Гидравлический расчет и моделирование тепловых сетей

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.

Гидравлический расчет в системах с естественной циркуляцией

В случае если система отопления планируется с естественной циркуляцией, то можно воспользоваться следующими рекомендациями, неоднократно проверенными на практике:

  • Длина горизонтальных участков трубопроводов не должна превышать 20 метров.
  • Магистральная труба от котла отопления закладывается диаметром порядка 50 миллиметров, что соответствует 2 дюймам.
  • Такой же диаметр трубы отопительной сети закладывается на каждые 35 секций алюминиевых радиаторов исходя из минимальной мощности и скорости движения теплоносителя.
  • Для ответвления, суммарной тепловой мощностью соответствующей количеству секций радиаторов от 25 до 35, диаметр трубы проектируется равным 40 мм или 1 ? дюйма, 10-25 секций – труба условным проходом 25 мм (1 дюйм), до 10 секций – 20 мм (3/4 дюйма).
  • На каждые 10 метров прямого участка без установленных радиаторов к расчетному диаметру необходимо добавлять еще 1/2 дюйма. Это необходимо для снижения скорости теплоносителя и потерь давления на трение.

 Итоги статьи.

Расчет гидравлического сопротивления системы отопления дело прямо-таки не самое простое и требующее опыта. Ошибки здесь могут стоить очень дорого. Отдельные ветки и стояки могут не работать. По ним просто не будет циркуляции. По этой причине лучше чтобы этим занимались люди с образованием и опытом таких работ. Сами монтажники практически никогда не занимаются расчетами. Они везде стремятся делать одни и те же решения, которые работали у них ранее. Но то, что работало у другого человека не обязательно будет работать у вас. По этому настоятельно рекомендую обратиться к инженеру и сделать полноценный проект. На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях.

Калькулятор расчета параметров гидрострелки исходя из производительности насосов

Гидрострелкой называют гидравлический разделитель для систем отопления. Это довольно важный элемент, который позволяет обеспечить оптимальную, плавную работу всех узлов. Особенно актуально его применение, если установлено 2 или более котла, работает несколько контуров.

Такое устройство можно изготовить самостоятельно или приобрести в магазине. Но при любом из вариантов его параметры знать необходимо. Если вычислять все самостоятельно, то легко допустить ошибки в расчетах – формула расчетов довольно сложна.

Лучше для этого воспользоваться онлайн-калькулятором для вычисления параметров гидрострелки исходя из производительности насосов.

Так выглядит коллектор с гидрострелкой из нержавеющей стали

Что требуется для производства расчетов онлайн-калькулятором

Сложностей при использовании программы возникнуть не должно, но стоит дать некоторые пояснения. Необходимо внести в соответствующие поля запрашиваемые калькулятором данные, а именно:

  • Ожидаемую скорость вертикального перемещения теплоносителя в гидрострелке. Наиболее оптимальная скорость – это с. Этого вполне достаточно для хорошего смешивания потоков;
  • Систему величин, в которой удобнее работать – это может быть м3/ч или л/м;
  • Производительность каждого рециркуляционного насоса в отдельное поле. Не стоит вписывать только некоторые, руководствуясь тем, что вместе они никогда не работают – лучше всегда иметь запас;
  • Производительность насоса или насосов в малом контуре котла (котлов).

А это уже обычная гидрострелка модели «Meibes MHK 32 DN25»

После этого останется только нажать на кнопку «рассчитать параметры гидрострелки». В результате программой будет выдан результат по минимальному диаметру гидравлического разделителя и диаметру его патрубков в мм.

Некоторые пояснения к расчетам

Важно скрупулезно и точно внести все данные в онлайн-калькулятор – от этого зависит точность расчетов, правильность работы гидрострелки, а значит и качество функционирования всей системы отопления, горячего водоснабжения и других систем, связанных с котлами.

Схематическое изображение принципа работы гидрострелки

Если же все параметры внесены правильно, то выбранный по результатам, выданным калькулятором, гидравлический разделитель намного улучшит и стабилизирует работу всех котлов и насосов.

Читайте также:  Как поставить счетчик на отопление в квартиру: установка, нюансы

Гидравлический расчёт труб

Сложность работы зависит от расчета диаметра труб, толщины их стенок и других параметров.

и тем самым повышению теплоотдачи.

Помимо этого коэффициент сопротивления потоку теплоносителя определяется шероховатостью внутренней поверхности трубопровода. В связи с этим может существенно различаться давление

на разных участках системы отопления.

