Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

Для чего нужен гидравлический расчет двухтрубной системы отопления
Каждое здание индивидуально. В связи с этим отопление с определением количества тепла будет индивидуальным. Сделать это можно при помощи гидравлического расчета, при этом облегчить задачу может программа и таблица расчета.

Расчет системы отопления дома начинают с выбора топлива, исходя из учета потребностей и особенностей инфраструктуры местности, где расположен дом.

Цель гидравлического расчета, программа и таблица которого есть в сети, заключается в следующем:

определение количества нагревательных приборов, которые необходимы;
подсчет диаметра и количества трубопроводов;
определение возможной потери отопления.

Все подсчеты должны производиться по схеме отопления со всеми элементами, которые входят в систему. Подобная схема и таблица должны быть предварительно составлены. Для проведения гидравлического расчета понадобится программа, аксонометрическая таблица и формулы.

Двухтрубная система отопления частного дома с нижней разводкой.

За расчетный объект принимается более нагруженное кольцо трубопровода, после чего определяется необходимое сечение трубопровода, возможные потери давления всего контура отопления, оптимальная площадь поверхности радиаторов.

Проведение подобного расчета, для чего используется таблица и программа, может создать четкую картину с распределением всех сопротивлений в контуре отопления, которые существуют, а также позволяет получить точные параметры температурного режима, расхода воды в каждой части отопления.

Гидравлический расчет в результате должен выстроить наиболее оптимальный план отопления собственного дома. Не нужно полагаться исключительно на свою интуицию. Таблица и программа расчета упростят процесс.

Элементы, которые нужны:

Схемы.
Формулы.
Таблица.
Программа расчета.

Гидравлический расчет отопительной системы с учетом трубопроводов

Схема систем отопления с насосной циркуляцией и открытым расширительным бачком.

При проведении всех подсчетов будут использоваться основные гидравлические параметры, в том числе гидравлическое сопротивление трубопроводов и арматуры, расход теплоносителя, скорость теплоносителя, а также таблица и программа. Между подобными параметрами есть полная взаимосвязь. На это и необходимо опираться при проведении расчетов.

Пример: если повысить скорость носителя тепла, одновременно повысится и гидравлическое сопротивление у трубопровода. Если будет повышен расход теплоносителя, одновременно может возрасти и скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. Чем большим будет диаметр трубопровода, тем меньшей будет скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. На основе анализа подобных взаимосвязей есть возможность превратить гидравлический расчет в анализ параметров надежности и эффективности полностью всей системы, что может помочь снизить расходы на материалы, которые используются. Стоит помнить, что гидравлические характеристики не отличаются постоянством, с чем могут помочь номограммы.
Гидравлический расчет системы водяного отопления: расход теплоносителя

Возможная схема будущей двухтрубной системы отопления.

Расход теплоносителя напрямую будет зависеть от того, какая тепловая нагрузка придется на теплоноситель во время перемещения им тепла к прибору отопления от теплогенератора. Данный критерий содержит таблица и программа.

Гидравлический расчет подразумевает определение расходного уровня теплоносителя по отношению к заданному участку. Расчетный участок будет представлять собой участок, который имеет стабильный расход теплоносителя и постоянный диаметр.

Пример краткого расчета будет содержать ветку, которая включает в себя 10 киловаттных радиаторов, при этом расход теплоносителя рассчитывается на перенос тепловой энергии на уровне 10 кВт. В данном случае расчетный участок представляет собой отрез от радиатора, который является первым в ветке, до теплогенератора. Однако это только лишь при условии, что подобный участок будет характеризоваться постоянным диаметром. Второй участок будет расположен между первым и вторым радиаторами. Если в первом случае высчитывается расход переноса 10-киловаттной энергии тепла, то на втором участке количество энергии, которое рассчитывается, составит 9 кВт с возможным постепенным уменьшением по мере проведения подобных расчетов.

Схема отопления с естественной циркуляцией.

Гидравлическое сопротивление будет рассчитываться одновременно до обратного и подающего трубопроводов.

Гидравлический расчет подобного отопления заключается в вычислении расхода теплоносителя по формуле для расчетного участка:

G уч = (3,6*Q уч)/(c*(t r-t o)), где Q уч – тепловая нагрузка участка, который рассчитывается (в Вт). Данный пример содержит нагрузку тепла на 1 участок в 10000 Вт или 10 кВт, с – (удельная теплоемкость для воды) постоянная, которая равняется 4,2 кДж (кг*°С), t r – температура теплоносителя в горячем виде в системе отопления, t o – температура холодного теплоносителя в системе отопления.
Гидравлический расчет отопительной гравитационной системы: скорость потока теплоносителя

Схема системы теплоснабжения распределителей.

