Obliczenia hydrauliczne systemu grzewczego na konkretnym przykładzie

Ogrzewanie oparte na obiegu ciepłej wody to najczęstsza opcja aranżacji prywatnego domu.Do prawidłowego opracowania systemu niezbędne są wstępne wyniki analiz, tzw. obliczenia hydrauliczne systemu grzewczego, łączące ciśnienie we wszystkich odcinkach sieci ze średnicami rur.

W prezentowanym artykule szczegółowo opisano metodykę obliczeń. Aby lepiej zrozumieć algorytm działań, przyjrzeliśmy się procedurze obliczeniowej na konkretnym przykładzie.

Przestrzegając opisanej kolejności, możliwe będzie określenie optymalnej średnicy rurociągu, liczby urządzeń grzewczych, mocy kotła i innych parametrów systemu niezbędnych do zorganizowania efektywnego indywidualnego zaopatrzenia w ciepło.

Pojęcie obliczeń hydraulicznych

Czynnikiem decydującym w rozwoju technologicznym systemów grzewczych były zwykłe oszczędności energii. Chęć zaoszczędzenia pieniędzy zmusza nas do bardziej ostrożnego podejścia do projektowania, doboru materiałów, sposobów montażu i eksploatacji ogrzewania domu.

Dlatego jeśli zdecydujesz się stworzyć unikalny i przede wszystkim ekonomiczny system ogrzewania swojego mieszkania lub domu, zalecamy zapoznanie się z zasadami obliczeń i projektowania.

Przed zdefiniowaniem obliczeń hydraulicznych systemu należy jasno i wyraźnie zrozumieć, że indywidualny system ogrzewania mieszkania lub domu znajduje się, konwencjonalnie, o rząd wielkości wyżej w stosunku do systemu centralnego ogrzewania dużego budynku.

Osobisty system ogrzewania opiera się na zasadniczo odmiennym podejściu do koncepcji zasobów ciepła i energii.

Istota obliczeń hydraulicznych polega na tym, że natężenie przepływu chłodziwa nie jest ustalane z góry ze znacznym przybliżeniem do parametrów rzeczywistych, ale jest określane poprzez powiązanie średnic rurociągów z parametrami ciśnienia we wszystkich pierścieniach układu

Wystarczy przeprowadzić banalne porównanie tych systemów według poniższych parametrów.

1. Instalacja centralnego ogrzewania (kotłownia-dom-mieszkanie) oparta jest na standardowych rodzajach nośników energii - węgiel, gaz. W systemie autonomicznym można zastosować prawie każdą substancję o wysokim właściwym cieple spalania lub kombinację kilku materiałów płynnych, stałych lub ziarnistych.
2. DSP zbudowany jest na zwykłych elementach: metalowych rurach, „niezdarnych” bateriach, zaworach odcinających. Indywidualny system ogrzewania pozwala łączyć różnorodne elementy: wielosekcyjne grzejniki o dobrym przekazywaniu ciepła, zaawansowane technologicznie termostaty, różne rodzaje rur (PVC i miedź), krany, wtyczki, armatura i oczywiście własne, bardziej ekonomiczne kotły, pompy obiegowe.
3. Jeśli wejdziemy do mieszkania typowego domu z paneli wybudowanego 20-40 lat temu, zobaczymy, że instalacja grzewcza sprowadza się do obecności 7-sekcyjnej baterii pod oknem w każdym pomieszczeniu mieszkania plus pionowej rury przechodzącej przez cały dom (pion), za pomocą którego można „porozumiewać się” z sąsiadami z góry/z dołu. Autonomiczny system grzewczy (AHS) pozwala zbudować system o dowolnej złożoności, biorąc pod uwagę indywidualne życzenia mieszkańców mieszkania.
4. W przeciwieństwie do DSP, oddzielny system grzewczy uwzględnia dość imponującą listę parametrów wpływających na transfer, zużycie energii i straty ciepła. Warunki temperaturowe otoczenia, wymagany zakres temperatur w pomieszczeniach, powierzchnia i kubatura pomieszczenia, liczba okien i drzwi, przeznaczenie pomieszczeń itp.

