Гидравлический расчет систем отопления. Отопление в частном доме

Современная система отопления – это демонстрация абсолютно нового подхода к ее регулированию. На сегодняшний день это не предварительная наладка перед запуском системы с облегчением последующего гидравлического режима функционирования. Современное отопление в частном доме в процессе работы имеет постоянно изменяющийся тепловой режим. Что требует от оборудования не только отслеживать изменения при обогреве помещения, но и правильно на них реагировать.

Условия для эффективной работы системы

Существуют некоторые моменты, соблюдение которых позволит обеспечить качественную и эффективную работу системы отопления:

• Подача теплоносителя в нагревательные приборы должна производиться в тех количествах, которые будут обеспечивать тепловой баланс помещения, при условии постоянно меняющейся наружной температуры и в зависимости от температурного режима помещений, определенного ее владельцем.
• Снижение затрат, в том числе энергетических, для преодоления гидравлического сопротивления.
• Снижение материальных затрат при монтаже системы отопления, зависящих также от диаметра прокладываемых трубопроводов.
• Низкий уровень шума, стабильность и надежность работы отопительных устройств.

Как правильно рассчитать систему отопления

Чтобы рассчитать отопление в частном доме, требуется знать необходимое количество тепла. С этой целью рассчитываются тепловые потери всего дома в теплое и холодное время года. Сюда относятся теплопотери через оконные, дверные проемы, ограждающие конструкции и т. д. Это довольно кропотливые расчеты. Принято считать, что в среднем источник тепла должен производить 10 кВт на 100 м² отапливаемой площади.

Под отопительной системой понимают взаимосвязь между совокупностью приборов: трубопроводы, насосы, запорно-регулирующее оборудование, средства контроля и автоматики для передачи тепла от источника непосредственно в помещение.

Типы отопительных котлов

Перед тем как сделать гидравлический расчет систем отопления, необходимо правильно подобрать котел (источник тепла). Различают следующие виды котлов: электрический, газовый, твердотопливный, комбинированный и другие. Выбор в большинстве случаев зависит от топлива, преобладающего в районе проживания.

Электрический котел

Ввиду проблем с подключением мощностей и довольно высокой ценой на электроэнергию данное оборудование не обрело своего широкого распространения.

Котел газовый

Чтобы установить такой котел, ранее требовалось специальное отдельное помещение (котельная). В настоящее время это относится только к оборудованию с открытой камерой сгорания. Подобный вариант наиболее распространен в местах с газификацией.

Твердотопливный котел

При относительной доступности топлива данное оборудование не пользуется высокой популярностью. При его эксплуатации возникают некоторые неудобства. В течение суток необходимо производить несколько раз топку. Кроме того, режим теплоотдачи имеет циклический характер. Применение этих котлов облегчается (уменьшается число топок) путем использования термобаллона или топлива с высокой температурой сгорания, благодаря которому увеличивается время горения за счет регулируемой подачи воздуха. Также это можно производить за счет водяных теплоаккумуляторов, к которым подключается центральное отопление.

Необходимые параметры при расчете мощности

• W_уд – удельная мощность источника тепла (котла), приходящаяся на площадь здания в 10 м² с учетом климатических условия региона.
• S – площадь отапливаемого помещения.

Также имеются общепринятые значения удельной мощности, которые зависят от климатической зоны:

• W_уд = 0,7-0,9 – для Южного района.
• W_уд = 1,2-1,5 – для Центрального района.
• W_уд = 1,5-2,0 – для Северного района.

Формула для мощности котла

Перед тем как приступить к такому ответственному мероприятию, как гидравлический расчет систем отопления, нужно определить мощность источника тепла по следующей формуле:

W_кот = S×W_уд/10.

Для удобства расчета примем усредненное значение W_уд за 1 кВт, таким образом получаем, что 10 кВт должно приходиться на 100 м² отапливаемой площади. В результате схемы монтажа системы отопления будут зависеть от площади дома.

В остальных случаях используется принудительная циркуляция теплоносителя при помощи циркуляционных насосов.

Двухтрубная система

Это классический вариант системы отопления, который зарекомендовал себя наилучшим образом за долгое время эксплуатации. Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления будет рассмотрен ниже. Почему она так называется? Все дело в том, что основой инженерного замысла послужил монтаж нескольких трубопроводов через этажи здания. К одному стояку с горячей водой подключался по всем этажам нагревательный прибор, а в проложенный рядом трубопровод поступала охлажденная вода из отопительного прибора.

В результате еще не успевший остыть теплоноситель из первого прибора поступал в прибор, который находился этажом ниже, а циркулирующая жидкость имела ту же температуру, что и в первом. Таким образом, температура теплоносителя в первом и последнем трубопроводах была идентичной – это означает, что одинаковой была и теплоотдача.

Двухтрубная система отопления – преимущества

Центральное отопление в частном доме с двухтрубной системой имеет следующие преимущества:

• На каждом отапливаемом этаже обеспечивается равномерный прогрев всех приборов.
• По сравнению с однотрубной системой, можно полноценно обогреть значительно больше помещений.
• Регулирование температурного режима в каждом конкретном помещении.
  

Расчетно-графические мероприятия

Выполняя сложный гидравлический расчет систем отопления, в первую очередь необходимо произвести целый ряд предварительных мероприятий:

1. Определяется тепловой баланс отапливаемого строения.
2. Выбирается тип нагревательных приборов, после чего они схематично размещаются на плане помещения.
3. Далее принимается решение по размещению всех отопительных агрегатов, типу и материалам трубопроводов, регулирующих и запорных устройств.
4. Чтобы сделать гидравлический расчет систем отопления, потребуется начертить принципиальную схему в аксонометрии с указанием расчетных нагрузок и длин участков.
   
5. Определяется главное кольцо – это замкнутый отрезок, который включает в себя расположенные последовательно участки трубопроводов, имеющие максимальный расход теплоносителя от источника тепла к наиболее удаленному нагревательному прибору.

За расчетный участок принимается тот, который имеет неизменный расход теплоносителя и одинаковое сечение.

Пример гидравлического расчета системы отопления

На расчетном отрезке тепловая нагрузка равна потоку тепла, который на подающем трубопроводе должен передать, а на обратном уже передал циркулирующую жидкость, которая проходила через этот участок.

Расход теплоносителя G_i-j, кг/ч вычисляется по следующей формуле:

G_i-j = 0,86×Q_i-j/(t₂-t₀), где

G_i-j – это количество тепла на расчетном отрезке i-j;

t₂-t₀ – это расчетные температуры горячей и холодной жидкости соответственно.

Как выбрать диаметр трубопроводов

Чтобы сократить затраты на преодоление сопротивлений во время движения циркулирующей жидкости, диаметры трубопроводов должны располагаться в пределах минимальной скорости теплоносителя, которая требуется для удаления пузырьков воздуха, способствующих появлению воздушных пробок. Чтобы уменьшить их, диаметр трубопроводов приводится к минимальному значению, которое не приводит к гидравлическому шуму в арматуре и трубах системы.

Все трубопроводы производственного изготовления делятся на полимерные и металлические. Первые являются более долговечными, вторые – механически более прочные. Какие трубы использовать в отопительной системе, зависит от ее индивидуальных особенностей.

Гидравлический расчет системы отопления – программа

Учитывая объем работ, который нужно произвести на этапе проектирования, вы можете воспользоваться специализированным программным обеспечением.

Используя исходные данные, программа выполняет автоматический подбор трубопроводов необходимого диаметра, осуществляет предварительную настройку регулирующих и балансировочных вентилей, термостатических клапанов и автоматических регуляторов в отопительной системе. Также программа может самостоятельно оценить, какого размера потребуются нагревательные приборы.