Гидравлический расчет системы отопления: главные цели и задачи выполнения данного действия

Расчет тепловой мощности системы отопления

Тепловая мощность системы отопления — это количество теплоты, которое необходимо выработать в доме для комфортной жизнедеятельности в холодное время года.

Теплотехнический расчет дома

Существует зависимость между общей площадью обогрева и мощностью котла. При этом, мощность котла должна быть больше или равняться мощности всех отопительных приборов (радиаторов). Стандартный теплотехнический расчет для жилых помещений следующий: 100 Вт мощности на 1 м² отапливаемой площади плюс 15 — 20 % запаса.

Расчет количества и мощности приборов отопления (радиаторов) необходимо проводить индивидуально для каждого помещения. Каждый радиатор имеет определенную тепловую мощность. В секционных радиаторах общая мощность складывается из мощности всех используемых секций.

В несложных отопительных системах приведенных способов расчета мощности бывает достаточно. Исключение — здания с нестандартной архитектурой, имеющие большие площади остекления, высокие потолки и другие источники дополнительных теплопотерь. В этом случае потребуется более детальный анализ и расчет с использованием повышающих коэффициентов.

Теплотехнический расчет с учетом тепловых потерь дома

Расчет тепловых потерь дома необходимо выполнять для каждого помещения в отдельности, с учетом окон, дверей и внешних стен.

Более детально для данных теплопотерь используют следующие данные:

• Толщину и материал стен, покрытий.
• Конструкцию и материал кровельного покрытия.
• Тип и материал фундамента.
• Тип остекления.
• Тип стяжек пола.

Для определения минимально необходимой мощности отопительной системы с учетом тепловых потерь можно воспользоваться следующей формулой:

Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860, где:

Qт — тепловая нагрузка на помещение.

V — объем обогреваемого помещения (ширина × длина × высота), м³.

ΔT — разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения, °C.

K — коэффициент тепловых потерь строения.

860 — перевод коэффициента в кВт×ч.

Коэффициент тепловых потерь строения K зависит от типа конструкции и изоляции помещения:

K	Тип конструкции
3 — 4	Дом без теплоизоляции — упрощенная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа.
2 — 2,9	Дом с низкой теплоизоляцией — упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши.
1 — 1,9	Средняя теплоизоляция — стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей.
0,6 — 0,9	Высокая теплоизоляция — улучшенная конструкция, кирпичные стены с теплоизоляцией, небольшое число окон, утепленный пол, кровельный пирог с высококачественной теплоизоляцией.

Разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения ΔT определяется исходя из конкретных погодных условий и требуемого уровня комфорта в доме. Например, если температура снаружи -20 °C, а внутри планируется +20 °C, то ΔT = 40 °C.

Начальные условия примера

Для более конкретного пояснения всех деталей гидравлического просчёта возьмем конкретный пример обычного жилищного помещения. В наличии имеем классическую 2-комнатную квартиру панельного дома, общей площадью 65,54 м2, которая включает две комнаты, кухню, раздельные туалет и ванная, двойной коридор, спаренный балкон.

После сдачи в эксплуатацию получили следующую информацию относительно готовности квартиры. Описываемая квартира включает обработанные шпаклевкой и грунтом стены из монолитных железо-бетонных конструкций, окна из профиля с двух камерными стеклами, тырсо-прессованные межкомнатные двери, керамическая плитка на полу санузла.

Типичный панельный 9-этажный дом на четыре подъезда. На каждом этаже по 3 квартиры: одна 2-комнатная и две 3-комнатных. Квартира расположена на пятом этаже

Кроме того, представленное жильё уже оснащено медной проводкой, распределителями и отдельным щитком, газовой плитой, ванной, умывальником, унитазом, полотенцесушителем, мойкой.

И самое главное в жилых комнатах, ванной и кухне уже имеются алюминиевые отопительные радиаторы. Вопрос относительно труб и котла остаётся открытым.

https://youtube.com/watch?v=YB1TyD3S1YY

Определение диаметра труб

Для окончательного определения диаметра и толщины отопительных труб осталось обсудить вопрос относительно потерь теплоты.

