Расчет водяной системы отопления

Как сделать гидравлический расчет системы отопления

Нужно отметить, что инженерные расчеты систем водоснабжения и отопления никак нельзя назвать простыми, но без них обойтись невозможно, только очень опытный специалист-практик может нарисовать систему отопления «на глазок» и безошибочно подобрать диаметры труб. Это если схема достаточно проста и предназначена для обогрева небольшого дома высотой 1 или 2 этажа. А когда речь идет о сложных двухтрубных системах, то рассчитывать их все равно придется. Эта статья для тех, кто решился самостоятельно выполнить расчет системы отопления частного дома. Мы изложим методику несколько упрощенно, но так, чтобы получить максимально точные результаты.

Цель и ход выполнения расчета

Конечно, за результатами можно обратиться к специалистам либо воспользоваться онлайн-калькулятором, коих хватает на всяких интернет-ресурсах. Но первое стоит денег, а второе может дать некорректный результат и его все равно надо проверять.

 отопительная система частного дома

Так что лучше набраться терпения и взяться за дело самому. Надо понимать, что практическая цель гидравлического расчета – это подбор проходных сечений труб и определение перепада давления во всей системе, чтобы верно выбрать циркуляционный насос.

Примечание. Давая рекомендации по выполнению вычислений подразумевается, что теплотехнические расчеты уже сделаны, и радиаторы подобраны по мощности. Если же нет, то придется идти старым путем: принимать тепловую мощность каждого радиатора по квадратуре помещения, но тогда точность расчета снизится.

Общая схема расчета выглядит таким образом:

  • подготовка аксонометрической схемы: когда уже выполнен расчет отопительных приборов, то известна их мощность, ее надо нанести на чертеж возле каждого радиатора;
  • определение расхода теплоносителя и диаметров трубопроводов;
  • расчет сопротивления системы и подбор циркуляционного насоса;
  • расчет объема воды в системе и вместительности расширительного бака.

Любой гидравлический расчет системы отопления начинается со схемы, нарисованной в 3 измерениях для наглядности (аксонометрия). На нее наносятся все известные данные, в качестве примера возьмем участок системы, изображенный на чертеже:

схема в трех измерениях

Определение расхода теплоносителя и диаметров труб

Вначале каждую отопительную ветвь надо разбить на участки, начиная с самого конца. Разбивка делается по расходу воды, а он изменяется от радиатора к радиатору. Значит, после каждой батареи начинается новый участок, это показано на примере, что представлен выше. Начинаем с 1-го участка и находим в нем массовый расход теплоносителя, ориентируясь на мощность последнего отопительного прибора:

G = 860q/ ∆t, где:

  • G – расход теплоносителя, кг/ч;
  • q – тепловая мощность радиатора на участке, кВт;
  • Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводе, обычно берут 20 ºС.

Для первого участка расчет теплоносителя выглядит так:

860 х 2 / 20 = 86 кг/ч.

Полученный результат надо сразу нанести на схему, но для дальнейших расчетов он нам понадобится в других единицах – литрах в секунду. Чтобы сделать перевод, надо воспользоваться формулой:

GV = G /3600ρ, где:

  • GV – объемный расход воды, л/сек;
  • ρ– плотность воды, при температуре 60 ºС равна 0.983 кг / литр.

Имеем: 86 / 3600 х 0,983 = 0.024 л/сек. Потребность в переводе единиц объясняется необходимостью использования специальных готовых таблиц для определения диаметра трубы в частном доме. Они есть в свободном доступе и называются «Таблицы Шевелева для гидравлических расчетов». Скачать их можно, перейдя по ссылке: http://dwg.ru/dnl/11875

В данных таблицах опубликованы значения диаметров стальных и пластмассовых труб в зависимости от расхода и скорости движения теплоносителя. Если открыть страницу 31, то в таблице 1 для стальных труб в первом столбце указаны расходы в л/сек. Чтобы не производить полный расчет труб для системы отопления частого дома, надо просто подобрать диаметр по расходу, как показано ниже на рисунке:

определение диаметра труб по расходу теплоносителя

Примечание. В левом столбце под диаметром сразу же указывается скорость движения воды. Для систем отопления ее значение должно лежать в пределах 0.2—0.5 м/сек.

Итак, для нашего примера внутренний размер прохода должен составлять 10 мм. Но поскольку такие трубы не используются в отоплении, то смело принимаем трубопровод DN15 (15 мм). Проставляем его на схеме и переходим ко второму участку. Так как следующий радиатор имеет такую же мощность, то применять формулы не нужно, берем предыдущий расход воды и умножаем его на 2 и получаем 0.048 л/сек. Снова обращаемся к таблице и находим в ней ближайшее подходящее значение. При этом не забываем следить за скоростью течения воды v (м/сек), чтобы она не превышала указанные пределы (на рисунках отмечена в левом столбце красным кружочком):

определение внутреннего размера прохода трубоповода

Важно. Для систем отопления с естественной циркуляцией скорость движения теплоносителя должна составлять 0.1—0.2 м/сек.

Как видно на рисунке, участок №2 тоже прокладывается трубой DN15. Далее, по первой формуле находим расход на участке №3:

860 х 1,5 / 20 = 65 кг/ч и переводим его в другие единицы:

65 / 3600 х 0,983 = 0.018 л/сек.

Прибавив его к сумме расходов двух предыдущих участков, получаем: 0.048 + 0.018 = 0.066 л/сек и вновь обращаемся к таблице. Поскольку у нас в примере делается не расчет гравитационной системы, а напорной, то по скорости теплоносителя труба DN15 подойдет и на этот раз:

подбор труб для отопления

Идя таким путем, просчитываем все участки и наносим все данные на нашу аксонометрическую схему:

фрагмент схемы двухтрубной системы

Расчет циркуляционного насоса

Подбор и расчет насоса заключается в том, чтобы выяснить потери давления теплоносителя, протекающего по всей сети трубопроводов. Результатом станет цифра, показывающая, какое давление следует развивать циркуляционному насосу, чтобы «продавить» воду по системе. Это давление вычисляют по формуле:

P = Rl + Z, где:

  • Р – потери давления в сети трубопроводов, Па;
  • R – удельное сопротивление трению, Па/м;
  • l – длина трубы на одном участке, м;
  • Z – потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

Примечание. Двух – и однотрубная система отопления рассчитываются одинаково, по длине трубы во всех ветвях, а в первом случае — прямой и обратной магистрали.

Данный расчет достаточно громоздкий и сложный, в то время как значение Rl для каждого участка можно легко найти по тем же таблицам Шевелева. В примере синим кружочком отмечены значения 1000i на каждом участке, его надо только пересчитать по длине трубы. Возьмем первый участок из примера, его протяженность 5 м. Тогда сопротивление трению будет:

Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.

Так же производим просчет всех участков попутной системы отопления, а потом результаты суммируем. Остается узнать значение Z, перепад давления в местных сопротивлениях. Для котла и радиаторов эти цифры указаны в паспорте на изделие. На все прочие сопротивления мы советуем взять 20% от общих потерь на трение Rl и все эти показатели просуммировать. Полученное значение умножаем на коэффициент запаса 1.3, это и будет необходимый напор насоса.

Следует знать, что производительность насоса – это не емкость системы отопления, а общий расход воды по всем ветвям и стоякам. Пример его расчета представлен в предыдущем разделе, только для подбора перекачивающего агрегата нужно тоже предусмотреть запас не менее 20%.

Расчет расширительного бака

Чтобы произвести расчет расширительного бака для закрытой системы отопления, необходимо выяснить, насколько увеличивается объем жидкости при ее нагреве от комнатной температуры +20 ºС до рабочей, находящейся в пределах 50—80 ºС. Эта задача тоже не из простых, но ее можно решить другим способом.

Вполне корректным считается принимать объем бака в размере десятой части от всего количества воды в системе, включая радиаторы и водяную рубашку котла. Поэтому снова открываем паспорта оборудования и находим в них вместительность 1 секции батареи и котлового бака.

