Расход воды в системе отопления – считаем цифры

Расход воды в системе отопления – считаем цифры

В статье мы дадим ответ на вопрос: как правильно осуществить расчет количества воды в системе отопления. Это очень важный параметр.

Нужен он по двум причинам:

  1. во-первых, для того, чтобы выбрать циркуляционный насос подходящей мощности;
  2. во-вторых, чтобы рассчитать объем расширительного бачка.

Итак, обо всем по порядку.

Методика определения максимальных и минимальных расходов теплоносителя и воды на тепловых пунктах при выборе тепло- и водосчетчиков : 3 комментария

  1. Fanny84704.02.2015 в 12:54 пп

Я так понимаю, что это при температуре наружного воздуха -28 градусов и температурном графике 150 на 70 градусов — при зависимом присодинении (на 80 градусов при независимом)?

  1. admin Автор записи 04.02.2015 в 7:59 пп

Да всё верно. Еще бы хотел добавить — ГЭС-1, ТЭЦ-8,9,11,12 — относятся к «Центру» Москвы, а остальные ТЭЦ и РТС — к «окраинам» Москвы

Большое спасибо! Очень подробно и доступно.

Расчет диаметра труб отопления

Определившись с количеством радиаторов и их тепловой мощностью, можно переходить к подбору размеров подводящих труб.

Прежде чем переходить к расчету диаметра труб, стоит затронуть тему выбора нужного материала. В системах с высоким давлением придется отказаться от применения пластиковых труб. Для систем отопления с максимальной температурой выше 90 °C предпочтительнее стальная или медная труба. Для систем с температурой теплоносителя ниже 80 °C можно выбрать металлопластиковую или полимерную трубу.

Системы отопления частных домов характеризуются невысоким давлением (0,15 — 0,3 мПа) и температурой теплоносителя не выше 90 °C. В данном случае использование недорогих и надежных полимерных труб оправдано (по сравнению с металлическими).

Чтобы нужное количество теплоты пришло в радиатор без задержки, следует подобрать диаметры подводящих труб радиаторов так, чтобы они соответствовали расходу воды, необходимому каждой отдельно взятой зоне.

Расчет диаметра труб отопления проводится по следующей формуле:

D = √(354 × (0,86 × Q ⁄ Δt°) ⁄ V), где:

D — диаметр трубопровода, мм.

Q — нагрузка на данный участок трубопровода, кВт.

Δt° — разница температур подачи и обратки, °C.

V — скорость теплоносителя, м⁄с.

Разница температур (Δt°) десятисекционного радиатора отопления между подачей и обраткой в зависимости от скорости потока обычно варьирует в пределах 10 — 20 °C.

Минимальным значением скорости теплоносителя (V) рекомендуется считать 0,2 — 0,25 м⁄с. На меньших скоростях начинается процесс выделения избыточного воздуха, содержащегося в теплоносителе. Верхний порог скорости теплоносителя 0,6 — 1,5 м⁄с. Такие скорости позволяют избежать возникновения гидравлических шумов в трубопроводах. Оптимальным значением скорости движения теплоносителя считается диапазон 0,3 — 0,7 м⁄с.

Для более детального анализа скорости движения жидкости нужно учитывать материал труб и коэффициент шероховатости внутренней поверхности. Так, для трубопроводов из стали оптимальной считается скорость потока 0,25 — 0,5 м⁄с, для полимерных и медных труб — 0,25 — 0,7 м⁄с.

Пример расчета диаметра труб отопления по заданным параметрам

Исходные данные:

  • Комната площадью 20 м², с высотой потолков 2,8 м.
  • Дом кирпичный неутепленный. Коэффициент тепловых потерь строения примем 1,5.
  • В комнате есть одно окно ПВХ с двойным стеклопакетом.
  • На улице -18 °C, внутри планируется +20 °С. Разница 38 °С.

Решение:

В первую очередь определяем минимально необходимую тепловую мощность по ранее рассмотренной формуле Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860.

Получаем Qт = (20 м² × 2,8 м) × 38 °С × 1,5 ⁄ 860 = 3,71 кВт×ч = 3710 Вт×ч.

Теперь можно переходить к формуле D = √(354 × (0,86 × Q ⁄Δt°) ⁄ V). Δt° — разницу температур подачи и обратки примем 20°С. V — скорость теплоносителя примем 0,5 м⁄с.