Максимальное количество тепла уходит из помещения через стены – до 40%, через окна – 15%, пол – 10%, всё остальное через потолок/крышу. Для квартиры характерны потери в основном через окна и балконные модули

Существует несколько видов потерь теплоты в отапливаемых помещениях:

1. Потери давления потока в трубе. Этот параметр прямо пропорционален произведению удельной потери на трение внутри трубы (предоставляет производитель) на общую длину трубы. Но учитывая текущую задачу такие потери можно не учитывать.
2. Потери напора на местных трубных сопротивлениях – издержки теплоты на фитингах и внутри оборудования. Но учитывая условия задачи, небольшое количество фитинг-изгибов и число радиаторов, такими потерями можно пренебречь.
3. Теплопотери исходя из расположения квартиры. Существует ещё один тип тепловых издержек, но они больше связаны с расположением помещения относительного остального здания. Для обычной квартиры, которая находиться в средине дома и соседствует слева/справа/сверху/снизу с другими квартирами, тепловые потери через боковые стены, потолок и пол практически равны “0”.

В расчёт можно только взять потери через фасадную часть квартиры – балкон и центральное окно общей комнаты. Но это вопрос закрывается за счёт дополнения 2-3 секций к каждому из радиаторов.

Значение диаметра труб подбирают по расходу теплоносителя и скорости его циркуляции в отопительной магистрали

Анализируя выше изложенную информацию, стоит отметить что для рассчитанной скорости горячей воды в системе отопления известна табличная скорость перемещения частиц воды относительно стенки трубы в горизонтальном положении 0,3-0,7 м/с.

В помощь мастеру представляем так называемый чек-лист проведения вычислений для типичного гидравлического расчёта системы отопления:

• сбор данных и расчёт мощности котла;
• объём и скорость теплоносителя;
• потери теплоты и диаметр труб.

Иногда при просчёте можно получить достаточно большой диаметр трубы, что бы перекрыть расчётный объём теплоносителя. Эту проблему можно решить увеличением литража котла или добавлением дополнительного расширительного бака.

На нашем сайте есть блок статей, посвященных расчету отопительной системы, советуем ознакомиться:

1. Тепловой расчёт системы отопления: как грамотно сделать расчет нагрузки на систему
2. Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения
3. Теплотехнический расчет здания: специфика и формулы выполнения вычислений + практические примеры

Динамические параметры теплоносителя

Переходим к следующему этапу расчетов – анализ потребления теплоносителя. В большинстве случаев система отопления квартиры отличается от иных систем – это связанно с количеством отопительных панелей и протяженностью трубопровода. Давление используется в качестве дополнительной “движущей силы” потока вертикально по системе.

В частных одно- и многоэтажных домах, старых панельных многоквартирных домах применяются системы отопления с высоким давлением, что позволяет транспортировать теплоотдающее вещество на все участки разветвлённой, многокольцевой системы отопления и поднимать воду на всю высоту (до 14-ого этажа) здания.

Напротив, обычная 2- или 3- комнатная квартира с автономным отоплением не имеет такого разнообразия колец и ветвей системы, она включает не более трех контуров.

А значит и транспортировка теплоносителя происходит с помощью естественного процесса протекания воды. Но также можно использовать циркуляционные насосы, нагрев обеспечивается газовым/электрическим котлом.

Рекомендуем применять циркуляционный насос для отопления помещений более 100 м2. Монтировать насос можно как до так и после котла, но обычно его ставят на “обратку” – меньше температура носителя, меньше завоздушенность, больше срок эксплуатации насоса

Специалисты в сфере проектирования и монтажа систем отопления определяют два основных подхода в плане расчёта объёма теплоносителя:

1. По фактической емкости системы. Суммируются все без исключения объёмы полостей, где будет протекать поток горячей воды: сумма отдельных участков труб, секций радиаторов и т.д. Но это достаточно трудоёмкий вариант.
2. По мощности котла. Здесь мнения специалистов разошлись очень сильно, одни говорят 10, другие 15 литров на единицу мощности котла.