Далее, расчет объема теплоносителя в системе отопления выполняется по простой схеме: вычисляется площадь поперечного сечения трубы каждого диаметра и умножается на ее длину. Полученные значения суммируются, к ним прибавляются паспортные данные, а потом от результата берется десятая часть. То есть, если во всей системе 150 л воды, то вместительность расширительного бака должна составлять 15 л.

Заключение

Многие, прочитав данную статью, могут отказаться от намерения считать гидравлику самостоятельно ввиду явной сложности процесса. Рекомендация для них – обратиться к специалисту-практику. Те же, кто проявил желание и уже сделал расчет тепловой мощности отопления на здание, наверняка справятся и с этой задачей. Но готовую схему с результатами все равно стоит показать опытному монтажнику для проверки.

Расчет отопления в частном доме

Расчет отопления в частном доме с помощью онлайн-калькулятора – рассчитайте теплопотери, мощность котла и секции радиаторов отопления по СНиП.

В процессе строительства любого дома, рано или поздно возникает вопрос – как правильно рассчитать систему отопления? Это актуальная проблема не исчерпает свой ресурс никогда, ведь если вы купите котел меньшей мощности, чем необходимо, придется затратить много сил для создания вторичного обогрева масляными и инфракрасными радиаторами, тепловыми пушками, электрокаминами, что также приведет к колоссальному расходу электроэнергии. Если же вы создадите систему отопления с чрезмерным запасом, то оборудование будет работать в половину мощности, а топлива будет потреблять практически столько же.

Наш калькулятор расчета отопления частного дома поможет вам не допустить типичных ошибок начинающих строителей. Вы получите максимально приближенное к реальности значение теплопотерь, производительности оборудования, количества секций радиатора и прочих данных, необходимых для создания надежной системы отопления. Главным преимуществом калькуляторов КАЛК.ПРО является высокая точность расчетных данных и минимальные знания со стороны пользователя – весь процесс автоматизирован, исходные параметры максимально обобщены, а их значения вы можно легко заполнить, опираясь на собственный опыт.

Система отопления своими руками

Выполнить расчёт системы отопления частного дома без оценки теплопотерь окружающих конструкций невозможно.

В России, как правило, долгие холодные зимы, здания теряют тепло из-за перепадов температур внутри и снаружи помещений. Чем больше площадь дома, ограждающих и сквозных конструкций (кровля, окна, двери), тем большее значение теплопотерь выходит. Существенное влияние оказывает материал и толщина стен, наличие или отсутствие теплоизоляции.

Например, стены из дерева и газобетона обладают намного меньшим показателем теплопроводности, чем кирпич. Материалы с максимальными показателями теплового сопротивления используются в качестве изоляции (минеральная вата, пенополистирол).

Перед созданием отопительной системы дома, нужно тщательно продумать все организационные и технические моменты, чтобы сразу после постройки «коробки», приступить к финальной фазе строительства, а не откладывать на долгие месяцы долгожданное заселение.

Отопление в частном доме базируется на «трех слонах»:

  • нагревательный элемент (котел);
  • система труб;
  • радиаторы.

Какой котел лучше выбрать для дома?

Котлы отопления являются главным компонентом всей системы. Именно они будут обеспечивать тепло вашего дома, поэтому к их выбору нужно относиться особенно внимательно. По типу питания их подразделяют на:

  • электрические;
  • твердотопливные;
  • жидкотопливные;
  • газовые.

Каждый из них имеет ряд существенных преимуществ и недостатков.

  1. Электрические котлы не завоевали большой популярности, в первую очередь из-за достаточно большой стоимости и дороговизне в обслуживании. Тарифы на электроэнергию оставляют желать лучшего, есть вероятность разрыва линий электропередач, в результате которого ваш дом может остаться без отопления.
  2. Твердотопливные котлы часто используются в глухих деревнях и поселках, где нет централизованных коммуникационных сетей. Они нагревают воду за счет дров, брикетов и угля. Важным недостатком является необходимость постоянного контроля горючего, в случае, если топливо прогорит, и вы не успеете пополнить запасы, дом перестанет отапливаться. В современных моделях эта проблема решена, за счет автоматического податчика, но цена таких устройств намного выше.
  3. Жидкотопливные котлы, в подавляющем большинстве случаев, работают на дизельном топливе. Они обладают отличной производительностью из-за высокого КПД горючего, но большая цена на сырье и потребность резервуаров с дизелем, ограничивает многих покупателей.
  4. Самым оптимальным решением для загородного дома являются газовые котлы. Из-за небольшого размера, низкой цены на газ и высокой теплоотдачи они завоевали доверие большей части населения.

Как выбрать трубы для отопления?

Магистрали отопления снабжают все обогревательные устройства в доме. В зависимости от материала изготовления, они подразделяются на:

  • металлические;
  • металлопластиковые;
  • пластиковые.

Трубы из металла наиболее сложные в монтаже (из-за необходимости сварки швов), подвержены коррозии, обладают большим весом и дорого стоят. Преимуществами является высокая прочность, устойчивость к перепадам температур и способность выдерживать большие давления. Они используются в многоквартирных домах, в частном строительстве применять их нецелесообразно.

Полимерные трубы из металлопластика и полипропилена очень схожи по своим параметрам. Легкость материала, пластичность, отсутствие коррозии, подавление шумов и, конечно же, низкая цена. Единственным отличием первых, является наличие алюминиевой прослойки между двумя слоями пластика, из-за которого увеличивается показатель теплопроводности. Поэтому трубы из металлопластика применяются для отопления, а пластиковые для водоснабжения.

Выбираем радиаторы для дома

Последний элемент классической системы отопления – радиаторы. Они также разделяются по материалу на следующие группы:

  • чугунные;
  • стальные;
  • алюминиевые;
  • биметаллические.

Чугунные батареи знакомы всем с детства, потому что устанавливались почти во всех многоквартирных домах. Они обладают высокими показателями теплоемкости (долго остывают), устойчивы к перепадам температур и давлений в системе. Минусом является большая цена, хрупкость и сложность монтажа.

На смену им пришли стальные радиаторы. Большое разнообразие форм и размеров, небольшая стоимость и простота установки повлияли на повсеместное распространение. Тем не менее, у них тоже есть свои недостатки. Из-за низкой теплоемкости батареи быстро остывают, а тонкий корпус не позволяет использовать их в сетях с высоким давлением.

В последнее время набирают популярность обогреватели из алюминия. Их главным преимуществом является высокая теплоотдача, это позволяет прогревать комнату до приемлемой температуры за 10-15 минут. Однако они требовательны к теплоносителю, если внутри системы в больших количествах содержится щелочи или кислоты, то срок службы радиатора значительно сокращается.

Также сейчас широкое распространение получают биметаллические радиаторы, у которых внутренние стенки выполнены из устойчивой к коррозии и давлению стали, а снаружи из алюминия с высокими показателями теплоотдачи. Обогреватели обладают высоким сроком службы около 20-30 лет. Благодаря подобным качествам это самые дорогие изделия на рынке, однако они более чем оправдывают свою стоимость.

Используйте предложенные инструменты для расчета отопления частного дома и проектируйте систему отопления, которая будет эффективно, надежно и долго обогревать ваш дом, даже в самые суровые зимы.

Расчет отопления частного дома

Расчет отопительной системы

Для климата средней полосы тепло в доме является насущной потребностью. Вопрос отопления в квартирах решается районными котельными, ТЭЦ или тепловыми станциями. А как же быть владельцу частного жилого помещения? Ответ один — установка отопительной техники, необходимой для комфортного проживания в доме, она же — автономная система отопления. Чтобы не получить в результате установки жизненно необходимой автономной станции груду металлолома, к проектированию и монтажу следует отнестись скрупулёзно и с большой ответственностью.