Применение гидравлических расчетов необходимо, чтобы точно определить параметры давления. В противном случае это может привести к снижению эффективности отопительной системы в связи с тем, что давление, приводящее в движение теплоноситель, не превышало суммарных потерь.

Также необходимо учесть тот факт, что толщина трубы имеет значение не менее чем ее диаметр.

Если диаметр трубы выбран неверно, это грозит серьезными осложнениями в период эксплуатации системы отопления или даже преждевременным выходом ее из строя:

  1. Слишком большой диметр трубы системы обогрева . Это приведет к недостаточному давлению в отопительной системе и тем самым нарушению циркуляции. Из-за этого нарушится температурный режим в помещении, проще говоря, оно будет недостаточно обогрето.
  2. Слишком маленький диаметр трубы системы обогрева . Из-за увеличения давления внутри трубы маленького диаметра система отопления будет слишком шумно работать.

Во время проектирования и монтажа системы отопления необходимо тщательное соблюдение всех параметров и правил. Ошибки, допущенные на стадии проектирования системы чаще всего просто невозможно исправить выборочно, и необходим полный демонтаж трубопровода системы обогрева и новая его закладка. Это приводит к ощутимым финансовым затратам и как следствие недовольством работой системы. Чтобы этого не произошло достаточно внимательно отнестись ко всем этапам процесса, в том числе к расчетам диаметра трубы отопительной системы.

Индивидуальные системы гидравлического отопления

Чтобы правильно провести гидравлический расчет системы отопления, необходимо принять во внимание некоторые эксплуатационные параметры самой системы. Сюда входят скорость теплоносителя, его расход, гидравлическое сопротивление запорной арматуры и трубопровода, инертность и так далее.

Может показаться, что эти параметры никак друг с другом не связаны. Но это ошибка. Связь между ними прямая, поэтому нужно при анализе опираться именно на них.

Приведем пример этой взаимосвязи. Если увеличить скорость теплоносителя, то сразу же возрастет сопротивление трубопровода. Если увеличить расход, то увеличивается скорость горячей воды в системе, а, соответственно, и сопротивление. Если увеличить диаметр труб, то снижается скорость движения теплоносителя, а значит, снижается сопротивление трубопровода.

Система отопления включает в себя 4 основных компонента:

  1. Отопительный котел.
  2. Трубы.
  3. Приборы отопления.
  4. Запорная и регулирующая арматура.

Каждый из этих компонентов имеет свои параметры сопротивления. Ведущие производители обязательно их указывают, потому что гидравлические характеристики могут изменяться. Они во многом зависят от формы, конструкции и даже от материала, из которого изготовлены составляющие отопительной системы. И именно эти характеристики являются самыми важными при проведении гидравлического анализа отопления.

Что же такое гидравлические характеристики? Это удельные потери давления. То есть, в каждом виде отопительного элемента, будь то труба, вентиль, котел или радиатор, всегда присутствует сопротивление со стороны конструкции прибора или со стороны стенок. Поэтому, проходя по ним, теплоноситель теряет свое давление, а, соответственно, и скорость.

Скорость теплоносителя

Схематический расчет

Существует минимальная скорость горячей воды внутри отопительной системы, при которой само отопление работает в оптимальном режиме. Это 0,2-0,25 м/с. Если она уменьшается, то из воды начинает выделяться воздух, что ведет к образованию воздушных пробок. Последствия — отопление не будет работать, и котел закипит.

Это нижний порог, а что касается верхнего уровня, то он не должен превышать 1,5 м/с. Превышение грозит появлением шумов внутри трубопровода. Наиболее приемлемый показатель — 0,3-0,7 м/с.

О специальных программах для расчетов

Существую специальные программы, которые можно использовать для того, чтобы существенно упростить гидравлический расчет системы отопления. Конечно же, их не так уж и много, тем не менее, они есть, притом весьма эффективные. Некоторые из них можно скачать бесплатно, другие же, напротив, доступны лишь в пробных версиях. Как бы то ни было, а все необходимые расчеты можно сделать без каких-либо особых капиталовложений.

Программа Oventrop CO

Это абсолютно бесплатная программа, которая широко применяется для того, чтобы рассчитать загородный дом. Необходимо всего лишь предварительно задать все необходимые настройки и указать приборы отопления, трубы – далее можно с легкостью прорабатывать новые системы. Более того, при желании вы сможете корректировать уже наличествующую систему. Это осуществляется следующим образом: мощность уже имеющихся приборов подбирается в соответствии с требованиями отапливаемого здания.

Читайте также:  Как подсоединить твердотопливный котел к системе отопления?

Программа HERZ C.O.