С прагматичной точки зрения нужно учитывать, тот факт что наверное система отопления будет не только подавать горячую воду для комнаты, но и нагревать воду для ванной/душа, умывальника, раковины и сушилки, а может и для гидромассажа или джакузи. Этот вариант попроще.

Поэтому в данном случае рекомендуем установить 13,5 литров на единицу мощности. Умножив этот число на мощность котла (8,08 кВт) получаем расчётный объём водяной массы – 109,08 л.

Вычисляемая скорость теплоносителя в системе является именно тем параметром, который позволяет подбирать определённый диаметр трубы для системы отопления.

Она высчитывается по следующей формуле:

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

где:

• W – мощность котла;
• t – температура подаваемой воды;
• to – температура воды в обратном контуре;
• k – кпд котла (0,95 для газового котла).

Подставив в формулу расчетные данные, имеем: (0.86 * 8080* 0.95)/80-60 = 6601,36/20=330кг/ч. Таким образом за один час в системе перемещается 330 л теплоносителя (воды), а ёмкость системы около 110 л.

Расчёт объема воды и вместительность расширительного бака

Объем расширительного бачка должен равняться 1/10 всего объема жидкости

Для расчета рабочих характеристик расширительного бачка, обязательного для любой системы отопления закрытого типа, потребуется разобраться с явлением увеличения объема жидкости в ней. Этот показатель оценивается с учетом изменения основных рабочих характеристик, включая колебания ее температуры. Она в этом случае изменяется в очень широком диапазоне – от комнатных +20 градусов и вплоть до рабочих значений в пределах 50-80 градусов.

Вычислить объем расширительного бака удастся без лишних проблем, если воспользоваться проверенной на практике приблизительной оценкой. Она основана на опыте эксплуатации оборудования, согласно которому объем расширительного бачка составляет примерно одну десятую часть от общего количества теплоносителя, циркулирующего в системе

При этом во внимание принимаются все ее элементы, включая отопительные радиаторы (батареи), а также водяную рубашку котельного агрегата. Для определения точного значения искомого показателя потребуется взять паспорт эксплуатируемого оборудования и найти в нем пункты, касающиеся емкости батарей и рабочего бака котла. После их определения излишки теплоносителя в системе найти совсем несложно

Для этого сначала вычисляется площадь поперечного сечения полипропиленовых труб, а затем полученное значение умножается на длину трубопровода. После суммирования по всем веткам отопительной системы к ним добавляются взятые из паспорта цифры для радиаторов и котла. От итоговой суммы затем отсчитывается одна десятая часть

После их определения излишки теплоносителя в системе найти совсем несложно. Для этого сначала вычисляется площадь поперечного сечения полипропиленовых труб, а затем полученное значение умножается на длину трубопровода. После суммирования по всем веткам отопительной системы к ним добавляются взятые из паспорта цифры для радиаторов и котла. От итоговой суммы затем отсчитывается одна десятая часть.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin

Инструменты в Главном меню программы Valtec

У Valtec, как и у любой другой программы, вверху расположено главное меню.

Кликаем на кнопку «Файл» и в открывшемся подменю видим стандартные инструменты, известные любому пользователю компьютера по другим программам:

Запускается программа «Калькулятор», встроенная в Windows – для выполнения расчётов:

С помощью «Конвертера» мы будем переводить одни единицы измерения в другие:

Здесь три столбца:

В крайнем левом выбираем ту физическую величину, с которой работаем, например, давление. В среднем столбце – единицу, из которой нужно перевести (например, Паскали – Па), а в правом – в которую нужно перевести (например, в атмосферы технические). В левом верхнем углу калькулятора есть две строки, в верхнюю будем вбивать полученное при расчетах значение, а в нижней будет сразу отображаться перевод в требуемые единицы измерения… Но обо всём этом поговорим в своё время, когда дойдёт до практики.

А пока продолжаем знакомиться с меню «Инструменты». «Генератор бланков»:

Это нужно для проектировщиков, выполняющих проекты на заказ. Если мы делаем отопление только в своём доме, то «Генератор бланков» нам без надобности.

