Гидравлический расчёт системы отопления с формулами и примерами

Содержание:

Как посчитать объем воды в системе отопления
Антифризы параметры и виды теплоносителей
Основные виды теплоносителей
Общие расчеты
- Отопительный котел
- Расширительный бак
Расчет теплопотерь и котла для отопления дома онлайн
- Порядок работы на калькуляторе
Что обозначает расчет гидравлики и зачем он нужен
Этапы расчета
Принцип работы регуляторов отопления
В итоге

Как посчитать объем воды в системе отопления

Расход воды в централизованных системах отопления рядовыми пользователями не учитывается. Но знать объем системы отопления, которая создается для оснащения отдельной квартиры (дома) необходимо. Эти данные помогут точнее определить несколько важных эксплуатационных параметров, о которых будет рассказано далее.

Для чего нужен расчет количества воды в системе отопления

При установке соответствующего оборудования в загородные частные дома многие хозяева предпочитают использовать специальные жидкости.

Качественный антифриз, со специальными добавками, предотвращает возникновение коррозийных процессов, что повышает долговечность металлических труб и других компонентов инженерной системы. Он не превращается в лед при низких температурах.

Это свойство пригодится при несанкционированном отключении оборудования, в иных аварийных ситуациях. Но такая жидкость стоит дороже воды, поэтому необходим точный расчет потребностей.

Второй задачей является уточнение объема емкости расширительного бака. Если она будет недостаточной в закрытых системах, то устройство не будет выполнять полноценно свои функции по компенсации расширения жидкости при нагреве.

Как определить количество воды экспериментально, сделать расчет

Самым простым способом узнать, сколько понадобится жидкости для заполнения системы, является опыт. После подключения дома нового отопительного оборудования открывается вентиль для их заполнения. Нужное значение будет получено, как результат показаний счетчика расхода воды. Второй вариант – обратное действие. Можно производить слив из системы, используя ведро, или другую емкость с известным объемом.

Понятно, что подобные операции допустимы только при наличии дома установленного оборудования. В действительности посчитать придется заранее, чтобы правильно определиться с параметрами соответствующего проекта. Далее будет рассмотрена правильная последовательность действий, которая поможет рассчитать объем теплоносителя:

Выясняется количество жидкости, которое вмещает котел. Эти данные указываются в техническом паспорте на соответствующее изделие. Устройства проточного типа экономичнее. Но те, в которых используются накопительные емкости, способны быстро обеспечить потребителей горячей водой. В некоторых моделях котлов, работающих на твердом топливе, соответствующий объем достигает 50-ти литров.
Далее суммируются аналогичные характеристики радиаторов отопления. Как правило, самые крупные – чугунные радиаторы. Для заполнения одной секции такого прибора может потребоваться не менее полутора литров жидкости.
Емкость обвязки считают только с учетом данных по трубам. Чтобы произвести расчет используется следующая формула: V (объем жидкости для заполнения трубопровода) = П (3, 14 –число «Пи») х R 2 (радиус трубы во второй степени) х L (длина трубопровода).
Последнее действие – суммирование имеющихся величин.

https://youtube.com/watch?v=GrYdSoMrDqc

Чтобы правильно рассчитать внутренний объем труб надо использовать только сопоставимые величины. Точный радиус вычисляется с использованием вычитания двойной ширины стенок. Приведем пример, который основан на следующих исходных данных:

Длина труб: 12 метров.
Диаметр (наружный): 24 мм.
Толщина стенок : 2 мм.

Вначале надо рассчитать внутренний радиус: R = 24 — (2х2)/2 =10 мм.

Теперь можно использовать приведенную выше формулу: V = 3,14 х 10 2 /1000 х 12 = 3,768 литра. К этому значению прибавляют объемы котла и радиаторов отопления.

Какой должна быть величина емкости расширительного бака

Как правило, рассчитать точно эту величину надо, если предполагается создание дома отопительной системы закрытого типа. Чтобы получить искомое значение применяют следующую формулу: VR (объем расширительного бака) = (VO (общий объем, который рассчитывается по рассмотренной выше методике) х KR (коэффициент расширения жидкости)) / KE (коэффициент эффективности). KR принимается для воды равным 0,04 (антифриз – 0,044). KE – это показатель, который вычисляют с использованием формулы: KE = (PM (максимальное давление в системе) – PN (номинальное давление, при котором происходит наполнение бака))/ (PM+1).

https://youtube.com/watch?v=syF9KpsxZO8

Таким образом, чтобы выяснить количество незамерзающей жидкости для заполнения отопительной системы надо сложить все перечисленные выше объемы:

котла;
батарей;
трубопровода;
расширительного бака.

