Ogrzewanie oparte na obiegu ciepłej wody - najczęstsza opcja aranżacji prywatnego domu. Dla właściwego rozwoju systemu konieczne jest uzyskanie wstępnych wyników analizy, tak zwanego obliczenia hydraulicznego systemu grzewczego, łączącego ciśnienie na wszystkich odcinkach sieci ze średnicami rur.
Ten artykuł szczegółowo opisuje metodę obliczeń. Aby lepiej zrozumieć algorytm działań, dokonaliśmy przeglądu procedury obliczeniowej, wykorzystując konkretny przykład.
Zgodnie z opisaną sekwencją możliwe będzie określenie optymalnej średnicy głównej linii, liczby urządzeń grzewczych, mocy kotła i innych parametrów systemu niezbędnych do zorganizowania efektywnego indywidualnego dostarczania ciepła.
Pojęcie obliczeń hydraulicznych
Decydującym czynnikiem w rozwoju technologicznym systemów grzewczych stały się zwykłe oszczędności energii. Pragnienie oszczędzania sprawia, że bardziej ostrożnie podchodzisz do projektowania, doboru materiałów, metod instalacji i obsługi ogrzewania domu.
Dlatego, jeśli zdecydujesz się stworzyć unikalny i przede wszystkim ekonomiczny system grzewczy dla swojego mieszkania lub domu, zalecamy zapoznanie się z zasadami obliczania i projektowania.
Działanie sieci cieplnej polega na przesyłaniu obliczonej ilości energii cieplnej do urządzeń, które przekazują ciepło do konsumenta. 
Zadaniem obliczeń hydraulicznych jest wybór rur, które zapewniają minimalne straty ciepła podczas przechodzenia chłodziwa przez rozległą sieć grzewczą 
Ilość energii cieplnej przekazywanej do urządzeń zależy od zużycia ciepła i różnicy temperatur podczas chłodzenia chłodziwa. W obwodach dwururowych zorientowane są na różnicę temperatur we wszystkich urządzeniach 
Podczas wykonywania obliczeń hydraulicznych dla schematu jednoprzewodowego różnica temperatur we wszystkich pionach jest traktowana jako punkt odniesienia. 
Celem obliczeń jest wybór rur, przez które może cyrkulować obliczone natężenie przepływu chłodziwa. Rury są zwykle odbierane zgodnie z przedstawionym asortymentem, dlatego zawsze występują pewne błędy w obliczeniach. 
Natężenie przepływu czynnika chłodzącego podczas produkcji obliczeń nie jest ustalane z góry, ale jest określane przez powiązanie parametrów ciśnienia we wszystkich pierścieniach układu 
Przede wszystkim obliczenia wykonywane są na głównym pierścieniu obiegowym. Jest on podzielony na sekcje i oblicza natężenie przepływu chłodziwa i straty ciśnienia, mające na celu tarcie podczas przemieszczania wody lub pary wzdłuż konturu 
Po określeniu parametrów głównego pierścienia cyrkulacyjnego, podobne obliczenia są wykonywane dla pierścieni wtórnych. Zgodnie z wynikami cyrkulacji we wszystkich częściach systemu, wybierz średnicę rury, aby zrównoważyć ciśnienie we wszystkich elementach sieci
Przed określeniem obliczeń hydraulicznych systemu należy jasno i wyraźnie zrozumieć, że indywidualny system ogrzewania mieszkania i domu jest warunkowo o rząd wielkości wyższy w stosunku do systemu centralnego ogrzewania dużego budynku.
Osobisty system ogrzewania opiera się na zasadniczo innym podejściu do koncepcji ciepła i energii.
Istotą obliczeń hydraulicznych jest to, że natężenie przepływu chłodziwa nie jest wcześniej ustalane ze znacznym przybliżeniem do rzeczywistych parametrów, ale jest określane przez połączenie średnic rur z parametrami ciśnienia we wszystkich pierścieniach układu
Wystarczy trywialne porównanie tych systemów zgodnie z następującymi parametrami.
- System centralnego ogrzewania (kotłownia-apartament) oparty jest na standardowych typach nośnika energii - węglu, gazu. W systemie autonomicznym można użyć prawie każdej substancji, która ma wysokie ciepło właściwe spalania lub połączenie kilku płynnych, stałych, ziarnistych materiałów.
