Расчет гидравлики системы отопления. Гидравлический расчет системы отопления

Расчет гидравлики системы отопления. Гидравлический расчет системы отопления

Доброго всем времени суток! Сегодня я опишу как нужно делать гидравлический расчет системы отопления и что это вообще такое. Начнем с последнего вопроса.

Что такое гидравлический расчет и для чего он нужен?

Гидравлический расчет системы отопления это математический алгоритм, в результате выполнения которого мы получим необходимый диаметр труб в данной системе (имеется ввиду внутренний диаметр).

Кроме того, будет понятно какой нам необходимо использовать  — определяется напор и расход насоса.

Все это даст возможность сделать систему отопления экономически оптимальной.

Производится он на основании законов гидравлики — специального раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.

Теория гидравлического расчета системы отопления

Теория гидравлики

Теоретически ГР отопления основан на следующем уравнении:

ΔP = R•l + z

Данное равенство справедливо для конкретного участка.

Расшифровывается это уравнение следующим образом:

• ΔP — линейные потери давления.
• R — удельные потери давления в трубе.
• l — длина труб.
• z — потери давления в отводах,  запорной арматуре .

Из формулы видно, что потери давления тем больше, чем она длиннее и чем больше в ней отводов или других элементов, уменьшающих проход или меняющих направление потока жидкости.

Давайте выведем чему равны R и z. Для этого рассмотрим еще одно уравнение, показывающее потери давления от трения об стенки труб:

ΔP_трение = (λ/d)*(v²ρ/2)

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

• λ — коэффициент, зависящий от характера движения трубы.
• d — внутренний диаметр трубы.
• v — скорость движения жидкости.
• ρ — плотность жидкости.

Из этого уравнения устанавливается важная зависимость — потери давления на трение тем меньше, чем больше внутренний диаметр труб и меньше скорость движения жидкости.

Причем, зависимость от скорости здесь квадратичная. Потери в отводах, тройниках и запорной арматуре определяются по другой формуле:

ΔP_{арматура} = ξ*(v²ρ/2)

Здесь:

• ξ — коэффициент местного сопротивления (далее КМС).
• v — скорость движения жидкости.
• ρ — плотность жидкости.

Из данного уравнения также видно, что падение давления возрастает с увеличением скорости жидкости.

Также, стоит сказать, что в случае применения также будет играть важную роль его плотность — чем она выше тем тяжелее циркуляционному насосу.

Поэтому при переходе на «незамерзайку» возможно придется заменить циркуляционный насос.

Из всего вышеизложенного выведем следующее равенство:

Отсюда получаем следующие равенства для R и z:

• R = (λ/α)*(v²ρ/2) Па/м;
• z = ξ*(v²ρ/2) Па;

Теперь давайте разберемся в том, как используя эти формулы рассчитать гидравлическое сопротивление.

Гидравлический расчет системы отопления: пример расчета

Часто инженерам приходится рассчитывать системы отопления на больших объектах.

В них большое количество приборов отопления и много сотен метров труб, но считать все равно нужно.

Ведь без ГР не получится правильно подобрать циркуляционный насос.

К тому же ГР позволяет установить еще до монтажа будет ли работать все это.

Для упрощения жизни проектировщикам разработаны различные численные и программные методы определения гидравлического сопротивления. Начнем от ручного к автоматическому.

Приближенные формулы расчета гидравлического сопротивления

Для определения удельных потерь на трение в трубопроводе используется следующая приближенная формула:

Здесь сохраняется практически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в трубопроводе.

Данная формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

Расчет коллекторной системы отопления. Как рассчитать коллекторную систему отопления

Чтобы обеспечить равновесие и стабильность, все элементы системы отопления должны подходить друг к другу по своей пропускной способности, которая зависит от сечения труб. Основной принцип, по которому должен рассчитываться коллектор отопления, гласит: распределительный гидроколлектор должен иметь площадь поперечного сечения корпуса, равную или большую суммарной площади сечений всех отводящих веток, а площадь сечения сборной гребенки – не меньше суммы площадей подводящих трубопроводов.

