Опалення на основі циркуляції гарячої води - найбільш поширений варіант облаштування приватного будинку. Для грамотної розробки системи необхідно мати попередні результати аналізу, так званий гідравлічний розрахунок системи опалення, що погоджує тиск на всіх ділянках мережі з діаметрами труб.
У представленій статті докладно описана методика обчислень. Щоб краще зрозуміти алгоритм дій, ми розглянули порядок розрахунку на конкретному прикладі.
Дотримуючись описаної послідовності, вийде визначити оптимальний діаметр магістралі, кількість опалювальних приладів, потужність котла і інші параметри системи, необхідні для облаштування ефективного індивідуального теплопостачання.
Поняття гідравлічного розрахунку
Визначальним фактором технологічного розвитку систем опалення стала звичайна економія на енергоносій. Прагнення заощадити змушує ретельніше підходити до проектування, вибору матеріалів, способів монтажу і експлуатації опалення для житла.
Тому, якщо ви вирішили створити унікальну і в першу чергу економну систему опалення для своєї квартири або будинку, тоді рекомендуємо ознайомиться з правила розрахунку і проектування.
Робота теплової мережі полягає в передачі розрахункової кількості теплової енергії приладів, що передає тепло споживачеві 
Завдання проведення гідравлічного розрахунку полягає в підборі труб, що забезпечують мінімум втрат тепла при проходженні теплоносія по розгалуженої опалювальної мережі 
Кількість теплової енергії, що передається приладів, залежить від витрати тепла і від перепаду температур при охолодженні теплоносія. У двотрубних схемах орієнтуються на перепад температур у всіх приладах 
При виконанні гідравлічного розрахунку для однотрубної схеми за орієнтир приймається перепад температури по всіх стояках 
Мета проведення розрахунку - підбір труб, по яких зможе циркулювати розрахункова витрата теплоносія. Підбирають труби зазвичай по представленому сортаменту, тому завжди в розрахунках є деяка похибка 
Витрата теплоносія при виробництві розрахунку не задається заздалегідь, а визначається шляхом ув'язування параметрів тиску у всіх кільцях системи 
Насамперед обчислення проводяться по головному циркуляційному кільцю. Його розбивають на ділянки і розраховують витрату теплоносія і втрати тиску, спрямовані на тертя при русі води або пари по контуру 
Після визначення параметрів головного циркуляційного кільця аналогічні обчислення виконуються для вторинних кілець. За отриманими результатами циркуляційного його в усіх ділянках системи підбирають діаметр труби, щоб врівноважити тиск у всіх складових мережі
Перед тим як дати визначення гідравлічного розрахунку системи, потрібно ясно і чітко розуміти, що індивідуальна система опалення квартири та будинки розташована умовно на порядок вище відносно центральної системи опалення великого будинку.
Персональна опалювальна система базується на принципово іншому підході до понять тепла і енергоресурсу.
Суть гідравлічного розрахунку полягає в тому, що витрата теплоносія не задаються заздалегідь з істотним наближенням до реальних параметрів, а визначаються шляхом ув'язування діаметрів трубопроводу з параметрами тиску у всіх кільцях системи
Досить провести тривіальне порівняння цих систем за такими параметрами.
- Центральна опалювальна система (котельня-будинок-квартира) грунтується на стандартних типах енергоносія - вугілля, газ. В автономній системі можна використовувати практичний будь-яка речовина, яка має високу питому теплоту згоряння, або ж комбінацію з декількох рідких, твердих, гранульованих матеріалів.
- ЦГЗ побудована на звичайних елементах: металеві труби, "незграбні" батареї, запірна арматура. Індивідуальна ж система опалення дозволяє комбінувати різні елементи: багатосекційні радіатори з хорошою тепловіддачею, високотехнологічні термостати, різні види труб (ПВХ і мідні), крани, заглушки, фітинги та звичайно власні більш економічні котли, циркуляційні насоси.
- Якщо зайти в квартиру типового панельного будинку, побудованого років 20-40 назад, бачимо що система опалення зводитися до наявності 7-секційної батареї під вікном в кожній кімнаті квартири плюс вертикальну трубу через весь будинок (стояк), за допомогою якої можна "спілкуватися" з сусідами зверху / знизу. Чи то справа автономна система опалення (АСО) - дозволяє будувати систему будь-якої складності з урахуванням індивідуальних побажань мешканців квартири.
- У відрізни від ЦГЗ, окрема система опалення враховує досить значний список параметрів, які впливають на передачу, витрата енергії і втрати теплоти. Температурний режим навколишнього середовища, необхідний діапазон температури в приміщеннях, площа і об'єм приміщення, кількість вікон і дверей, призначення приміщень і т.д.