Еще один представитель бесплатных программ, позволяющий произвести расчет любого рода отопительной системы. Утилита характеризуется тем, что позволяет производить такие расчеты даже в новых или недавно реконструированных объектах, в которых теплоносителем является гликолей. Соответствует всем мировым требованиям, следовательно, владеет всеми необходимыми сертификатами.

Ниже приведены основные возможности, которые может предоставить вам немецкая HERZ C.O.

  1. Подобрать трубопровод по диаметру.
  2. Снизить давление в кольцах циркуляции путем автоподбора параметров вентилей.
  3. Настроить «регулировщиков» разницы в давлении.
  4. Учесть необходимые параметры вентилей термостатики.
  5. Проанализировать будущий расход теплоносителя, а также определить снижение давления в системе.
  6. Вычислить гидравлическое сопротивление колец циркуляции.

Чтобы вам было удобнее пользоваться программой, всю информацию можно вводить в графическом виде. В результате утилита выдаст вам поэтажный план строения.

Важная информация! Еще одной отличительной чертой программы является так называемая контекстная помощь. Она дает возможность подробнее узнать о вводимой команде или каком-либо показателе.

Также доступно открытие сразу нескольких окон (что большая редкость для подобного рода продуктов), благодаря чему вы сможете изучать несколько типов информации одновременно. Возможна работа с принтерами и плоттерами – она крайне просто организована, каждый лист, который планируется распечатать, можно предварительно посмотреть.

Рекомендуемые методы расчета

7.1 Общие положения

Ниже изложены два различных метода расчета теплопотерь системы теплоотдачи. Рекомендуется использовать один из этих методов.Оба метода дают не совсем одинаковые результаты, однако показывают одну и ту же относительную тенденцию. Эти методы не допускается смешивать друг с другом.Если на национальном уровне используют другие способы, то они должны соответствовать приведенной здесь обобщенной схеме, в рамках которой рассмотрены три вида дополнительных теплопотерь. При этом речь идет о теплопотерях, вызванных расслоением, регулированием или встроенными в ограждающие конструкции отопительными приборами и панелями.

7.2 Метод с использованием коэффициентов полезного действия

Расчет теплопотерь системы теплоотдачи (за рассматриваемый временной период), Q, кВт·ч, проводят на основании данных за месяц с использованием зависящих от временных периодов значений (или на основе других временных интервалов) по формуле

, (7)

где — коэффициент гидравлического выравнивания;

— коэффициент периодического режима работы (при этом периодический режим следует рассматривать как зависящую от времени опцию снижения температуры в каждом отдельном помещении); — коэффициент лучистого эффекта (действует только для систем лучистого отопления); — общий коэффициент полезного действия системы теплоотдачи в помещение;

Q — количество (нетто) энергии на отопление (за рассматриваемый временной период), кВт·ч (см. [2]).Общий коэффициент полезного действия в общем случае рассчитывают по формуле

, (8)*

________________

* Формула и экспликация к ней соответствуют оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных.где — частичный коэффициент полезного действия для вертикального профиля температуры воздуха; — частичный коэффициент полезного действия для регулирования температуры воздуха; — частичный коэффициент полезного действия для удельных потерь внешних компонентов (встроенные системы).Для некоторых случаев применения такое разделение может не потребоваться. Годовую потребность энергии для системы отопления в рассматриваемом помещении Q, кВт·ч, рассчитывают по формуле

, (9)

где Q — теплопотери системы подачи тепла (за рассматриваемый временной период), кВт·ч.

7.3 Метод с использованием эквивалентного изменения внутренней температуры

Расчет Q проводят на основе определения эквивалентного изменения внутренней температуры, чтобы учесть теплопотери системы подачи тепла.Внутренняя температура повышается по следующим причинам:— пространственные колебания в зависимости от характеристик отопительного прибора (приборов) или отопительной панели (панелей);— колебания в зависимости от способности регулирующего оборудования к поддержанию равномерно распределенной постоянной температуры.Эквивалентную внутреннюю температуру , °С, рассчитывают по формуле

, (10)

где — начальная температура внутри помещения, °С;

— колебания температуры, вызванные ее пространственным расслоением, °С; — колебания температуры, вызванные регулированием, °С.Теплопотери системы подачи тепла, Дж, могут быть рассчитаны на основании эквивалентного роста внутренней температуры по одному из следующих методов:— умножением рассчитанного теплопотребления здания Q на коэффициент, полученный на основе соотношения эквивалентного роста внутренней температуры () и определенной для соответствующего расчетного периода разницей между температурами внутри и снаружи помещения:

; (11)

Читайте также:  РЕГУЛЯТОР ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ПЕРЕТОПОВ

— новым расчетом энергопотребления здания для отопления помещений согласно [2] с использованием эквивалентной внутренней температуры в качестве заданной температуры кондиционируемой зоны.

