Гидравлический расчёт системы отопления с формулами и примерами

Содержание   

  1. Гидравлический расчет системы отопления — для чего делают и как его сделать
    1. Что обозначает расчет гидравлики и зачем он нужен
    2. Понятие гидравлического расчета
    3. Для чего делают расчет
    4. Цель и ход выполнения расчета
    5. Основные элементы, которые он определяет
    6. Последовательность шагов расчета
    7. Начальные условия примера
    8. Как производится сбор данных
    9. Мощность генератора тепла
    10. Динамические параметры теплоносителя
    11. Пример в общих чертах и подробное видео расчета
  2. Гидравлический расчет системы отопления: примеры, программы
    1. Назначение гидравлического расчета отопления
    2. Порядок расчета гидравлических параметров отопления
    3. Определение оптимального диаметра труб
    4. Учет местных сопротивлений в магистрали
    5. Предварительная балансировка системы
    6. Обзор программ для гидравлических вычислений
    7. Oventrop CO
    8. HERZ C.O
    9. Instal-Therm HCR
  3. Как работать в EXCEL
    1. Ввод исходных данных
    2. Формулы и алгоритмы
    3. Оформление результатов
    4. Пример от Александра Воробьёва
  4. Местные гидравлические сопротивления: свойства и характеристики
    1. Неприятности
    2. Расчёт объема воды и вместительность расширительного бака
    3. Потери напора при равномерном движении жидкости в трубах
    4. Формула Дарси-Вейсбаха для равномерного движения жидкости в трубах
  5. В чем заключается суть подобного расчета?

1 Гидравлический расчет системы отопления — для чего делают и как его сделать

Пример номограммы гидравлического расчета

  • Для чего делают
  • Что рассчитывается
  • Пример подробного расчета

Нет сомнений, большинство домовладельцев согласятся с утверждением, что независимая система отопления во многом превосходит центральное теплоснабжение. Многие желают отапливать свое жилье самостоятельно.

Самая главная причина этого желания кроется в создании оптимального сочетания: тепло-комфорт и экономия. Даже не смотря на расходы, которые неизбежны при первоначальном монтаже, в последующем обогрев помещения быстро окупиться.

Нынешние отопительные системы выгодно отличаются от старых конструкций. На современных системах отопления применяется сравнительно другой способ регулирования теплоотдачи, это приводит к тому, что расходы затраченные при установке достаточно быстро окупаются.

Подобная гармония достигается при грамотном подходе к организации отопления. В следствии этого гидравлический расчет отопительной системы выходит на первоочередный план.

к меню ↑

1.1 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.

к меню ↑

1.2 Понятие гидравлического расчета

Определяющим фактором технологического развития систем отопления стала обычная экономия на энергоноситель. Стремление сэкономить заставляет тщательней подходить к проектированию, выбору материалов, способов монтажа и эксплуатации отопления для жилища.

Поэтому, если вы решили создать уникальную и в первую очередь экономную систему отопления для своей квартиры или дома, тогда рекомендуем ознакомится с правила расчета и проектирования.

Перед тем как дать определение гидравлического расчёта системы, нужно ясно и четко понимать, что индивидуальная система отопления квартиры и дома расположена условно на порядок выше относительно центральной системы отопления большого здания.

Персональная отопительная система базируется на принципиально ином подходе к понятиям тепла и энергоресурса.


Суть гидравлического расчета заключается в том, что расход теплоносителя не задаются заранее с существенным приближением к реальным параметрам, а определяются путем увязки диаметров трубопровода с параметрами давления во всех кольцах системы

Достаточно провести тривиальное сравнение этих систем по следующим параметрам.

  1. Центральная отопительная система (котельня-дом-квартира) основывается на стандартных типах энергоносителя – уголь, газ. В автономной системе можно использовать практический любое вещество, которое имеет высокую удельную теплоту сгорания, или же комбинацию из нескольких жидких, твёрдых, гранулированных материалов.
  2. ЦОС построена на обычных элементах: металлические трубы, “топорные” батареи, запорная арматура. Индивидуальная же система отопления позволяет комбинировать самые разные элементы: многосекционные радиаторы с хорошей теплоотдачей, высокотехнологичные термостаты, разные виды труб (ПВХ и медные), краны, заглушки, фитинги и конечно собственные более экономичные котлы, циркуляционные насосы.
  3. Если зайти в квартиру типичного панельного дома, построенного лет 20-40 назад, видим что система отопления сводиться к наличию 7-секционной батареи под окном в каждой комнате квартиры плюс вертикальную трубу через весь дом (стояк), с помощью которой можно “общаться” с соседями сверху/снизу. То ли дело автономная система отопления (АСО) – позволяет строить систему любой сложности с учётом индивидуальных пожеланий жильцов квартиры.
  4. В отличи от ЦОС, отдельная система отопления учитывает достаточно внушительный список параметров, которые влияют на передачу, расход энергии и утери теплоты. Температурный режим окружающей среды, требуемый диапазон температуры в помещениях, площадь и объём помещения, количество окон и дверей, назначение помещений и т.д.

Таким образом, гидравлический расчет системы отопления (ГРСО) – это условный набор вычисляемых характеристик отопительной системы, который предоставляет исчерпывающую информацию о таких параметрах, как диаметр труб, количество радиаторов и клапанов.

Старый отопительный радиатор
Данный тип радиаторов устанавливался в большинстве панельных домов на постсоветском пространстве. Экономия на материалах и отсутствие конструкторской идеи “на лицо”

ГРСО позволяет правильно выбрать водно-кольцевой насос (отопительного котла) для транспортировки горячей воды к конечным элементам системы отопления (радиаторам) и, в конечном результате, иметь максимально уравновешенную систему, что напрямую влияет на финансовые вложения в части отопления жилища.

Старая отопительная батарея
Еще один тип отопительного радиатора для ЦОС. Это более универсальное изделие, которое может иметь любое количество рёбер. Так можно увеличить или уменьшить площадь теплообмена

к меню ↑

1.3 Для чего делают расчет

Старый подход к регулировке процесса отопления отличается от нового самим механизмом обеспечения гидравлического режима.

В современных установках обогрева применяются инновационные решения, материалы и конструкции, которые экономически гораздо более выгодны.

Благодаря этому в системах отопления находятся сложные динамичные технологии, которые тонко реагируют на перемену в режиме температуры.

Выгоды очевидны: экономичное потребление энергии, которое ведет к снижению финансовых затрат.

Стоит учитывать, что для монтажа подобной системы требуется наличие особых знаний в особенностях использования высокотехнологичного управляющего каркаса и прочих элементов при монтаже. Заметим, что гидравлический расчет и управляющий каркас являются гарантией качественной работы нынешних отопительных систем.

Приведенные ниже факторы желательно соблюдать:

  • Для получения равновесия тепла при меняющейся температуре воздуха снаружи и установленной в помещении необходимо, чтобы выполнялась достаточная подача теплоносителя ко всем элементам отопительной системы;
  • Для того, чтобы справиться с гидравлическим противодействием отопительной конструкции нужно свести к минимуму расходы на эксплуатацию, особенно это касается энергетических затрат;
  • Сведение к минимуму вложенных средств во момент установки отопления, которые зависят больше всего от диаметра применяемых труб;
  • Надежность и бесшумность всей конструкции

к меню ↑

1.4 Цель и ход выполнения расчета

Конечно, за результатами можно обратиться к специалистам либо воспользоваться онлайн-калькулятором, коих хватает на всяких интернет-ресурсах. Но первое стоит денег, а второе может дать некорректный результат и его все равно надо проверять.

 отопительная система частного дома

Так что лучше набраться терпения и взяться за дело самому. Надо понимать, что практическая цель гидравлического расчета – это подбор проходных сечений труб и определение перепада давления во всей системе, чтобы верно выбрать циркуляционный насос.

Примечание. Давая рекомендации по выполнению вычислений подразумевается, что теплотехнические расчеты уже сделаны, и радиаторы подобраны по мощности. Если же нет, то придется идти старым путем: принимать тепловую мощность каждого радиатора по квадратуре помещения, но тогда точность расчета снизится.

Общая схема расчета выглядит таким образом:

  • подготовка аксонометрической схемы: когда уже выполнен расчет отопительных приборов, то известна их мощность, ее надо нанести на чертеж возле каждого радиатора;
  • определение расхода теплоносителя и диаметров трубопроводов;
  • расчет сопротивления системы и подбор циркуляционного насоса;
  • расчет объема воды в системе и вместительности расширительного бака.

Любой гидравлический расчет системы отопления начинается со схемы, нарисованной в 3 измерениях для наглядности (аксонометрия). На нее наносятся все известные данные, в качестве примера возьмем участок системы, изображенный на чертеже:

схема в трех измерениях

к меню ↑

1.5 Основные элементы, которые он определяет

  • Определяется диаметр труб на комбинирующих отделах отопительной системы.Условное обозначение элементов
  • Гидравлический расход давления для разных отделов отопительной системы;
  • Гидравлическую связку ветвей конструкции, расположенных параллельно либо иначе. В таком случае применяется управляющий каркас, предназначенный для балансировки в обстоятельствах нестационарных и температурных режимов процесса;
  • Потери давления носителя тепла и его расход при циркуляции в системе.

Нужно обратить внимание на то, что гидравлический расчет является самым трудозатратным, сложным и главным этапом на стадии проектирования отопления. Желательно, чтобы вы поручили это дело настоящим специалистам.

До того как начать проводить непосредственные вычисления, нужно провести ряд графических и расчетных работ:

  1. Выявить показатель равновесия тепла помещения, которое предстоит отапливать;
  2. Разобраться с видом приборов отопления, теплообменных плоскостей и показать размещение всех деталей в плане помещения;
  3. Окончательно решить вопрос общей конструкции отопительной системы, вида труб, запорного и управляющего каркаса. Установить местоположение генератора тепла, приборных веток и всех трубопроводов. А также расположение для кранов, клапанов, вентилей, стабилизаторов давления и расходов и термоконтроллеров;
  4. Прочертить подробный чертеж отопительной системы. Не забыв указать номера нагрузок тепла и длину предполагаемых отделов;
  5. Выявить кольцо циркуляции, то есть контур замкнутого типа, подсоединяющий ступенчатые отделы трубопровода. В том участке, где предположительно будет происходить наибольшая потеря носителя тепла на определенном отделе от источника тепла до далеко расположенного прибора отопления, либо до ветки-стояка и обратно к обогревателю.

к меню ↑

1.6 Последовательность шагов расчета

Говоря о расчете системы отопления, отмечаем что эта процедура является наиболее неоднозначной и важной в части проектирования.

Перед выполнением расчёта нужно произвести предварительный анализ будущей системы, например:

  • установить тепловой баланс во всех и конкретно каждой комнаты квартиры;
  • одобрать терморегуляторы, клапаны и регуляторы давления;
  • выбрать радиаторы, теплообменные поверхности, теплоотдающие панели;
  • определить участки системы с максимальным и минимальным расходом носителя тепла.

Кроме того, надо определить общую схему транспортировки теплоносителя: полный и малый контур, однотрубная система или двухтрубная магистраль.

В результате проведения гидравлического расчёта получаем несколько важных характеристик гидравлической системы, которые дают ответы на следующие вопросы:

  • какая должна быть мощность источника отопления;
  • какой расход и скорость теплоносителя;
  • какой нужен диаметр основной магистрали теплового трубопровода;
  • какие возможные потери теплоты и самой массы теплоносителя.

Еще одним важным аспектом гидравлического расчёт является процедура баланса (увязки) всех частей (веток) системы во время экстремальных тепловых режимов с помощью регулирующих приборов.

Современные отопительные радиаторы
Выделяют несколько основных видов отопительных изделий: чугунные и алюминиевые многосекционные, стальные панельные, биметаллические радиаторы и ковекторы. Но наиболее распространёнными являются алюминиевые многосекционные радиаторы

Расчетной зоной трубопроводной магистрали есть участок с постоянным диаметром самой магистрали, а также неизменяемым расходом горячей воды, который определён по формуле теплового баланса комнат. Перечисление расчётных зон начинается от насоса или источника тепла.

к меню ↑

1.7 Начальные условия примера

Для более конкретного пояснения всех деталей гидравлического просчёта возьмем конкретный пример обычного жилищного помещения. В наличии имеем классическую 2-комнатную квартиру панельного дома, общей площадью 65,54 м2, которая включает две комнаты, кухню, раздельные туалет и ванная, двойной коридор, спаренный балкон.

После сдачи в эксплуатацию получили следующую информацию относительно готовности квартиры. Описываемая квартира включает обработанные шпаклевкой и грунтом стены из монолитных железо-бетонных конструкций, окна из профиля с двух камерными стеклами, тырсо-прессованные межкомнатные двери, керамическая плитка на полу санузла.

Фасад дома
Типичный панельный 9-этажный дом на четыре подъезда. На каждом этаже по 3 квартиры: одна 2-комнатная и две 3-комнатных. Квартира расположена на пятом этаже

Кроме того, представленное жильё уже оснащено медной проводкой, распределителями и отдельным щитком, газовой плитой, ванной, умывальником, унитазом, полотенцесушителем, мойкой.

И самое главное в жилых комнатах, ванной и кухне уже имеются алюминиевые отопительные радиаторы. Вопрос относительно труб и котла остаётся открытым.

к меню ↑

1.8 Как производится сбор данных

Гидравлический расчёт системы в большинстве своём основывается на вычислениях связанных с расчетом отопления по площади помещения.

