Гидравлические потери

Основой экономного подхода к расходу энергоносителя в системе отопления любого типа является температурный график. Его параметры указывают оптимальное значение нагрева воды, оптимизируя тем самым затраты. Для того чтобы на практике применить эти данные необходимо подробнее узнать принципы его построения.

Температурный график — оптимальное значение нагрева теплоносителя для создания комфортной температуры в помещении. Он состоит из нескольких параметров, каждый из которых прямым образом влияет на качество работы всей 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.

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

В качестве примера рассмотрим двухтрубную гравитационную систему отопления .

Исходные данные для расчета:

Основными гидравлическими показателями, необходимыми для проведения расчетов, являются:

Каждый из этих показателей напрямую связан с остальными: любое изменение какого-то параметра влечет за собой перемену общей картины. К примеру, уменьшение диаметра провоцирует не только убыстрение движения теплоносителя: увеличивается также и гидравлическое сопротивление. И наоборот, при увеличении сечения труб происходит уменьшение скорости и сопротивления. Учитывая эту тенденцию, можно без труда добиться сокращения расходов на материалы, улучшения эффективности и надежности обогрева жилища.

Методика расчета подробно изложена в .

Потери давления определяют по формуле

, (6.21)

где G – расход воды, кг/ч;

S – характеристика сопротивления элемента системы отопления, Па/(кг/ч).

Характеристика сопротивления отдельных элементов системы отопления определяется по справочным данным, см., например, .

Гидравлический расчет целесообразно проводить в такой последовательности:

1. Выявляют основное циркуляционное кольцо и вычисляют расчетное циркуляционное давлениепо формулам главы 6, определив естественное циркуляционное давление для стояка, включенного в основное кольцо.

2. Десять процентов от оставляют в запасе на неучтенные потери.

Проведем гидравлический расчет двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и попутным движением воды (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Расчетная аксонометрическая схема двухтрубной водяной системы

Система присоединена к тепловой сети через элеватор. Располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание р э = 130 000 Па. Температура воды в подающей линии тепловой сети t 1 = 150°C, в обратной — t о = 70°С. Температура воды, поступающей в систему t г = 90°С, на выходе из системы t о = 70°C . Тепловые нагрузки, длина расчетных участков и другие расчетные данные показаны на рис. 5.19. Рассчитать гидроэлеватор.

Совокупность последовательно соединенных участков системы отопления, от источника теплоты до отопительных приборов и обратно, образуют циркуляционные кольца, по которым осуществляется движение теплоносителя. В двухтрубных системах отопления количество циркуляционных колец равно количеству отопительных приборов, а в однотрубных — количеству приборных веток (стояков).

Необходимое, пропорциональное тепловым нагрузкам, распределение теплоносителя по циркуляционным кольцам системы отопления осуществляется обратно пропорционально потерям давления в этих кольцах. Причем обратная пропорциональность является квадратичной.

Гидравлический расчет необходим для правильно подбора диаметров и длины труб, количества их соединений и поворотов, количества стояков, оптимального сбалансирования отопительной системы с помощью радиаторных клапанов .

Гидравлический расчет системы отопления выполняется на основе суммарной мощности системы отопления и/или мощности всех радиаторов, разности температур на входе и выходе (подача и обратка котла), площади поперечного сечения труб. 

Применяя полученную информацию относительного необходимого количества тепла, можно выбрать котельное оборудование для конкретной разновидности топлива.

Точно рассчитать, какого сечения трубы вам нужны, не получится. Придется выбирать из нескольких вариантов. А все потому, что добиться одинакового эффекта можно разными способами.

Поясним. Нам важно доставить к радиаторам нужное количество тепла и добиться при этом равномерного нагрева радиаторов. В системах с принудительной циркуляцией делаем мы это при помощи труб, теплоносителя и насоса. В принципе все, что нам нужно, — это за определенный промежуток времени «прогнать» определенное количество теплоносителя. Тут есть два варианта: поставить трубы меньшего диаметра и подавать теплоноситель с большей скоростью, или  сделать систему большего сечения, но с меньшей интенсивностью движения. Обычно выбирают первый вариант. И вот почему:

С инженерной точки зрения жидкостная система отопления представляется достаточно сложным комплексом, включающим устройства генерации тепла, его транспортировки и выделения в обогреваемых помещениях. Идеальным режимом работы гидравлической системы отопления считается такой, при котором теплоноситель поглощает максимум тепла от источника и передаёт его комнатной атмосфере без потерь в процессе перемещения. Конечно, такая задача видится совершенно недостижимой, однако более вдумчивый подход позволяет предсказать поведение системы в различных условиях и максимально приблизиться к эталонным показателям. Это и есть главная цель проектирования систем отопления, важнейшей частью которого по праву считается гидравлический расчёт.

Практические цели гидравлического расчёта таковы: