Obliczenia hydrauliczne systemu grzewczego: etapy, zasady i wyniki
Nowoczesne systemy grzewcze to złożone urządzenia z elastycznym mechanizmem sterowania. Próba zaprojektowania takiego systemu „na oko” sprawi, że będzie on działał nieefektywnie, a Twoje koszty będą nieracjonalnie wysokie. Właściwy projekt obejmuje wstępne obliczenia hydrauliczne instalacji grzewczej na podstawie określonych parametrów. Zastanówmy się, które wartości wyjaśniające pomagają zoptymalizować koszty kapitałowe, poprawić wydajność systemu, uniknąć nietypowych trybów pracy, a także jak to zrobić za pomocą kalkulatora internetowego.
Korzyści z obliczeń: dlaczego to robią
Główna trudność systemów podgrzewania wody polega na zastosowaniu ruchomego chłodziwa w zmiennym reżimie termicznym warunków zewnętrznych. Każdy system ogrzewania wody (SVO) składa się z trzech części: urządzenia generującego ciepło oraz elementów przenoszących i oddających ciepło w żądanym punkcie domu.
Idealny, „sferyczny” WCS zapewnia całkowity transfer ciepła ze źródła przez czynnik chłodzący, ale w rzeczywistości w procesie przekazywania energii przez system jej straty są nieuniknione. Aby jak najbardziej zbliżyć się do normy, każdy projekt opiera się na obliczeniach hydraulicznych. Obliczenia pomagają usprawnić system, ponieważ pozwalają rozwiązać następujące pytania praktyczne:
- Określ parametry chłodziwa: jego objętość i prędkość ruchu, wystarczającą do utrzymania wybranego bilansu cieplnego. Główną trudnością takich obliczeń jest wpływ wahań temperatury powietrza.
- Zminimalizuj inwestycje w budownictwo (dzięki doborowi elementów systemu o odpowiednich parametrach) i koszty eksploatacji.
- Ustala optymalne tryby pracy wszystkich podzespołów i urządzeń, co prowadzi do wzrostu wydajności pracy i opóźnienia remontów.
- Zapewniają proporcjonalny rozkład ciepła w całym pomieszczeniu, gwarantują zachowanie poziomu energii cieplnej przez maksymalny okres.
- Określ parametry, które sprawiają, że system jest stabilny, niezawodny i cichy.
Rodzaje okablowania CBO
Chociaż zasada działania systemu zaopatrzenia w wodę jest taka sama (odbieranie i rozprowadzanie ciepła przez obudowę), jego pracę można zorganizować na różne sposoby. Systemy są dogodnie rozróżniane przez sposób organizacji obiegu. Cyrkulacja naturalna jest możliwa, gdy płyn chłodzący jest wprawiany w ruch pod wpływem grawitacji, a obieg wymuszony, gdy pompa sobie z tym radzi.
Obwody ogrzewania wody różnią się konfiguracją i skalą, są jedno- i dwururowe. Podlegają one różnym prawom, dlatego obliczenia hydrauliczne rurociągu są przeprowadzane z uwzględnieniem różnic. Powszechne są następujące typy jednorurowych obwodów grzewczych:
- Z dolnym okablowaniem (popularna nazwa „Leningradka”). Rura przechodzi przez wszystkie pomieszczenia po okręgu i wraca do kotła. Plus systemu: jest w nim niewiele rur, jego moc cieplna nie przekracza 30-35 kW. Minusem jest nierównomierny rozkład ciepła, brak możliwości regulacji.
- Z górnym okablowaniem (system moskiewski). Linia zasilająca znajduje się nad urządzeniami grzewczymi. System może pracować bez zasilania, temperatura w akumulatorach jest równomiernie rozłożona ze względu na obliczenia i rury o różnych średnicach. Minusem jest trudność płynnej regulacji.