Поэтому необходимо иметь следующую информацию:

  • площадь каждого отдельного помещения;
  • габариты оконных и дверных разъёмов (внутренние двери на потери теплоты практически не влияют);
  • климатические условия, особенности региона.

Будем исходить из следующих данных. Площадь общей комнаты – 18,83 м2, спальня – 14,86 м2, кухня – 10,46 м2, балкон – 7,83 м2 (сумма), коридор – 9,72 м2 (сумма), ванная – 3,60 м2, туалет – 1,5 м2. Входные двери – 2,20 м2, оконная витрина общей комнаты – 8,1 м2, окно спальни – 1,96 м2, окно кухни – 1,96 м2.

Высота стен квартиры – 2 метра 70 см. Внешние стены изготовлены с бетона класса В7 плюс внутренняя штукатурка, толщиной 300 мм. Внутренние стены и перегородки – несущие 120 мм, обычные – 80 мм. Пол и соответственно потолок из бетонных плит перекрытия класса В15, толщина 200 мм.

Схема 2-комнатной квартиры
Планировка данной квартиры предоставляет возможность создать одну единственную ветку отопления, проходящую через кухню, спальню и общую комнату, что обеспечит среднюю температуру 20-22⁰C в помещениях (+)

Что касаемо окружающей среды? Квартира находится в доме, который расположен в средине микрорайона небольшого города. Город расположен в некой низменности, высота над уровнем моря 130-150 м. Климат умеренно континентальный с прохладной зимой и достаточно тёплым летом.

Средняя годовая температура, +7,6°C. Средняя температура января—6,6°C, июля +18,7°C. Ветер — 3,5 м/с, влажность воздуха средняя — 74 %, количество осадков 569 мм.

Анализируя климатические условия региона, нужно отметить, что имеем дело с большим разбросом температур, что в свою очередь влияет на особое требование к регулировке системы отопления квартиры.

к меню ↑

1.9 Мощность генератора тепла

Одним из основных узлов отопительной системы является котел: электрический, газовый, комбинированный – на данном этапе не имеет значения. Поскольку нам важна главная его характеристика – мощность, то есть количество энергии за единицу времени, которая будет уходить на отопление.

Мощность самого котла определяется по ниже приведённой формуле:

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10,

где:

  • Sпомещ – сумма площадей всех комнат, которые требую отопления;
  • Wудел – удельная мощность с учётом климатических условий местоположения (вот для чего нужно было знать климат региона).

Что характерно, для разных климатических зон имеем следующие данные:

  • северные области – 1,5 – 2 кВт/м2;
  • центральная зона – 1 – 1,5 кВт/м2;
  • южные регионы – 0,6 – 1 кВт/м2.

Эти цифры достаточно условны, но тем не менее дают явный численный ответ относительно влияния окружающей среды на систему отопления квартиры.

Карта распределения
На данной карте представлены климатические зоны с разными температурными режимами. От расположения жилья относительно зоны и зависит сколько нужно тратить на обогрев метра квадратного кВатт энергии (+)

Сумма площади квартиры которую необходимо отапливать – равна общей площади квартиры и равна, то есть – 65,54-1,80-6,03=57,71 м2 (минус балкон). Удельная мощность котла для центрального региона с холодной зимой – 1,4 кВт/м2. Таким образом, в нашем примере расчётная мощность котла отопления эквивалентна 8,08 кВт.

к меню ↑

1.10 Динамические параметры теплоносителя

Переходим к следующему этапу расчетов – анализ потребления теплоносителя. В большинстве случаев система отопления квартиры отличается от иных систем – это связанно с количеством отопительных панелей и протяженностью трубопровода. Давление используется в качестве дополнительной “движущей силы” потока вертикально по системе.

В частных одно- и многоэтажных домах, старых панельных многоквартирных домах применяются системы отопления с высоким давлением, что позволяет транспортировать теплоотдающее вещество на все участки разветвлённой, многокольцевой системы отопления и поднимать воду на всю высоту (до 14-ого этажа) здания.

Напротив, обычная 2- или 3- комнатная квартира с автономным отоплением не имеет такого разнообразия колец и ветвей системы, она включает не более трех контуров.

А значит и транспортировка теплоносителя происходит с помощью естественного процесса протекания воды. Но также можно использовать циркуляционные насосы, нагрев обеспечивается газовым/электрическим котлом.

Циркуляционный насос
Рекомендуем применять циркуляционный насос для отопления помещений более 100 м2. Монтировать насос можно как до так и после котла, но обычно его ставят на “обратку” – меньше температура носителя, меньше завоздушенность, больше срок эксплуатации насоса

Специалисты в сфере проектирования и монтажа систем отопления определяют два основных подхода в плане расчёта объёма теплоносителя:

  1. По фактической емкости системы. Суммируются все без исключения объёмы полостей, где будет протекать поток горячей воды: сумма отдельных участков труб, секций радиаторов и т.д. Но это достаточно трудоёмкий вариант.
  2. По мощности котла. Здесь мнения специалистов разошлись очень сильно, одни говорят 10, другие 15 литров на единицу мощности котла.

С прагматичной точки зрения нужно учитывать, тот факт что наверное система отопления будет не только подавать горячую воду для комнаты, но и нагревать воду для ванной/душа, умывальника, раковины и сушилки, а может и для гидромассажа или джакузи. Этот вариант попроще.

Поэтому в данном случае рекомендуем установить 13,5 литров на единицу мощности. Умножив этот число на мощность котла (8,08 кВт) получаем расчётный объём водяной массы – 109,08 л.

Вычисляемая скорость теплоносителя в системе является именно тем параметром, который позволяет подбирать определённый диаметр трубы для системы отопления.

Она высчитывается по следующей формуле:

V = (0,86*W*k)/t-to,

где:

  • W – мощность котла;
  • t – температура подаваемой воды;
  • to – температура воды в обратном контуре;
  • k – кпд котла (0,95 для газового котла).

Подставив в формулу расчетные данные, имеем: (0.86 * 8080* 0.95)/80-60 = 6601,36/20=330кг/ч. Таким образом за один час в системе перемещается 330 л теплоносителя (воды), а ёмкость системы около 110 л.

к меню ↑

1.11 Пример в общих чертах и подробное видео расчета

В роли расчетного трубопровода может выступать отдел с устойчивыми затратами носителя тепла и неизменяемого диаметра.

Этот отдел определяется на основании теплового баланса помещения. Пронумеровать участки, необходимо начиная от вашего источника тепла.

Для обозначения связующих узлов на подающем магистрально трубопроводе в участках ответвлений используют прописные буквы алфавита.

В узлах на сборных магистралях их обозначают штрихом.