Несоблюдение этого требования при конструировании коллектора приведет к недостаточной интенсивности подачи теплоносителя, что сильно снизит качество отопления.

Формула расчета

В виде формулы правило площадей будет выглядеть так:

S0 = S1 + S2 + S3 + Sn,

где S0 – это площадь сечения гребенки,

S1-Sn – площади сечений отходящих веток.

Трубопроводы, входящие в гидроколлектор, в расчет не берутся.

Эту формулу можно привести в более понятный вид, вспомнив школьный курс геометрии. Сечение рассчитывается по формуле S = π * r², но для простоты и удобства расчет коллектора лучше производить через диаметр: S = π * d 2 /4. Следуя этой формуле, исходное равенство преобразуется в такую конструкцию:

π * d0 2 /4 = π * d1 2 /4 + π * d2 2 /4 + π * d3 2 /4 + π * dn 2 /4,

где d0 обозначает диаметр гребенки,

d1-dn – внутренние размеры отводящих веток.

Сократив число Пи и занеся все под знак квадратного корня, можно значительно упростить расчеты:

d0=2 * √(d1²/4 + d2²/4 + d3²/4 + dn²/4).

Так выводится универсальная формула, подходящая для того, чтобы рассчитать гидроколлектор любой сложности и конфигурации. Если все отходящие ветки отопления имеют одинаковый размер, равенство упрощается еще сильнее:

где N обозначает количество отводящих от гребенки веток.

Помимо размеров труб коллектора, нужно также учесть расстояния между ними. Так, расстояние между входной и выходной группами веток должно равняться шести диаметрам, а ветки отопительных контуров должны быть удалены друг от друга на три размера.

Выбор правильного диаметра труб

Разобрать схему расчета диаметра гребенки недостаточно для того, чтобы собрать эффективный гидроколлектор. Нужно также понять, какого диаметра должны быть трубы, чтобы баланс системы соблюдался. Основан подбор труб на их внутреннем диаметре, от которого зависит площадь сечения и пропускная способность, то есть количество воды, которое может пройти через систему отопления за единицу времени.

Считается, что для обеспечения комфортной температуры ветки, отходящие от коллектора, должны отдавать 1 кВт тепла на каждые 10 м 2 помещения. Обычно предусматривают 20% запас на случай чрезмерных заморозков, то есть нужно 1,2 кВт на каждые 10 м. Учитывая, что оптимальная скорость движения теплоносителя равна 0,4-0,7 м/с, а ее температура составляет 80 градусов, для помещения площадью 20 м 2 нужны трубы сечением около 10 мм. Расход воды, покидающей гидроколлектор, при этом составит 110 л/час.

Расчет всех этих цифр ведется по сложной формуле, заменить которую проще таблицей. С помощью таблицы легко можно соотнести размер помещения с необходимым размером трубопроводов, зная нужную тепловую мощность системы.

Упрощенная же схема расчета выглядит так: D = √354∙(0,86∙Q:Δt):V, где:

• D – диаметр трубы в сантиметрах;
• Q – тепловая мощность отопления в киловаттах (1,2 кВт на каждые 10 м 2 );
• Δt – разница температур на подаче из гребенки (80 градусов) и возврате (обычно 65-70 градусов);
• V – скорость воды в м/с (0,4-0,7 м/с при оптимальном варианте).

Отдельно стоит отметить требуемую мощность насосного узла, устанавливаемого в гидроколлектор. Он заставляет воду циркулировать внутри системы отопления. Она основана на коэффициенте пропускной способности, которая, в свою очередь, зависит от расхода воды и диаметра труб и измеряется в м 3 /ч.