Таким чином, гідравлічний розрахунок системи опалення (ГРСО) - це умовний набір обчислюваних характеристик опалювальної системи, який надає вичерпну інформацію про таких параметрах, як діаметр труб, кількість радіаторів і клапанів.
Даний тип радіаторів встановлювався в більшості панельних будинків на пострадянському просторі. Економія на матеріалах і відсутність конструкторської ідеї "на обличчя"
ГРСО дозволяє правильно вибрати водно-кільцевої насос (опалювального котла) для транспортування гарячої води до кінцевих елементів системи опалення (радіаторів) і, в кінцевому результаті, мати максимально врівноважену систему, що безпосередньо впливає на фінансові вкладення в частині опалення житла.
Ще один тип опалювального радіатора для ЦГЗ. Це більш універсальний виріб, яке може мати будь-яку кількість ребер. Так можна збільшити або зменшити площу теплообміну
Послідовність кроків розрахунку
Говорячи про розрахунок системи опалення, відзначаємо що ця процедура є найбільш неоднозначною і важливою в частині проектування.
Перед виконанням розрахунку потрібно зробити попередній аналіз майбутньої системи, наприклад:
- встановити тепловий баланс у всіх і конкретно кожної кімнати квартири;
- одобрать терморегулятори, клапани та регулятори тиску;
- вибрати радіатори, теплообмінні поверхні, Тепловіддаючим панелі;
- визначити ділянки системи з максимальним і мінімальним витратою теплоносія.
Крім того, треба визначити загальну схему транспортування теплоносія: повний і малий контур, однотрубна система або двотрубна магістраль.
В результаті проведення гідравлічного розрахунку отримуємо кілька важливих характеристик гідравлічної системи, які дають відповіді на наступні питання:
- яка повинна бути потужність джерела опалення;
- какой расход і швидкість теплоносія;
- який потрібен діаметр основної магістралі теплового трубопроводу;
- які можливі втрати теплоти і самої маси теплоносія.
Ще одним важливим аспектом гідравлічного розрахунок є процедура балансу (ув'язки) всіх частин (гілок) системи під час екстремальних теплових режимів за допомогою регулюючих приладів.
Виділяють кілька основних видів опалювальних виробів: чавунні та алюмінієві багатосекційні, сталеві панельні, біметалічні радіатори та ковекторов. Але найбільш поширеними є алюмінієві багатосекційні радіатори
Розрахункової зоною трубопровідної магістралі є ділянка з постійним діаметром самої магістралі, а також незмінним витратою гарячої води, який визначений за формулою теплового балансу кімнат. Перерахування розрахункових зон починається від насоса або джерела тепла.
Початкові умови прикладу
Для більш конкретного пояснення всіх деталей гідравлічного прорахунку візьмемо конкретний приклад звичайного житлового приміщення. В наявності маємо класичну 2-кімнатну квартиру панельного будинку, загальною площею 65, 54 м 2, яка включає дві кімнати, кухню, роздільні туалет і ванна, подвійний коридор, спарений балкон.
Після здачі в експлуатацію отримали наступну інформацію щодо готовності квартири. Описувана квартира включає оброблені шпаклівкою і грунтом стіни з монолітних залізобетонних конструкцій, вікна з профілю з двох камерними стеклами, тирса-пресовані міжкімнатні двері, керамічна плитка на підлозі санвузла.
Типовий панельний 9-поверховий будинок на чотири під'їзди. На кожному поверсі по 3 квартири: одна 2-кімнатна і дві 3-кімнатних. Квартира розташована на п'ятому поверсі
Крім того, представлене житло вже оснащено мідної проводкою, розподільниками і окремим щитком, газовою плитою, ванною, умивальником, унітазом, полотенцесушителем, мийкою.
І найголовніше в житлових кімнатах, ванні і кухні вже є алюмінієві опалювальні радіатори. Питання щодо труб і котла залишається відкритим.
Як проводиться збір даних
Гідравлічний розрахунок системи в більшості своїй грунтується на обчисленнях пов'язаних з розрахунком опалення за площею приміщення.
Тому необхідно мати наступну інформацію:
- площа кожного окремого приміщення;
- габарити віконних і дверних роз'ємів (внутрішні двері на втрати теплоти практично не впливають);
- кліматичні умови, особливості регіону.
Будемо виходити з таких даних. Площа загальної кімнати - 18, 83 м 2, спальня - 14, 86 м 2, кухня - 10, 46 м 2, балкон - 7, 83 м 2 (сума), коридор - 9, 72 м 2 (сума), ванна - 3, 60 м 2, туалет - 1, 5 м 2. Вхідні двері - 2, 20 м 2, віконна вітрина спільної кімнати - 8, 1 м 2, вікно спальні - 1, 96 м 2, вікно кухні - 1, 96 м 2.