Узловые точки на приборных ветках в участках ответвлений отмечают арабскими цифрами. Каждая из точек соответствует номеру этажа (при горизонтальной системе) или номеру ветки стояка (при вертикальной). Узлы сбора потоков отмечают штрихами. Номера всегда содержат 2 цифры:

  • Первая — начало участка;
  • Вторя — конец участка;

В вертикальных конструкциях нумерация приборных ветвей производится арабскими цифрами по периметру строения по часовой стрелке.

Протяженность участков трубопровода определяется планом-сметой, точность равна 10 см.

Тепловой поток вычисляемого участка приравнивается к тепловой нагрузке, которую обязан дать либо передал теплоноситель, протекающий на участке трубопровода.

Кстати: Исполнение гидравлического и теплового вычисления отопительной конструкции при конструировании новой постройки лучше производить в особой программе, к примеру, HERZ С.О. Пример ввода данных в нее показан на 2 картинки выше.

Данная программа самостоятельно подберет:

  • Диаметр у трубопровода;
  • Габариты устройств обогрева;
  • Регулировку балансировочных вентилей;
  • Настройку регулирующих вентилей;
  • Подготовительную регулировку термостатических клапанов (при необходимости);
  • Настройку регуляторов перепада давления.

Расход теплоносителя

Без труда можно заметить, что расход и количество нагретой воды в котле непосредственно связаны между собой. На объемы подготовленного теплоносителя напрямую влияет тепловая нагрузка на котел.

Она же, в свою очередь, зависит от того, сколько тепла утекает из помещения на улицу. Его необходимо компенсировать обогревом. Расчет гидравлики позволяет понять, сколько теплоносителя расходуется на отдельных пролетах контура.

Автоматизация насосного оборудования

Для нормального функционирования такие насосы должны потреблять электроэнергию. На сегодняшний день электричество не является дешевым, поэтому многие задумываются о том, как сделать работу насоса более экономной с точки зрения потребления электроэнергии.

Устройство отопительной системы в частном доме — дело нужное и крайне важно, когда вы хотите создать максимально комфортные температурные условия проживания в нем. Наиболее эффективно работающим тепловым блоком является обвязка с принудительной циркуляцией теплоносителя по магистрали

Чтобы реализовать такую задачу, следует дооборудовать систему насосной установкой. Вот только вся проблема в том, что необходимо подобрать подобное оборудование по производительности, ведь именно от этого зависит эффективность функционирования всего контура. А как правильно рассчитать мощность циркуляционного насоса для отопления, вы узнаете из этой статьи.

Наглядный пример

Для проведения вычислений можно взять контур, состоящий из двух колец отопления (первое немного длиннее второго). Каждое из них лучше разбить на отрезки, пронумеровав от точки с наибольшим расходом.

Продолжительность первого участка от котла определяется до момента перемены расхода теплоносителя. Обычно такой точкой выступает ближайший стояк или радиатор.

Гидравлический расчет отопления проводится одновременно для подающей и обратной трубы, во избежание перебоев с циркуляцией.

Для расчета расхода теплоносителя используется формула: G = Q / (c * (t2 – t1)). Здесь G ― расход воды в системе (кг/сек); Q ― тепло (Вт), необходимое для восполнения теплопотерь; t2 ― температура, до которой необходимо довести теплоноситель; t1 ― температура остывшей воды; С ― удельная теплоемкость воды (постоянная величина, равная 4,2 кДж/(кг•°С).

Обладая информацией о расходах, при помощи специальных справочников несложно определить сечение отопительных труб. В тех же источниках, наряду с диаметром, содержаться указания на скорость потока и потери давления.

Также важно понимать, что по мере движения по стоякам сечение труб постепенно уменьшается. К примеру, диаметр магистральной трубы может быть 32 мм. На следующем участке переходят на 24 мм, а еще дальше – 16 мм.

Скорость потока и расчет сопротивления

Нежелательно, чтобы теплоноситель двигался по трубам медленнее, чем 0,2 – 0,3 м/с. Это грозит образованием воздушных пробок, за счет выделения газа из воды. Как результат, эффективность системы, как минимум, снизится. Что касается верхнего порога скорости, то он рекомендован на уровне 0,7 – 1,5 м/с.

При его превышении теплоноситель будет сильно шуметь. Рекомендованный показатель, на который необходимо ориентироваться при расчете скорости теплоносителя ― 0,5 – 0,7 м/с.

Потери напора

Потери напора характерны для всех участков и первого, и второго кольца контура. Под этим понятием подразумеваются суммарные потери на трение внутри труб, арматуры и батарей.

Для определения сопротивления системы отопления потребуется знание следующих величин:

  • ν – скорость.
  • ρ – плотность.
  • R –потери напора в трубопроводе.
  • l –длина данного участка трубопровода.
  • Σζ – суммарное сопротивление.

Специфика выбора основной ветви в двухтрубной системе

Исходя из практического опыта проведенных вычислений, при наличии попутного движения теплоносителя в двухтрубной схеме лучше выбрать более нагруженный стояк через нижнюю батарею. В однотрубном контуре речь о кольце через самый загруженный стояк. Если горячая вода имеет тупиковое движение, в двухтрубной системе выбирают кольцо нижнего радиатора наиболее загруженного удаленного стояка.

Однотрубная схема предполагает идентичный подход. В горизонтальном контуре предпочитают кольцо самого загруженного направления нижнего этажа. Подобные работы по гидравлическому расчету двухтрубной системы отопления должны проводиться максимально внимательно, т.к. малейшая погрешность может вылиться в крупные неприятности.

к меню ↑

2 Гидравлический расчет системы отопления: примеры, программы

Для эффективной работы системы отопления необходимо выполнить несколько условий – правильно подобрать комплектующие и сделать расчет. От корректного вычисления параметров системы зависит ее КПД и равномерное распределение тепла. Как сделать гидравлический расчет системы отопления – примеры, программы помогут выполнить эти вычисления.

к меню ↑

2.1 Назначение гидравлического расчета отопления

При работе любой системы теплоснабжения неизбежно возникает гидравлическое сопротивление при движении теплоносителя. Для учета этого параметра необходим гидравлический расчет двухтрубной системы отопления. Его суть заключается в правильном выборе компонентов системы с учетом их эксплуатационных качеств.

Фактически гидравлический расчет систем водяного отопления представляет собой сложную процедуру, во время выполнения которой учитываются все тонкости и нюансы. На первом этапе следует определиться с требуемой мощностью отопления, выбрать оптимальную схему разводки трубопроводов, а также тепловой режим работы. На основе этих данных делается гидравлический расчет системы отопления в Excel или специализированной программе. Итогом вычислений должны стать следующие параметры водяного теплоснабжения:

  • Оптимальный диаметр трубопровода. Исходя из этого можно узнать их пропускную способность, тепловые потери. С учетом выбора материала изготовления будет известно сопротивление воды о внутреннюю поверхность магистрали;
  • Потери давления и напора на определенных участках системы. Пример гидравлического расчета системы отопления позволит заранее продумать механизмы для их компенсации;
  • Расход воды;
  • Требуемую мощность насосного оборудования. Актуально для закрытых систем с принудительной циркуляцией.