Пример расчета

Чтобы формула расчета коллектора была более наглядной и понятной, стоит рассмотреть примерную ситуацию. Допустим, есть дом площадью 100 кв. м., в котором установлено два контура отопления и один контур нагрева воды для бытового применения. Соответственно, в гидроколлектор будет входить три ветки. Нужно подсчитать необходимый размер гребенки, чтобы на все контуры системы хватало горячей воды.

Внутренний диаметр труб коллектора можно узнать из таблиц соответствия диаметров и материалов, из которых они сделаны, а можно посчитать самостоятельно с помощью простой линейки. Для примера примем размер равный 20 мм. Все три трубы системы у нас будут одинаковыми. Нужно подставить число 20 в выведенную ранее формулу, и тогда получается:

d0 = 2 * √(20 2 /4 * 3) = 2 * √300 ≈ 36 мм

Важно! Учтите, что если после извлечения корня получается дробное число, округлять его следует в большую сторону, чтобы размер гребенки наверняка подошел.

В представленном примере внутренний диаметр коллектора должен равняться как минимум 36 мм. Подобрать нужный материал трубы, формирующей гидроколлектор, можно из тех же таблиц, или проконсультировавшись в строительных магазинах.

Источник: https://alyuminievye-radiatory.aystroika.info/stati/raschyot-odnotrubnoy-sistemy-otopleniya-k-raschetu-gorizontalnyh-odnotrubnyh-sistem-otopleniya

Пример гидравлического расчета двухтрубной системы отопления. Расчет двухтрубной системы отопления с гидравлическим описанием

Время диктует такие условия, при которых человек ищет для себя наиболее экономичный выход из положения. Что является сейчас основным в жизни каждой семьи?

На первом месте среди прочих коммунальных удобств – отопление. Отопление пошло по пути индивидуального формата. Это связано и с простотой подбора более комфортного уровня в квартире или доме, и по экономическим соображениям.

Котельная центрального отопления очень часто не рассчитана на остановки-пуски. Трубопроводы теплотрасс изношены настолько, что лишний пуск выявляет целый ряд порывов в системе.

А индивидуальный вариант отопления  не несет никаких проблем. Жарко – отрегулировал температуру, холодно – отрегулировал температуру. А если на улице оттепель, то можно и выключить индивидуальный котел.

Недостатки двухтрубной системы

Но человек не останавливается на достигнутом рубеже. Если в вашем доме смонтирована система индивидуального отопления, то вы можете наблюдать такую ситуацию, при которой в дальних комнатах температура ниже, чем в ближайших от котла комнатах.

В чем причина? А причина скрыта в том, что монтажники (чтобы не морочить себе голову) выполняют монтаж теплопровода в вашем доме вездетрубой одного диаметра.

В тупиковых двух трубных системах отопления движение горячей воды в подающей магистрали противоположно движению остывшей воды в обратной магистрали.

В двух трубной тупиковой  схеме, длина циркуляционных колец неодинакова, чем дальше от котла расположен нагревательный прибор, тем больше протяженность циркуляционного кольца, и наоборот, чем ближе отопительный прибор расположен к главному стояку, тем меньше протяженность циркуляционного кольца.

В тупиковых системах добиться одинаковых сопротивлений в коротких и более отдаленных циркуляционных кольцах трудно, поэтому отопительные приборы, близко расположенные к главному стояку, будут прогреваться значительно лучше.

При этом нарушается тепловой баланс. Поэтому в последней комнате у вас температура будет ниже, чем в первой.

Особенно это ощутимо в морозные ночи. Конечно, как-то сбалансировать обогрев можно, если открыть все внутренние двери, но ведь это не всегда возможно.

Обычно закрыты двери в детскую комнату, в комнату, где старшие дети выполняют домашнее задание и т.д.

 Решения проблемы в системе отопления.

Многие специалисты советуют регулировать температуру в отдельных комнатах с помощью обратных вентилей или кранов . Да, это дает шанс, но настроить может только специалист , и настройка продержится до ближайшего изменения температуры на улице. Есть ли другие варианты соблюдения теплового баланса? Да , такие варианты существуют. Вот один из них – двухтрубная  отопительная система, с разностью диаметров.