Висота стін квартири - 2 метри 70 см. Зовнішні стіни виготовлені з бетону класу В7 плюс внутрішня штукатурка, товщиною 300 мм. Внутрішні стіни і перегородки - несучі 120 мм, звичайні - 80 мм. Пол і відповідно стелю з бетонних плит перекриття класу В15, товщина 200 мм.
Планування даної квартири надає можливість створити одну єдину гілку опалення, що проходить через кухню, спальню і загальну кімнату, що забезпечить середню температуру 20-22⁰C в приміщеннях (+)
Що стосовно навколишнього середовища? Квартира знаходиться в будинку, який розташований в середині мікрорайону невеликого міста. Місто розташоване в якійсь низовини, висота над рівнем моря 130-150 м. Клімат помірно континентальний з прохолодною зимою і досить теплим літом.
Середня річна температура, + 7, 6 ° C. Середня температура січня -6, 6 ° C, липня + 18, 7 ° C. Вітер - 3, 5 м / с, вологість повітря середня - 74%, кількість опадів 569 мм.
Аналізуючи кліматичні умови регіону, потрібно відзначити, що маємо справу з великим розкидом температур, що в свою чергу впливає на особливу вимогу до регулювання системи опалення квартири.
Потужність генератора тепла
Одним з основних вузлів опалювальної системи є котел: електричний, газовий, комбінований - на даному етапі не має значення. Оскільки нам важлива головна його характеристика - потужність, тобто кількість енергії за одиницю часу, яка буде йти на опалення.
Потужність самого котла визначається по нижче наведеної формулою:
Wкотла = (Sпомещ * Wудел) / 10,
де:
- Sпомещ - сума площ всіх кімнат, які вимагаю опалення;
- Wудел - питома потужність з урахуванням кліматичних умов розташування (ось для чого потрібно було знати клімат регіону).
Що характерно, для різних кліматичних зон маємо такі дані:
- північні області - 1, 5 - 2 кВт / м 2;
- центральна зона - 1 - 1, 5 кВт / м 2;
- південні регіони - 0, 6 - 1 кВт / м 2.
Ці цифри досить умовні, але тим не менше дають явний чисельний відповідь щодо впливу навколишнього середовища на систему опалення квартири.
На даній карті представлені кліматичні зони з різними температурними режимами. Від розташування житла щодо зони і залежить скільки потрібно витрачати на обігрів метра квадратного кВатт енергії (+)
Сума площі квартири яку необхідно опалювати - дорівнює загальній площі квартири і дорівнює, тобто - 65, 54-1, 80-6, 03 = 57, 71 м2 (мінус балкон). Питома потужність котла для центрального регіону з холодною зимою - 1, 4 кВт / м2. Таким чином, в нашому прикладі розрахункова потужність котла опалення еквівалентна 8, 08 кВт.
Динамічні параметри теплоносія
Переходимо до наступного етапу розрахунків - аналіз споживання теплоносія. У більшості випадків система опалення квартири відрізняється від інших систем - це пов'язано з кількістю опалювальних панелей і протяжністю трубопроводу. Тиск використовується в якості додаткової "рушійної сили" потоку вертикально по системі.
У приватних одно- і багатоповерхових будинках, старих панельних багатоквартирних будинках застосовуються системи опалення з високим тиском, що дозволяє транспортувати Тепловіддаючим речовина на всі ділянки розгалуженої, багатокільцеву системи опалення і піднімати воду на всю висоту (до 14 ого поверху) будинку.
Навпаки, звичайна 2- або 3 кімнатна квартира з автономним опаленням не має такого розмаїття кілець і гілок системи, вона включає не більше трьох контурів.
А значить і транспортування теплоносія відбувається за допомогою природного процесу протікання води. Але також можна використовувати циркуляційні насоси, нагрів забезпечується газовим / електричним котлом.
Рекомендуємо застосовувати циркуляційний насос для опалення приміщень понад 100 м 2. Монтувати насос можна як до так і після котла, але зазвичай його ставлять на "обратку" - менше температура носія, менше завоздушенность, більше термін експлуатації насоса
Фахівці в сфері проектування та монтажу систем опалення визначають два основні підходи в плані розрахунку обсягу теплоносія:
- За фактичної ємності системи. Підсумовуються всі без винятку обсяги порожнин, де буде протікати потік гарячої води: сума окремих ділянок труб, секцій радіаторів і т.д. Але це досить трудомісткий варіант.