Антифризы параметры и виды теплоносителей

Гидравлический расчет трубопровода

Основой для производства антифриза служит этиленгликоль или пропиленгликоль. В чистом виде эти вещества представляют собой весьма агрессивные среды, но дополнительные присадки делают антифриз пригодным для использования в системах отопления. От введенных присадок зависит степень антикоррозийности, срок работы и, соответственно, конечная стоимость.

Главной же задачей присадок является защита от коррозии. Имея низкую теплопроводность, слой ржавчины становится изолятором тепла. Ее частицы способствуют засорению каналов, выводят из строя циркуляционные насосы, приводят к протечкам и повреждениям в отопительной системе.

Более того, сужение внутреннего диаметра трубопровода влечет за собой гидродинамическое сопротивление, из-за чего скорость теплоносителя снижается, увеличиваются энергозатраты.

Антифриз имеет широкий диапазон температур (от -70°С до +110°С), но, изменяя пропорции воды и концентрата, можно получить жидкость с другой температурой замерзания. Это позволяет использовать прерывистый режим отопления и включать обогрев помещений только при необходимости. Как правило, антифриз предлагается двух типов: с температурой замерзания не больше -30°С и не больше -65°С.

В промышленных системах охлаждения и кондиционирования, а также в технических системах с отсутствием особых экологических требований используется антифриз на основе этиленгликоля с антикоррозийными присадками. Связано это с токсичностью растворов. Для их применения требуются расширительные баки закрытого типа, не допускается использование в двухконтурных котлах.

Иные возможности применения получил раствор на основе пропиленгликоля. Это экологически чистый и безопасный состав, который применяют в пищевой, парфюмерной промышленности и жилых зданиях. Везде, где требуется не допустить возможности попадания в почву и грунтовые воды токсичных веществ.

Следующий тип — триэтиленгликолевый, который применяют при высоких температурных режимах (до 180°С), но его параметры не дали широкого применения.

Основные виды теплоносителей

Подбор насоса для водоснабжения частного дома и гидротехнический расчет с примерами

Существует четыре основных вида жидкости, используемых для заполнения отопительных систем:

Вода – максимально простой и доступный теплоноситель, который может использоваться в любых отопительных системах. Вместе с полипропиленовыми трубами, которые предотвращают испарение, вода становится практически вечным теплоносителем.
Антифриз – этот теплоноситель обойдется уже дороже воды, и используется в системах нерегулярно отапливаемых помещений.
Спиртосодержащие теплоносители – это дорогостоящий вариант заполнения отопительной системы. Качественная спиртосодержащая жидкость содержит от 60% спирта, около 30% воды и порядка 10% объема составляют другие добавки. Такие смеси обладают отличными незамерзающими свойствами, но огнеопасны.
Масло – в качестве теплоносителя используется только в специальных котлах, но в отопительных системах практически не применяется, так как эксплуатация такой системы обходится очень дорого. Также масло очень долго разогревается (необходим разогрев, как минимум, до 120°С), что технологически очень опасно, при этом и остывает такая жидкость очень долго, поддерживая высокую температуру в помещении.

В заключении стоит сказать, что если система отопления модернизируется, монтируются трубы или батареи, то нужно произвести перерасчет ее общего объема, согласно новым характеристика всех элементов системы.

Общие расчеты

Как рассчитать объем системы отопления?

Определять общую емкость отопления необходимо, чтобы мощности отопительного котла хватило для качественного обогрева всех помещений. Превышение показателей допустимого объема может привести к повышению износа отопительного прибора, а также значительному расходу электроэнергии.

Необходимое количество теплоносителя рассчитывается согласно следующей формуле: Общий объем = V котла + V радиаторов + V труб + V расширительного бачка

Отопительный котел

Определиться с показателем емкости котла позволяет вычисление мощности нагревательного агрегата. Для этого достаточно взять за основу соотношение, при котором 1 кВт тепловой энергии достаточно для эффективного обогрева 10 м2 жилплощади. Данное соотношение является справедливым при наличии потолков, высота которых составляет не более 3-х метров.

Как только станет известен показатель мощности котла, достаточно отыскать подходящий агрегат в специализированном магазине. Объем оборудования каждый производитель указывает в паспортных данных.

Поэтому в случае выполнения правильного расчета мощности проблем с определением нужного объема не возникнет.