За минимальную скорость теплоносителя следует принять пороговое значение 0,2-0,26 м/с. Если скорость меньше, из теплоносителя может выделяться избыточный воздух, что способно привести к появлению воздушных пробок. Это, в свою очередь, будет служить причиной полного или частичного отказа отопительной системы. Касательно верхнего порога, скорость теплоносителя должна быть 0,6-1,5 м/с. Если скорость не поднимется выше этого показателя, в трубопроводе не смогут образовываться гидравлические шумы. Практика показывает, что для отопительных систем оптимальный скоростной диапазон составляет 0,4-0,7 м/с.

Если есть необходимость в проведении более точного расчета диапазона скорости теплоносителя, понадобится брать в расчет параметры материалов трубопроводов в системе отопления. Говоря более точно, будет необходим коэффициент шероховатости для внутренних трубопроводных поверхностей. Например, если речь пойдет о стальных трубопроводах, оптимальной будет скорость теплоносителя на уровне 0,26-0,5 м/с. Если имеется полимерный или медный трубопровод, скорость есть возможность увеличить до 0,26-0,7 м/с. Если есть желание перестраховаться, необходимо внимательно почитать, какая скорость рекомендуется изготовителями оборудования для отопительных систем.

Более точный диапазон скорости теплоносителя, которая рекомендуется, будет зависеть от материала трубопроводов, которые применяются в отопительной системе, точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопровода. К примеру, для стальных трубопроводов рекомендуется придерживаться скорости теплоносителя от 0,26 до 0,5 м/с. Для полимерных и медных (полиэтиленовые, полипропиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,26 до 0,7 м/с. Есть смысл пользоваться рекомендациями от изготовителя, если они имеются.
Расчет гидравлического сопротивления отопительной гравитационной системы: потеря давления

Схема системы отопления от распределителя “3” .

Потери давления на определенных участках, что может называться термином “гидравлическое сопротивление”, представляют собой сумму полностью всех потерь на гидравлическое трение и локальных сопротивлениях. Такой показатель, который измеряется в Па, можно высчитать по формуле:

Руч = R * l + ((p * v2) / 2) * E3, где v – скорость теплоносителя, который используется (измеряется в м/с), p – плотность теплоносителя (измеряется в кг/м³), R – потери давления в трубопроводе (измеряется в Па/м), l – расчетная длина трубопровода на участке (измеряется в м), E3 – сумма всех коэффициентов локальных сопротивлений на оборудованном участке и запорно-регулирующей арматуры.

Общее гидравлическое сопротивление представляет собой сумму сопротивлений расчетных участков. Данные содержит следующая таблица (ИЗОБРАЖЕНИЕ 6).
Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной отопительной системы: выбор основной ветви

Гидравлический расчет трубопроводов.

Если система гидравлики будет характеризоваться попутным движением теплоносителя, для двухтрубной системы необходимо выбрать кольцо наиболее загруженного стояка через прибор отопления, расположенный снизу.

Если система будет характеризоваться тупиковым движением носителя тепла, для двухтрубной конструкции необходимо выбрать кольцо нижнего отопительного прибора для наиболее загруженного из самых удаленных стояков.

Если речь будет идти о горизонтальной отопительной конструкции, нужно выбрать кольцо через самую загруженную ветвь, которая относится к нижнему этажу.

Вернуться к оглавлению

Пример гидравлического расчета двухтрубной гравитационной системы отопления

Расчет системы теплоснабжения распределителей.

Отопительные приборы горизонтальной двухтрубной системы отопления подсоединяются к отопительной системе при помощи распределителя, который разделяет отопление на 2 системы: снабжение тепла распределителям (между распределителями и тепловым пунктом), а также отопление от распределителей (между отопительными приборами и распределителем).

В большинстве случаев схема отопительной системы выполняется в виде раздельных схем:

схема систем отопления от распределителей;
схема системы теплоснабжения распределителей.

В качестве примера предлагается гидравлический расчет 2-х трубной системы отопления с нижней разводкой в двухэтажном административном здании. Теплоснабжение устраивается от встроенной топочной.

Имеются следующие исходные данные:

Расчетная нагрузка тепла отопительной системы: Q зд = 133 кВт.
Параметры отопительной системы: t г = 75°С, t o = 60°С.
Расчетный расход теплоносителя в отопительной системе: V co = 7,6 м³/ч.
Отопительная система присоединяется к котлам через гидравлический горизонтальный разделитель.
Автоматика каждого котла поддерживает постоянную температуру носителя тепла на выходе из котла: t г = 80°С на протяжении всего года.
На вводе каждого распределителя проектируется автоматический регулятор перепада давления.
Система теплоснабжения распределителей выполнена из стальных водогазопроводных труб, отопительной системы от распределителей – из металлополимерных труб.

Для данной двухтрубной системы отопления нужно установить насос с управлением скоростью вращения. Для того, чтобы подобрать циркуляционный насос, понадобится определить значения подачи V н, м³/ч и напора P н, кПа.

Подача насоса идентична расчетному расходу в отопительной системе:

V н = V co = 7,6 м3/ч.

Требуемый напор P н, который равен расчетным потерям давления отопления A P со, определяется суммой следующих составляющих:

Нонограмма.