Okablowanie dwururowe jest reprezentowane przez następujące odmiany:
- System ślepy zaułek. Powszechna opcja, w której czynnik roboczy jest dostarczany i usuwany z każdej baterii różnymi liniami (do przodu i do tyłu). Taka organizacja ogrzewania występuje w różnych typach mieszkań; jego cechą jest to, że linia bezpośrednia (dostarczająca ciepło) jest dłuższa niż linia powrotna.
- System skojarzony z dwiema rurami (pętla Tichelmanna). Linia powrotna zaczyna się od pierwszego grzejnika, następnie są do niego podłączone rury powrotne z pozostałych grzejników, po czym płyn chłodzący wraca do kotła. Okazuje się, że czynnik roboczy porusza się w tym samym (przejeżdżającym) kierunku wzdłuż autostrad bezpośrednich i wstecznych. System działa stabilnie, dobrze rozprowadza ciepło, ale jest najbardziej materiałochłonny.
- Okablowanie wiązki (jest to również wentylator, kolektor, szafka). Rury promieniują z jednego punktu (kolektora), tutaj jest kontrola. Zaleta okablowania: udostępnia oddzielną kontrolę temperatury (lub wyłączenie) każdego urządzenia. System jest łatwy do zautomatyzowania, łatwo zaprojektować i obliczyć rurociąg. Minus: wysokie koszty instalacji ze względu na dużą liczbę rur.
Przygotowanie do kalkulacji i jej etapy
Obliczenia hydrauliczne ogrzewania pozwalają dowiedzieć się, jakie parametry pracy powinien mieć podgrzewacz wody przy podanych danych początkowych, aby wykazać najlepszą wydajność. Na tym etapie przygotowania projektu należy uzyskać następujące cechy:
- Średnica rur (określa przepustowość systemu).
- Straty ciśnienia i ciśnienia. Całkowite (dla całej NWO) straty obliczane są osobno dla każdego odcinka.
- Optymalna objętość wody w obwodzie, prędkość jej ruchu, pojemność zbiornika wyrównawczego.
- Obliczanie rezystancji układu, dobór pompy obiegowej.
Przed obliczeniem parametrów hydraulicznych konieczne jest wykonanie obliczeń termicznych. Da to wyobrażenie o tym, ile energii cieplnej potrzeba do każdego pomieszczenia. To z kolei pozwoli na wybór rodzaju systemu grzewczego, generatora ciepła i grzejników.
Na podstawie tych danych wybiera się rury i kształtki, metodologię, a rurociąg oblicza się na podstawie przepływu i ciśnienia. Na ostatnim etapie opracowywany jest schemat połączeń aksonometrycznych (wizualna projekcja sieci komunikacyjnych wykonana w układzie trzech współrzędnych).
Zasady obliczeń hydraulicznych
Obliczenia termiczne dostarczają następujących danych:
- Dla SVO z obwodem jednorurowym: natężenie przepływu chłodziwa (kg / h).
- W przypadku dwururowego podgrzewacza wody: różnica między gorącym i schłodzonym płynem roboczym (w części przedniej i tylnej).
- Optymalna prędkość ruchu chłodziwa; mieści się w zakresie 0,3-0,7 m/s. Jeśli spadnie poniżej 0,2 m/s, istnieje niebezpieczeństwo wietrzenia. Prędkość jest związana z wewnętrzną średnicą rury, zależność ta jest odwrotnie proporcjonalna.
Aby obliczyć średnicę rur, stosuje się inną zmienną ciepłowniczą: natężenie przepływu ciepła; pokazuje, ile ciepła jest przekazywane w jednostce czasu. W obliczeniach stosuje się tabele referencyjne, w których zapisywane są dane początkowe. Takie tabele są dostępne w literaturze specjalistycznej, na stronach internetowych producentów rur, w dokumentach SNiP.
Taka technika oparta na danych ciepłowniczych, gdy łączna wartość mocy cieplnej jest rozłożona na wszystkie urządzenia grzewcze, jest idealnym opisem działania systemu. W praktyce prędkość chłodziwa i inne zmienne zawsze będą się różnić od wartości projektowych. Wynika to z następujących czynników:
- Występuje tarcie wody o ściany rur.