Чтобы определить достаточный объем воды в трубах, необходимо вычислить поперечное сечение трубопровода согласно формуле – S = π × R2, где:

S – поперечное сечение;
π – постоянная константа, равная 3,14;
R – внутренний радиус труб.

Рассчитав значение площади поперечного сечения труб достаточно умножить его на общую длину всего трубопровода в системе отопления.

Расширительный бак

Определить, какой емкостью должен обладать расширительный бак, можно, располагая данными о коэффициенте температурного расширения теплоносителя. У воды этот показатель составляет 0,034 при подогреве до 85 оС.

Выполняя расчет достаточно воспользоваться формулой: V-бака = (V сист × K) / D, где:

V-бака – необходимый объем расширительного бачка;
V-сист – общий объем жидкости в остальных элементах системы отопления;
K – коэффициент расширения;
D – эффективность расширительного бачка (указывается в технической документации).

В настоящее время существует широкое разнообразие отдельных типов радиаторов для отопительных систем. Помимо функциональных различий все они имеют разную высоту.

Чтобы рассчитать объем рабочей жидкости в радиаторах, необходимо для начала подсчитать их количество. После чего умножить данную сумму на объем одной секции.

Узнать объем одного радиатора можно, воспользовавшись данными из технического паспорта изделия. При отсутствии такой информации можно сориентироваться согласно усредненным параметрам:

чугунные – 1,5 л на секцию;
биметаллические – 0,2-0,3 л на секцию;
алюминиевые – 0,4 л на секцию.

Понять, как правильно рассчитать значение позволит следующий пример. Допустим, имеется 5 радиаторов, изготовленных из алюминия. Каждый обогревательный элемент содержит по 6 секций. Производим расчет: 5×6×0,4 = 12 л.

Как видно, расчет емкости отопления сводится к вычислению суммарного значения четырех вышеуказанных элементов.

Определить необходимую емкость рабочей жидкости в системе с математической точностью удается не каждому. Поэтому, не желая выполнять расчет, некоторые пользователи действуют следующим образом. Для начала заполняют систему примерно на 90%, после чего проверяют работоспособность. Далее стравливают скопившийся воздух и продолжают заполнение.

В процессе эксплуатации отопительной системы происходит естественный спад уровня теплоносителя в результате конвекционных процессов. При этом происходит потеря мощности и производительности котла. Отсюда вытекает необходимость наличия резервной емкости с рабочей жидкостью, откуда можно будет отслеживать убыток теплоносителя и при необходимости производить его пополнение.

Расчет теплопотерь и котла для отопления дома онлайн

С помощью нашего калькулятора расчета отопления для частного дома вы сможете с легкостью узнать необходимую мощность котла для обогрева вашего уютного “гнездышка”.

Как вы помните, для того чтобы рассчитать показатель теплопотерь, необходимо знать несколько значений основных компонентов дома, на которые в сумме приходится более 90% от общих потерь. Для вашего удобства мы добавили в калькулятор только те поля, которые вы можете заполнить без специальных знаний:

остекление;
теплоизоляция;
соотношение площади окон и пола;
температура снаружи помещения;
число стен выходящих наружу;
какое помещение над рассчитываемым;
высота помещения;
площадь помещения.

После того, как вы получите значение теплопотерь дома, для вычисления необходимой мощности котла берется поправочный коэффициент запаса равный 1.2.

Порядок работы на калькуляторе

Помните, что чем толще остекление и качественнее теплоизоляция, тем меньшей мощности отопление потребуется.

Для получения результатов необходимо ответить себе на следующие вопросы:

Выберите один из предложенных типов остекления (тройной или двойной стеклопакет, обычное двухкамерное стекло).
Как утеплены ваши стены? Добротное толстое утепление из пары слоев минеральной ваты, пенопласта, ЭППС для севера и Сибири. Может быть, живете в Центральной России и вам хватит одного слоя утеплителя. Или вы из тех, кто строит дом в южных регионах и ему подойдет двойной пустотелый кирпич.
Какое у вас соотношение площади окон к полам, в %. Если вы не знаете это значение, то оно рассчитывается очень просто: делите площадь полов на площадь окон и умножайте на 100%.
Укажите минимальную температуру в зимний период за пару сезонов и округляйте в большую сторону. Не нужно использовать среднюю температуру по зимам, иначе вы рискуете получить котел меньшей мощности, и дом будет недостаточно отапливаться.
Рассчитываем для всего дома или только для одной стены?
Что находится над нашим помещением. Если у вас одноэтажный дом, выберите тип чердака (холодный или теплый), если второй этаж, то обогреваемое помещение.
Высота потолков и площадь помещения, необходимы для расчета объема квартиры, который в свою очередь, является основой для всех вычислений.