Zatem obliczenia hydrauliczne systemu grzewczego (HRSO) są warunkowym zbiorem obliczonych charakterystyk systemu grzewczego, który dostarcza kompleksowej informacji o takich parametrach jak średnica rury, ilość grzejników i zawory.

Tego typu grzejniki instalowano w większości domów panelowych na obszarze poradzieckim. Oszczędności na materiałach i brak pomysłów projektowych są oczywiste

GRSO pozwala prawidłowo dobrać pompę z pierścieniem wodnym (kocioł grzewczy) do transportu gorącej wody do końcowych elementów instalacji grzewczej (grzejników) i w efekcie uzyskać najbardziej zrównoważony system, co bezpośrednio wpływa na inwestycje finansowe w ogrzewanie domu .

Inny rodzaj grzejnika do DSP. Jest to bardziej uniwersalny produkt, który może posiadać dowolną ilość żeberek. W ten sposób można zwiększyć lub zmniejszyć powierzchnię wymiany ciepła

Kolejność kroków obliczeniowych

Mówiąc o obliczeniach systemu grzewczego, zauważamy, że ta procedura jest najbardziej kontrowersyjna i ważna pod względem projektowym.

Przed wykonaniem obliczeń należy przeprowadzić wstępną analizę przyszłego systemu, na przykład:

• ustalić równowagę cieplną we wszystkich, a konkretnie w każdym pomieszczeniu w mieszkaniu;
• zatwierdza termostaty, zawory i regulatory ciśnienia;
• wybierz grzejniki, powierzchnie wymiany ciepła, panele wymiany ciepła;
• określić obszary układu z maksymalnym i minimalnym przepływem chłodziwa.

Ponadto konieczne jest określenie ogólnego schematu transportu chłodziwa: pełny i mały obwód, system jednorurowy Lub główny dwururowy.

W wyniku obliczeń hydraulicznych otrzymujemy kilka ważnych charakterystyk układu hydraulicznego, które dostarczają odpowiedzi na następujące pytania:

• jaka powinna być moc źródła ciepła;
• jakie jest natężenie przepływu i prędkość chłodziwa;
• jaka jest wymagana średnica głównego rurociągu grzewczego;
• jakie są możliwe straty ciepła i masa samego chłodziwa.

Kolejnym ważnym aspektem obliczeń hydraulicznych jest procedura równoważenia (łączenia) wszystkich części (odgałęzień) systemu w ekstremalnych warunkach termicznych za pomocą urządzeń sterujących.

Istnieje kilka głównych rodzajów produktów grzewczych: wielosekcyjne żeliwne i aluminiowe, panele stalowe, grzejniki bimetaliczne i kowektory. Ale najczęstsze są aluminiowe grzejniki wielosekcyjne

Strefę projektową magistrali rurociągu stanowi odcinek o stałej średnicy samego magistrali oraz stałym przepływie ciepłej wody, który określa wzór na bilans cieplny pomieszczeń. Lista stref projektowych zaczyna się od pompy lub źródła ciepła.

Przykładowe warunki początkowe

Aby uzyskać bardziej szczegółowe wyjaśnienie wszystkich szczegółów obliczeń hydraulicznych, weźmy konkretny przykład zwykłej przestrzeni życiowej. Posiadamy klasyczne 2 pokojowe mieszkanie w domu z paneli o powierzchni całkowitej 65,54 m2.²który obejmuje dwa pokoje, kuchnię, oddzielną toaletę i łazienkę, podwójny korytarz, podwójny balkon.

Po odbiorze otrzymaliśmy następującą informację dotyczącą gotowości mieszkania.W opisywanym mieszkaniu ściany wykonane są z konstrukcji żelbetowej monolitycznej, zagruntowanej szpachlą i podkładem, okna profilowe ze szkłem dwukomorowym, drzwi wewnętrzne tłoczone, na podłodze w łazience płytki ceramiczne.