Расчет тепловых потерь

Первый этап расчета заключается в расчете тепловых потерь комнаты. Потолок, пол, количество окон, материал из которых изготовлены стены, наличие межкомнатной или входной двери — все это источники теплопотерь.

Читайте также:  Правильно устанавливаем светильники Armstrong: основные этапы

Рассмотрим на примере угловой комнаты объемом 24,3 куб. м.:

Расчет тепловых потерь

  • площадь комнаты — 18 кв. м. (6 м х 3 м)
  • 1 этаж
  • потолок высотой 2,75 м,
  • наружные стены — 2 шт. из бруса (толщина18 см), обшитые изнутри гипроком и оклеенные обоями,
  • окно — 2 шт., 1,6 м х 1,1 м каждое
  • пол — деревянный утепленный, снизу — подпол.

Расчеты площадей поверхностей:

  • наружных стен за минусом окон: S1 = (6+3) х 2,7 — 2×1,1×1,6 = 20,78 кв. м.
  • окон: S2 = 2×1,1×1,6=3,52 кв. м.
  • пола: S3 = 6×3=18 кв. м.
  • потолка: S4 = 6×3= 18 кв. м.

Теперь, имея все расчеты теплоотдающих площадей, оценим теплопотери каждой:

  • Q1 = S1 х 62 = 20,78×62 = 1289 Вт
  • Q2= S2 x 135 = 3×135 = 405 Вт
  • Q3=S3 x 35 = 18×35 = 630 Вт
  • Q4 = S4 x 27 = 18×27 = 486 Вт
  • Q5=Q+ Q2+Q3+Q4=2810 Bт

Итого: суммарные теплопотери комнаты в самые холодные дни равны 2,81 кВт. Это число записывается со знаком минус и теперь известно сколько тепла необходимо подать в комнату для комфортной температуры в ней.

Расчет гидравлики

Переходим к наиболее сложному и важному гидравлическому расчету — гарантии эффективной и надежной работы ОС.

Единицами расчета гидравлической системы являются:

  • диаметр трубопровода на участках отопительной системы;
  • величины давлений сети в разных точках;
  • потери давления теплоносителя;
  • гидравлическая увязка всех точек системы.

Пример схемы

Перед расчетом нужно предварительно выбрать конфигурацию системы, тип трубопровода и регулирующей/запорной арматуры. Затем определиться с видом приборов отопления и их расположением в доме. Составить чертеж индивидуальной системы отопления с указанием номеров, длины расчетных участков и тепловых нагрузок. В заключении выявить основное кольцо циркуляции, включающее поочередные отрезки трубопровода, направленные к стояку (при однотрубной системе) или к самому уделенному прибору отопления (при двухтрубной системе) и обратно к источнику тепла.

При любом режиме эксплуатации СО необходимо обеспечить бесшумность работы. В случае отсутствия неподвижных опор и компенсаторов на магистралях и стояках возникает механический шум из-за температурного удлинения. Использование медных или стальных труб способствует распространению шума по всей системе отопления.

Из-за значительной турбулизации потока, который возникает при увеличенном движении теплоносителя в трубопроводе и усиленном дросселировании потока воды регулирующим клапаном, возникает гидравлический шум. Поэтому, учитывая возможность возникновения шума, необходимо на всех этапах гидравлического расчета и конструирования — подбор насосов и теплообменников, балансовых и регулирующих клапанов, анализ температурных удлинений трубопровода — выбирать соответствующие для заданных исходных условий оптимальное оборудование и арматуру.

Изготовить отопление в частном доме возможно и самостоятельно. Возможные варианты представлены в данной статье: https://teplo.guru/sistemy/varianty-otopleniya-doma-svoimi-rukami.html

Перепады давления в СО

Гидравлический расчет включает имеющиеся перепады давления на вводе отопительной системы:

  • диаметры участков СО
  • регулирующие клапаны, которые устанавливаются на ветках, стояках и подводках приборов отопления;
  • разделительные, перепускные и смесительные клапаны;
  • балансовые клапаны и величины их гидравлической настройки.

При пуске отопительной системы балансовые клапаны настраиваются на схемные параметры настройки.

На схеме отопления обозначается расчетная тепловая нагрузка каждого из отопительных приборов, которая равна тепловой расчетной нагрузке помещения, Q4. В случае наличия более одного прибора необходимо разделить величину нагрузки между ними.

Далее необходимо определить основное циркуляционное кольцо. В однотрубной системе количество колец равно числу стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления. Клапаны баланса предусматривают для каждого кольца циркуляции, поэтому количество клапанов в однотрубной системе равно числу вертикальных стояков, а в двухтрубной — количеству приборов отопления. В двухтрубной СО балансовые вентили располагают на обратной подводке прибора отопления.

Санитарные нормы и правила, касающиеся отопления в частном доме, представлены здесь: https://teplo.guru/normy/snipy-po-otopleniyu.html

Расчет циркуляционного кольца включает:

  • систему с попутным движением воды. В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления более нагруженного стояка; . В однотрубных системах кольцо располагается в самом нагруженном и удаленном стояке, в двухтрубных — в нижнем приборе отопления нагруженного удаленного стояка;
  • горизонтальную систему, где кольцо располагается в более нагруженной ветви 1-го этажа.

Необходимо из двух направлений расчета гидравлики основного кольца циркуляции выбрать одно.

При первом направлении расчета, диаметр трубопровода и потери давления в кольце циркуляции определяются по задаваемой скорости движения воды на каждом участке основного кольца с последующим подбором насоса циркуляции. Напор насоса Pн, Па определяется в зависимости от вида отопительной системы:

  • для вертикальных бифилярных и однотрубных систем: Рн = Pс. о. — Ре
  • для горизонтальных бифилярных и однотрубных, двухтрубных систем:Рн = Pс. о. — 0,4Ре
  • Pс.о — потери давления в основном кольце циркуляции, Па;
  • Ре — естественное циркуляционное давление, которое возникает вследствие понижения температуры теплоносителя в трубах кольца и приборах отопления, Па.

В горизонтальных трубах скорость теплоносителя принимают от 0,25 м/с, для возможности удаления воздуха из них. Оптимальная расчетная движения теплоносителя в трубах из стали до 0,5 м/с, полимерных и медных — до 0,7 м/с.

После расчета основного кольца циркуляции производят расчет остальных колец путем определения известного давления в них и подбора диаметров по примерной величине удельных потерь Rср.

Применяется направление в системах с местным теплогенератором, в СО при зависимом (при недостаточном давлении на вводе тепловой системы) или независимом присоединении к тепловым СО.

Второе направление расчета заключается в подборе диаметра трубы на расчетных участках и определении потерь давления в кольце циркуляции. Рассчитывается по изначально заданной величине циркуляционного давления. Диаметры участков трубопровода подбирают по примерной величине удельных потерь давления Rср. Этот принцип применяется в расчетах отопительных систем с зависимым присоединением к тепловым сетям, с естественной циркуляцией.

Для исходного параметра расчета нужно определить величину имеющегося циркуляционного перепада давления PP, где PP в системе с естественной циркуляцией равно Pe, а в насосных системах — от вида отопительной системы:

  • в вертикальных однотрубных и бифилярных системах: PР = Рн + Ре
  • в горизонтальных однотрубных, двухтрубных и бифилярных системах: PР = Рн + 0,4.Ре

Расчет трубопроводов СО

Следующей задачей расчета гидравлики является определение диаметра трубопровода. Расчет производится с учетом циркуляционного давления, установленном для данной СО, и тепловой нагрузки. Следует отметить, что в двухтрубных СО с водяным теплоносителем главное циркуляционное кольцо располагается в нижнем приборе отопления, более нагруженного и удаленного от центра стояка.

По формуле Rср = β*?рр/∑L; Па/м определяем среднее значение на 1 метр трубы удельной потери давления от трения Rср, Па/м, где:

  • β — коэффициент, учитывающий часть потери давления на местные сопротивления от общей суммы расчётного циркуляционного давления (для СО с искусственной циркуляцией β=0,65);
  • рр — имеющееся давление в принятой СО, Па;
  • ∑L — сумма всей длины расчётного кольца циркуляции, м.

