Как выполняется гидравлический расчет отопительной системы?

Для частного дома часто просто невозможно установить централизованную систему отопления, поэтому применяется автономная. О том, что она намного более эффективна, чем обычная, говорить не стоит, так как именно автономное отопление позволяет создать комфортную атмосферу, обеспечить экономию энергии. Хотя на организацию отопления вначале и придется потратить определенные усилия и финансовые затраты. Чтобы система стала действительно эффективной, необходимо не только смонтировать ее правильно, но и произвести предварительные расчеты, которые позволят закупить оборудование именно той мощности, которая требуется в конкретном случае.

Схема гравитационной системы отопления.

Именно для этого применяется гидравлический расчет системы отопления, который и помогает справиться с такой задачей. Принято использовать специальный калькулятор и программы, которые позволят выполнить все расчеты отопительной системы в точности. Что же представляет собой подобный расчет, каковы его задачи, особенности выполнения? Познакомимся с основными формулами, которые требует расчет однотрубной системы отопления или двухтрубной.
Что такое гидравлический расчет?
Зачем необходим гидравлический расчет? Дело в том, что сегодня для монтажа отопительной системы применяются совершенно другие материалы и решения, схема отличается от той, которую применяли раньше. Она включает в себя сложное оборудование, использование различных приемов монтажа.

Именно гидравлический расчет позволяет сделать установку отопления эффективной и экономной, то есть использующей минимальные энергозатраты при максимальной отдаче.

Соблюдение таких ключевых условий для отопительной системы обеспечивается следующим:

Схема теплопотерь.

для отопительных приборов системы теплоноситель должен подаваться в правильно рассчитанном количестве, что позволяет обеспечить необходимый баланс температуры снаружи и внутри помещения при заданных показателях;
минимизация всех затрат, необходимых на обслуживание. Это в первую очередь касается энергии, направленной на преодоление существующего гидростатического сопротивления всей системы;
обеспечение минимизации финансовых вложений при расчетах для установки отопительного оборудования. Это касается всех узлов схемы, включая диаметр труб, которые будут использованы при монтаже;
если расчет выполнен правильно, то вся система будет работать надежно, стабильно, бесшумно, ее обслуживание можно будет свести к минимуму, как и затраты на энергию.

Система отопления перед монтажом обязательно требует проведения таких расчетов, особенно если она планируется для большого двухэтажного дома. При помощи такого расчета можно определить следующие параметры:

возможные гидравлические потери для различных участков системы;
требуемый диаметр трубопровода, выбор которого зависит от целесообразной скорости движения теплоносителя;
гидравлическая увязка для отдельных ветвей системы. При этом будет использована специальная регулирующая арматура, которая позволяет обеспечить динамическую балансировку при любых режимах работы;
размер потерь давления для теплоносителя.

Внимание: гидравлический расчет является важной, ответственной составляющей всей работы по проектированию системы водяного отопления для дома. Работа эта очень сложная, ее лучше всего проводить при помощи специализированной программы либо доверить специалисту, так как ошибки могут привести к тому, что отопление просто выйдет из строя при его запуске. Приведенные формулы являются ознакомительными. Если вы не уверены в своих силах, доверьте проектирование профессионалам.

Что необходимо для выполнения расчета?
Чтобы произвести гидравлический расчет, потребуется выполнение некоторых предварительных работ, включающих в себя:

Схема двухтрубной системы отполения.

определение показателей теплового баланса для помещений;
определение типа приборов отопления, которые будут монтироваться, их теплообменных поверхностей, месторасположение на планах помещения;
разводка отопительной сетки, трассировка всей магистрали;
тип трубопровода, наличие регулирующей, запорной арматуры, вентилей, клапанов, регуляторов давления, терморегуляторов и прочего;
составление схемы, которую будет иметь система отопления, с указанием всех длин участков и номеров тепловых нагрузок.

Для проведения расчетов системы отопления рекомендуется пользоваться специальными программами, которые выполнят эту работу намного быстрее и качественнее. Многие сайты сегодня предлагают специальные расчетные калькуляторы, которые быстро предоставят такие данные, как:

диаметр трубопровода для циркуляции теплоносителя;
размеры используемых отопительных приборов;
правильная настройка балансировочных вентилей и регулирующего оборудования;
настройка для термостатических клапанов;
настройка для регуляторов перепадов давления системы.