Получаем D = √(354 × (0,86 × 3,71 кВт ⁄ 20 °С) ⁄ 0,5 м⁄с) = 10,6 мм. В данном случае рекомендуется выбрать трубу с внутренним диаметром 12 мм.

Таблица диаметров труб для отопления дома

Таблица расчета диаметра трубы для двухтрубной системы отопления с расчетными параметрами (Δt° = 20 °С, плотность воды 971 кг ⁄ м³, удельная теплоемкость воды 4,2 кДж ⁄ (кг × °С)):

Расчет циркуляционного насоса

Подбор и расчет насоса заключается в том, чтобы выяснить потери давления теплоносителя, протекающего по всей сети трубопроводов. Результатом станет цифра, показывающая, какое давление следует развивать циркуляционному насосу, чтобы «продавить» воду по системе. Это давление вычисляют по формуле:

P = Rl + Z, где:

  • Р – потери давления в сети трубопроводов, Па;
  • R – удельное сопротивление трению, Па/м;
  • l – длина трубы на одном участке, м;
  • Z – потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

Примечание. Двух – и однотрубная система отопления рассчитываются одинаково, по длине трубы во всех ветвях, а в первом случае — прямой и обратной магистрали.

Данный расчет достаточно громоздкий и сложный, в то время как значение Rl для каждого участка можно легко найти по тем же таблицам Шевелева. В примере синим кружочком отмечены значения 1000i на каждом участке, его надо только пересчитать по длине трубы. Возьмем первый участок из примера, его протяженность 5 м. Тогда сопротивление трению будет:

Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.

Так же производим просчет всех участков попутной системы отопления, а потом результаты суммируем. Остается узнать значение Z, перепад давления в местных сопротивлениях. Для котла и радиаторов эти цифры указаны в паспорте на изделие. На все прочие сопротивления мы советуем взять 20% от общих потерь на трение Rl и все эти показатели просуммировать. Полученное значение умножаем на коэффициент запаса 1.3, это и будет необходимый напор насоса.

Следует знать, что производительность насоса – это не емкость системы отопления, а общий расход воды по всем ветвям и стоякам. Пример его расчета представлен в предыдущем разделе, только для подбора перекачивающего агрегата нужно тоже предусмотреть запас не менее 20%.

Расчет расширительного бака

Чтобы произвести расчет расширительного бака для закрытой системы отопления, необходимо выяснить, насколько увеличивается объем жидкости при ее нагреве от комнатной температуры +20 ºС до рабочей, находящейся в пределах 50—80 ºС. Эта задача тоже не из простых, но ее можно решить другим способом.

Вполне корректным считается принимать объем бака в размере десятой части от всего количества воды в системе, включая радиаторы и водяную рубашку котла. Поэтому снова открываем паспорта оборудования и находим в них вместительность 1 секции батареи и котлового бака.

Далее, расчет объема теплоносителя в системе отопления выполняется по простой схеме: вычисляется площадь поперечного сечения трубы каждого диаметра и умножается на ее длину. Полученные значения суммируются, к ним прибавляются паспортные данные, а потом от результата берется десятая часть. То есть, если во всей системе 150 л воды, то вместительность расширительного бака должна составлять 15 л.

Общие расчеты

Определять общую емкость отопления необходимо, чтобы мощности отопительного котла хватило для качественного обогрева всех помещений. Превышение показателей допустимого объема может привести к повышению износа отопительного прибора, а также значительному расходу электроэнергии.

Необходимое количество теплоносителя рассчитывается согласно следующей формуле:
Общий объем = V котла + V радиаторов + V труб + V расширительного бачка

Отопительный котел

Определиться с показателем емкости котла позволяет вычисление мощности нагревательного агрегата. Для этого достаточно взять за основу соотношение, при котором 1 кВт тепловой энергии достаточно для эффективного обогрева 10 м2 жилплощади. Данное соотношение является справедливым при наличии потолков, высота которых составляет не более 3-х метров.

Читайте также  Теплоаккумулятор схема подключения

Как только станет известен показатель мощности котла, достаточно отыскать подходящий агрегат в специализированном магазине. Объем оборудования каждый производитель указывает в паспортных данных.

Поэтому в случае выполнения правильного расчета мощности проблем с определением нужного объема не возникнет.