На первый взгляд гидравлическое сопротивление системы отопления сложно. Однако достаточно немного вникнуть в суть вычислений и потом можно будет их сделать самостоятельно.

Для теплоснабжения небольшого дома или квартиры также рекомендуется выполнять расчет гидравлического сопротивления системы отопления.

к меню ↑

2.2 Порядок расчета гидравлических параметров отопления

На первом этапе вычисления параметров системы отопления следует составить предварительную схему, на которой указывается расположение всех компонентов. Таким образом определяется общая протяженность магистралей, рассчитывается количество радиаторов, объем воды, а также характеристики отопительных приборов.

Как сделать гидравлический расчет отопления, не имея опыта подобных вычислений? Следует помнить, что для автономного теплоснабжения важно правильно подобрать диаметр труб. Именно с выполнения этого этапа и следует начать вычисления.

Лучше всего сделать схему отопления на уже готовом плане дома. Это позволит правильно рассчитать расход материала и определиться с его количеством для обустройства системы.

к меню ↑

2.3 Определение оптимального диаметра труб

Самый упрощенный гидравлический расчет системы отопления включает в себя только вычисление сечения трубопроводов. Нередко при проектировании небольших систем обходятся и без него. Для этого берут следующие параметры диаметров труб в зависимости от типа теплоснабжения:

  • Открытая схема с гравитационной циркуляцией. Трубы диаметром от 30 до 40 мм. Такое большего сечение необходимо для уменьшения потерь при трении воды о внутреннюю поверхность магистралей;
  • Закрытая система с принудительной циркуляцией. Сечение трубопроводов варьируется от 8 до 24 мм. Чем оно меньше, тем больше давление будет в системе и соответственно – уменьшится общий объем теплоносителя. Но при этом возрастут гидравлические потери.

Если в наличии есть специализированная программа для гидравлического расчета системы отопления – достаточно заполнить данные о технических характеристиках котла и перенести отопительную схему. Программный комплект определит оптимальный диаметр труб.

Полученные данные можно проверить самостоятельно. Порядок выполнения гидравлического расчета двухтрубной системы отопления вручную при вычислении диаметра трубопроводов заключается в вычислении следующих параметров:

  • V – скорость движения воды. Она должна быть в пределах от 0,3- до 0,6 м/с. Определятся производительностью насосного оборудования;
  • Q – тепловой поток. Это отношение количества тепла, проходящего за определенный промежуток времени – 1 секунду;
  • G – расход воды. Измеряется в кг/час. Напрямую зависит от диаметра трубопровода.

В дальнейшем для выполнения гидравлического расчета систем водяного отопления понадобиться узнать общий объем отапливаемого помещения – м³. Предположим, что это значение для одной комнаты равно 50 м³. Зная мощность котла отопления (24 кВт) вычисляем итоговый тепловой поток:

Q=50/24=2,083 кВт

Затем для выбора оптимального диаметра труб нужно воспользоваться данными таблицы, составленными при выполнении гидравлического расчета системы отопления в Excel.

В этом случае оптимальный внутренний диаметр трубы на конкретном участке системы составит 10 мм.

В дальнейшем для выполнения примера гидравлического расчета системы отопления можно узнать ориентировочный расход воды, который засвистит от диаметра трубы.

Производители полимерных труб указывают внешний диаметр. Поэтому для корректного расчета гидравлического сопротивления системы отопления следует отнять две толщины стенки магистралей.

Коэффициент гидравлического сопротивления различных труб

Для фитингов из ППР:

Деталь Обозначение Примечание Коэффициент
Муфта 0,25
Муфта переходная Уменьшение на 1 размер 0,40
Уменьшение на 2 размер 0,50
Уменьшение на 3 размер 0,60
Уменьшение на 4 размер 0,70
Угольник 90° 1,20
Угольник 45° 0,50
Тройник Разделение потока 1,20
Соединение потока 0,80
Крестовина Соединение потока 2,10
Разделение потока 3,70
Муфта комб. вн. рез. 0,50
Муфта комб. нар. рез 0,70
Угольник комб. вн. рез. 1,40
Угольник комб. нар. рез. 1,60
Тройник комб. вн. рез. 1,40 — 1,80
Вентиль 20 мм 9,50
25 мм 8,50
32 мм 7,60
40 мм 5,70

Для полиэтиленовых труб

ТрубаРасход,
 м3/часСкорость,
 м/сПотери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода
(м/100м)
Сталь новая 133×5 60 1,4 3,6
Сталь старая 133×5 60 1,4 6,84
ПЭ 100 110×6,6 (5ЭР 17)/td> 60 2,26 4,1
ПЭ 80 110×8,1 (ЗйР 13,6) 60 2,41 4,8
Сталь новая 245×6 400 2,6 4,3
Сталь старая 245×6 400 2,6 7,0
ПЭ 100 225×13,4 (50 В 17) 400 3,6 4,0
ПЭ 80 225×16,6 (ЗЭК 13,6) 400 3,85 4,8
Сталь новая 630×10 3000 2,85 1,33
Сталь старая 630×10 3000 2,85 1,98
ПЭ 100 560×33,2 (ЗЭК 17) 3000 4,35 1,96
ПЭ 80 560×41,2 (ЗЭК 13,6) 3000 4,65 2,3
Сталь новая 820×12 4000 2,23 0,6
Сталь старая 820×12 4000 2,23 0,87
ПЭ100 800×47,4 (ЗЭК 17) 4000 2,85 0,59
ПЭ 80 800×58,8 (ЗЭР 13,6) 4000 3,0 0,69

Для бесшовных стальных труб

Режим движения Число Рейнольдса Определения λ
Ламинарный
 или 
Переходный Проектирование трубопроводов не рекомендуется
Турбулентный 1-я
область

 (ф-ла Блазиуса)

 Бф-ла Конакова)
2-я
область

 (ф-ла Альтшуля)
3-я
область

 (ф-ла Альтшуля)

 (ф-ла Никурадзе)

Для металлопластиковых труб

НаименованиеСимволКоэффициент
Тройник разделения потока 7,6
Тройник проходной 4,2
Тройник противоположные потоки
при разделении потока
8,5
Тройник противоположные потоки
при слиянии потока
8,5
Угол 90° 6,3
Дуга 0,9
Редукционный переход 6,3
Установочный уголок 5,4

к меню ↑

2.4 Учет местных сопротивлений в магистрали

Не менее важным этапом является расчет гидравлического сопротивления отопительной системы на каждом участке магистрали. Для этого вся схема теплоснабжения условно разделяется на несколько зон. Лучше всего сделать вычисления для каждой комнаты в доме.

