Большинство современных промышленных и жилых объектов обогревается в зимнее время за счет подключения к уже подведенному к ним централизованному теплоснабжению. Но нередки случаи, когда для обогрева жилых пространств применяются независимые (автономные) источники. При их самостоятельном монтаже не обойтись без предварительного гидравлического расчета отопления, проводимого для всего комплекса в целом.
Расчёт гидравлики отопительных каналов
Гидравлический расчет системы отопления обычно сводится к подбору диаметров труб, проложенных на отдельных участках сети. При его проведении обязательно учитываются следующие факторы:
- величина давления и его перепады в трубопроводе при заданной скорости циркуляции теплоносителя;
- его предполагаемый расход;
- типовые размеры используемых трубных изделий.
При расчете первого из этих параметров важно принять во внимание мощность насосного оборудования. Ее должно хватать для преодоления гидравлического сопротивления отопительных контуров. При этом решающее значение имеет суммарная длина полипропиленовых труб, с увеличением которой растет общее гидравлическое сопротивление систем в целом. По результатам проведенного расчета определяются показатели, необходимые для последующего монтажа отопительной системы и соответствующие требованиям действующих нормативов.
Расчёт параметров теплоносителя
Расчет теплоносителя сводится к определению следующих показателей:
- скорость движения водных масс по трубопроводу с заданными параметрам;
- их средняя температура;
- расход носителя, связанный с требованиями к производительности отопительного оборудования.
При определении всех перечисленных параметров, касающихся непосредственно теплоносителя, обязательно учитывается гидравлическое сопротивление трубы. Принимается во внимание и наличие элементов запорной арматуры, являющихся серьезным препятствием свободному перемещению носителя. Особенно важен этот момент для систем отопления, в состав которых входят термостатические и теплообменные приборы.
Известные формулы расчета параметров теплоносителя (с учетом гидравлики) достаточно сложны и неудобны в практическом применении. В онлайн калькуляторах используется упрощенный подход, позволяющий получить результат с допустимой для этого способа погрешностью. Тем не менее перед началом монтажа важно побеспокоиться о том, чтобы приобрести насос с показателями не ниже расчетных. Лишь в этом случае появляется уверенность в том, что требования к системе по этому критерию выполнены в полной мере и что она способна обогреть помещение до комфортных температур.
Расчёт сопротивления системы и подбор циркуляционного насоса
При расчете гидравлического сопротивления системы отопления исключается вариант естественной циркуляции теплоносителя по ее контурам. Рассматривается лишь случай принудительной прогонки по тепловым контурам разветвленной сети отопительных труб. Чтобы система работала с заданной эффективностью, потребуется образец насоса, заведомо гарантирующий нужный напор. Эта величина обычно представляется как объем прокачки теплоносителя в выбранную единицу времени.
Для определения суммарной величины сопротивления, вызванного сцеплением частиц воды с внутренними поверхностями труб в магистралях, применяется следующая формула: R = 510 4 V 1.9 / d 1,32 (Па/м). Значок V в этом соотношении соответствует скорости движения потока. При проведении самостоятельных вычислений всегда предполагается, что эта формула действительна лишь для скоростей не более 1,25 метра/сек. Если пользователю известна величина текущего расхода ГСВ, допускается воспользоваться приблизительной оценкой, позволяющей определить внутреннее сечение труб из полипропилена.
По завершении основных вычислений следует обратиться к особой таблице, в которой указываются примерные сечения трубных проходов в зависимости от полученных при расчете цифр. Наиболее сложным и затратным по времени является процедура определения гидравлического сопротивления в следующих участках действующего трубопровода:
- в зонах сопряжения его отдельных элементов;
- в обслуживающих отопительную систему клапанах;
- в задвижках и контрольных приборах.
После того как все искомые параметры, касающиеся рабочих характеристик теплоносителя, найдены, переходят к определению всех остальных показателей системы.
Расчёт объема воды и вместительность расширительного бака
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.
Если, к примеру, полученная вместимость для бытовой системы составила около 150 литров, оценочная емкость расширительного бака будет равна примерно 15 литрам.
Определение потерь давления в трубах
Сопротивление потерь давления в контуре, по которому циркулирует теплоноситель, определяется как их суммарное значение для всех отдельных составляющих. К последним относят:
- потери в первичном контуре, обозначаемые как ∆Plk;
- местные издержки теплоносителя (∆Plм);
- падение давления в особых зонах, называемых «генераторами тепла» под обозначением ∆Pтг;
- потери внутри встроенной теплообменной системы ∆Pто.
После суммирования этих величин получается искомый показатель, характеризующий полное гидравлическое сопротивление системы ∆Pсо.
Помимо этого обобщенного метода существуют другие способы, позволяющие определить потери напора в трубах из полипропилена. Один из них основан на сравнении двух показателей, привязанных к началу и концу трубопровода. В этом случае вычислить потерю давления можно простым вычитанием начального и конечного его значений, определяемых по двум манометрам.
Еще один вариант вычисления искомого показателя основан на применении более сложной формулы, учитывающей все факторы, которые влияют на характеристики теплового потока. Приводимое ниже соотношение в первую очередь учитывает потерю напора жидкости из-за большой длины трубопровода.
- h – потери напора жидкости, в исследуемом случае измеряемые в метрах.
- λ – коэффициент гидравлического сопротивления (или трения), определяемый по другим расчетным методикам.
- L – общая длина обслуживаемого трубопровода, которая измеряется в погонных метрах.
- D –внутренний типоразмер трубы, определяющий объем потока теплоносителя.
- V – скорость тока жидкости, измеряемая в стандартных единицах (метр за секунду).
- Символ g – это ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек2.
Большой интерес представляют потери, вызванные высоким коэффициентом гидравлического трения. Он зависит от шероховатости внутренних поверхностей труб. Используемые в этом случае соотношения справедливы лишь для трубных заготовок стандартной круглой формы. Окончательная формула для их нахождения выглядит так:
- V – скорость перемещения водных масс, измеряемая в метрах/секунду.
- D – внутренний диаметр, определяющий свободное пространство для перемещения теплоносителя.
- Стоящий в знаменателе коэффициент указывает на кинематическую вязкость жидкости.
Последний показатель относится к постоянным величинам и находится по специальным таблицам, в больших количествах опубликованным в Интернете.
При ускорении потока теплоносителя сопротивление его движению также возрастает. Одновременно с этим увеличиваются и потери в теплосети, рост которых не пропорционален вызвавшему этот эффект импульсу (он изменяется по квадратичному закону). Отсюда следует вывод: высокая скорость потока жидкости в трубопроводе не выгодна как с технической, так и с экономической точки зрения.