Следующая кнопка в главном меню программы Valtec – «Стили»:

Она для управления внешним видом окна программы – подстраивает под то программное обеспечение, которое установлено на вашем компьютере. По мне так ненужный прибамбас, т. к. я из тех, для кого главное не «шашечки», а доехать. А вы для себя решайте сами.

Рассмотрим более подробно инструменты, находящиеся под этой кнопкой.

В «Климатологии» выбираем район строительства:

Потери тепла в доме зависят не только от материалов стен и прочих конструкций, а и от климата местности, где здание находится. Следовательно, и требования к системе отопления зависят от климата.

В левой колонке находим район, в котором живём (республику, область, край, город). Если нашего населённого пункта здесь нет, то выбираем ближайший.

“Материалы”. Здесь перечислены параметры разных строительных материалов, применяемых в конструкциях домов. Именно поэтому при сборе исходных данных (см. предыдущие материалы по проектированию) мы перечисляли материалы стен, полов, потолков:

Инструмент «Проёмы». Здесь сведения по дверным и оконным проёмам:

«Трубы». Здесь собраны сведения о параметрах труб, применяемых в системах отопления: размеры внутренние, наружные, коэффициенты сопротивления, шероховатость внутренних поверхностей:

Это нам понадобится при гидравлических расчётах – для определения мощности циркуляционного насоса .

“Теплоносители”. Собственно, здесь ничего кроме характеристик тех теплоносителей, которые могут быть залиты в систему отопления дома:

Эти характеристики – теплоёмкость, плотность, вязкость.

Не всегда в качестве теплоносителя используют воду, бывает, что в систему заливают антифризы, называемые в простонародии “незамерзайками”. О выборе теплоносителя поговорим в отдельной статье.

“Потребители” для расчета системы отопления не нужны, т. к. этот инструмент для расчётов систем водоснабжения:

«КМС» (коэффициенты местного сопротивления):

Любой отопительный прибор (радиатор, вентиль, термостат и пр.) создаёт сопротивление для движения теплоносителя, и эти сопротивления нужно учесть, чтобы правильно подобрать мощность циркуляционного насоса.

“Приборы по DIN”. Это, как и «Потребители», больше касается систем водоснабжения:

Методика расчета отопления дома

Чтобы самостоятельно рассчитать теплопотери дома, нужно воспользоваться одним из следующих наборов формул:

1. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций определяется по формуле R = B / K, где R — тепловое сопротивление; K – коэффициент тепловой проводимости материалов; В — толщина строительного материала. Определив сопротивление теплопередаче можно приступить к расчету непосредственно теплопотери дома Q = S × dT / R, где Q — это теплопотеря; S — площадь ограждающей конструкции; dT — разница температур внутри и снаружи помещения; R — сопротивление теплопередаче.
2. Более точное значение теплопотерь дома можно получить по формуле Q = 0,1 × Sk × k1 × … × kn, где Q — теплопотеря дома; Sk — площадь помещения; k1 — kn — поправочные коэффициенты для корректировки результата с учетом особенностей помещения; 0,1 — базовое значение удельной тепловой мощности = 100 Вт = 0,1 кВт.

В представленном выше калькуляторе отопления дома использована вторая формула с поправочными коэффициентами. Рассмотрим подробно каждый коэффициент.

к1 коэффициент, учитывающий качество остекления:

Конструкция окна (стеклопакета)	Значение k1
В помещении нет окон	0,6
Тройной стеклопакет	0,85
Двойной стеклопакет	1,0
Обычное (двойное) остекление	1,27

к2 коэффициент, учитывающий качество теплоизоляции стен:

Теплоизоляция внешних стен помещения	Значение k2
Хорошая теплоизоляция	0,85
Средняя теплоизоляция (два кирпича или 200 мм дерева)	0,85
Плохая теплоизоляция	1,27

к3 коэффициент, учитывающий площадь остекления помещения:

Площадь остекления в зависимости от площади помещения	Значение k3
10%	0,8
20%	0,9
30%	1,0
40%	1,1
50%	1,2

к4 коэффициент, учитывающий разность температур внутри и снаружи помещения:

Температура снаружи помещения	Значение k4
-10°C	0,7
-15°C	0,7
-20°C	1,1
-25°C	1,3
-30°C	1,5
-35°C	1,7

к5 коэффициент, учитывающий число стен в помещении выходящих на улицу:

Количество стен выходящих на улицу	Значение k5
Одна стена	1,0
Две стены	1,2
Три стены	1,3
Четыре стены	1,4

к6 коэффициент, учитывающий помещения над рассчитываемым:

Помещение над рассчитываемым	Значение k6
Обогреваемое помещение	0,8
Теплый чердак	0,9
Холодный чердак	1,0

к7 коэффициент, учитывающий высоту помещения:

Высота помещения	Значение k7
2,5 метра	1,0
3,0 метра	1,05
3,5 метра	1,1
4,0 метра	1,15
4,5 метра	1,2

Выбрав соответствующие параметры помещения можно с легкостью рассчитать теплопотери каждого помещения. Суммируя показатели каждого помещения, вы получите общие теплопотери дома. Остается только определится с мощностью (теплопроизводительностью) котла. Для этого к общим теплопотерям дома необходимо добавить 15 — 20 % резерв. Эта упрощенная методика применена в рассмотренном выше калькуляторе расчета отопления дома.

Есть и другой способ подбора мощности отопительного котла. По нормативам СНиП на каждые 10 м² используется 1 кВт мощности с учетом 10% запаса. Такой вариант расчетов возможен только для стандартных помещений с хорошей теплоизоляцией и высотой потолков не выше 3 м. Для более точных расчетов используется формула:

MK = S × YMK / 10 (кВт), где:

• MK — мощность котла.
• S — площадь отапливаемого помещения.
• УМК — удельная мощность котла на 10 м² площади дома, которая рассчитывается в соответствии с климатическими условиями в конкретном регионе.
• Деление на 10 производится, так как УМК дается на 10 м² площади.

Удельная мощность котла с учетом климатических зон:

Регионы	УМК
Южные регионы	0,7 — 0,9 кВт
Регионы с умеренным климатом (средняя полоса)	1,0 — 1,2 кВт
Москва и Подмосковье	1,2 — 1,5 кВт
Северные регионы	1,5 — 2,0 кВт

Выбор радиаторов и длины участков трубопровода

Необходимо определиться с видом устройств для отопления и проставить места их расположение на плане помещения. Далее должно быть принято решение об итоговой конфигурации отопительной системы, вида трубопровода (однотрубный или двухтрубный), арматуры для запора и регулирования (клапана, регуляторы, вентили, датчики давления, расхода и температуры).

Затем на вычерченной схеме указывается номер тепловых нагрузок и точная длина участков, для которых производится расчет. В заключении определяется «циркулирующее кольцо». Оно представляет собой контур замкнутого вида, который включает в себя все последовательные трубопроводные участки, на которых ожидается повышенный расход носителя тепла на расстоянии от источника, излучающего теплоэнергию, до самого дальнего прибора отопления (при двухконтурной системе) или до приборной ветки (при однотрубной системе) и назад к отопительному механизму.

Наглядный пример вычисления для одно (горизонтальной) и двухтрубной системы отопления: сопротивление в трубопроводе

Пример расчета отображает процедуру выполнения гидравлического вычисления. Подбирается участок трубопроводной системы, имеющий значительные тепловые потери. Для примера используется простая схема отопления. Она содержит котел и батареи. В конструкции 10 радиаторов.

Предварительно схема разбивается на участки. На каждом участке сечение труб не меняется. К первому участку относится трубопроводная линия от котла до первого прибора. Второй включает расстояние между первой и второй батареей. Остальные делятся аналогичным образом.

Температура в радиаторах снижается следующим образом. В первом приборе теплоноситель отдает часть тепла, которое уменьшается на 1 кВт. При этом на первом отрезке тепловая энергия имеет значение в 10 кВт, а затем понижается.

Расход теплоносителя считается по следующей формуле: Q=(3.6*Qуч)/(с*(tr-to)).