Пример расчетов:

одноэтажный дом в Калининградской области;
длина стен 15 и 10 м, утеплены одним слоем минеральной ваты;
высота потолка 3 м;
6 окон по 5 м2 из двухкамерного стеклопакета;
минимальная температура за последние 10 лет – 26 градусов;
рассчитываем для всех 4 стен;
сверху теплый отапливаемый чердак;

Площадь нашего дома равна 150 м2, а площадь окон 30 м2. 30/150*100=20% соотношение между окнами и полом.

Все остальное нам известно, выбираем соответствующие поля в калькуляторе и получаем, что наш дом будет терять 26.79 кВт тепла.

26,79*1.2=32.15 кВт – необходимая теплопроизводительность котла.

Что обозначает расчет гидравлики и зачем он нужен

Сделать гидравлический расчет отопления – это значит правильно подобрать параметры определенных участков сети с учетом давления, чтобы по ним осуществлялся определенный расход теплоносителя.

Этот расчет дает возможность определить:

Потери давления на различных участках сети;
Пропускную способность трубопровода;
Оптимальный расход жидкости;
Необходимые показатели для выполнения гидравлической увязки.

Совмещая все полученные данные можно подобрать отопительные насосы.

Количество попадающего в радиаторы источника тепла должно быть таким, чтобы получился обогревающий баланс внутри здания с учетом уличной температуры и температуры, заданной пользователем для каждой комнаты в отдельности.

Если отопление автономное, можно использовать такие методы расчета:

Используя характеристики сопротивления и проводимости;
По удельным расходам;
Путем сравнивания динамического давления;
По различным длинам, приведенным к одному показателю.

Расчет гидравлики – один из важнейших этапов при разработке систем отопления с жидким теплоносителем.

Прежде чем приступить к его осуществлению необходимо:

Определить баланс тепла в необходимых помещениях;
Выбрать тип приборов отопления и разместить их на чертежах здания;
Решить вопросы по конфигурации обогревательной системы, а также по видам применяемых труб и арматуры;
Начертить схему системы отопления, где будут видны номера, нагрузки и длины необходимых участков;
Определить основное циркуляционное кольцо, по которому движется теплоноситель.

Обычно для зданий с малым количеством этажей применятся двухтрубная отопительная система, а для построек с большой этажностью – однотрубная.

Этапы расчета

Рассчитать параметры отопления дома необходимо в несколько этапов:

расчет теплопотерь дома;
подбор температурного режима;
подбор отопительных радиаторов по мощности;
гидравлический расчет системы;
выбор котла.

Таблица поможет вам понять, какой мощности радиатор нужен для вашего помещения.

Расчет теплопотерь

Теплотехническая часть расчета выполняется на базе следующих исходных данных:

удельная теплопроводность всех материалов, используемых при строительстве частного дома;
геометрические размеры всех элементов здания.

Тепловая нагрузка на отопительную систему в данном случае определяется по формуле: Мк = 1,2 х Тп, где

Тп — суммарные теплопотери постройки;

Мк — мощность котла;

1,2 — коэффициент запаса (20%).

При индивидуальной застройке расчет отопления можно произвести по упрощенной методике: суммарную площадь помещений (включая коридоры и прочие нежилые помещения) умножить на удельную климатическую мощность, и полученное произведение разделить на 10.

Значение удельной климатической мощности зависит от места строительства и равняется:

для центральных районов России — 1,2 — 1,5 кВт;
для юга страны — 0,7 — 0,9 кВт;
для севера — 1,5 — 2,0 кВт.

Упрощенная методика позволяет рассчитать отопление, не прибегая к дорогостоящей помощи проектных организаций.

Температурный режим и подбор радиаторов

Режим определяется исходя из температуры теплоносителя (чаще всего им является вода) на выходе из отопительного котла, воды, возвращенной в котел, а также температуры воздуха внутри помещений.

Оптимальным режимом, согласно европейским нормам, является соотношение 75/65/20.

Для подбора отопительных радиаторов до их монтажа следует предварительно рассчитать объем каждого помещения. Для каждого региона нашей страны установлено необходимое количество тепловой энергии на один кубометр помещения. Например, для европейской части страны этот показатель равен 40 Вт.