- DSP jest zbudowany na zwykłych elementach: metalowych rurach, „niezdarnych” bateriach, zaworach odcinających. Indywidualny system grzewczy pozwala na łączenie różnych elementów: grzejników wielosegmentowych z dobrym rozpraszaniem ciepła, nowoczesnych termostatów, różnych rodzajów rur (PVC i miedzi), kranów, wtyczek, armatury i oczywiście własnych, bardziej ekonomicznych kotłów, pomp obiegowych.
- Jeśli wejdziesz do mieszkania typowego domu z panelami, zbudowanego 20-40 lat temu, widzimy, że system grzewczy sprowadza się do obecności 7-ogniwowej baterii pod oknem w każdym pokoju w mieszkaniu plus pionowa rura przez cały dom (pion), dzięki której możesz „komunikować się” z sąsiadów góra / dół. Niezależnie od tego, czy jest to autonomiczny system grzewczy (ASO) - pozwala zbudować system o dowolnej złożoności, uwzględniając indywidualne życzenia najemców mieszkania.
- W przeciwieństwie do DSP, oddzielny system grzewczy bierze pod uwagę dość imponującą listę parametrów, które wpływają na transmisję, zużycie energii i straty ciepła. Warunki temperatury otoczenia, wymagany zakres temperatury w pomieszczeniach, powierzchnia i objętość pomieszczenia, liczba okien i drzwi, przeznaczenie pomieszczeń itp.
Zatem obliczenia hydrauliczne systemu grzewczego (GDF) są warunkowym zestawem obliczonych charakterystyk systemu grzewczego, który dostarcza wyczerpujących informacji na temat takich parametrów, jak średnica rur, liczba grzejników i zaworów.
Ten typ grzejnika został zainstalowany w większości domów panelowych w przestrzeni poradzieckiej. Oszczędność na materiałach i brak pomysłów projektowych „na twarzy”
GDFS pozwala wybrać odpowiednią pompę wody pierścieniowej (kocioł grzewczy) do transportu gorącej wody do końcowych elementów systemu grzewczego (grzejniki), aw rezultacie mieć najbardziej zrównoważony system, który bezpośrednio wpływa na inwestycje finansowe w części ogrzewania mieszkania.
Inny rodzaj grzejnika do DSP. Jest to produkt bardziej uniwersalny, który może mieć dowolną liczbę żeber. Możesz więc zwiększyć lub zmniejszyć obszar wymiany ciepła
Kolejność kroków obliczeniowych
Mówiąc o obliczeniach systemu grzewczego, zauważamy, że ta procedura jest najbardziej niejednoznaczna i ważna pod względem projektu.
Przed wykonaniem obliczeń należy dokonać wstępnej analizy przyszłego systemu, na przykład:
- ustawić bilans cieplny w każdym, a konkretnie w każdym pokoju w mieszkaniu;
- zatwierdzać regulatory temperatury, zawory i regulatory ciśnienia;
- wybierz grzejniki, powierzchnie wymiany ciepła, panele wymiany ciepła;
- zidentyfikować obszary systemu z maksymalnym i minimalnym zużyciem nośnika ciepła.
Ponadto konieczne jest określenie ogólnego schematu transportu chłodziwa: pełny i mały obwód, system jednorurowy lub główny dwururowy.
W wyniku obliczeń hydraulicznych uzyskujemy kilka ważnych cech systemu hydraulicznego, które dają odpowiedzi na następujące pytania:
- jaka powinna być moc źródła ciepła;
- jaki jest przepływ i prędkość płynu chłodzącego;
- Jaka jest średnica głównego rurociągu rurociągu ciepła?
- jakie są możliwe straty ciepła i masa chłodziwa.
Innym ważnym aspektem obliczeń hydraulicznych jest procedura równoważenia (łączenia) wszystkich części (gałęzi) systemu podczas ekstremalnych warunków termicznych za pomocą urządzeń sterujących.
Istnieje kilka głównych typów produktów grzewczych: żeliwne i aluminiowe wielosezonowe, stalowe panele, grzejniki bimetaliczne i kowektory. Ale najbardziej powszechne są aluminiowe grzejniki wielosegmentowe.
Szacowany obszar linii rurociągu to odcinek o stałej średnicy samej linii, jak również niezmienny przepływ ciepłej wody, który jest określony wzorem na bilans cieplny pomieszczeń. Wyliczenie stref projektowych rozpoczyna się od pompy lub źródła ciepła.
