Гидравлический расчет системы отопления

Двухтрубная система – наиболее популярная схема комплекса водяного отопления. Схема выгодно отличается маневренностью и удобством регулирования от однотрубной системы, более экономична в количестве материала по сравнению с коллекторной конфигурацией. Материал публикации дает обзор устройства и принципа действия, разновидностей двухтрубной конфигурации комплекса отопления.

Устройство двухтрубной системы отопления

Схема устройства двухтрубной системы водяного отопления

В водяном отоплении трубопроводы являются одним из главных элементов, служат для подачи нагретого жидкого теплоносителя к приборам отопления и возврата отдавшей тепло воды к источнику теплоты. В случае автономного отопления источником тепла служит индивидуальный котел, в случае централизованного обогрева – магистральные трубопроводы.

Устройство двухтрубной системы отопления

Для обеспечения циркуляции теплоносителя между радиаторами и источником тепла в водяном отоплении используют 3 главные схемы:

  1. Однотрубная;
  2. Двухтрубная;
  3. Коллекторная (лучевая).

Кроме того, эти схемы иногда комбинируют между собой. Недостатком однотрубной схемы является сложность управления и регулировки температуры в отдельных помещениях и на приборах отопления. Коллекторная система требует для монтажа наибольшее количество материала по сравнению с другими типами системы.

Устройство двухтрубной системы отопления

Двухтрубная схема является «золотой серединой», пользуется самой большой популярностью, особенно при сооружении автономных систем отопления. Популярность системы этого вида вызвана удобством регулирования, обусловленного гидравлическим содержанием схемы.

Базовый принцип устройства двухтрубной системы основан на параллельном подключении отопительных приборов к двум независимым трубопроводом. Один из них служит для подачи горячего теплоносителя в устройства нагрева (радиаторы, конвекторы, регистры и т.д.), второй – для возврата остывшего теплоносителя в котел – для нагрева.

Прямой и обратный трубопроводы выполняют роль коллекторов, давление воды по длине изменяется незначительно. Это позволяет поддерживать во всех точках системы отопления примерно одинаковое давление.

Устройство двухтрубной системы отопления

Равнозначное давление во всех приборах нагрева позволяет легко регулировать температуру на отдельных приборах, в помещениях. Установка терморегулирующей арматуры, термоголовок, датчиков температуры дает возможность полностью автоматизировать процесс регулирования температуры.

Поддержание одинаковых гидравлических характеристик также осуществляется изменением диаметра труб по протяженности – в тупиковых ветвях системы. Проходное сечение уменьшается постепенно от первого к последнему радиатору – такая конфигурация двухтрубной схемы называется тупиковой. Кроме нее существует еще одна разновидность схемы – попутная (или петля Тихельмана ).

Схема двухтрубной системы отопления

Устройство системы отопления с принудительной циркуляцией может быть разным, что зависит от особенностей конкретного здания.

Вертикальная и горизонтальная схемы

Двухконтурная система отопления с принудительной циркуляцией может различаться направлением установки стояков: вертикальные или горизонтальные. Двухтрубная схема первого типа имеет следующие плюсы:

Схема двухтрубной системы отопления
  • Позволяет подключать каждый этаж двухэтажного дома к стояку по отдельности;
  • Вертикальная установка предотвращает образование воздушных пробок.

Минусы вертикальной разводки ограничиваются только тем, что монтаж системы водяного отопления своими руками имеет увеличенную стоимость.

Горизонтальная система отопления частного дома используется чаще в зданиях с одним этажом. Радиаторы подключаются к такой системе двумя путями:

  • Лучевым или коллекторным;
  • Последовательным.

Важно! Установка лучевой системы оправдана только в одноэтажном доме. Для двухэтажного дома и большего количества этажей лучше выбрать последовательную схему.

Верхняя и нижняя разводка

Схема двухтрубной системы отопления

Двухтрубная система с верхней разводкой всегда вертикальна, а радиаторы в ней подключаются параллельно. В такой системе отопления двухэтажного дома обязательно должен присутствовать расширительный бак, монтирующийся в верхней точке подающего контура. Трубы обоих контуров должны устанавливаться с небольшим отклонением от горизонтали по ходу течения воды. Подпитка системы водой происходит через трубы отводящего контура. Холодная вода перемешивается с отводящимся теплоносителем, повышая его плотность и увеличивая напор циркуляции в системе отопления.