Typowy 9-piętrowy dom panelowy z czterema wejściami. Na każdym piętrze znajdują się 3 mieszkania: jedno 2-pokojowe i dwa 3-pokojowe. Mieszkanie znajduje się na piątym piętrze

Dodatkowo prezentowana obudowa wyposażona jest już w okablowanie miedziane, rozdzielacze i osobny panel, kuchenkę gazową, wannę, umywalkę, toaletę, podgrzewany wieszak na ręczniki oraz zlew.

A co najważniejsze, w salonach, łazience i kuchni są już grzejniki aluminiowe. Pytanie dotyczące rur i kotła pozostaje otwarte.

Sposób gromadzenia danych

Obliczenia hydrauliczne systemu opierają się głównie na obliczeniach związanych z obliczaniem ogrzewania na podstawie powierzchni pomieszczenia.

Dlatego konieczne jest posiadanie następujących informacji:

• powierzchnia każdego pojedynczego pokoju;
• wymiary łączników okiennych i drzwiowych (drzwi wewnętrzne praktycznie nie mają wpływu na utratę ciepła);
• warunki klimatyczne, cechy regionu.

Zaczniemy od następujących danych. Powierzchnia pokoju wspólnego - 18,83 m², sypialnia - 14,86 m², kuchnia - 10,46m², balkon - 7,83 m² (suma), korytarz - 9,72 m² (ilość), łazienka - 3,60 m², toaleta - 1,5 m². Drzwi wejściowe - 2,20 m², witryna świetlicy - 8,1m², okno sypialni - 1,96 m², okno kuchenne - 1,96 m².

Wysokość ścian mieszkania wynosi 2 metry 70 cm, ściany zewnętrzne wykonane są z betonu klasy B7 plus tynk wewnętrzny o grubości 300 mm. Ściany wewnętrzne i ścianki działowe - nośne 120 mm, zwykłe - 80 mm. Podłoga i odpowiednio strop wykonane są z betonowych płyt podłogowych klasy B15 o grubości 200 mm.

Układ tego mieszkania zapewnia możliwość stworzenia jednej gałęzi grzewczej przechodzącej przez kuchnię, sypialnię i salon, co zapewni średnią temperaturę w pokojach 20-22⁰C (+)

A co ze środowiskiem? Mieszkanie znajduje się w domu położonym w środku dzielnicy małego miasteczka. Miasto położone jest na pewnej nizinie, wysokość nad poziomem morza wynosi 130-150 m. Klimat jest umiarkowany kontynentalny z chłodnymi zimami i dość ciepłymi latami.

Średnia roczna temperatura wynosi +7,6°C. Średnia temperatura w styczniu wynosi -6,6°C, w lipcu +18,7°C. Wiatr - 3,5 m/s, średnia wilgotność powietrza - 74%, opady 569 mm.

Analizując warunki klimatyczne regionu należy zauważyć, że mamy do czynienia z szerokim zakresem temperatur, co z kolei wpływa na szczególne wymagania dotyczące regulacji systemu ogrzewania mieszkania.

Moc generatora ciepła

Jednym z głównych elementów systemu grzewczego jest kocioł: elektryczny, gazowy, kombinowany - na tym etapie nie ma to znaczenia. Ponieważ ważna jest dla nas jego główna cecha - moc, czyli ilość energii na jednostkę czasu, która zostanie przeznaczona na ogrzewanie.

Moc samego kotła określa się według poniższego wzoru:

Wkocioł = (Sroom*Wshare) / 10,

Gdzie:

• Miejsce - suma powierzchni wszystkich pomieszczeń wymagających ogrzewania;
• Wdel — moc konkretna uwzględniająca warunki klimatyczne lokalizacji (dlatego konieczna była znajomość klimatu regionu).

Zazwyczaj dla różnych stref klimatycznych mamy następujące dane:

• regiony północne — 1,5 — 2 kW/m²;
• strefa centralna — 1 — 1,5 kW/m²;
• regiony południowe — 0,6 — 1 kW/m².