. (12)

Второй метод дает более точные результаты.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Гидравлический расчет систем водяного отопления предназначен для обоснования выбора таких диаметров всех участков труб, при которых в каждом циркуляционном кольце давления для перемещения расчетных количеств теплоносителя в единицу времени будут превышать на 10 % потери давления от гидравлического сопротивления.

Потери давления в контуре циркуляции подразделяют на потери, возникающие от сопротивления трения, и потери от местных сопротивлений.

Потери давления ?рТ, Па, на преодоление водой сопротивления трения определяют по формуле

(1)

где Rt — удельная потеря давления по длине трубопровода при средней расчетной температуре теплоносителя; l — длина участка трубопровода; ? — коэффициент сопротивления по длине, зависящий от шероховатости стенок трубы и режима движения теплоносителя; v — скорость теплоносителя; dp — расчетный диаметр трубы.

Коэффициент сопротивления ? по длине трассы отопления следует определять по формуле

(2)

где b — число подобия режимов течения теплоносителя; Кэ — коэффициент эквивалентной шероховатости, равный 1·10-6 м; Rеф — фактическое число Рейнольдса.

Расчетный внутренний диаметр dp подсчитывают по формуле

(3)

где dH — наружный диаметр трубы, м; ?dH — допуск на наружный диаметр трубы, м; S — толщина стенки трубы, м; ?S — допуск на толщину стенки трубы, м.

Фактическое число Рейнольдса определяют по формуле

(4)

где vt — коэффициент кинематической вязкости теплоносителя (воды), м2/с, принимаемый по табл. 1.

Таблица 1. Коэффициент кинематической вязкости воды

Температура воды, °С Температура воды, °С

35

0,73 · 10-6

60

0,47 · 10-6

40

0,66 · 10-6

65

0,43 · 10-6

45

0,6 · 10-6

70

0,41 · 10-6

50

0,55 · 10-6

80

0,36 · 10-6

55

0,51 · 10-6

90

0,32 · 10-6

Число Рейнольдса, соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений при турбулентном движении воды, определяют по формуле

(5)

Число подобия режимов течения воды определяют по формуле

(6)

При средней температуре теплоносителя, отличной от 80 °С, следует учитывать поправочный коэффициент ? к значениям удельной потери давления, приведенным в СНиП:

(7)

где R — удельная потеря давления при температуре 80 °С и том же расходе теплоносителя.

При средней температуре теплоносителя 90 °С коэффициент ? принимают равным 0,98; при 70 °С — 1,02; при 60 °С — 1,05; при 50 °С — 1,08; при 40 °С — 1,11.

Для гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления в практике проектирования используют специальные номограммы (рис. 1), учитывающие шероховатость трубопроводов и расчетные параметры воды.

Рисунок 1. Номограмма для расчета диаметров трубопроводов систем отопления при температуре воды 95… 70 °С

Потери давления Z, Па, на преодоление местных сопротивлений могут быть определены по формуле

(8)

где ?? — сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке трубопровода; v — скорость теплоносителя в трубопроводе, м/с; ? — плотность теплоносителя, кг/м3.

Ориентировочные значения коэффициентов местных сопротивлений элементов системы отопления приведены в табл. 2.

Схематическое изображение элемента

Отвод с радиусом закругления ? 5 dH

0,3…0,5

Тройник:

на проход

0,5

на ответвление

1,5

на слияние

1,5

на разделение потока

3,0

Крестовина:

на проход

2,0

на ответвление

3,0

Отступ

0,5

Обход

1,0

Гидравлические характеристики отопительных приборов, вентилей, клапанов, включая термостатические, приводятся в справочных изданиях и нормативной документации.

Общее сопротивление любого участка трубопровода движению теплоносителя ?руч = Rtl + Z.

Описанный метод определения потерь давления в трубопроводах называют методом удельных потерь давления.

Результаты гидравлического расчета трубопроводов целесообразно сводить в таблицу (табл. 3).

Таблица 3. Сводная таблица результатов гидравлического расчета трубопроводов систем отопления

№ участка Тепловая нагрузка, Qуч,Вт Расход воды Gуч, кг/ч Диаметр трубы d, мм Скорость движения теплоносителя v, м/с Удельная потеря давления Rt,Па/м Потеря давления на трение, Rtl, Па Потеря давления в местных сопротивлениях Z, Па