Для определения количества тепла для конкретного помещения, надо ее удельную величину умножить на кубатуру и полученный результат увеличить на 20% (умножить на 1,2). На основании полученной цифры рассчитывается необходимое количество отопительных приборов. Производитель указывает их мощность.

К примеру, каждое ребро стандартного алюминиевого радиатора имеет мощность 150 Вт (при температуре теплоносителя 70°С). Чтобы определить нужное количество радиаторов, надо величину необходимой тепловой энергии разделить на мощность одного отопительного элемента.

Гидравлический расчет

Для гидравлического расчета существуют специальные программы.

Одним из затратных этапов строительства является монтаж трубопровода. Гидравлический расчет системы отопления частного дома нужен для определения диаметров труб, объема расширительного бака и правильного подбора циркуляционного насоса. Результатом гидравлического расчета являются следующие параметры:

Расход теплоносителя в целом;
Потери напора теплового носителя в системе;
Потери напора от насоса (котла) до каждого отопительного прибора.

Как определить расход теплоносителя? Для этого необходимо перемножить его удельную теплоемкость (для воды этот показатель равен 4,19 кДж/кг*град.С) и разность температур на выходе и входе, затем суммарную мощность системы отопления разделить на полученный результат.

Диаметр трубы подбирается исходя из следующего условия: скорость воды в трубопроводе не должна превышать 1,5 м/с. В противном случае система будет шуметь. Но есть и ограничение нижнего предела скорости — 0,25 м/с. Монтаж трубопровода требует оценки данных параметров.

Если этим условием пренебречь, то может произойти завоздушивание труб. При правильно подобранных сечениях для функционирования системы отопления бывает достаточно циркуляционного насоса, встроенного в котел.

Потери напора для каждого участка рассчитываются как произведение удельной потери на трение (указывается производителем труб) и длины участка трубопровода. В заводских характеристиках они также указываются для каждого фитинга.

Выбор котла и немного экономики

Котел выбирается в зависимости от степени доступности того или иного вида топлива. Если к дому подведен газ, нет смысла приобретать твердотопливный или электрический. Если нужна организация горячего водоснабжения, то котел выбирают не по мощности отопления: в таких случаях выбирают монтаж двухконтурных устройств мощностью не менее 23 кВт. При меньшей производительности они обеспечат лишь одну точку водоразбора.

Принцип работы регуляторов отопления

Регулятор температуры теплоносителя, циркулирующего в отопительной системе — это прибор, с помощью которого обеспечивается автоматический контроль и корректировка температурных параметров воды.

Состоит данное устройство, изображенное на фото, из следующих элементов:

вычислительный и коммутирующий узел;
рабочий механизм на трубе подачи горячего теплоносителя;
исполнительный блок, предназначенный для подмеса теплоносителя, поступающего из обратки. В ряде случаев устанавливают трехходовой кран;
повысительный насос на участке подачи;
не всегда повысительный насос на отрезке «холодного перепуска»;
датчик на линии подачи теплоносителя;
клапаны и запорная арматура;
датчик на обратке;
датчик температуры наружного воздуха;
несколько датчиков температуры помещения.

Теперь необходимо разобраться, как происходит регулирование температуры теплоносителя и как функционирует регулятор.

На выходе из отопительной системы (обратке) температура теплоносителя зависит от объема воды, прошедшей через нее, поскольку нагрузка является относительно постоянной величиной. Прикрывая подачу жидкости, регулятор тем самым увеличивает разность между линией подачи и обраткой до требуемого значения (на данных трубопроводах устанавливают датчики).

Когда наоборот необходимо увеличить поток теплоносителя, тогда в систему теплоснабжения врезают повысительный насос, которым тоже управляет регулятор. С целью понижения температуры водяного входящего потока применяют холодный перепуск», который означает, что часть носителя тепла, уже проциркулировавшего по системе, вновь направляют на вход.

В результате регулятор, перераспределяя потоки теплоносителя в зависимости от данных, зафиксированных датчиком, обеспечивает соблюдение температурного графика отопительной системы.

Нередко такой регулятор комбинируют с регулятором горячего водоснабжения с помощью одного вычислительного узла. Прибор, регулирующий ГВС, проще в управлении и в части исполнительных механизмов. При помощи датчика на линии горячего водоснабжения выполняется регулировка прохода воды через бойлер и в итоге она стабильно имеет стандартные 50 градусов (прочитайте: «Отопление через водонагреватель «).