Liczby te są dość arbitralne, niemniej jednak dają jasną odpowiedź liczbową dotyczącą wpływu środowiska na system ogrzewania mieszkania.

Mapa pokazuje strefy klimatyczne o różnych reżimach temperaturowych. Położenie mieszkania względem strefy określa, ile energii należy wydać na ogrzanie metra kwadratowego kW energii (+)

Ilość powierzchni mieszkania, którą należy ogrzać, jest równa całkowitej powierzchni mieszkania i wynosi 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (minus balkon). Specyficzna moc kotła dla regionu centralnego z mroźnymi zimami wynosi 1,4 kW/m2. Zatem w naszym przykładzie obliczona moc kotła grzewczego odpowiada 8,08 kW.

Parametry dynamiczne chłodziwa

Przechodzimy do kolejnego etapu obliczeń – analizy zużycia chłodziwa. W większości przypadków system ogrzewania mieszkania różni się od innych systemów - wynika to z liczby paneli grzewczych i długości rurociągu. Ciśnienie służy jako dodatkowa „siła napędowa” pionowego przepływu przez system.

W prywatnych budynkach jedno- i wielopiętrowych, starych apartamentowcach z płyt stosuje się wysokociśnieniowe systemy grzewcze, które umożliwiają transport substancji wydzielającej ciepło do wszystkich sekcji rozgałęzionego, wielopierścieniowego systemu grzewczego i podniesienie wody do całą wysokość (do 14 piętra) budynku.

Wręcz przeciwnie, zwykłe mieszkanie 2- lub 3-pokojowe z autonomicznym ogrzewaniem nie ma tak różnorodnych pierścieni i odgałęzień systemu, obejmuje nie więcej niż trzy obwody.

Oznacza to, że transport chłodziwa odbywa się w oparciu o naturalny proces przepływu wody. Ale możesz też skorzystać pompy obiegowe, ogrzewanie zapewnia kocioł gazowo-elektryczny.

Do ogrzewania pomieszczeń większych niż 100 m zalecamy stosowanie pompy obiegowej². Pompę można zamontować przed lub za kotłem, jednak najczęściej montuje się ją po stronie „powrotnej” – niższa temperatura cieczy, mniejsza przewiewność, dłuższa żywotność pompy

Specjaliści w dziedzinie projektowania i montażu systemów grzewczych definiują dwa główne podejścia do obliczania objętości chłodziwa:

1. Zgodnie z rzeczywistą wydajnością systemu. Bez wyjątku sumowane są wszystkie objętości wnęk, w których przepływa przepływ gorącej wody: suma poszczególnych odcinków rur, odcinków grzejników itp. Ale jest to dość pracochłonna opcja.
2. Według mocy kotła. Tutaj opinie ekspertów znacznie się różnią, niektórzy mówią 10, inni 15 litrów na jednostkę mocy kotła.

Z pragmatycznego punktu widzenia należy wziąć pod uwagę fakt, że prawdopodobnie instalacja grzewcza będzie nie tylko dostarczać ciepłą wodę do pomieszczenia, ale także będzie podgrzewać wodę do wanny/prysznica, umywalki, zlewu i suszarki, a może i do hydromasaż lub jacuzzi. Ta opcja jest prostsza.

Dlatego w tym przypadku zalecamy ustawienie 13,5 litra na jednostkę mocy. Mnożąc tę ​​liczbę przez moc kotła (8,08 kW) otrzymujemy szacunkową objętość masy wody - 109,08 litrów.

Obliczona prędkość płynu chłodzącego w systemie jest właśnie parametrem, który pozwala dobrać określoną średnicę rury dla instalacji grzewczej.

Oblicza się go za pomocą następującego wzoru:

V = (0,86*W*k)/t-do,

Gdzie:

• W — moc kotła;
• T — temperatura dostarczanej wody;
• Do — temperatura wody w obiegu powrotnym;
• k — sprawność kotła (0,95 dla kotła gazowego).