Потери давления распределителей OA P уч.с.т.
Потери давления отопительной системы от распределителей OA P уч.от.
Потерь давления в распределителе A P распр.

P н = A P co = OA P уч.с.т + OA P уч.от + A P распр.

Для подсчета OA P уч.с.т и OA P уч.от циркуляционного расчетного кольца следует выполнить схему системы теплоснабжения и схему отопления от распределителя “3”

На схеме отопительной системы от распределителя “3” нужно распределить тепловые нагрузки помещений Q4 (расчетные потери помещением теплоты) по приборам отопления, которые суммируются по распределителям. Далее на расчетной схеме указываются тепловые нагрузки распределителей.

В зависимости от теплопроизводительности топочной, которая требуется, могут функционировать оба котла либо только один из них (в весенний и летний периоды времени). Каждый из котлов имеет отдельный циркуляционный контур с насосом Р1, в котором будет постоянный расход теплоносителя и одинаковая температура теплоносителя t г = 80°С на протяжении года.

В бойлере 2 температура воды t г = 55°С водоснабжения может обеспечиваться за счет двухпозиционного регулятора температуры, который управляет включением насоса P2. В отоплении циркуляцию теплоносителя будет обеспечивать насос с электронным управлением Р3. Температура подающей воды отопительной системы изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха при помощи следящего электронного регулятора 11, который воздействует на трехходовой регулирующий клапан.

Гидравлический расчет системы снабжения тепла распределителей может быть выполнен с использованием первого направления. В качестве расчетного основного циркуляционного кольца нужно выбрать кольцо через нагруженный прибор отопления самого нагруженного распределителя “3”.

Диаметры участков магистральных теплопроводов d y, мм подбираются при помощи номограммы, задаваясь водной скоростью 0,4-0,5 м/с.

Характер использования номограммы изображает таблица (пример участка №1) G уч = 7581 кг/ч. Рекомендуется при этом ограничиваться удельной потерей давления на трение R не больше 100 Па/м. На местные сопротивления Z, Па потери давления определяются согласно номограммам как функция Z = f (Oae). Результаты гидравлического расчета содержит таблица.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений Oae для каждого из участков основного циркуляционного кольца должна определяться следующим образом:

участок №1 (начало от напорного патрубка насоса P3, без обратного клапана): внезапное сужение, внезапное расширение, задвижка, Oae = 1,0 + 0,5 + 0,5 = 2,0;
участок №2: тройник на ответвление, Оае = 1,5;
участок №3: проходной тройник, отвод, Оае = 1,0 + 0,5 = 1,5;
участок №4: проходной тройник, отвод, Оае = 1,0 + 1,0 = 2,0;
участок №2: тройник на противотоке, Оае = 3,0;
участок №1 до перемычки подмеса: внезапное сужение, внезапное расширение, задвижка, отвод, Оае = 1,0 + 0,5 + 0,5 + 0,5 = 2,5;
участок №1а от перемычки подмеса до всасывающего патрубка насоса P3, без клапана, без фильтра: гидравлический разделитель в виде внезапного сужения и внезапного расширения, два отвода, две задвижки, Оае = 1,0 + 0,5 + 0,5 + 0,5 = 2,5.

На участке №1 сопротивление клапана должно определяться по монограмме производителя для обратного клапана d y = 65 мм, G уч = 7581 кг/ч, это составляет:

A P О.К = 800 Па.

На участке №1а сопротивление фильтра d = 65 мм должно определяться по значению пропускной способности, которую он имеет k v = 55 м3/ч.

Следовательно,

A Pф = 0,1. (G | k v) 2 = 0,1. (7581 / 55) 2 = 1900 Па.

Типовой размер трехходового клапана выбирается, задаваясь необходимой величиной: k v = (2 G…3 G), то есть k v > 2 . 7,58 = 15 м3/ч.

Принимается клапан d = 40 мм, k v = 25 м3/ч.

Сопротивление его составит:

A P кл = 0,1 . (G | k v) 2 = 0,1 . (7581 / 25) 2 = 9200 Па.

Следовательно, потери давления снабжения тепла распределителей равняются:

OA P уч.с.т = 21514 Па (21,5 кПа).

Подсчет оставшейся части снабжения тепла распределителей с подбором трубопроводных диаметров производится таким же образом.

Для расчета OA P уч.с.т отопительной системы от распределителя “3”, следует выбрать расчетное основное циркуляционное кольцо через самое нагруженное устройство отопления Q пр = 1500 Вт (Ветка “В”).

Гидравлический расчет выполняется с использованием 1-го направления.

Диаметры участков теплопроводов d y, мм подбираются при помощи номограммы для металлополимерных труб, при этом скорость воды – не больше 0,5-0,7 м/с.

Характер пользования номограммой изображается рисунке (пример участков №1 и №4). Рекомендуется при этом ограничиваться удельной потерей давления на трение R не больше 100 Па/м.

Потери давления на сопротивления Z, Па определяется как функция Z = f (Oae).