Przykładowe warunki początkowe
Aby uzyskać bardziej szczegółowe wyjaśnienie wszystkich szczegółów błędnego obliczenia hydraulicznego, bierzemy konkretny przykład zwykłej przestrzeni mieszkaniowej. Posiadamy klasyczne 2-pokojowe mieszkanie z domem panelowym o łącznej powierzchni 65, 54 m 2, które obejmuje dwa pokoje, kuchnię, oddzielną toaletę i łazienkę, podwójny korytarz, podwójny balkon.
Po uruchomieniu otrzymałem następujące informacje dotyczące gotowości mieszkania. Opisane mieszkanie obejmuje ściany z monolitycznymi konstrukcjami żelbetowymi poddanymi obróbce kitem i podkładem, okna z profilu z dwukomorowym szkłem, drzwi wewnętrzne wyciskane na korpus i płytki ceramiczne na podłodze w łazience.
Typowy 9-piętrowy dom z czterema wejściami. Na każdym piętrze znajdują się 3 apartamenty: jeden 2-pokojowy i 2 3-pokojowy. Mieszkanie znajduje się na piątym piętrze
Ponadto prezentowana obudowa jest już wyposażona w miedziane przewody, rozdzielacze i oddzielną osłonę, kuchenkę gazową, łazienkę, umywalkę, toaletę, podgrzewacz do ręczników, umywalkę.
A co najważniejsze w salonach, łazienkach i kuchni są już aluminiowe grzejniki grzejne. Pytanie dotyczące rur i kotła pozostaje otwarte.
Jak gromadzone są dane
Obliczenia hydrauliczne systemu opierają się głównie na obliczeniach związanych z obliczaniem ogrzewania na powierzchni pomieszczenia.
Dlatego konieczne jest posiadanie następujących informacji:
- obszar każdego pojedynczego pokoju;
- wymiary łączników okiennych i drzwiowych (drzwi wewnętrzne praktycznie nie mają wpływu na straty ciepła);
- warunki klimatyczne, cechy regionu.
Przejdziemy od następujących danych. Powierzchnia pokoju wspólnego wynosi 18, 83 m 2, sypialnia 14, 86 m 2, kuchnia 10, 46 m 2, balkon 7, 83 m 2 (łącznie), korytarz wynosi 9, 72 m 2 (łącznie), łazienka jest 3, 60 m 2, toaleta - 1, 5 m 2 . Drzwi wejściowe mają powierzchnię 2, 20 m 2, okno wystawowe świetlicy wynosi 8, 1 m 2, okno sypialni 1, 96 m 2, okno kuchenne wynosi 1, 96 m 2 .
Wysokość ścian mieszkania wynosi 2 metry 70 cm Ściany zewnętrzne wykonane są z betonu klasy B7 plus wewnętrzny tynk o grubości 300 mm. Ściany wewnętrzne i ścianki działowe - łożysko 120 mm, zwykłe - 80 mm. Podłoga i, odpowiednio, sufit z płyt betonowych klasy B15, grubość 200 mm.
Układ tego mieszkania zapewnia możliwość stworzenia pojedynczej gałęzi grzewczej przechodzącej przez kuchnię, sypialnię i salon, co zapewni średnią temperaturę 20-22⁰C w pokojach (+)
Co ze środowiskiem? Mieszkanie znajduje się w domu, który znajduje się w środku dzielnicy małego miasta. Miasto położone jest na pewnej nizinie, wysokość nad poziomem morza wynosi 130-150 m. Klimat jest umiarkowanie kontynentalny z chłodnymi zimami i raczej ciepłymi latami.
Średnia roczna temperatura + 7, 6 ° C Średnia temperatura w styczniu wynosi -6, 6 ° C, lipiec + 18, 7 ° C Wiatr ma 3, 5 m / s, średnia wilgotność wynosi 74%, a ilość opadów 569 mm.
Analizując warunki klimatyczne w regionie, należy zauważyć, że mamy do czynienia z dużym zakresem temperatur, co z kolei wpływa na specjalny wymóg dostosowania systemu ogrzewania mieszkania.
Moc generatora ciepła
Jednym z głównych elementów systemu grzewczego jest kocioł: elektryczny, gazowy, połączony - na tym etapie nie ma to znaczenia. Ponieważ jego główna cecha jest dla nas ważna - moc, czyli ilość energii na jednostkę czasu, która zostanie wydana na ogrzewanie.