В качестве исходных данных для внесения в программу для гидравлического расчета системы отопления понадобятся следующие величины:

  • Протяженность трубы на участке, м.п;
  • Диаметр магистрали. Порядок вычислений описан выше;
  • Требуемая скорость теплоносителя. Также зависит от диаметра трубы и мощности циркуляционного насоса;
  • Справочные данные, характерные для каждого типа материала изготовления – коэффициент трения (λ), потери на трении (ΔР);
  • Плотность воды при температуре +80°С составит 971,8 кг/м³.

Зная эти данные можно сделать упрощенный гидравлический расчет отопительной системы. Результат подобных вычислений можно увидеть в таблице.

При проведении этой работы нужно помнить, что чем меньше выбранный участок отопления, тем точнее будут данные общих параметров системы. Так как сделать гидравлический расчет теплоснабжения с первого раза будет затруднительно – рекомендуется провести ряд вычислений для определенного промежутка трубопровода. Желательно, чтобы в нем было как можно меньше дополнительных приборов – радиаторов, запорной арматуры и т.д.

к меню ↑

2.5 Предварительная балансировка системы

Важнейшей финальной целью гидравлического расчёта системы отопления является вычисление таких значений пропускной способности, при которых в каждую часть каждого контура отопления поступает строго дозированное количество теплоносителя с определённой температурой, чем обеспечивается нормированное выделение тепла на нагревательных приборах. Эта задача лишь на первый взгляд кажется сложной. В действительности балансировка выполняется за счёт регулировочных клапанов, ограничивающих проток. Для каждой модели клапана указывается как коэффициент Kvs для полностью открытого состояния, так и график изменения коэффициента Kv для разной степени открытия регулировочного штока. Изменяя пропускную способность клапанов, которые, как правило, устанавливаются в точках подключения нагревательных приборов, можно добиться искомого распределения теплоносителя, а значит, и количества переносимой им теплоты.

Есть, однако, небольшой нюанс: при изменении пропускной способности в одной точке системы меняется не только фактический расход на рассматриваемом участке. Из-за снижения или увеличения протока в некой степени меняется баланс во всех остальных контурах. Если взять для примера два радиатора с разной тепловой мощностью, соединённых параллельно при встречном движении теплоносителя, то при увеличении пропускной способности прибора, стоящего в цепи первым, второй получит меньше теплоносителя из-за увеличения разницы в гидродинамическом сопротивлении. Напротив, при снижении протока за счёт регулировочного клапана все остальные радиаторы, стоящие по цепочке дальше, получат больший объём теплоносителя автоматически и будут нуждаться в дополнительной калибровке. Для каждого типа разводки действуют свои принципы балансировки.

к меню ↑

2.6 Обзор программ для гидравлических вычислений

По сути любой гидравлический расчет систем водяного теплоснабжения является сложной инженерной задачей. Для ее решения были разработаны ряд программных комплексов, которые упрощают выполнение этой процедуры.

Можно попытаться сделать гидравлический расчет системы отопления в оболочке Excel, воспользовавшись уже готовыми формулами. Но при этом возможно возникновение следующих проблем:

  • Большая погрешность. В большинстве случаев в качестве примера гидравлического расчета отопительной системы берутся однотрубная или двухтрубная схемы. Найти подобные вычисления для коллекторной проблематично;
  • Для правильного учета гидравлического сопротивления трубопровода необходимы справочные данные, которые отсутствуют в форме. Их нужно искать и вводить дополнительно.

Учитывая эти факторы, специалисты рекомендуют использовать программы для расчета. Большинство из них платные, но некоторые имеют демоверсию с ограниченными возможностями.

к меню ↑

2.7 Oventrop CO

Самая простая и понятная программа для гидравлического расчета системы теплоснабжения. Интуитивный интерфейс и гибкая настройка помогут быстро разобраться с нюансами ввода данных. Небольшие проблемы могут возникнуть при первичной настройке комплекса. Необходимо будет ввести все параметры системы, начиная от материала изготовления труб и заканчивая расположением нагревательных элементов.

к меню ↑

2.8 HERZ C.O

Характеризуется гибкостью настроек, возможностью делать упрощенный гидравлический расчет отопления как для новой системы теплоснабжения, так и для модернизации старой. Отличается от аналогов удобным графическим интерфейсом.

к меню ↑

2.9 Instal-Therm HCR

Программный комплекс рассчитан для профессионального гидравлического сопротивления системы теплоснабжения. Бесплатная версия имеет множество ограничений. Область применения – проектирование отопления в больших общественных и производственных зданиях.

На практике для автономного теплоснабжения частных домов и квартир гидравлический расчет выполняется не всегда. Однако это может привести к ухудшению работы системы отопления и быстрому выходу из строя его элементов – радиаторов, труб и котла. Что избежать этого нужно своевременно рассчитать параметры системы и сравнить их с фактическими для дальнейшей оптимизации работы отопления.

к меню ↑

3 Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

к меню ↑

3.1 Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

  • значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
  • ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

к меню ↑

3.2 Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка Алгоритм Формула Результат Значение результата

D12 !ERROR! D5 does not contain a number or expression tср=(tвх+tвых)/2 82,5 Средняя температура воды tср в °C
D13 !ERROR! D12 does not contain a number or expression n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2) 0,003368 Кинематический коэф. вязкости воды — n, cм2/с при tср
D14 !ERROR! D12 does not contain a number or expression ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000 0,970 Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15 !ERROR! D4 does not contain a number or expression G’=G*1000/(ρ*60) 773,024 Расход воды G’, л/мин
D16 !ERROR! D4 does not contain a number or expression v=4*G:(ρ*π*(d:1000) 2*3600) 1,640 Скорость воды v, м/с
D17 !ERROR! D16 does not contain a number or expression Re=v*d*10/n 487001,4 Число Рейнольдса Re
D18 !ERROR! Cell D17 does not exist λ=64/Re при Re≤2320
λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000
λ=0,11*(68/Re+∆/d) 0,25 при Re≥4000
0,035 Коэффициент гидравлического трения λ
D19 !ERROR! Cell D18 does not exist R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d) 0,004645 Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20 !ERROR! Cell D19 does not exist dPтр=R*L 0,464485 Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21 !ERROR! Cell D20 does not exist dPтр=dPтр*9,81*10000 45565,9 и Па соответственно
D20
D22 !ERROR! D10 does not contain a number or expression dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10) 0,025150 Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23 !ERROR! Cell D22 does not exist dPтр=dPмс*9,81*10000 2467,2 и Па соответственно D22
D24 !ERROR! Cell D20 does not exist dP=dPтр+dPмс 0,489634 Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25 !ERROR! Cell D24 does not exist dP=dP*9,81*10000 48033,1 и Па соответственно D24
D26 !ERROR! Cell D25 does not exist S=dP/G2 23,720 Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч) 2

Пояснения:

  • значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
  • ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

к меню ↑

3.3 Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

  • Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
  • Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
  • Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
  • Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
  • Шрифты:
    • синий — исходные данные;
    • чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
    • красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Расчет гидравлики системы отопления

к меню ↑

3.4 Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

  • длина трубы100 метров;
  • ø108 мм;
  • толщина стенки 4 мм.