При этом Qуч – это значение тепловой нагрузки заданного отрезка, с –это удельная теплоемкость воды. Данный показатель имеет постоянное значение. Это 4,2 кДж/кг*с.

tr – это температура жидкости на входе в участок, а to – это температура на выходе.

Существует оптимальная скорость перемещения горячей жидкости внутри системы. Это значение равняется 0,2-0,7м/с. Если цифра снизится, то в конструкции образуются пробки из воздуха.

Для точного расчета скорости стоит учесть материал, из которого изготовлена водопроводная линия. На скорость влияет шероховатость внутренней поверхности изделия.

Для выбора контура рассматривается по отдельности однотрубная и двухтрубная схема.

В первом случае для расчета выбирается стояк с самым большим количеством оборудования. В двухконтурной конструкции для расчета выбирается нагруженный контур. На его основе выполняется вычисление, так как в данном элементе сопротивление выше, чем в остальных.

Для определения размера трубопровода применяется специальная смета. При этом все отрезки схемы суммируются. Теплоотдача трубопроводной линии равняется тепловой энергии, которую выделяет теплоноситель на определенном участке конструкции.

При планировании строительства дома и выполнении отопительного проекта рекомендуется воспользоваться специальным программным обеспечением, которое позволяет просчитать тепловые и гидравлические показатели конструкции с высокой точностью.

Выполнение правильных расчетов влияет на эффективность работы системы регулирования. Сделать гидравлический расчет отопления в частном доме сможет только хороший специалист.

Расчет мощности котла и теплопотерь.

Собрав все необходимые показатели, приступайте к калькуляции. Конечный результат укажет количество расходуемого тепла и сориентирует вас на выбор котла. При расчете теплопотерь за основу берутся 2 величины:

1. Разница температуры снаружи и внутри здания (ΔT);
2. Теплозащитные свойства объектов дома (R);

Для выявления расхода тепла ознакомимся с показателями сопротивления теплопередачи некоторых материалов

Таблица 1. Теплозащитные свойства стен

Материал и толщина стены	Сопротивление теплопередаче
Кирпичная стена толщина в 3 кирпича (79 сантиметров) толщина в 2.5 кирпича (67 сантиметров) толщина в 2 кирпича (54 сантиметров) толщина в 1 кирпича (25 сантиметров)	0.592 0.502 0.405 0.187
Сруб из бревна Ø 25 Ø 20	0.550 0.440
Сруб из бруса Толщина 20см. Толщина 10см.	0.806 0.353
Каркасная стена (доска +минвата + доска) 20 см.	0.703
Стена из пенобетона 20см. 30см.	0.476 0.709
Штукатурка (2-3 см)	0.035
Потолочное перекрытие	1.43
Деревянные полы	1.85
Двойные деревянные двери	0.21

Данные в таблице указаны с температурной разницей 50 °(на улице -30°,а в помещение +20°)

Таблица 2. Тепловые расходы окон

Тип окна	RT	q. Вт/	Q. Вт
Обычное окно с двойными рамами	0.37	135	216
Стеклопакет (толщина стекла 4 мм) 4-16-4 4-Ar16-4 4-16-4К 4-Ar16-4К	0.32 0.34 0.53 0.59	156 147 94 85	250 235 151 136
Двухкамерный стеклопакет 4-6-4-6-4 4-Ar6-4-Ar6-4 4-6-4-6-4К 4-Ar6-4-Ar6-4К 4-8-4-8-4 4-Ar8-4-Ar8-4 4-8-4-8-4К 4-Ar8-4-Ar8-4К 4-10-4-10-4 4-Ar10-4-Ar10-4 4-10-4-10-4К 4-Ar10-4-Ar10-4К 4-12-4-12-4 4-Ar12-4-Ar12-4 4-12-4-12-4К 4-Ar12-4-Ar12-4К 4-16-4-16-4 4-Ar16-4-Ar16-4 4-16-4-16-4К 4-Ar16-4-Ar16-4К	0.42 0.44 0.53 0.60 0.45 0.47 0.55 0.67 0.47 0.49 0.58 0.65 0.49 0.52 0.61 0.68 0.52 0.55 0.65 0.72	119 114 94 83 111 106 91 81 106 102 86 77 102 96 82 73 96 91 77 69	190 182 151 133 178 170 146 131 170 163 138 123 163 154 131 117 154 146 123 111

RT — сопротивление теплопередачи;

1. Вт/м^2 – количество тепла, которое расходуется на один кв. м. окна;

четные цифры указывают на воздушное пространство в мм;

Ar — зазор в стеклопакете заполнен аргоном;

К – окно имеет наружное тепловое покрытие.

