Гідравлічний розрахунок системи опалення: етапи, принципи та результати
Сучасні опалювальні системи – це складне обладнання із гнучким механізмом управління. Спроба спроектувати таку систему на око зробить її роботу неефективною, а ваші витрати невиправдано високими. Правильне проектування включає попередній гідравлічний розрахунок системи опалення, що базується на конкретних параметрах. Розбираємось, уточнення яких величин допомагає оптимізувати капітальні витрати, покращити роботу системи, уникнути позаштатних режимів роботи, а також, як це зробити за допомогою онлайн калькулятора.
Користь розрахунку: навіщо його роблять
Головна складність водяних систем опалення полягає у використанні рухомого теплоносія за умов змінного теплового режиму зовнішніх умов. Будь-яка система водяного опалення (СВО) складається з трьох частин: пристрої, що генерує тепло, а також елементів, що транспортують та виділяють тепло в потрібній точці будинку.
Ідеальна, «сферична» СВО забезпечує повну передачу тепла від джерела через теплоносій, але насправді в процесі передачі енергії через систему неминучі її втрати. Для того, щоб максимально наблизитись до еталону, будь-який проект будується на основі гідравлічного розрахунку. Обчислення допомагають зробити систему ефективною, оскільки дозволяють вирішити такі практичні питання:
- Визначають параметри теплоносія: його обсяг і швидкість переміщення, достатні підтримки обраного теплового балансу. Основна складність таких розрахунків – вплив коливання температури повітря.
- Мінімізують капіталовкладення при будівництві (завдяки вибору елементів системи з потрібними параметрами) та експлуатаційні витрати.
- Встановлює оптимальні режими роботи всіх вузлів та пристроїв, що веде до підвищення ефективності роботи та віддалення капітального ремонту.
- Забезпечують пропорційний розподіл тепла за приміщеннями, гарантують збереження рівня теплової енергії на максимальний термін.
- Визначають параметри, що роблять роботу системи стабільною, надійною та безшумною.
Типи розведення СВО
Хоча принцип роботи СВО однаковий (отримання та розповсюдження тепла по житлу), її робота може організовуватись по-різному. Системи зручно розрізняти за способом організації циркуляції. Можлива природна циркуляція, коли теплоносій починає рухатися завдяки силі тяжкості, і примусова, коли з цим справляється насос.
Контури водяного опалення мають відмінності по конфігурації та масштабу, бувають одно- та двотрубними. Вони підпорядковані різним закономірностям, тому гідравлічний розрахунок трубопроводу проводиться з урахуванням відмінностей. Поширені такі види однотрубних опалювальних контурів:
- З нижнім розведенням (народна назва «Ленінградка»). Труба проходить через усі приміщення по колу та повертається в котел. Плюс системи: у ній мало труб, її теплова потужність вбирається у 30-35 кВт. Мінусом є нерівномірний розподіл тепла, неможливість регулювання.
- З верхнім розведенням (московська система). Подає магістраль розташовується вище за нагрівальні прилади. Система може працювати без електроживлення, температура в батареях розподіляється рівномірно завдяки розрахунку та трубам з різним діаметром. Мінус полягає у складності плавного регулювання.
Двотрубні розведення представлені такими різновидами:
- Тупикова система. Поширений варіант, в якому робоче середовище подається та відводиться від кожної батареї різними магістралями (прямою та зворотною). Така організація опалення зустрічається у різних типах житла; її особливість полягає в тому, що пряма магістраль (що подає тепло) має більшу протяжність, ніж обратка.
- Двотрубна попутна система (петля Тихельмана). Зворотна магістраль починається з першого радіатора, потім до неї приєднуються обратки з решти радіаторів, після чого теплоносій повертається до котла. Виходить, що по прямій та зворотній магістралі робоче середовище рухається в одному (попутному) напрямку. Система працює стабільно, добре розподіляє тепло, але є матеріаломісткою.
- Променева розводка (вона ж віялова, колекторна, шафа). Труби розходяться променями з однієї точки (колектора), тут знаходиться управління. Достоїнство розведення: вона робить доступним окреме регулювання температури (або вимкнення) кожного приладу. Систему легко автоматизувати, вона проста в проектуванні та розрахунках трубопроводу. Мінус: великі витрати на монтаж через велику кількість труб.
Підготовка до розрахунку та його етапи
Гідравлічний розрахунок опалення дозволяє з'ясувати, які експлуатаційні параметри має володіти СВО при заданих вихідних даних, щоб демонструвати кращу ефективність. На цьому етапі складання проекту необхідно отримати такі характеристики:
- Діаметр труб (він визначає пропускну спроможність системи).
- Втрати тиску і тиску. Вважаються загальні (по всій СВО) втрати та окремо по кожній ділянці.
- Оптимальний обсяг води у контурі, швидкість її руху, місткість розширювального бака.
- Розрахунок опору системи, вибір циркуляційного насосу.