- Na widełkach rurowych oraz w punktach mocowania armatury (krany, filtry, zawory) występują dodatkowe opory przepływu.
Dlatego konieczne staje się określenie strat ciśnienia w rurociągu, a także strat prędkości w różnych częściach systemu.
Jest to zadanie najtrudniejsze, gdyż jego rozwiązanie wymaga obliczeń z zakresu mediów hydrodynamicznych. Obliczenia uwzględniają następujące parametry:
- Siła tarcia wody; w tym celu należy wziąć pod uwagę cechy (chropowatość) materiału.
- Burzliwe wiry. Wpływają na nie wszelkie zmiany kształtu kanału. Do obliczeń strat ciśnienia w rurociągu wprowadzane są specjalne współczynniki, które producent wskazuje dla każdego produktu, od rur po filtry.
Celem obliczeń hydraulicznych jest wstępne wyważenie SVO. Oznacza to, że ważne jest określenie, przy jakich parametrach przepustowości rozkład ciepła nad urządzeniami grzewczymi będzie optymalny (ekonomiczny i wystarczający do utrzymania komfortowego mikroklimatu w pomieszczeniach). Zawory regulacyjne służą do równoważenia.
Zawory są instalowane w punktach połączeń urządzeń grzewczych. Zmiana ich przepustowości pozwala na dystrybucję ciepła według potrzeb. Należy pamiętać, że zmiana wydajności jednego zaworu zmienia równowagę w innych obwodach, co prowadzi do konieczności dodatkowej kalibracji. Dla każdego typu okablowania obowiązują różne zasady równoważenia.
Przydatne wideo
Automatyzacja procesów
Obliczenie ciśnienia w rurociągu można przeprowadzić za pomocą kalkulatorów online, które oferują obliczenia hydrauliczne systemu. Możesz uzyskać takie cechy, jak przepływ wody (wydajność), parametry rur (średnica wewnętrzna), a także straty ciśnienia w rurociągu; kalkulator jednocześnie pozwala wybrać metodę obliczania oporu.
Obliczenie wytrzymałości można przeprowadzić na podstawie materiału i długości odcinka wodociągu lub przyjąć jako podstawę rodzaj materiału (stal, żeliwo, cement azbestowy, żelbet, plastik, szkło) i jego chropowatość (dynamiczna współczynnik oporu). Możesz również określić rodzaj rur: nowe lub nie, a także materiał zewnętrznej lub wewnętrznej powłoki. Oprócz spadku ciśnienia kalkulator hydrauliczny oblicza natężenie przepływu, średnicę wewnętrzną i długość przekroju.
Wykonywanie obliczeń za pomocą kalkulatora online jest odpowiednie dla małych systemów składających się z jednego lub dwóch obwodów z kilkoma grzejnikami w każdym. Bardziej złożone i wydajne podgrzewacze wody (ponad 30 kW) należy obliczyć za pomocą oprogramowania. Niezbędne oprogramowanie jest tworzone przez największych producentów urządzeń grzewczych.
Przydatne wideo
Podsumowanie
Konstrukcja systemów grzewczych pozwala dobrać optymalne parametry: wystarczające zaopatrzenie w wodę, odpowiednie właściwości rur, ciśnienie pomp obiegowych. Obliczenia hydrauliczne to jedna z najważniejszych części projektu. Pozwala zbilansować wybrany rodzaj instalacji grzewczej, zapewnia jej stabilną pracę i wieloletnie użytkowanie.
W obliczeniach hydraulicznych określane są takie parametry jak spadek ciśnienia, przepływ wody, średnica rury dla każdego odcinka. Mały system do prywatnego domu można obliczyć ręcznie (za pomocą formuł i podręczników) lub skorzystać z kalkulatora online. W przypadku złożonych i wydajnych obwodów grzewczych zaleca się stosowanie specjalistycznych programów.