Имея в наличии стандартные данные о теплозащитных свойствах материалов, и определив перепад температур легко рассчитать тепловые потери. На пример:

Снаружи — 20°С., а внутри +20°С. Стены построены из бревна диаметром 25см. В этом случае

R = 0.550 °С· м2/ Вт. Тепловой расход будет равен 40/0.550=73 Вт/ м2

Теперь можно приступить к выбору источника тепла. Существуют несколько видов котлов:

• Электрические котлы;
• Газовые котлы
• Нагреватели на твердом и жидком топливе
• Гибридные (электрические и на твердом топливе)

Перед тем как приобрести котел, вы должны знать, какая мощность потребуется для поддержания благоприятной температуры в доме. Для этого существуют два способа определения:

1. Расчет мощности по площади помещений.

По статистике принято считать, что для нагрева 10 м2 требуется 1 кВт теплоэнергии. Формула применима в случае, когда высота потолка не более 2,8 м и дом средне утеплен. Суммируем площадь всех комнат.

Получаем, что W=S×Wуд/10, где W- мощность теплогенератора, S-общая площадь здания, а Wуд является удельной мощность, которая в каждом климатическом поясе своя. В южных регионах она 0,7-0,9 кВт, в центральных 1-1,5 кВт, а на севере от 1,5 кВт до 2 кВт. Допустим, котел в доме площадью 150 кв.м, который находится в средних широтах должен обладать мощностью 18-20кВт. Если потолки выше стандартных 2,7м, например, 3м, в этом случае 3÷2,7×20=23 (округляем)

1. Расчет мощности по объему помещений.

Этот тип вычислений можно произвести, придерживаясь строительных норм и правил. В СНиП прописан расчет мощности отопления в квартире. Для кирпичного дома на 1 м3 приходится 34 Вт, а в панельном – 41 Вт. Объем жилья определяется умножением площади на высоту потолка. Например, площадь апартаментов 72 кв.м., а высота потолков 2,8 м. Объем будет равен 201,6 м3. Так, для квартиры в кирпичном доме мощность котла будет равна 6,85 кВт и 8,26 кВт в панельном. Правка возможна в следующих случаях:

• На 0.7, когда этажом выше или ниже находится неотапливаемая квартира;
• На 0.9, если ваша квартира на первом или последнем этаже;
• Коррекция производится при наличии одной внешней стены на 1,1, две – на 1,2.

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.

Ячейка	Величина	Значение, обозначение, единица выражения
D4	45,000	Расход воды G в т/час
D5	95,0	Температура на входе tвх в °C
D6	70,0	Температура на выходе tвых в °C
D7	100,0	Внутренний диаметр d, мм
D8	100,000	Длина, L в м
D9	1,000	Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
D10	1,89	Сумма коэф. местных сопротивлений – Σ(ξ)

• 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.