Расчет гидравлики системы отопления

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Исходные данные:

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

в ячейку D4: 45,000

2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода  tвхв °C заносим

в ячейку D5: 95,0

3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода  tвыхв °C записываем

в ячейку D6: 70,0

4. Внутренний диаметр трубопровода  dв мм вписываем

в ячейку D7: 100,0

5. Длину трубопровода  Lв м записываем

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.

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).

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel. Теоретическая гидравлика.

Результаты расчетов:

8. Среднюю температуру воды tср в °C вычисляем

в ячейке D12: =(D5+D6)/2=82,5

tср=(tвх+tвых)/2

9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм2/с при температуреtср рассчитываем

в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2)=0,003368

n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)

10. Среднюю плотность воды ρ в т/м3 при температуреtср вычисляем

в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000=0,970

ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000

11. Расход воды через трубопровод G’ в л/мин пересчитываем

в ячейке D15: =D4/D14/60*1000=773,024

G’=G*1000/(ρ*60)

Этот параметр пересчитан нами в других единицах измерения для облегчения восприятия величины расхода.

12. Скорость воды в трубопроводе vв м/с вычисляем

в ячейке D16: =4*D4/D14/ПИ()/(D7/1000)^2/3600=1,640

v=4*G/(ρ*π*(d/1000) 2*3600)

К ячейкеD16 применено условное форматирование. Если значение скорости не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки становится красным, а шрифт белым.

13. Число Рейнольдса Reопределяем

в ячейке D17: =D16*D7/D13*10=487001,4

Re=v*d*10/n

14. Коэффициент гидравлического трения λрассчитываем

в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17<=2320;64/D17;ЕСЛИ(D17<=4000; 0,0000147*D17;0,11* (68/D17+D9/D7)^0,25))=0,035

λ=64/Re                             при Re≤2320

λ=0,0000147*Re               при 2320≤Re≤4000

λ=0,11*(68/Re+∆/d) 0,25  при Re≥4000

15. Удельные потери давления на трение Rв кг/(см2*м)вычисляем

в ячейке D19: =D18*D16^2*D14/2/9,81/D7*100=0,004645

R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d)

16. Потери давления на трение dPтрв кг/см2 и Па находим соответственно

в ячейке D20: =D19*D8=0,464485

dPтр=R*L

и в ячейке D21: =D20*9,81*10000=45565,9

dPтр=dPтр*9,81*10000

17. Потери давления в местных сопротивлениях dPмсв кг/см2 и Па находим соответственно

в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000=0,025150

dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)

и в ячейке D23: =D22*9,81*10000=2467,2

dPтр=dPмс*9,81*10000

18. Расчетные потери давления в трубопроводе dPв кг/см2 и Па находим соответственно

в ячейке D24: =D20+D22=0,489634

dP=dPтр+dPмс

и в ячейке D25: =D24*9,81*10000=48033,1

dP=dP*9,81*10000

19. Характеристику гидравлического сопротивления трубопровода Sв Па/(т/ч) 2 вычисляем

в ячейке D26: =D25/D4^2=23,720

S=dP/G2

к меню ↑

4 Местные гидравлические сопротивления: свойства и характеристики

Как мы уже упоминали, потери напора жидкости в случае с местными сопротивлениями определяются в большинстве случаев только опытным путем. Но и в теоретическом обосновании есть некоторые прорывы — так, местное сопротивление по своим свойствам и характеристикам аналогично сопротивлению, которое наблюдается при внезапном расширении струи. И это логично, если учитывать, что поведение потока жидкости при преодолении любого локального сопротивления сопровождается сужением или расширением сечения.

1.

При внезапном сужении трубы сопротивление сопровождается появлением водоворотной области в месте сужения, при этом струя уменьшается до размеров меньших, чем сечение наименьшей трубы. После того как поток проходит участок сужения, струя максимально расширяется, ограничиваясь внутренним сечением трубы. Коэффициент местного сопротивления при резком сужении трубы рассчитывается по формуле: ξвн.суж. = 0,5 (1 — (F2/F1)). Значение коэффициента от отношения F2/F1 несложно найти в соответствующих пособиях по гидравлике.

2.

При изменении направления трубы под углом гидравлические потери рассчитываются по формуле: ξ поворот = 0,946sin (α/2) + 2,047sin (α/2)², где α — это угол поворота трубы. Поток ведет себя следующим образом: сначала струя сжимается, после чего расширяется, так как при повороте по инерции поток отжимается от стенок трубы.

3.

При входе в трубу цилиндрической формы с острой кромкой, которая наклонена к горизонту под углом α, коэффициент местного сопротивления высчитывается по формуле Вейсбаха: ξвх = 0,505 + 0,303sin α + 0,223sin α². Иногда труба имеет закругленную форму или в сечении входа стоит диафрагма, которая сужает сечение, — в любом случае сначала струя потока будет сжиматься, потом расширяться, то есть местное сопротивление при входе в водопровод можно свести к внезапному расширению струи потока.

4.

В промышленности, в частности при работе с насосным оборудованием, часто приходится рассчитывать местные сопротивления, которые создаются запорной арматурой — вентилями и клапанами, кранами и задвижками и так далее. Вне зависимости от того, какую геометрическую форму имеет проточная часть, ограниченная запорной арматурой, гидравлический характер течения при преодолении сопротивлений не меняется. Если мы говорим о полностью открытой запорной арматуре, гидравлическое сопротивление будет колебаться в диапазоне от 2,9 до 4,5. Коэффициенты для определенного вида запорной арматуры можно найти в соответствующих справочниках.

5.

Гидравлические потери диафрагмы определяются сужением струи потока и последующим ее расширением. Степень сужения потока и его последующего расширения определяется несколькими факторами — это особенности конструкции диафрагмы, отношение диаметров отверстия трубы и диафрагмы, режим движения жидкости и так далее.

6.

Наконец, часто бывает необходимо рассчитать коэффициент местного сопротивления при входе струи потока под уровень жидкости. Впрочем, сложных расчетов проводить не потребуется, коэффициент сопротивления при входе струи в большой резервуар под уровень жидкости или в среду без жидкости связан с потерей кинетической энергии и равен 1.

к меню ↑

4.1 Неприятности

Как говорят в Одессе, «их имеется».