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления.

В чем смысл этого предложения? Смысл очень простой, но, в то же время, потребует несколько иного отношения к монтажу.

Если у вас установлен отопительный котел с выходным диаметром 32 мм, то трубная разводка выстраивается следующим образом.

До первого тройника вы монтируете трубу диаметром 32 мм.

От первого тройника на радиатор отходит труба 16 мм, т.е. минимального диаметра.

От первого тройника до второго монтируется труба диаметром 25 мм.

Со второго тройника на радиатор уходит труба опять же диаметром 16 мм.

Между вторым и третьим радиатором монтируется труба диаметром 20 мм, и на радиатор отходит труба 16 мм.

Такая система автоматически соблюдает регулировку обогрева разных комнат или помещений.

Принципы монтажа двухтрубной системы

Как вы заметили – везде на радиаторы отходит труба диаметром 16 мм. А как поступить, если радиаторов больше?

В таком случае выходную трубу с диаметром 32 мм разделяем на два плеча диаметром по 25 мм, далее на два плеча, а от них на два радиатора.

Дальше идет два плеча диаметром 20 мм. Если этого недостаточно, то можно завершить разводку двумя плечами диаметром 16 мм. При этом количество радиаторов увеличится до восьми.

Если при подобном варианте трубной схемы температура в разных комнатах будет все равно несколько различаться, то для подгонки параметров необходимо будет провести регулировку вентилями или кранами на радиаторах

.

Описанная схема походит для котла отопления с выходом 32 мм, но существуют котлы и с другими диаметрами выходного патрубка. Для каждого диаметра придется подбирать диаметры труб.

Необходимо учитывать, что при увеличении количества радиаторов будет уменьшаться эффективность системы в целом.

Гидравлический расчет системы отопления онлайн. Калькулятор трубопровода

Наш универсальный онлайн-калькулятор позволяет выполнить полный гидравлический расчет простого трубопровода , то есть определить гидравлическое сопротивление, потери напора по длине по всему участку или на 1 погонный метр, узнать средний расход воды. Расчет выполняется по принципу, описанному в СНиП 2.04.02-84 (СП 31.13330.2012) «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», более подробно с теорией можно ознакомиться ниже. Оптимальная скорость воды в трубе от 0.6 м/с до 1.5 м/с, максимальная – 3 м/с. Обращайте внимание на единицы измерения и материал трубопровода, это важно. Для того чтобы получить результат гидравлического расчета, корректно заполните поля калькулятора и нажмите кнопку «Показать результат».

Гидравлический расчет системы отопления excel.

Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных…

… — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи « Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel! ».

Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице   « О блоге » .

Расчет в Excel трубопроводов по формулам теоретической гидравлики.

Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.

Исходные данные:

1.   Расход воды через трубопровод G в т/час вводим

в ячейку D4:  45,000

в ячейку D5:  95,0

в ячейку D6:  70,0

в ячейку D7:  100,0

в ячейку D8:  100,000

6.  Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб  ∆ в мм вносим

в ячейку D9:  1,000

Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.

Эквивалентные шероховатости для других типов и состояний труб приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovod ov .xls», ссылка на скачивание которого дана в конце статьи.

7.  Сумму коэффициентов местных сопротивлений  Σ(ξ) вписываем

в ячейку D10:  1 , 89

Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).

Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovod ov .xls».

Расчет однотрубной системы отопления онлайн. Расчет однотрубной системы отопления с примерами

Наверное, нет смысла подвергать сомнению утверждение, что автономный обогрев собственного жилища имеет ряд преимуществ перед централизованными системами отопления. Единственным недостатком можно считать достаточно большие первоначальные вложения, львиную долю которых составляет проведение гидравлического расчета однотрубной системы отопления. В этой публикации будет рассказано, как самостоятельно рассчитать однотрубную отопительную систему (СО) для небольшого помещения или частного дома.