Расчет количества радиаторов при водяном отоплении

Формула расчета

В создании уютной атмосферы в доме при водяной системе отопления необходимым элементом являются радиаторы. При расчете учитываются общий объем дома, конструкция здания, материал стен, вид батарей и другие факторы.

Например: один кубометр кирпичного дома с качественными стеклопакетами потребует 0,034 кВт; из панели — 0,041 кВт; возведенные согласно всех современных требований — 0,020 кВт.

Расчет производим следующим образом:

  • определяем тип помещения и выбираем вид радиаторов;
  • умножаем площадь дома на указанный тепловой поток;
  • делим полученное число на показатель теплового потока одного элемента (секции) радиатора и округляем результат в большую сторону.

Например: комната 6x4x2,5 м панельного дома (тепловой поток дома 0,041 кВт), объем комнаты V = 6x4x2,5 = 60 куб. м. оптимальный объем теплоэнергии Q = 60×0, 041 = 2,46 кВт3, количество секций N = 2,46 / 0,16 = 15,375 = 16 секций.

Характеристики радиаторов

Тип радиатора

Тип радиатораМощность секцииКоррозийное воздействие кислородаОграничения по PhКоррозийное воздействие блуждающих токовДавление рабочее/ испытательноеГарантийный срок службы (лет)
Чугунный1106.5 — 9.06−9 /12−1510
Алюминиевый175−1997— 8+10−20 / 15−303−10
Трубчатый
Стальной
85+6.5 — 9.0+6−12 / 9−18.271
Биметаллический199+6.5 — 9.0+35 / 573−10

Правильно проведя расчет и монтаж из высококачественных комплектующих, вы обеспечите ваш дом надежной, эффективной и долговечной индивидуальной системой отопления.

Гидравлический расчёт системы отопления

Сегодня разберём, как произвести гидравлический расчёт системы отопления. Ведь по сей день распространяется практика проектирования отопительных систем по наитию. Это в корне неверный подход: без предварительного расчёта мы задираем планку материалоёмкости, провоцируем нештатные режимы работы и лишаемся возможности добиться максимальной эффективности.

Гидравлический расчёт системы отопления

Цели и задачи гидравлического расчёта

С инженерной точки зрения жидкостная система отопления представляется достаточно сложным комплексом, включающим устройства генерации тепла, его транспортировки и выделения в обогреваемых помещениях. Идеальным режимом работы гидравлической системы отопления считается такой, при котором теплоноситель поглощает максимум тепла от источника и передаёт его комнатной атмосфере без потерь в процессе перемещения. Конечно, такая задача видится совершенно недостижимой, однако более вдумчивый подход позволяет предсказать поведение системы в различных условиях и максимально приблизиться к эталонным показателям. Это и есть главная цель проектирования систем отопления, важнейшей частью которого по праву считается гидравлический расчёт.

Практические цели гидравлического расчёта таковы:

    Понять, с какой скоростью и в каком объёме осуществляется перемещение теплоносителя в каждом узле системы.

Установка радиатора отопления

Можно сказать больше: без хотя бы базовых расчётов невозможно добиться приемлемой стабильности работы и долговечного использования оборудования. Моделирование действия гидравлической системы, по сути, является базисом, на котором строится вся дальнейшая проектная разработка.

Виды систем отопления

Задачи инженерных расчётов такого рода осложняются высоким разнообразием систем отопления, как с точки зрения масштабности, так и в плане конфигурации. Различают несколько видов отопительных развязок, в каждой из которых действуют свои закономерности:

1. Двухтрубная тупиковая система — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

Двухтрубная тупиковая система отопления

Двухтрубная тупиковая система отопления

2. Однотрубная система или «Ленинградка» считается лучшим способом устройства гражданских отопительных комплексов тепловой мощностью до 30–35 кВт.

Однотрубная система отопления «Ленинградка»

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией: 1 — котёл отопления; 2 — группа безопасности; 3 — радиаторы отопления; 4 — кран Маевского; 5 — расширительный бак; 6 — циркуляционный насос; 7 — слив

3. Двухтрубная система попутного типа — наиболее материалоёмкий вид развязки отопительных контуров, отличающийся при этом наивысшей из известных стабильностью работы и качеством распределения теплоносителя.

Двухтрубная попутная система отопления (петля Тихельмана)

Двухтрубная попутная система отопления (петля Тихельмана)

4. Лучевая разводка во многом схожа с двухтрубной попуткой, но при этом все органы управления системой вынесены в одну точку — на коллекторный узел.

Лучевая схема отопления

Лучевая схема отопления: 1 — котёл; 2 — расширительный бак; 3 — коллектор подачи; 4 — радиаторы отопления; 5 — коллектор обратки; 6 — циркуляционный насос

Прежде чем приступить к прикладной стороне расчётов, нужно сделать пару важных предупреждений. В первую очередь нужно усвоить, что ключ к качественному расчёту лежит в понимании принципов работы жидкостных систем на интуитивном уровне. Без этого рассмотрение каждой отдельно взятой развязки превращается в переплетение сложных математических выкладок. Второе — практическая невозможность изложить в рамках одного обзора больше, чем базовые понятия, за более подробными разъяснениями лучше обратиться к такой литературе по расчёту отопительных систем:

  • Пырков В. В. «Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика» 2-е издание, 2010 г.
  • Р. Яушовец «Гидравлика — сердце водяного отопления».
  • Пособие «Гидравлика котельных» от компании De Dietrich.
  • А. Савельев «Отопление дома. Расчёт и монтаж систем».

Определение расхода и скорости движения теплоносителя

Наиболее известная методика расчёта гидравлических систем основывается на данных теплотехнического расчёта, которым определяется норма восполнения теплопотерь в каждом помещении и, соответственно, тепловая мощность радиаторов, в них установленных. На первый взгляд всё просто: мы имеем общее значение тепловой мощности и затем дозируем поступление теплоносителя к каждому нагревательному прибору. Для большего удобства предварительно строится аксонометрический эскиз гидравлической системы, который аннотируется требуемыми показателями мощности радиаторов или петель водяного тёплого пола.

Аксонометрическая схема системы отопления

Аксонометрическая схема системы отопления

Переход от теплотехнического расчёта к гидравлическому осуществляется путём введения понятия массового потока, то есть некой массы теплоносителя, подводимого к каждому участку отопительного контура. Массовый поток есть отношение требуемой тепловой мощности к произведению удельной теплоёмкости теплоносителя на разность температур в подающем и возвратном трубопроводе. Таким образом, на эскизе отопительной системы отмечают ключевые точки, для которых указывается номинальный массовый поток. Для удобства параллельно определяется и объёмный поток с учётом плотности используемого теплоносителя.

  • G — расход теплоносителя, кг/с
  • Q — необходимая тепловая мощность, Вт
  • c — удельная теплоёмкость теплоносителя, для воды принимаемая 4200 Дж/(кг·°С)
  • ΔT = (t2 – t1) — разность температур между подачей и обраткой, °С

Логика здесь проста: чтобы доставить необходимое количество тепла к радиатору, нужно сперва определить объём или массу теплоносителя с заданной теплоёмкостью, проходящего через трубопровод за единицу времени. Для этого требуется определить скорость движения теплоносителя в контуре, которая равна отношению объёмного потока к площади сечения внутреннего прохода трубы. Если расчёт скорости ведётся относительно массового потока, в знаменатель нужно добавить значение плотности теплоносителя:

V = G / (ρ · f)

  • V — скорость движения теплоносителя, м/с
  • G — расход теплоносителя, кг/с
  • ρ — плотность теплоносителя, для воды можно принять 1000 кг/м 3
  • f — площадь сечения трубы, находится по формуле π­·r 2 , где r — внутренний диаметр трубы, делённый на два

Данные о расходе и скорости необходимы для определения условного прохода труб развязки, а также подачи и напора циркуляционных насосов. Устройства принудительной циркуляции должны создавать избыточное давление, позволяющее преодолеть гидродинамическое сопротивление труб и запорно-регулирующей арматуры. Наибольшую сложность представляет гидравлический расчёт систем с естественной (гравитационной) циркуляцией, для которых требуемое избыточное давление рассчитывается по скорости и степени объёмного расширения нагреваемого теплоносителя.

