Гидравлический расчет системы отопления: просто о сложном

Что представляет собой гидравлический расчет системы отопления? Какие величины нуждаются в подсчетах? Наконец, главное: как рассчитать их, не располагая точными значениями гидравлического сопротивления всех участков, отопительных приборов и элементов запорной арматуры? Давайте разбираться.

Проектирование отопления начинается с вычислений.

Что рассчитываем

Для любой системы отопления важнейший параметр –; ее тепловая мощность.

• Температурой теплоносителя.
• Тепловой мощностью отопительных приборов.

Заметьте: в документации последний параметр указывается для фиксированной дельты температур между температурой теплоносителя и воздухом в отапливаемом помещении в 70 С.
Уменьшение дельты температур вдвое приведет к двукратному уменьшению тепловой мощности.

Методы вычисления тепловой мощности мы пока оставим за кадром: им посвящено достаточно тематических материалов.

Однако для того, чтобы обеспечить перенос тепла от трассы или котла к отопительным приборам, важны еще два параметра:

1. Внутреннее сечение трубопровода, привязанное к его диаметру.

У разных типов труб наружный и внутренний диаметр соотносятся по-разному.

1. Скорость потока в этом трубопроводе.

В автономной отопительной системе с принудительной циркуляцией важно знать еще пару значений:

1. Гидравлическое сопротивление контура. Расчет гидравлического сопротивления системы отопления позволит определить требования к напору, создаваемому циркуляционным насосом.
2. Расход теплоносителя через контур, определяющийся производительностью циркуляционного насоса отопительной системы при соответствующем напоре.

Проблемы

Как говорят в Одессе, «их есть».

Для того, чтобы вычислить полное гидравлическое сопротивление контура, нужно учесть:

• Сопротивление прямых участков труб. Оно определяется их материалом, внутренним диаметром, скоростью потока и степенью шероховатости стенок.

Эта номограмма для гидравлического расчета систем отопления позволяет определить потерю напора для разных диаметров и значений расхода.

• Сопротивление каждого поворота и перехода диаметра.
• Сопротивление каждого элемента запорной арматуры.
• Сопротивление всех отопительных приборов.
• Сопротивление теплообменника котла.

Собрать воедино все необходимые данные явно станет проблемой даже в самой простой схеме.

Формулы

К счастью, для автономной отопительной системы гидравлический расчет отопления может быть выполнен с приемлемой точностью и без углубления в дебри.

Скорость потока

С нижней стороны ее ограничивает рост перепада температур между подачей и обраткой, а заодно и повышенная вероятность завоздушивания. Быстрый поток вытеснит воздух из перемычек к автоматическому воздухоотводчику; медленный же с этой задачей не справится.

С другой стороны, слишком быстрый поток неизбежно породит гидравлические шумы. Элементы запорной арматуры и повороты розлива станут источником раздражающего гула.

Шум в системе отопления едва ли порадует вас ночью.

Для отопления диапазон приемлемой скорости потока берется от 0,6 до 1,5 м/с; при этом подсчет прочих параметров обычно выполняется для значения 1 м/с.

Диаметр

Его при известной тепловой мощности проще всего подобрать по таблице.

Напор

В упрощенном варианте он рассчитывается по формуле H=(R*I*Z)/10000.

• H –; искомое значение напора в метрах.
• I –; потеря напора в трубе, Па/м. Для прямого участка трубы расчетного диаметра он принимает значение в диапазоне 100-150.
• Z –; дополнительный компенсационный коэффициент, который зависит от наличия в контуре дополнительного оборудования.

На фото –; смесительный узел для отопления.

Если в системе присутствует несколько элементов из списка, соответствующие коэффициенты перемножаются. Так, для системы с шаровыми вентилями, резьбовыми фитингами для труб и термостатом, регулирующим проходимость розлива, Z=1,3*1,7=2,21.

Производительность

Инструкция по расчету своими руками производительности насоса тоже не отличается сложностью.

Производительность вычисляется по формуле G=Q/(1,163*Dt), в которой:

• G –; производительность в м3/час.
• Q -тепловая мощность контура в киловаттах.
• Dt –; разница температур между подающим и обратным трубопроводами.

Пример

Давайте приведем пример гидравлического расчета системы отопления для следующих условий:

• Дельта температур между подающим и обратным трубопроводом равна стандартным 20 градусам.
• Тепловая мощность котла –; 16 КВт.
• Общая длина розлива однотрубной ленинградки –; 50 метров. Отопительные приборы подключены параллельно розливу. Термостаты, разрывающие розлив, и вторичные контуры со смесителями отсутствуют.

Минимальный внутренний диаметр согласно приведенной выше таблице равен 20 миллиметрам при скорости потока не менее 0,8 м/с.

Полезно: современные циркуляционные насосы часто имеют ступенчатую или, что удобнее, плавную регулировку производительности.
В последнем случае цена устройства несколько выше.

Насос KSB Rio-Eco Z с плавной регулировкой.

Оптимальный напор для нашего случая будет равен (50*150+1,3)/10000=0,975 м. Собственно, в большинстве случаев параметр не нуждается в расчете. Перепад в системе отопления многоквартирного дома, обеспечивающий в ней циркуляцию –; всего 2 метра; именно таково минимальное значение напора абсолютного большинства насосов с мокрым ротором.

Производительность вычисляется как G=16/(1,163*20)=0,69 м3/час.

Заключение

Надеемся, что приведенные методики расчетов помогут читателю вычислить параметры собственной отопительной системы, не забираясь в дебри сложных формул и справочных данных. Как всегда, прикрепленное видео предложит дополнительную информацию. Успехов!