Читайте также:  Выбираем и строим садовую печь своими руками: схемы и порядовки

Схема работы системы с принудительной циркуляцией такова: насос гонит нагретый теплоноситель на чердак двухэтажного дома, откуда вода спускается в нижние помещения по подающему контуру, попадая в радиаторы. Отдав в них свое тепло, вода утекает обратно в котел по обратке, трубы которой расположены ниже уровня установки батарей.

Двухтрубная система отопления с нижней разводкой отличается от предыдущего типа тем, что подводящий контур прокладывается своими руками рядом с отводящими трубами, вода подается снизу. Нижняя разводка применяется редко из-за того, что она имеет существенные минусы. В системе с нижней разводкой неизбежно образование воздушных пробок, что обусловливает необходимость снабжения всех конечных радиаторов кранами Маевского, через которые воздух должен стравливаться каждую неделю.

Тупиковая и попутная системы

Системы отопления с принудительной циркуляцией могут отличаться направлением течения теплоносителя. По этому признаку система бывает тупиковая и прямолинейная:

  • При попутном движении направление приводящего и обратного потоков совпадает;
  • Тупиковая циркуляция теплоносителя предполагает разнонаправленный ток воды.
Схема двухтрубной системы отопления

Система с нижней или верхней разводкой также может быть открытого или закрытого типа. Отличие их в том, что открытая система является проточной, снабжается горячим теплоносителем централизованно либо имеет негерметичный контур. В закрытой системе с принудительной циркуляцией применяется нагрев теплоносителя в замкнутом контуре. Первая схема двухтрубной системы обычно используется в многоквартирных и многоэтажных домах, а вторая больше подходит для одно- или двухэтажного частного дома.

Состоит двухконтурная система отопления с нижней или верхней разводкой из следующих элементов:

  1. Нагревательного котла;
  2. Радиаторов;
  3. Труб и трубопроводного фильтра;
  4. Расширительного бака;
  5. Арматуры для балансировки – вентилей, кранов, клапанов;
  6. Насоса в случае с принудительной циркуляцией;
  7. Группы безопасности и манометров.

Гидравлический расчет системы отопления.

Для зданий малой этажности наиболее часто применяется двухтрубная система отопления, для повышенной этажности – однотрубная. Для расчета такой системы должны быть следующие исходные данные:

1. Общий для системы перепад температуры теплоносителя (т.е. разность температуры воды в подающей и обратной магистралях).

2. Количество теплоты, которое необходимо подать в каждое помещение для обеспечения требуемых параметров воздуха.

3. Аксонометрическая схема системы отопления с нанесенными на нее нагревательными приборами и регулирующей арматурой.

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 Rср.

Для расчета Rcp 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

Читайте также:  Кому жаловаться, и куда звонить если нет отопления в квартире?

(), 0 C

, кг/(м 3 К)

Классификация полипропиленовых рукавов

В зависимости от условий использования в соответствии с ГОСТ (ISO 10508) трубы из полипропилена для отопления частного дома или другого объекта насчитывают 5 классов. Третья группа длинномерных элементов практически не применяется при устройстве тепловых контуров зданий.

Фрагмент отопления из ПП труб

Полимерные рукава классифицируются в зависимости от рабочей температуры и давления теплоносителя:

Классификация полипропиленовых рукавов
  • 1 класс — используются при устройстве водопроводных сетей с водой, нагретой до 60 °C и давлением 0,4 МПа;
  • 2 класс — применяется при монтаже водопроводных систем, выдерживающих 0,6 МПа и способных перемещать теплоноситель до 70 °C;
  • 4 класс — используется при установке низкотемпературных радиаторов и напольного отопления до 70 °C и 0,8 МПа;
  • 5 класс — применяется во время монтажа высокотемпературных радиаторов с термостойкостью до 90 °C и 1,0 МПа.

Редко использующийся 3-й класс выпускается производителями для установки низкотемпературных радиаторов и устройства напольных отопительных систем до 50 °C.

Максимальная температура для первой и второй группы может составлять 95 °C, для третьей категории — 65 °C, а для 4 и 5 вида — 100 °C. При таких значениях допускается работа коммуникаций в течение максимум 100 часов за весь период эксплуатации.

Что же представляют собой потери напора?

Потери напора составляют сумму потерь от трения в трубах, арматуре и радиаторах отопительной системы и неизбежно образуются в процессе ее функционирования на всех участках. При расчетах используются такие показатели как :

  • скорость движения воды;
  • плотность;
  • величина потерь напора в трубопроводе;
  • длина трубопровода на конкретном участке;
  • сумма сопротивлений.

При этом общее сопротивление представляет собой суммарный показатель сопротивления на всех участках трубопровода системы.