- За потужністю котла. Тут думки фахівців розійшлися дуже сильно, одні кажуть 10, інші 15 літрів на одиницю потужності котла.
З прагматичної точки зору потрібно враховувати, той факт що напевно система опалення буде не тільки подавати гарячу воду для кімнати, але і нагрівати воду для ванни / душа, умивальника, раковини і сушарки, а може і для гідромасажу або джакузі. Цей варіант простіше.
Тому в даному випадку рекомендуємо встановити 13, 5 літрів на одиницю потужності. Помноживши цей число на потужність котла (8, 08 кВт) отримуємо розрахунковий обсяг водяній маси - 109, 08 л.
Обчислюється швидкість теплоносія в системі є саме тим параметром, який дозволяє підбирати певний діаметр труби для системи опалення.
Вона вираховується за такою формулою:
V = (0, 86 * W * k) / t-to,
де:
- W - потужність котла;
- t - температура води, що подається;
- to - температура води в зворотному контурі;
- k - ккд котла (0, 95 для газового котла).
Підставивши в формулу розрахункові дані, маємо: (0.86 * 8080 * 0.95) / 80-60 = 6601, 36 / 20 = 330кг / ч. Таким чином за одну годину в системі переміщається 330 л теплоносія (води), а ємність системи близько 110 л.
Визначення діаметра труб
Для остаточного визначення діаметра і товщини опалювальних труб залишилося обговорити питання щодо втрат теплоти.
Максимальна кількість тепла йде з приміщення через стіни - до 40%, через вікна - 15%, підлога - 10%, все інше через стелю / дах. Для квартири характерні втрати в основному через вікна і балконні модулі
Існує кілька видів втрат теплоти в опалювальних приміщеннях:
- Втрати тиску потоку в трубі. Цей параметр прямо пропорційний твору питомої втрати на тертя всередині труби (надає виробник) на загальну довжину труби. Але з огляду на поточну задачу такі втрати можна не враховувати.
- Втрати напору на місцевих трубних опорах - витрати теплоти на фітингах і всередині обладнання. Але з огляду на умови завдання, невелика кількість фітінг-вигинів і число радіаторів, такими втратами можна знехтувати.
- Тепловтрати виходячи з розташування квартири. Існує ще один тип теплових витрат, але вони більше пов'язані з розташуванням приміщення відносного іншого будівлі. Для звичайної квартири, яка знаходиться в середині будинку і сусідить зліва / справа / зверху / знизу з іншими квартирами, теплові втрати через бічні стіни, стелю та підлогу практично рівні "0".
У розрахунок можна тільки взяти втрати через фасадну частину квартири - балкон і центральне вікно спільної кімнати. Але це питання закривається за рахунок доповнення 2-3 секцій до кожного з радіаторів.
Значення діаметра труб підбирають по витраті теплоносія і швидкості його циркуляції в опалювальної магістралі
Аналізуючи вище викладену інформацію, варто відзначити що для розрахованої швидкості гарячої води в системі опалення відома табличная швидкість переміщення частинок води щодо стінки труби в горизонтальному положенні 0, 3-0, 7 м / с.
На допомогу майстру представляємо так званий чек-лист проведення обчислень для типового гідравлічного розрахунку системи опалення:
- збір даних і розрахунок потужності котла;
- обсяг і швидкість теплоносія;
- втрати теплоти і діаметр труб.
Іноді при прорахунку можна отримати досить великий діаметр труби, що б перекрити розрахунковий обсяг теплоносія. Цю проблему можна вирішити збільшенням літражу котла або додаванням додаткового розширювального бака.
На нашому сайті є блок статей, присвячених розрахунку опалювальної системи, радимо ознайомитися:
- Тепловий розрахунок системи опалення: як грамотно зробити розрахунок навантаження на систему
- Розрахунок водяного опалення: формули, правила, приклади виконання
- Теплотехнічний розрахунок будівлі: специфіка і формули виконання обчислень + практичні приклади
Висновки і корисне відео по темі
Особливості, переваги та недоліки природної і примусової систем циркуляції теплоносія для систем опалення:
Підбиваючи підсумки обчислень гідравлічного розрахунку, в результаті отримали конкретні фізичні характеристики майбутньої системи опалення.
Естественно, что это упрощенная схема расчёта, которая даёт приблизительные данные относительно гидравлического расчёта для системы отопления типичной двухкомнатной квартиры.
Пытаетесь самостоятельно провести гидравлический расчет отопительной системы? А может, не согласны с изложенным материалом? Ждем ваших комментариев и вопросов – блок для обратной связи расположен ниже.