Потери напора и давления

Расчёт параметров по описанным выше соотношениям был бы достаточен для идеальных моделей. В реальной жизни и объёмный поток, и скорость теплоносителя всегда будут отличаться от расчётных в разных точках системы. Причина тому — гидродинамическое сопротивление движению теплоносителя. Оно обусловлено рядом факторов:

  1. Силами трения теплоносителя о стенки труб.
  2. Местными сопротивлениями протоку, образуемыми фитингами, кранами, фильтрами, термостатирующими клапанами и прочей арматурой.
  3. Наличием разветвлений присоединительного и ответвительного типов.
  4. Турбулентными завихрениями на поворотах, сужениях, расширениях и т. д.

Термостатический смесительный клапан

Задача нахождения падения давления и скорости на разных участках системы по праву считается наиболее сложной, она лежит в области расчётов гидродинамических сред. Так, силы трения жидкости о внутренние поверхности трубы описываются логарифмической функцией, учитывающей шероховатость материала и кинематическую вязкость. С расчётами турбулентных завихрений всё ещё сложнее: малейшее изменение профиля и формы канала делает каждую отдельно взятую ситуацию уникальной. Для облегчения расчётов вводится два опорных коэффициента:

  1. Кvs — характеризующий пропускную способность труб, радиаторов, разделителей и прочих участков, приближенных к линейным.
  2. Кмс — определяющий местные сопротивления в различной арматуре.
Читайте также:  Простая сборка и ремонт датчика движения своими руками

Эти коэффициенты указываются производителями труб, клапанов, кранов, фильтров для каждого отдельно взятого изделия. Пользоваться коэффициентами достаточно легко: для определения потери напора Кмс умножают на отношение квадрата скорости движения теплоносителя к двойному значению ускорения свободного падения:

Δhмс = Кмс (V 2 /2g) или Δpмс = Кмс (ρV 2 /2)

  • Δhмс — потери напора на местных сопротивлениях, м
  • Δpмс — потери напора на местных сопротивлениях, Па
  • Кмс — коэффициент местного сопротивления
  • g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с 2
  • ρ — плотность теплоносителя, для воды 1000 кг/м 3

Потеря напора на линейных участках представляет собой отношение пропускной способности канала к известному коэффициенту пропускной способности, причём результат деления нужно возвести во вторую степень:

Р = (G/Kvs) 2

  • Р — потеря напора, бар
  • G — фактический расход теплоносителя, м 3 /час
  • Kvs — пропускная способность, м 3 /час

Предварительная балансировка системы

Важнейшей финальной целью гидравлического расчёта системы отопления является вычисление таких значений пропускной способности, при которых в каждую часть каждого контура отопления поступает строго дозированное количество теплоносителя с определённой температурой, чем обеспечивается нормированное выделение тепла на нагревательных приборах. Эта задача лишь на первый взгляд кажется сложной. В действительности балансировка выполняется за счёт регулировочных клапанов, ограничивающих проток. Для каждой модели клапана указывается как коэффициент Kvs для полностью открытого состояния, так и график изменения коэффициента Kv для разной степени открытия регулировочного штока. Изменяя пропускную способность клапанов, которые, как правило, устанавливаются в точках подключения нагревательных приборов, можно добиться искомого распределения теплоносителя, а значит, и количества переносимой им теплоты.

Регулировка проходного сечения клапана

Есть, однако, небольшой нюанс: при изменении пропускной способности в одной точке системы меняется не только фактический расход на рассматриваемом участке. Из-за снижения или увеличения протока в некой степени меняется баланс во всех остальных контурах. Если взять для примера два радиатора с разной тепловой мощностью, соединённых параллельно при встречном движении теплоносителя, то при увеличении пропускной способности прибора, стоящего в цепи первым, второй получит меньше теплоносителя из-за увеличения разницы в гидродинамическом сопротивлении. Напротив, при снижении протока за счёт регулировочного клапана все остальные радиаторы, стоящие по цепочке дальше, получат больший объём теплоносителя автоматически и будут нуждаться в дополнительной калибровке. Для каждого типа разводки действуют свои принципы балансировки.

Программные комплексы для расчётов

Очевидно, что выполнение расчётов вручную оправдано только для малых систем отопления, имеющих максимум один или два контура с 4–5 радиаторами в каждом. Более сложные системы отопления тепловой мощностью свыше 30 кВт требуют комплексного подхода при расчёте гидравлики, что расширяет спектр используемых инструментов далеко за пределы карандаша и листа бумаги.

Danfoss C.O. 3.8

Danfoss C.O. 3.8

На сегодняшний день существует достаточно большое количество программного обеспечения, предоставляемого крупнейшими производителями отопительной техники, такими как Valtec, Danfoss или Herz. В подобных программных комплексах для расчёта поведения гидравлики используется та же методология, которая была описана в нашем обзоре. Сначала в визуальном редакторе моделируется точная копия проектируемой системы отопления, для которой указываются данные о тепловой мощности, типе теплоносителя, протяжённости и высоте перепадов трубопроводов, используемой арматуре, радиаторах и змеевиках тёплого пола. В библиотеке программы имеется широкий спектр гидротехнических устройств и арматуры, для каждого изделия производитель заблаговременно определил рабочие параметры и базовые коэффициенты. При желании можно добавить и сторонние образцы устройств, если для них известен требуемый перечень характеристик.

Гидравличсекий расчет системы отопления в Danfoss C.O.

В финале работы программа даёт возможность определить подходящий условный проход труб, подобрать достаточную подачу и напор циркуляционных насосов. Расчёт завершается балансировкой системы, при этом в ходе симуляции работы гидравлики происходит учёт зависимостей и влияния изменения пропускной способности одного узла системы на все остальные. Практика показывает, что освоение и использование даже платных программных продуктов оказывается дешевле, чем если бы выполнение расчётов поручалось подрядным специалистам.

Водяное отопление частного дома

Сложно отрицать тот факт, что водяное отопление – наиболее практичный и популярный способ поддержания комфортного для проживания микроклимата. Перетекающий по трубам теплоноситель легко доставит требуемое количество килокалории в дальние уголки даже большого строения. А современные технологические решения позволяют практически полностью исключить участие жильцов в процессе обогрева помещений. Именно стремление к подобному уровню комфорта подталкивает собственников недвижимости изучать схемы водяного отопления частного дома. Для их разработки и монтажа следует правильно выбрать компоновочную конфигурацию, оборудование, учесть параметры здания, нормативные требования, а также ряд прочих важных моментов.

Назначение и особенности систем водяного обогрева

Как и любое другое, водяное отопление компенсирует теплопотери здания. Преимущественно они возникают из-за утечек тепловой энергии через ограждающие конструкции и вентилирование. Это происходит под действием температурного градиента между окружающей средой и воздухом в помещении.

Энергопотери во многом зависят от теплопроводности используемых материалов, интенсивности воздухообмена, а также качества выполнения строительного монтажа:

  • внешних стен;
  • подвальных и потолочных перекрытий;
  • кровли;
  • полов на грунте;
  • оконно-дверных заполнений.

Увеличению теплопотерь способствуют низкое качество теплоизоляции, дефекты ограждающих конструкций, а также ошибки монтажа дверных или оконных блоков. Устранение причин дополнительных потерь тепла снижает потребление энергоресурсов и сумму затрат на их приобретение.