Ячейка	Алгоритм	Формула	Результат	Значение результата
D12	!ERROR! D5 does not contain a number or expression	tср=(tвх+tвых)/2	82,5	Средняя температура воды tср в °C
D13	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)	0,003368	Кинематический коэф. вязкости воды – n, cм2/с при tср
D14	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000	0,970	Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	G’=G*1000/(ρ*60)	773,024	Расход воды G’, л/мин
D16	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600)	1,640	Скорость воды v, м/с
D17	!ERROR! D16 does not contain a number or expression	Re=v*d*10/n	487001,4	Число Рейнольдса Re
D18	!ERROR! Cell D17 does not exist	λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000 λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000	0,035	Коэффициент гидравлического трения λ
D19	!ERROR! Cell D18 does not exist	R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d)	0,004645	Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20	!ERROR! Cell D19 does not exist	dPтр=R*L	0,464485	Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21	!ERROR! Cell D20 does not exist	dPтр=dPтр*9,81*10000	45565,9	и Па соответственно D20
D22	!ERROR! D10 does not contain a number or expression	dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)	0,025150	Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23	!ERROR! Cell D22 does not exist	dPтр=dPмс*9,81*10000	2467,2	и Па соответственно D22
D24	!ERROR! Cell D20 does not exist	dP=dPтр+dPмс	0,489634	Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25	!ERROR! Cell D24 does not exist	dP=dP*9,81*10000	48033,1	и Па соответственно D24
D26	!ERROR! Cell D25 does not exist	S=dP/G2	23,720	Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

• 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.

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

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

Исходные данные:

• длина трубы100 метров;
• ø108 мм;
• толщина стенки 4 мм.

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

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.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.

Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.

В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.

2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:

а) заданный расход воды;

б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце R_ср.

Для расчета R_cp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.

3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле

, (5.1)

где— давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное

, (5.2)

где

— сумма длин участков главного циркуляционного кольца;

— естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как

, (5.3)

где— расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение коэффициента можно определить из табл.5.1.

Таблица 5.1 — Значение в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления

(),C	, кг/(м3К)
85-65	0,6
95-70	0,64
105-70	0,66
115-70	0,68

— естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубопроводах .

В насосных системах с нижней разводкой величинойможно пренебречь.

1. Определяются удельные потери давления на трение

, (5.4)

где к=0,65 определяет долю потерь давления на трение.

5. Расход воды на участке определяется по формуле

(5.5)

гдеQ – тепловая нагрузка на участке, Вт:

(t_г — t_о) – разность температур теплоносителя.

6. По величинамиподбираются стандартные размеры труб .

6. Для выбранных диаметров трубопроводов и расчетных расходов воды определяется скорость движения теплоносителя v и устанавливаются фактические удельные потери давления на трение R_ф.

При подборе диаметров на участках с малыми расходами теплоносителя могут быть большие расхождения междуи. Заниженные потерина этих участках компенсируются завышением величинна других участках.

7. Определяются потери давления на трение на расчетном участке, Па:

. (5.6)

Результаты расчета заносят в табл.5.2.

8. Определяются потери давления в местных сопротивлениях, используя или формулу:

, (5.7)

где— сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке .

Значение ξ на каждом участке сводят в табл. 5.3.

Таблица 5.3 — Коэффициенты местных сопротивлений

№ п/п	Наименования участков и местных сопротивлений	Значения коэффициентов местных сопротивлений	Примечания

9. Определяют суммарные потери давления на каждом участке

. (5.8)

10. Определяют суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях в главном циркуляционном кольце

. (5.9)

11. Сравнивают Δр с Δр_р. Суммарные потери давления по кольцу должны быть меньше величины Δр_р на

. (5.10)

Запас располагаемого давления необходим на неучтенные в расчете гидравлические сопротивления.

Если условия не выполняются, то необходимо на некоторых участках кольца изменить диаметры труб.

12. После расчета главного циркуляционного кольца производят увязку остальных колец. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные не общие участки, параллельно соединенные с участками основного кольца.

Невязка потерь давлений на параллельно соединенных участках допускается до 15% при тупиковом движении воды и до 5% – при попутном.

Таблица 5.2 — Результаты гидравлического расчета для системы отопления

На схеме трубопровода

По предварительному расчету

По окончательному расчету

Номер участка

Тепловая нагрузка Q, Вт

Расход теплоносителя G, кг/ч

Длина участка l,м

Диаметрd, мм

Скоростьv, м/с

Удельные потери давления на трение R, Па/м

Потери давления на трение Δртр, Па

Сумма коэффициентов местных сопротивлений∑ξ

Потери давления в местных сопротивлениях Z

d, мм

v, м/с

R, Па/м

Δртр, Па

∑ξ

Z, Па

Rl+Z, Па

Занятие 6