветке радиатора (при условии что по всему участку постоянный диаметр) с расходом теплоносителя на перенос 10 кВт. Второй участок будет находится между первым и вторым радиатором с расходом на перенос тепловой энергии 9 кВт и так далее вплоть до последнего радиатора. Рассчитывается гидравлическое сопротивление как подающего трубопровода так и обратного.

Расход теплоносителя (кг/час) для участка рассчитывается по формуле:

G уч = (3,6 * Q уч) / (с * (t г - t о)) кг/ч

Q уч - тепловая нагрузка участка Вт. Например для вышеуказанного примера тепловая нагрузка первого участка равна 10 кВт или 1000 Вт.

с = 4,2 кДж/(кг·°С) - удельная теплоемкость воды

t г - расчетная температура горячего теплоносителя в системе отопления, °С

t о - расчетная температура охлажденного теплоносителя в системе отопления, °С.

Скорость потока теплоносителя.

Минимальный порог скорости теплоносителя рекомендуют принимать в пределах 0,2 - 0,25 м/с. На меньших скоростях начинается процесс выделения избыточного воздуха содержащегося в теплоносителе что может приводить к образованию воздушных пробок и как следствие полный либо частичный отказ работы системы отопления. Верхний порог скорости теплоносителя лежит в диапазоне 0,6 - 1,5 м/с. Соблюдение верхнего порога скорости позволяет избежать возникновение гидравлических шумов в трубопроводах. На практике было определён оптимальный диапазон скорости 0,3 - 0,7 м/с.

Более точный диапазон рекомендованной скорости теплоносителя зависит от материала трубопроводов применяемых в системе отопления а точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопроводов. Например для стальных трубопроводов лучше придерживаться скорости теплоносителя от 0,25 до 0,5 м/с для медных и полимерных (полипропиленовые, полиэтиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,25 до 0,7 м/с либо воспользоваться рекомендациями производителя при их наличии.