Перед розрахунком гідравлічних параметрів необхідно виконати теплотехнічний розрахунок. Він дасть уявлення про те, скільки теплової енергії потрібно для кожної кімнати. Це, у свою чергу, дозволить вибрати тип опалювальної системи, теплогенератор та опалювальні прилади.
На підставі цих даних вибирають труби та арматуру, методику, та проводять розрахунок трубопроводу за витратою та тиском. На останньому етапі складають аксонометричну схему розведення (візуальну проекцію мереж комунікацій, виконану в системі трьох координат).
Принципи гідравлічного розрахунку
Тепловий розрахунок надає такі дані:
- Для СВО з однотрубним контуром: витрата теплоносія (кг/год).
- Для СВО з двотрубним контуром: різниця між гарячою та охолодженою робочою рідиною (у прямій та зворотній частині).
- Оптимальна швидкість руху теплоносія; вона у межах 0,3-0,7 м/с. Якщо вона падає нижче 0,2 м/с виникає небезпека завоздушення. Швидкість пов'язана з внутрішнім діаметром труби, це співвідношення обернено пропорційно.
Для обчислення діаметра труб використовують ще одну теплотехнічну змінну: швидкість теплопотоку; вона показує, скільки тепла передається в одиницю часу. У розрахунках використовують довідкові таблиці, у яких прописані вихідні дані. Такі таблиці є у спеціальній літературі, на сайтах виробників труб, у документах СНиП.
Подібна методика, заснована на даних теплотехнічного розрахунку, коли загальне значення теплової потужності розподіляється між усіма нагрівальними приладами є ідеальним описом роботи системи. На практиці швидкість теплоносія та інші змінні завжди відрізнятимуться від розрахункових показників. Це пов'язано з такими факторами:
- Існує тертя води об стінки труб.
- Існують додаткові опори потоку у місцях розгалужень труб та у точках кріплення арматури (кранів, фільтрів, клапанів).
Тому виникає необхідність визначення втрати тиску у трубопроводі, а також втрати швидкості на різних ділянках системи.
Це найскладніше завдання, оскільки її вирішення потребує розрахунків у галузі гідродинамічних середовищ. Розрахунки враховують такі параметри:
- Силу тертя води; для цього необхідно враховувати особливості (шорсткість) матеріалу.
- Турбулентні завихрення. На них впливають будь-які зміни форми каналу. У розрахунки втрати напору у трубопроводі вводяться спеціальні коефіцієнти, які вказуються виробником кожного виробу, від труб до фільтрів.
Мета гідравлічного розрахунку – попереднє балансування СВО. Тобто важливо визначити, при яких параметрах пропускної здатності розподіл тепла по нагрівальних приладах буде оптимальним (економічним і достатнім для збереження комфортного мікроклімату в приміщеннях). Для балансування використовують регулювальні клапани.
Клапани встановлюються у точках підключення нагрівальних приладів. Зміна їхньої пропускної здатності дозволяє розподіляти тепло належним чином. Необхідно пам'ятати, що зміна пропускної спроможності одного клапана змінює баланс в інших контурах, що призводить до необхідності додаткового калібрування. Свої принципи балансування існують кожного типу розведення.
Корисне відео
Автоматизація процесу
Розрахунок тиску в трубопроводі можна провести за допомогою онлайн-калькуляторів, що пропонують гідравлічний розрахунок системи. Можна отримати такі характеристики, як витрати води (пропускну здатність), параметри труб (внутрішній діаметр), а також втрати тиску трубопроводу; калькулятор дозволяє вибрати спосіб розрахунку опору.
Розрахунок опору можна вести, виходячи з матеріалу та довжини ділянки водопроводу, або взяти за основу вид матеріалу (сталь, чавун, азбоцемент, з/б, пластик, скло) та його шорсткість (коефіцієнт динамічного опору). Також можна вказати вид труб: нові чи ні, а також матеріал зовнішнього чи внутрішнього покриття. Крім падіння напору, гідравлічний калькулятор розраховує витрату, внутрішній діаметр, довжину ділянки.
Виконання розрахунків за допомогою онлайн-калькулятора підходить для невеликих систем, що складаються з одного-двох контурів з кількома радіаторами в кожному. Більш складні та потужні СВО (понад 30 кВт) потребують розрахунків за допомогою програмного забезпечення. Потрібний софт розробляється найбільшими виробниками опалювальної техніки.
Корисне відео
Висновок
Проектування систем опалення дозволяє підібрати оптимальні параметри: достатню подачу води, відповідні характеристики труб, напір циркуляційних насосів. Гідравлічний розрахунок – одна з найважливіших елементів проектування. Він дозволяє збалансувати обраний тип опалювальної системи, забезпечує її стабільну роботу та довговічне використання.
У розрахунках гідравліки визначають такі параметри як падіння тиску, витрата води, діаметр труб для кожної ділянки. Невелику систему для приватного будинку можна розрахувати вручну (за допомогою формул та довідників) або скористатися калькулятором онлайн. Для складних і потужних контурів опалення доцільно використовувати спеціалізовані програми.