Podstawiając obliczone dane do wzoru, otrzymujemy: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Zatem w ciągu godziny przez układ przepływa 330 litrów chłodziwa (wody), a pojemność układu wynosi około 110 litrów.

Określanie średnicy rury

Aby ostatecznie określić średnicę i grubość rur grzewczych, pozostaje omówić kwestię strat ciepła.

Maksymalna ilość ciepła opuszcza pomieszczenie przez ściany - do 40%, przez okna - 15%, podłogę - 10%, cała reszta przez strop/dach. Mieszkanie charakteryzuje się stratami głównie przez okna i moduły balkonowe

Istnieje kilka rodzajów strat ciepła w ogrzewanych pomieszczeniach:

1. Strata ciśnienia w rurociągu. Parametr ten jest wprost proporcjonalny do iloczynu strat tarcia właściwego wewnątrz rury (podanych przez producenta) i całkowitej długości rury. Ale biorąc pod uwagę obecne zadanie, takie straty można zignorować.
2. Strata ciśnienia przy lokalnych oporach rur — koszty ogrzewania w armaturze i wyposażeniu wewnętrznym. Biorąc jednak pod uwagę warunki problemu, niewielką liczbę zakrętów montażowych i liczbę grzejników, straty takie można pominąć.
3. Straty ciepła w zależności od lokalizacji mieszkania. Istnieje inny rodzaj kosztów cieplnych, ale jest on bardziej związany z położeniem pomieszczenia w stosunku do reszty budynku. W przypadku zwykłego mieszkania, które znajduje się pośrodku domu i sąsiaduje z innymi mieszkaniami po lewej/prawej/górze/dolu, straty ciepła przez ściany boczne, sufit i podłogę są prawie równe „0”.

Straty można uwzględnić jedynie przez frontową część mieszkania – balkon i środkowe okno świetlicy. Ale ten problem można rozwiązać, dodając 2-3 sekcje do każdego z grzejników.

Średnicę rury dobiera się w zależności od natężenia przepływu chłodziwa i prędkości jego cyrkulacji w magistrali grzewczej

Analizując powyższe informacje warto zauważyć, że dla obliczonej prędkości ciepłej wody w instalacji grzewczej, tabela prędkości ruchu cząstek wody względem ścianki rury w położeniu poziomym wynosi 0,3-0,7 m/s.

Aby pomóc mistrzowi, przedstawiamy tak zwaną listę kontrolną do wykonywania obliczeń dla typowych obliczeń hydraulicznych systemu grzewczego:

• zbieranie danych i obliczanie mocy kotła;
• objętość i prędkość chłodziwa;
• straty ciepła i średnica rury.

Czasami podczas wykonywania obliczeń można uzyskać średnicę rury wystarczająco dużą, aby pokryć obliczoną objętość chłodziwa. Problem ten można rozwiązać zwiększając pojemność kotła lub dodając dodatkowy zbiornik wyrównawczy.

Na naszej stronie znajduje się blok artykułów poświęconych obliczeniom instalacji grzewczej, polecamy zapoznać się z:

1. Obliczenia termiczne systemu grzewczego: jak poprawnie obliczyć obciążenie systemu
2. Obliczanie podgrzewania wody: wzory, zasady, przykłady realizacji
3. Obliczenia termotechniczne budynku: specyfika i wzory do wykonywania obliczeń + przykłady praktyczne

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Cechy, zalety i wady systemów naturalnego i wymuszonego obiegu chłodziwa w systemach grzewczych:

Podsumowując obliczenia hydrauliczne, uzyskano określone właściwości fizyczne przyszłego systemu grzewczego.

Oczywiście jest to uproszczony schemat obliczeń, który dostarcza przybliżonych danych dotyczących obliczeń hydraulicznych systemu grzewczego typowego mieszkania dwupokojowego.

Czy próbujesz samodzielnie wykonać obliczenia hydrauliczne swojej instalacji grzewczej? A może nie zgadzasz się z przedstawionym materiałem? Czekamy na Twoje uwagi i pytania – blok opinii znajduje się poniżej.