Moc samego kotła jest określona przez poniższy wzór:
Wotla = (pokój) W / 10,
gdzie:
- Lokal S to suma obszarów wszystkich pomieszczeń wymagających ogrzewania;
- Woodel - gęstość mocy z uwzględnieniem warunków klimatycznych lokalizacji (dlatego konieczne było poznanie klimatu regionu).
To charakterystyczne, dla różnych stref klimatycznych mamy następujące dane:
- obszary północne - 1, 5 - 2 kW / m 2 ;
- strefa centralna - 1 - 1, 5 kW / m 2 ;
- południowe regiony - 0, 6 - 1 kW / m 2 .
Liczby te są dość arbitralne, ale mimo to dają wyraźną liczbową odpowiedź dotyczącą wpływu środowiska na system ogrzewania mieszkania.
Ta mapa pokazuje strefy klimatyczne o różnych temperaturach. Od lokalizacji mieszkania w stosunku do strefy i zależy od tego, ile trzeba wydać na ogrzewanie metra kwadratowego energii (+)
Suma powierzchni ogrzewanego mieszkania jest równa całkowitej powierzchni mieszkania i jest równa, tj. 65, 54-1, 80-6, 03 = 57, 71 m2 (minus balkon). Specyficzna moc kotła w regionie centralnym przy zimnej zimie wynosi 1, 4 kW / m2. Zatem w naszym przykładzie obliczona moc kotła grzewczego jest równoważna 8, 08 kW.
Dynamiczne parametry chłodziwa
Przechodzimy do kolejnego etapu obliczeń - analizy zużycia chłodziwa. W większości przypadków system ogrzewania mieszkań różni się od innych systemów - wynika to z liczby paneli grzewczych i długości rurociągu. Ciśnienie jest używane jako dodatkowa „siła napędowa” przepływająca pionowo przez system.
W prywatnych budynkach jedno- i wielokondygnacyjnych stosowane są stare budynki mieszkalne z panelami, wysokociśnieniowe systemy grzewcze, które umożliwiają transport czynnika przenoszącego ciepło do wszystkich części rozległego, wielopierścieniowego systemu grzewczego i podnoszą wodę na całą wysokość (do 14 piętra) budynku.
Natomiast typowe mieszkanie 2- lub 3-pokojowe z niezależnym ogrzewaniem nie ma tak wielu pierścieni i odgałęzień systemu, że zawiera nie więcej niż trzy obwody.
Oznacza to, że transport płynu chłodzącego następuje przez naturalny proces przepływu wody. Ale można również stosować pompy obiegowe, ogrzewanie zapewnia kocioł gazowy / elektryczny.
Zalecamy stosowanie pompy cyrkulacyjnej do ogrzewania pomieszczeń o powierzchni większej niż 100 m 2 . Możliwe jest zamontowanie pompy zarówno przed kotłem, jak i za nim, ale zwykle jest on ustawiony na „powrót” - temperatura nośnika jest niższa, przepływ powietrza jest mniejszy, żywotność pompy jest dłuższa
Eksperci w dziedzinie projektowania i instalacji systemów grzewczych określają dwa główne podejścia do obliczania objętości chłodziwa:
- W zależności od rzeczywistej pojemności systemu. Wszystkie objętości wgłębień, bez wyjątku, sumuje się tam, gdzie będzie przepływać strumień gorącej wody: suma poszczególnych sekcji rur, odcinków grzejników itp. Ale jest to dość czasochłonna opcja.
- Moc kotła. Tutaj opinie ekspertów bardzo się różniły, niektórzy twierdzą, że 10, a pozostałe 15 litrów na jednostkę mocy kotła.
Z pragmatycznego punktu widzenia należy wziąć pod uwagę fakt, że prawdopodobnie system grzewczy będzie nie tylko dostarczał ciepłą wodę do pomieszczenia, ale także podgrzewał wodę do kąpieli / prysznica, umywalki, zlewu i suszarki, a może także do hydromasażu lub jacuzzi. Ta opcja jest łatwiejsza.
Dlatego w takim przypadku zalecamy zainstalowanie 13, 5 litra na jednostkę mocy. Mnożąc tę liczbę przez moc kotła (8, 08 kW), otrzymujemy obliczoną objętość masy wody - 109, 08 litra.
Obliczona prędkość płynu chłodzącego w systemie jest parametrem, który pozwala wybrać konkretną średnicę rury dla systemu grzewczego.