Задачи гидравлического расчета
Гидравлический расчет преследует выполнение таких задач:

Схема однотрубной системы отполения.

правильная подача теплоносителя, который использует система отопления, обеспечение теплового баланса при условии изменений наружной температуры;
минимизация затрат на эксплуатацию системы, преодоление общего гидравлического сопротивления для системы;
минимизация финансовых вложений для планирования и монтажа отопления;
обеспечение надежности, стабильности работы, сведение возможности неполадок к минимуму.

Чтобы решить эти задачи, гидравлический расчет требует в процессе выявить некоторые моменты, среди которых:

определение диаметра труб на отдельных участках, посредством которых будет подаваться теплоноситель, обеспечение необходимой скорости движения теплоносителя;
расчет гидравлической потери давления на отдельных участках магистрали;
выполнение увязки отдельных узлов с использованием регулирующей арматуры. Система отопления должна быть полностью сбалансированной, чтобы ее работа стала бесперебойной и эффективной;
расчет по расходу теплоносителя, необходимой энергии для работы всей отопительной системы.

Особенности выполнения расчета
Особенностью проведения такой работы, как гидравлический расчет, является владение определенным уровнем знаний по гидравлике. Именно поэтому все расчеты по отоплению рекомендуется доверять только специалистам в этой области, которые смогут обеспечить стабильность работы, надежность и долговечность. Хотя сами вы тоже можете все подсчитать и потом сверить результаты. Сегодня предлагается множество калькуляторов, но они также требуют ввода определенных начальных данных, без которых начинать сам расчет просто невозможно. Рассмотрим основные данные, которые нужны для проведения такого рода расчетов.

Сопротивление в трубопроводах: что складывать и вычитать?

Схема котла отопления.

Этот параметр показывает, какой именно перепад давления будет испытывать система отопления в процессе своей работы. Замерить его можно таким образом: из показания манометра на подающей трубе следует вычесть показания на манометре обратного трубопровода, в результате получается значение потери давления на определенном участке. Такой перепад давления создает насос, то есть расчет должен учитывать и мощность подобного подающего оборудования. На этапе проектирования нет возможности брать реальные цифры, так как трубопроводы и манометры еще не установлены. Именно для этого случая имеются специальные формулы, которые и помогают выполнить гидравлический расчет, не прибегая к монтажу пробного участка, что очень затратно в финансовом отношении.

Рассмотрим пример.

Для трубопровода используется металлопластиковая труба на 16 мм с внутренним диаметром в 12 мм. Ее длина – 40 метров. Расход в контуре составляет 1,6 литра в минуту, поворотов в системе на 90° – тридцать штук. Для теплоносителя (воды) температура составляет 40°.

Сначала расчет включает в себя определение скорости течения теплоносителя по формуле: V=4Q/nD²=0,24 метра за секунду (n=3,14). После этого находится число Рейнольдса по формуле Re=VD/v= 4430.

Гидравлический расчет зависит и от шероховатости трубы, вычислить которую можно по двум формулам и специальным табличным данным. Например, используется формула Блазиуса: λ=0,3164/Re^0,25=0,039. Сопротивление на поворотах трубопровода, которые имеет система отопления, составляет 0,4 метра (высота умножается на количество, то есть 0,00091 метра*30=0,0273, после чего к полученному значению прибавляется сопротивление 0,0273+0,38=0,4 метра).

Потеря напора, которую имеет система отопления, включает в себя использование табличных данных, получить которые можно из специального справочника. Это коэффициент сопротивления материала труб, скорость движения теплоносителя (его уже вычислили), ускорение свободного падения (составляет 9,81). При расчетах давления, которое должна иметь система отопления, необходимо учитывать и такие данные, как тип поворотов трубы, сопротивление радиаторов, наличие плавных либо коленных поворотов, сопротивление на входе и на выходе магистрали. Только при условии учета всех данных можно с уверенностью сказать, что система отопления рассчитана верно, можно приступать к планированию.

Выполнение расчетов гидравлического давления для отопительных систем – это важное условие при проектировании. В данном случае можно узнать не только требуемые параметры для отдельных узлов, но и рассчитать скорость движения теплоносителя, необходимые данные для осуществления регулировки отдельных узлов. Расчеты эти очень сложные, их не рекомендуется выполнять вручную, для этого имеются специальные калькуляторы и программы. Также лучше всего доверить это дело специалистам, как и проектирование всего отопления дома.