Почему для частных домов выбирают схемы водяного отопления

Организация отопления в частном доме должна учитывать стоимость оборудования, затраты на эксплуатацию и сложность монтажа. К важным параметрам также относят эффективность нагрева и доступность топлива.

Популярность водяной системы, в сравнении с иными способами поддержания теплового комфорта, обусловлена следующими факторами:

  1. Возможностью точной регулировки температуры в помещениях. Дровяная печь быстро нагревает воздух вокруг себя, но это процесс практически не поддается контролю. Поэтому печку целесообразней использовать для обогрева дачи или загородного дома, нечасто посещаемых зимой.
  2. Надежностью и приемлемыми затратами на поддержание работоспособности. Воздушное отопление отличается высоким КПД, однако требует регулярной чистки воздуховодов, замены фильтров.
  3. Экономичностью. Электрическое отопление с помощью конвекторов, инфракрасных обогревателей обеспечивает быстрый нагрев помещений, просто монтируется настраивается и регулируется. Тем не менее, со временем оно обходится дороже из-за высокой стоимости используемых энергоресурсов. Кроме того, функционирование электрической схемы отопления частного дома зависит от стабильности подачи электроэнергии.
  4. Комфортностью пользования. Паровое отопление несколько эффективнее водяного, отличаясь малой инерционностью. Однако его элементы нагреваются до температур +100 °C и более – могут способствовать ожогам. Обогрев с помощью пара сложнее регулируется, сопровождается шумом, поэтому он чаще востребован в производственных цехах.

Как сделать схему водяного отопление в частном доме своими руками

Выбирая и монтируя оборудование, прокладывая коммуникации обогрева, преимущественно следуют указаниям СП 60.13330.2016, СП 55.13330.2016, ГОСТ 11032-97. Также опираются на технологические инструкции производителей теплогенераторов, отопителей, труб, элементов регулирования и т.д.

Обязательно должна быть предусмотрена установка контрольно-измерительных приборов и групп безопасности. Параметры теплоносителя определяют с учетом характеристик отопительного оборудования и его коммуникационных обвязок. Особое внимание уделяют гидравлической и тепловой стойкости инженерной сети. Монтаж выполняют таким образом, чтобы обеспечить свободный доступ к элементам сети, нуждающимся в периодическом обслуживании.

Оборудование, узлы и элементы водяного обогрева

Эксплуатационные свойства и технические возможности водяной отопительной системы зависят от комплектации и характеристик используемого оборудования и материалов.

Теплогенераторы

Источником тепловой энергии водяной системы служит котел (теплогенератор), обеспечивающий нагрев теплоносителя. Разновидности теплогенераторов:

  1. Газовые. КПД более 90%. Работающие на магистральном топливе отличаются оптимальным сочетанием себестоимости производимых килокалорий и эксплуатационного комфорта. Напротив теплопроизводство котлов на сжиженном газе обходится недешево. Кроме того, требуется установка объемных резервуаров для хранения запаса топлива.
  2. Твердотопливные. КПД современных образцов – 70-87%. Могут использоваться автономно в любом регионе, в том числе и при отсутствии возможности подключения к газовой или электрической сети. Тепловая энергия выделяется в результате сгорания дров, торфа, брикетов, угля, а также других видов твердого топлива. Твердотопливные агрегаты требуют частую загрузку топлива, организацию места для его хранения.
  3. Жидкотопливные. КПД достигает 90%. Способны работать автоматически сжигая солярку, мазут или керосин. Менее востребованы из-за высокой стоимости топлива, сложности хранения больших объемов горючей жидкости и, сопутствующего их эксплуатации, специфического запаха.
  4. Электрические. КПД доходит до 98-99%. Не производят вредных выбросов. Электрокотлы отличаются высокой степенью автоматизации, низкими затратами на обслуживание, не нуждаются в отдельном помещении. Из-за высокой стоимости электроэнергии и возможных перебоев они нередко используются, как дополнительный источник тепла, дополняя работу других видов котлов.

Иногда, для сборки схемы водяного отопления частного дома своими руками целесообразна установка комбинированных отопительных устройств. Они уступают по КПД специализированным моделям, но позволяют применять разные виды топлива. Примеры комбинированных моделей: электро/газ, твердое топливо/газ, дизельное топливо/газ, твердое топливо/электричество.

Котлы способны нести тепловую нагрузку двух типов: только отопление либо отопление и горячее водоснабжение (ГВС). В первом случае они конструктивно одноконтурные, во втором – двухконтурные.

Расширительные баки

Для защиты котлов и оборудования отопительной сети от гидродинамических повреждений используют расширительные баки закрытого или открытого типов. Они компенсируют изменение объема теплоносителя, позволяя поддерживать давление в системе на заданном уровне.

  1. Модели открытого типа – металлические резервуары, устанавливаемые в самой высокой точке отопительного контура. Преимущественно предназначены для систем с естественной циркуляцией – схем без насоса. Позволяют также поддерживать необходимый для работы тепловой установки объем теплоносителя в тепловых контурах.
  1. Баки закрытого типа комплектуются эластичной мембраной, разделяющей внутреннее пространство резервуара на две части — жидкостную и воздушную, оснащенную клапаном. При повышении температуры объем теплоносителя увеличивается, его излишки поступают в жидкостную камер, чем компенсируется прирост давления. Схема водяного отопления частного дома с расширительным баком закрытого типа всегда оснащается циркуляционным насосом. Он обеспечивает принудительное перемещение теплоносителя, снижает нагрузку на оборудование, позволяет уменьшить себестоимость тепловой энергии примерно на 20-30%. В зависимости от модели циркуляционный насос бывают с «сухим» или «мокрым» ротором, с регулировкой частоты вращения или без нее.
Трубные проводки

Для прокладки контуров и соединения элементов схемы отопительной сети, зачастую используют трубы:

  1. Металлические. Обладают максимальной механической прочностью. Отличаются значительной удельной массой, высокой трудоемкостью монтажа.
  2. Цельнополимерные из полипропилена и сшитого полиэтилена. Не склонны к возникновению коррозии и накоплению внутренних отложений. Не проводят электрический ток. Длительное использование полимерных коммуникаций при температурах свыше +70°C приводит к снижению их расчетного срока эксплуатации в несколько раз.
  3. Композитные. Их изготавливают из армированного стекловолокном либо алюминиевой фольгой полимера. Кратковременно способны выдерживать температуру +100°C (+110°C), однако, как и трубы из цельного полимера, ускоренно «стареют» под воздействием перегретого теплоносителя.

Важно! Выбирая трубы из того или иного материала необходимо учитывать сферу их применения (для основного контура или для теплого пола), схему разводки, условия эксплуатации, а также свои финансовые возможности.

Отопительные приборы

Передача энергии, произведенной котлом, в схемах водяного отопления частного дома происходит через тепловые приборы:

  • радиаторы – стальные, чугунные, алюминиевые, биметаллические;
  • конвекторы – приборы, нагревающие воздух в процессе его конвективной циркуляции. Преимущественно конвекторы изготавливаются в стальном исполнении;
  • регистры из алюминиевых, стальных или чугунных труб большего, чем трубы подводящих коммуникаций, диаметра.

Не менее популярен сегодня и «теплый пол», обеспечивающий равномерный нагрев воздуха по всей квадратуре помещения или на его выделенной локальной площади.

Элементы запорно-регулирующей арматуры, безопасности и управления

Комплектация схемы водяного обогрева обязательно включает:

  • краны и задвижки – для пуска/остановки потока жидкости;
  • клапаны и вентили – для регулировки расхода теплоносителя;
  • терморегуляторы – для установок температурных режимов;
  • фильтры – для очистки оборотного теплоносителя от примесей;
  • воздухоотводчики и краны Маевского – для сброса газовоздушных пробок.

По типу управления запорно-регулирующая арматура бывает механической или с сервоприводом, а по способу фиксации – муфтовой, фланцевой либо под приварку. Монтируя схемы обогрева в частном доме, зачастую устанавливают арматуру с резьбовым соединением.