Чтобы вычислить полное гидравлическое сопротивление контура, необходимо учесть:

  • Сопротивление прямых участков труб. Оно определяется их материалом, внутренним диаметром, степенью шероховатости и скоростью потока стенок.
  • Сопротивление перехода диаметра и каждого поворота.
  • Сопротивление каждого элемента запорной арматуры.
  • Сопротивление всех отопительных устройств.
  • Сопротивление теплообменника котла.

к меню ↑

4.2 Расчёт объема воды и вместительность расширительного бака


Объем расширительного бачка должен равняться 1/10 всего объема жидкости
Для расчета рабочих характеристик расширительного бачка, обязательного для любой системы отопления закрытого типа, потребуется разобраться с явлением увеличения объема жидкости в ней. Этот показатель оценивается с учетом изменения основных рабочих характеристик, включая колебания ее температуры. Она в этом случае изменяется в очень широком диапазоне – от комнатных +20 градусов и вплоть до рабочих значений в пределах 50-80 градусов.

Вычислить объем расширительного бака удастся без лишних проблем, если воспользоваться проверенной на практике приблизительной оценкой. Она основана на опыте эксплуатации оборудования, согласно которому объем расширительного бачка составляет примерно одну десятую часть от общего количества теплоносителя, циркулирующего в системе. При этом во внимание принимаются все ее элементы, включая отопительные радиаторы (батареи), а также водяную рубашку котельного агрегата. Для определения точного значения искомого показателя потребуется взять паспорт эксплуатируемого оборудования и найти в нем пункты, касающиеся емкости батарей и рабочего бака котла.

После их определения излишки теплоносителя в системе найти совсем несложно. Для этого сначала вычисляется площадь поперечного сечения полипропиленовых труб, а затем полученное значение умножается на длину трубопровода. После суммирования по всем веткам отопительной системы к ним добавляются взятые из паспорта цифры для радиаторов и котла. От итоговой суммы затем отсчитывается одна десятая часть.

Если, к примеру, полученная вместимость для бытовой системы составила около 150 литров, оценочная емкость расширительного бака будет равна примерно 15 литрам.

к меню ↑

4.3 Потери напора при равномерном движении жидкости в трубах

Найдем общее выражение для потерь напора на трение при равномерном движении жидкости в трубах, справедливое как для ламинарного, так и для турбулентного режимов.

При равномерном движении величина средней скорости и распределение скоростей по сечению остаются неизменными по всей длине трубопровода. Поэтому равномерное движение возможно лишь в трубах постоянного сечения S, так как в противном случае будет изменяться средняя скорость в соответствии с уравнением:

v = Q/S = const.

Равномерное движение имеет место в прямых трубах или в трубах с очень большим радиусом кривизны R (прямолинейное движение), так как в противном случае средняя скорость может изменяться по направлению.
Кроме того, условие неизменности характера скоростей жидкости по живому сечению можно записать в виде α= const, где α – коэффициент Кориолиса. Последнее условие может быть соблюдено лишь при достаточном удалении рассматриваемого участка потока от входа в трубу.

Если выделить на участке трубы с равномерно текущей жидкостью два произвольных сечения 1 и 2, то потери напора при перемещении жидкости между этими сечениями можно описать при помощи уравнения Бернулли:

z1 + p1/γ = z2 + p2/γ +hтр,

где:
z1 и z2 – перепад высот между центрами соответствующих сечений;
p1 и p2 – давление жидкости в соответствующих сечениях;
γ – удельная плотность жидкости, γ = gρ;
hтр – величина потерянной энергии (потери на трение).

Из этой формулы выразим величину потерянной энергии hтр:

hтр = (z1 + p1/γ) — (z2 + p2/γ).

Это выражение называют уравнением равномерного движения жидкости в трубопроводе. Если труба расположена горизонтально, т. е. перепад высот между ее сечениями отсутствует, то уравнение примет упрощенный вид:

hтр = p1/γ — p2/γ = (p1 – p2)/γ.

к меню ↑

4.4 Формула Дарси-Вейсбаха для равномерного движения жидкости в трубах

При равномерном движении жидкости в трубах потери напора на трение по длине hл определяют по формуле Дарси-Вейсбаха, которая справедлива для круглых труб, как при турбулентном, так и при ламинарном режиме.
Эта формула устанавливает зависимость между потерями напора hл, диаметром трубы d и средней скоростью потока жидкости v:

hл = λv2/2gd,

где:
λ – коэффициент гидравлического трения (величина безразмерная);
g – ускорение свободного падения.

Для труб произвольного сечения в формуле Дарси-Вейсбаха используют понятие приведенного или эквивалентного диаметра сечения трубы по отношению к круглому сечению.

В некоторых случаях используют также формулу

hл = v2l/C2R,

где:
v – средняя скорость потока в трубе или канале;
l – длина участка трубы или канала;
R – гидравлический радиус потока жидкости;
С – коэффициент Шези, связанный с коэффициентом гидравлического трения λ зависимостью: С = √(8g/λ) или λ = 8g/С2. Размерность коэффициента Шези – м½/с.

Для определения коэффициента гидравлического трения при различных режимах и условиях движения жидкости применяют различные способы и эмпирические зависимости, в частности, график И. И. Никурадзе, формулы П. Блазиуса, Ф. А. Шевелева(для гладких труб) и Б. Л. Шифринсона(для шероховатых труб). Все эти способы и зависимости опираются на критерий Рейнольдса Re и учитывают состояние поверхности труб.

к меню ↑

5 В чем заключается суть подобного расчета?

Главным отличием современных систем является специальный механизм, обеспечивающий гидравлический режим. Современные разработки и высококачественные материалы, которые используются сегодня в системах отопления, дают возможность своевременного реагирования на малейшее температурное колебание. Казалось бы, это очень выгодно: экономится энергия, а следовательно, наши затраты на отопления минимизируются. Но с другой стороны такое оборудование требует специальных знаний касаемо использования высокотехнологичной арматуры регулировки, а также других элементов при обустройстве системы.

Важная информация! Сочетание гидрорасчета и арматуры регулировки – это залог эффективности и работоспособности современных систем отопления.

Существуют некие обстоятельства, ввиду которых мы должны соблюдать приведенные выше условия.

  1. Теплоноситель должен подаваться в приборы нагрева в должном количестве – так вы добьетесь баланса тепла при условии, что вы будете задавать температуру в здании, а температура снаружи будет меняться.
  2. Отсутствие шума, долговечность и стабильность работы отопительной системы.
  3. Минимум затрат при эксплуатации, в частности, электроэнергии, которые направлялись бы на то, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление трубопровода.
  4. Затраты на установку системы нужно свести к минимуму, что в большей мере зависит от диаметра трубопровода.

Рассчитайте утепление своего дома

Перейти к расчёту
Adblock
detector