Jest obliczany według następującego wzoru:
V = (0, 86 * W * k) / t-do,
gdzie:
- W - moc kotła;
- t oznacza temperaturę dostarczanej wody;
- do - temperatura wody w obiegu powrotnym;
- k - sprawność kotła (0, 95 dla kotła gazowego).
Podstawiając obliczone dane do wzoru, mamy: (0, 86 * 8080 * 0, 95) / 80-60 = 6601, 36 / 20 = 330 kg / h. Tak więc w ciągu godziny 330 l płynu chłodzącego (wody) jest przemieszczane w systemie, a pojemność systemu wynosi około 110 l.
Wyznaczanie średnicy rury
W celu ostatecznego określenia średnicy i grubości rur grzewczych pozostaje kwestia strat ciepła.
Maksymalna ilość ciepła opuszcza pomieszczenie przez ściany - do 40%, przez okna - 15%, podłoga - 10%, wszystko inne przez sufit / dach. W przypadku mieszkania straty są głównie charakteryzowane przez okna i moduły balkonowe.
Istnieje kilka rodzajów strat ciepła w ogrzewanych pomieszczeniach:
- Strata ciśnienia w rurze . Parametr ten jest wprost proporcjonalny do iloczynu określonej straty tarcia wewnątrz rury (dostarczonej przez producenta) i całkowitej długości rury. Ale biorąc pod uwagę obecne zadanie, takie straty można zignorować.
- Straty w głowicy przy lokalnych oporach rur - koszty ciepła w armaturze i urządzeniach wewnętrznych. Ale biorąc pod uwagę warunki problemu, niewielką liczbę okuć i liczbę grzejników, takie straty można pominąć.
- Straty ciepła na podstawie lokalizacji mieszkania . Istnieje inny rodzaj kosztów termicznych, ale są one bardziej związane z położeniem pokoju w stosunku do reszty budynku. W zwykłym mieszkaniu, które znajduje się w środku domu i sąsiaduje z lewą / prawą / górną / dolną częścią z innymi mieszkaniami, straty ciepła przez ściany boczne, sufit i podłogę są prawie równe „0”.
Możliwe jest uwzględnienie strat tylko w przedniej części mieszkania - na balkonie i centralnym oknie pokoju wspólnego. Ale to pytanie jest zamknięte przez dodanie 2-3 sekcji do każdego z grzejników.
Wartość średnicy rury jest dobierana w zależności od natężenia przepływu chłodziwa i prędkości jego cyrkulacji w linii grzewczej
Analizując powyższe informacje, warto zauważyć, że dla obliczonej prędkości gorącej wody w systemie grzewczym znana jest prędkość tabelaryczna ruchu cząstek wody względem ścianki rury w położeniu poziomym 0, 3-0, 7 m / s.
Aby pomóc kapitanowi, przedstawiamy tak zwaną listę kontrolną do wykonywania obliczeń dla typowego obliczenia hydraulicznego systemu ogrzewania:
- zbieranie danych i obliczanie mocy kotła;
- objętość i prędkość płynu chłodzącego;
- straty ciepła i średnica rury.
Czasami podczas błędnego obliczenia można uzyskać wystarczająco dużą średnicę rury, aby pokryć obliczoną objętość chłodziwa. Ten problem można rozwiązać przez zwiększenie przemieszczenia kotła lub dodanie dodatkowego zbiornika wyrównawczego.
Na naszej stronie znajduje się blok artykułów poświęconych obliczaniu systemu ogrzewania, radzimy przeczytać:
- Obliczenia termiczne systemu grzewczego: jak poprawnie obliczyć obciążenie systemu
- Obliczanie ogrzewania wody: wzory, zasady, przykłady realizacji
- Obliczenia termiczne budynku: specyfika i wzory do wykonywania obliczeń + przykłady praktyczne
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Cechy, zalety i wady naturalnych i wymuszonych obiegów chłodziwa dla systemów grzewczych:
Podsumowując całkowite obliczenia hydrauliczne, uzyskano specyficzne cechy fizyczne przyszłego systemu grzewczego.
Jest to oczywiście uproszczony schemat obliczeniowy, który podaje przybliżone dane dotyczące obliczeń hydraulicznych dla systemu ogrzewania typowego dwupokojowego mieszkania.
Próbujesz samodzielnie przeprowadzić obliczenia hydrauliczne systemu ogrzewania? A może nie zgadzają się z podanym materiałem? Czekamy na Twoje uwagi i pytania - blok informacji zwrotnych znajduje się poniżej.