Обязательным элементом системы выступает группа безопасности. Она размещается после теплогенератора на подающей магистрали. Группа составляется из манометра, предохранительного клапана и воздухоотводчика. Её задача – обеспечить в автоматическом режиме сброс избыточного давления и газовоздушной смеси. Если конструкция котла уже укомплектована группой безопасности, то её дополнительная установка не требуется.

Комфорт пользования, автоматизацию отопительной системы обеспечивают контроллеры и программаторы. Для подключения теплых полов применяются насосно-смесительные узлы и коллекторные распределители.

Система подпитки

При эксплуатации водяного отопления наблюдается постепенная убыль объема теплоносителя. Она происходит из-за протечек, испарения или сброса через аварийный клапан. Среди других причин потерь жидкости – удаление воздуха через кран Маевского или автоматический воздухоотводчик, проведение ремонтно-профилактических мероприятий.

Для восполнения объема теплоносителя используют систему подпитки. Её функции в закрытом контуре выполняет специальный клапан. А в сети отопления открытого типа жидкость также можно доливать через расширительный бак.

Теплоносители

При выборе теплоносителя обращают внимание на его теплоемкость, вязкость, химическую инертность и безопасность использования.

Вода. Наиболее доступный и недорогой вариант. Обладает высоким коэффициентом передачи тепла, малой химической активностью, позволяет легко регулировать температуру. Тем не менее, вода характеризуется относительно узким температурным диапазоном эксплуатации, закипая при +100°C и кристаллизуясь при +100°C. Оба пороговых состояния водяного теплоносителя способны привести к повреждению отопительной системы.

Антифризы. Отличаются низкой температурой замерзания (от -10…15°C и ниже). Практически на формируют солевых отложений. Антифризы выпускают на основе этиленгликоля или полипропиленгликоля, поэтому они стоят дороже воды. Смеси на основе этиленгликоля токсичны, поэтому не используются в системах открытого типа.

Виды схемы отопления, подходящие для частных домов

Однотрубная схема

Наиболее простая – самотечная с последовательным соединением радиаторов. При использовании схемы без насоса циркуляция теплоносителя происходит за счет разницы плотности нагретой и остывшей жидкости. Поэтому, чтобы обеспечить циркуляцию, трубопроводы прокладывают, соблюдая незначительные уклоны.

Самотечная однотрубная система энергонезависима. Однако не предусматривает возможность регулировки температуры радиаторов, а также нуждается в наличии разгонного коллектора в виде вертикального отрезка трубы.

По способу подключения различают однотрубные системы отопления со следующей разводкой:

  1. Вертикальной. Не склонна к появлению воздушных пробок. Благодаря наличию стояков может использоваться для обогрева домов высотой в два или три этажа.
  2. Горизонтальной. Применяется в одноэтажных домах значительной площади или в поэтажных разводках. Требует минимального количества труб. Отличается неравномерностью прогрева теплоносителя по длине контура.
  3. Нижней. Схемы с такой разводкой предусматривают прокладку труб через подвальное помещение, что позволяет уменьшить потери тепла и снизить трудоемкость обслуживания системы.
  4. Верхней. В этом случае подающий трубопровод монтируется под потолком или через помещение чердака. Система с верхней разводкой отличается хорошими гидродинамическими показателями и низким уровнем тепловых потерь.

Увеличение эффективности схемы водяного отопления частного дома обеспечивает установка циркуляционного насоса. Агрегат врезается на обратном отрезке трубы или магистрали перед отопительным котлом и размещается так, чтобы обеспечить свободный доступ к нему для ремонта или обслуживания.

Типовой однотрубной горизонтальной системой с циркуляционным насосом является схема на основе «ленинградки» с диагональным подключением радиаторов. Она может применяться для обогрева домов большой площадью. Наличие в ней запорных клапанов, а также монтаж байпасов позволяют ремонтировать каждый радиатор автономно.

Читайте также:  Отзывы о плитке Сокол, оставленные мастерами и домовладельцами

Двухтрубная схема

Её конструкция предусматривает наличие подающего и обратного трубопровода. Она позволяет обеспечить равномерный прогрев всех батарей, отличается минимальными потерями тепла и позволяет использовать трубы небольшого диаметра. При сооружении двухтрубной системы отопления возможно последовательное и коллекторное (лучевое) подключение радиаторов.

Если для обогрева требуется контур большой протяженности, то его разделяют на две и более ветки. Каждая из них комплектуется выделенным циркуляционным насосом, поэтому требует квалифицированной балансировки перед вводом в эксплуатацию.

Подсоединение батарей к трубопроводам веток бывает нижним, боковым или диагональным. Наиболее эффективна установка радиаторов под окнами, где они выполняют функции тепловой завесы.

Если наряду с радиаторной системой для обогрева помещений проектируется «теплый пол», то он потребует установки насосно-смесительного узла. Такие узлы комплектуются системами подмеса теплоносителя из обратки через двух- или трехходовые клапаны. Подмес из обратки необходим, чтобы не превысить максимально допустимую температуру жидкости в контурах «теплого пола» +55°C. Популярные виды раскладок «теплых полов» указаны на фото.

Порядок проведения расчетов схем водяного отопления своими руками

Расчеты тепловых установок требуют от проектанта серьезного уровня подготовки. Однако в качестве любительского метода, можно порекомендовать следующие прикидочные способы:

  • для определения мощность котла: вычисляют общий объем частного дома, суммируя объемы каждого из помещений. Следует учитывать кубатуру всех комнат, независимо от наличия или отсутствия в них радиаторов. Например, пусть объем дома 300 м 3 . Количество энергии, требуемое на обогрев 1 м 3 , зависит от региона. Для зданий на европейской части РФ необходимо 40 Вт/м 3 , на юге – 25 Вт/м 3 , на севере – 45 ВТ/м 3 . Поэтому для частного дома объемом 300 м 3 в Подмосковье понадобится котел мощностью 12 000 Вт. Прибавляя запас в 20% и переведя Вт в кВт, получаем 14,4 кВт;
  • для вычисления количества секций батарей принимаются во внимание площади помещения и мощность (теплоотдача) одной секции. Мощность зависит от материала отопительного прибора (указывается в его паспорте). Далее следует разделить квадратуру каждого из помещения на значение паспортной теплоотдачи. Суммируя количество секций, к ним также добавляют небольшой запас по теплопроизводительности;
  • насос для систем с принудительной циркуляцией подбирают с учетом протяженности трубопровода и сечения труб. Алгоритм их расчета подробно описан в рассказе на видео:

В заключение

Чтобы обеспечить настоящий тепловой комфорт при помощи водяной системы отопления, владельцу частного дома предстоит:

  • составить его продуманную схему;
  • выполнить грамотные расчеты, а лучше заказать их у профильного специалиста;
  • правильно подобрать качественное оборудование и материалы;
  • точно соблюдать технологию монтажа.

С некоторыми нюансам процесса создания схемы водяного отопления частного дома можно ознакомиться, посмотрев видео:

Гидравлический расчет однотрубной и двухтрубной системы отопления с формулами, таблицами и примерами

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.

Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

  • Сбор и обработку информации по объекту с целью:
    • определения количества требуемого тепла;
    • выбора схемы отопления.
    • объёмов тепловой энергии;
    • нагрузок;
    • теплопотерь.

    Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

    Для расчёта гидравлики с помощью программ требуется знакомство с теорией и законами сопротивления. Если приведенные ниже формулы покажутся вам сложными для понимания, можно выбрать параметры, которые мы предлагаем в каждой из программ.

    Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

    Что такое гидравлический расчёт

    Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

    • диаметр и пропускную способность труб;
    • местные потери давления на участках;
    • требования гидравлической увязки;
    • общесистемные потери давления;
    • оптимальный расход воды.

    Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов.

    Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор).

    Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

    Комплексные задачи — минимизация расходов:

    1. капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
    2. эксплуатационных:
      • зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
      • стабильность и надёжность;
      • бесшумность.

    Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

    1. по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
    2. по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
    3. по характеристикам проводимости и сопротивления;
    4. сопоставление динамических давлений.

    Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

    Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

    Расчет гидравлики системы отопления

    Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

    Аксонометрическая схема

    Аксонометрическая схема

    Вынесите данные в эту таблицу:

    № расчётного участкаТепловая нагрузкаДлина
    записатьзаписатьзаписать

    Шаг 1: считаем диаметр труб

    В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

    1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º

    1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для однотрубной системы.

    2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.

    Чем меньше внутренний диаметр труб — тем выше скорость. Достигая отметки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.

    3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

    Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):

    Формула для Q

    Формула для расчёта скорости теплопотока

    4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

    5. Параметры участков:

    УчастокДлина участка, мЧисло приборов N, шт
    1 – 21.781
    2 – 32.601
    3 – 42.802
    4 – 52.802
    5 – 62.804
    6 – 72.80
    7 – 82.20
    8 – 96.101
    9 – 100.51
    10 – 110.51
    11 – 120.21
    12 – 130.11
    13 – 140.31
    14 – 151.001

    Для определения внутреннего диаметра по каждому участку удобно пользоваться таблицей.

    • зависимость скорости движения воды — ν, с
    • теплового потока — Q, Вт
    • расхода воды G, кг/час от внутреннего диаметра труб
    Ø 8Ø 10Ø 12Ø 15Ø 20Ø 25Ø 50
    νQGvQGvQGvQGvQGvQGvQG
    0.31226530.31916820.327591190.343111850.376643300.3119755150.3479012060
    0.41635700.425551100.436791580.457482470.4102194390.4159676870.4639682746
    0.52044880.531931370.545981980.571853090.5127745490.5199598580.5798353433
    0.624531050.638321650.655182370.686223710.6153286590.62395010300.6958024120
    0.728611230.744711920.764382770.7100594330.7178837690.72794212070.71117684806
    Пример

    Задача: подобрать диаметр трубы для отопления гостиной площадью 18 м², высота потолка 2,7 м.

      ;
    • циркуляция — принудительная (насос).
    • расход мощности – 1 кВт на 30 м³
    • запас тепловой мощности – 20%

    Расчёт:

    • объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м³
    • расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
    • запас на случай морозов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
    • итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

    Q

    Находим в таблице наиболее близкое значения Q:

    Получаем интервал внутреннего диаметра: 8-10 мм.
    Участок: 3-4.
    Длина участка: 2.8 метров.

    Шаг 2: вычисление местных сопротивлений

    Чтобы определиться с материалом труб, необходимо сравнить показатели их гидравлического сопротивления на всех участках отопительной системы.

    Факторы возникновения сопротивления:

    Расчетным участком является труба постоянного диаметра с неизменным расходом воды, соответствующим проектному тепловому балансу помещения.

    Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:

    1. длина трубы на расчётном участке/l,м;
    2. диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
    3. принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
    4. данные регулирующей арматуры от производителя;
    5. справочные данные:
      • коэффициент трения/λ;
      • потери на трение/∆Рl, Па;
      • расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;
    6. технические характеристики изделия:
      • эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
      • толщина стенки трубы/dн×δ, мм.

    Для материалов со сходными значениями kэ производители предоставляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.

    Чтобы самостоятельно определить удельные потери на трение/R, Па/м, достаточно знать наружный d трубы, толщину стенки/dн×δ, мм и скорость подачи воды/W, м/с (или расход воды/G, кг/ч).

    Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:

    Для стальных и полимерных труб (из полипропилена, полиэтилена, стекловолокна и т.д.) коэффициент трения/ λ наиболее точно вычисляется по формуле Альтшуля:

    Re — число Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=v*d/ν) или с помощью онлайн-калькулятора:

    Шаг 3: гидравлическая увязка

    Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.

    • проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или низкозамерзающей жидкости для систем отопления);
    • данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
    • технические характеристики арматуры.
    • количество местных сопротивлений на участке.

    Задача: выровнять гидравлические потери в сети.

    В гидравлическом расчёте для каждого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность). По характеристикам сопротивления определяют коэффициенты затекания в каждый стояк и далее — в каждый прибор.

    Характеристики затвора

    Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора

    Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².

    Потери - формула

    Потери давления/∆P, Па прямо пропорциональны квадрату расхода воды по участку/G, кг/ч:

    В физическом смысле S — это потери давления на 1 кг/ч теплоносителя:

    где:

    • ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
    • А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².

    Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч теплоносителя в трубе заданного диаметра (информация предоставляется производителем).

    Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.

    Приведенный коэффициент:

    Он суммирует все местные сопротивления:

    С величиной:

    которая соответствует коэффициенту местного сопротивления с учётом потерь от гидравлического трения.

    Шаг 4: определение потерь

    Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:

    • первичного контура/ΔPIк ;
    • местных систем/ΔPм;
    • теплогенератора/ΔPтг;
    • теплообменника/ΔPто.

    Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:

    Обзор программ

    Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

    Самой популярной является Excel.

    Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

    Главная трудность в работе с такими программами — незнание основ гидравлики. В некоторых из них отсутствуют расшифровки формул, не рассматриваются особенности разветвления трубопроводов и вычисления сопротивлений в сложных цепях.

    • HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
    • DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
    • «Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

    Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

    Как работать в EXCEL

    Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

    Ввод исходных данных

    Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

    ЯчейкаВеличинаЗначение, обозначение, единица выражения
    D445,000Расход воды G в т/час
    D595,0Температура на входе tвх в °C
    D670,0Температура на выходе tвых в °C
    D7100,0Внутренний диаметр d, мм
    D8100,000Длина, L в м
    D91,000Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
    D101,89Сумма коэф. местных сопротивлений – Σ(ξ)

    Пояснения:

    • значение в D9 берётся из справочника;
    • значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

    Формулы и алгоритмы

    Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

    ЯчейкаАлгоритмФормулаРезультатЗначение результата
    D12!ERROR! D5 does not contain a number or expressiontср=(tвх+tвых)/282,5Средняя температура воды tср в °C
    D13!ERROR! D12 does not contain a number or expressionn=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)0,003368Кинематический коэф. вязкости воды – n, cм2/с при tср
    D14!ERROR! D12 does not contain a number or expressionρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/10000,970Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
    D15!ERROR! D4 does not contain a number or expressionG’=G*1000/(ρ*60)773,024Расход воды G’, л/мин
    D16!ERROR! D4 does not contain a number or expressionv=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600)1,640Скорость воды v, м/с
    D17!ERROR! D16 does not contain a number or expressionRe=v*d*10/n487001,4Число Рейнольдса Re
    D18!ERROR! Cell D17 does not existλ=64/Re при Re≤2320
    λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000
    λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000
    0,035Коэффициент гидравлического трения λ
    D19!ERROR! Cell D18 does not existR=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d)0,004645Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
    D20!ERROR! Cell D19 does not existdPтр=R*L0,464485Потери давления на трение dPтр, кг/см2
    D21!ERROR! Cell D20 does not existdPтр=dPтр*9,81*1000045565,9и Па соответственно
    D20
    D22!ERROR! D10 does not contain a number or expressiondPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)0,025150Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
    D23!ERROR! Cell D22 does not existdPтр=dPмс*9,81*100002467,2и Па соответственно D22
    D24!ERROR! Cell D20 does not existdP=dPтр+dPмс0,489634Расчетные потери давления dP, кг/см2
    D25!ERROR! Cell D24 does not existdP=dP*9,81*1000048033,1и Па соответственно D24
    D26!ERROR! Cell D25 does not existS=dP/G223,720Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

    Пояснения:

    • значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
    • ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

    Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

    Оформление результатов

    Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

    • Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
    • Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
    • Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
    • Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
    • Шрифты:
      • синий — исходные данные;
      • чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
      • красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

      Пример от Александра Воробьёва

      Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

      Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Ссылка на основную публикацию