Нюансы, о которых надо знать, для выполнения гидравлического расчета системы радиаторного отопления.

Комфорт в загородном доме во многом зависит от надёжной работы системы отопления. Теплоотдача при радиаторном отоплении, системе «тёплый пол» и «тёплый плинтус» обеспечивается за счёт движения по трубам теплоносителя. Поэтому правильному подбору циркуляционных насосов, запорно-регулирующей арматуры, фитингов и определению оптимального диаметра трубопроводов предшествует гидравлический расчёт системы отопления.

Данный расчёт требует профессиональных знаний, поэтому мы в данной части учебного курса «Системы отопления: выбор, монтаж», с помощью специалиста компании REHAU, расскажем:

  • О каких нюансах следует знать перед выполнением гидравлического расчёта.
  • Чем отличаются системы отопления с тупиковым и попутным движением теплоносителя.
  • В чём состоят цели гидравлического расчёта.
  • Как материал труб и способ их соединения оказывает влияние на гидравлический расчёт.
  • Каким образом специальное программное обеспечивание позволяет ускорить и упростить процесс гидравлического расчета.

Расчет площади поверхности трубы

Труба представляет собой очень длинный цилиндр, и площадь поверхность трубы рассчитывается как площадь цилиндра. Для вычислений потребуется радиус (внутренний или наружный — зависит от того, какую поверхность вам надо рассчитать) и длина отрезка, который вам необходим.

Формула расчета боковой поверхности трубы

Расчет площади поверхности трубы

Чтобы найти боковую площадь цилиндра, перемножаем радиус и длину, полученное значение умножаем на два, а потом — на число «Пи», получаем искомую величину. При желании можно рассчитать поверхность одного метра, ее потом можно умножать на нужную длину.

Статья по теме: Строительство погреба

Для примера рассчитаем наружную поверхность куска трубы длиной 5 метров, с диаметром 12 см. Для начала высчитаем диаметр: делим диаметр на 2, получаем 6 см. Теперь все величины надо привести к одним единицам измерения. Так как площадь считается в квадратных метрах, то сантиметры переводим в метры. 6 см = 0,06 м. Дальше подставляем все в формулу: S = 2 * 3,14 * 0,06 * 5 = 1,884 м2. Если округлить, получится 1,9 м2.

Отопление дома двухконтурным газовым котлом

Если вы ищете универсальный способ обеспечивать своё жильё теплом, то стоит задуматься о приобретении двухконтурного газового котла. Он может не только обогреть комнату, но и подогреть воду для бытовых нужд.

Отопление дома двухконтурным газовым котлом

Стоит иметь в виду, что котлы не совсем подходят для больших домов. Производительность нагрева горячей воды в двухконтурных котлах позволяет обслуживать только одну точку. Если у вас планируется несколько санузлов, то мощности не хватит. В таких случаях следует прибегать к бойлерам косвенного нагрева или же к обычным тэновым бакам.

Читайте также:  Как работает и из чего состоит нагреватель воды

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.

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.

Расчет сопротивления контура отопления и подбор оптимального диаметра трубы

Опорные данные уже получены и учтены. Теперь необходимо определить оптимальный маршрут для разводки труб к местам установки радиаторов, количество фитингов, колен и поворотов трубы. Для начала берется приблизительный диаметр трубы, например ¾ дюйма. Для этого размера подбираются диаметры магистральных, коллекторных участков и подводов к теплообменникам и рассчитывается сопротивление контура отопления. Полученное значение сравнивается с производительностью выбранного циркуляционного насоса, которое должно быть минимум на 25% больше.

Когда вычисленная скорость движения жидкости получается слишком низкой или завышен объем теплоносителя, то переходят на меньший опорный диаметр и расчеты повторяются. Аналогично и с увеличением.

На практике сопротивление труб выражается метрами. Обозначается условная потеря напора эквивалентная высоте водяного столба. Применяется формула:

H = λ(L/D)(V2/2g),

где H – высота соответствующая потере напора, λ – сопротивление метра трубы, L – полный маршрут контура отопления, D – искомый диаметр, притом именно внутренний, V – скорость течения теплоносителя, g – ускорение свободного падения.

Задача состоит в том, чтобы значение потери напора была меньше примерно на 20% от создаваемого напора насосом принудительной циркуляции.

Берется суммарная протяженность трубопровода от котла к радиаторам по самому продолжительному пути и обратно без учета параллельных отводов.

Если используется основная коллекторная труба большего диаметра и отводы к радиаторам меньшим сечением, то расчет выполняется дважды по протяженности каждого типа труб и результаты суммируются.