Трубы

Чтобы определить достаточный объем воды в трубах, необходимо вычислить поперечное сечение трубопровода согласно формуле – S = π × R2, где:

  • S – поперечное сечение;
  • π – постоянная константа, равная 3,14;
  • R – внутренний радиус труб.

Рассчитав значение площади поперечного сечения труб достаточно умножить его на общую длину всего трубопровода в системе отопления.

Расширительный бак

Определить, какой емкостью должен обладать расширительный бак, можно, располагая данными о коэффициенте температурного расширения теплоносителя. У воды этот показатель составляет 0,034 при подогреве до 85 оС.

Выполняя расчет достаточно воспользоваться формулой: V-бака = (V сист × K) / D, где:

  • V-бака – необходимый объем расширительного бачка;
  • V-сист – общий объем жидкости в остальных элементах системы отопления;
  • K – коэффициент расширения;
  • D – эффективность расширительного бачка (указывается в технической документации).

Радиаторы

В настоящее время существует широкое разнообразие отдельных типов радиаторов для отопительных систем. Помимо функциональных различий все они имеют разную высоту.

Чтобы рассчитать объем рабочей жидкости в радиаторах, необходимо для начала подсчитать их количество. После чего умножить данную сумму на объем одной секции.

Узнать объем одного радиатора можно, воспользовавшись данными из технического паспорта изделия. При отсутствии такой информации можно сориентироваться согласно усредненным параметрам:

  • чугунные – 1,5 л на секцию;
  • биметаллические – 0,2-0,3 л на секцию;
  • алюминиевые – 0,4 л на секцию.

Понять, как правильно рассчитать значение позволит следующий пример. Допустим, имеется 5 радиаторов, изготовленных из алюминия. Каждый обогревательный элемент содержит по 6 секций. Производим расчет: 5×6×0,4 = 12 л.

Основы теплового расчета теплообменных аппаратов

Основой для расчета теплообменников являются уравнения теплопередачи и теплового баланса.

Уравнение теплопередачи имеет следующий вид:

  • Q – размер теплового потока, Вт;
  • F – площадь рабочей поверхности, м2;
  • k – коэффициент передачи тепла;
  • Δt – разница между температурами носителей на выходе в аппарат и на выходе из него. Также величина называется температурным напором.

Как можно заметить, величина F, являющаяся целью расчета, определяется именно через уравнение теплопередачи. Выведем формулу определения F:

Уравнение теплового баланса учитывает конструкцию самого аппарата. Рассматривая его можно определить значения t1 и t2 для дальнейшего вычисления F. Уравнение выглядит следующим образом:

  • G1 и G2 – расходы масс греющего и нагреваемого носителей соответственно, кг/ч;
  • cp1 и cp2 – удельные теплоемкости (принимаются по нормативным данным), кДж/кг‧ ºС.

В процессе обмена тепловой энергией носители изменяют свои температуры, то есть в устройство каждый из них входит с одной температурой, а выходит – с другой. Эти величины (t1 вх ;t1 вых и t2 вх ;t2 вых ) являются результатом проверочного расчета, с которым сравниваются фактические температурные показатели теплоносителей.

Вместе с тем большое значение имеют коэффициенты теплоотдачи несущих сред, а также особенности конструкции агрегата. При детальных конструкторских расчетах составляются схемы теплообменных аппаратов, отдельным элементом которых являются схемы движения теплоносителей. Сложность расчета зависит от изменения коэффициентов теплопередачи k на рабочей поверхности.

Для учета этих изменений уравнение теплопередачи принимает дифференциальный вид:

Такие данные, как коэффициенты теплоотдачи носителей, а также типовые размеры элементов при конструировании аппарата или при проверочном расчете, учитываются в соответствующих нормативных документах (ГОСТ 27590).

Расчет теплопотерь дома

Перед расчетом водяного теплого пола, нужно сначала рассчитать теплопотери дома. Теплопотери — это количество тепла, которое помещение теряет за единицу времени. Для снижения теплопотерь используются отопительные приборы, к примеру радиаторные обогреватели, отопительные трубы, а также теплый пол. Помимо этого, сократить теплопотери возможно при установке стеклопакетов и изоляции стен различными материалами, которые способны сохранить тепло внутри помещения.

Расчет теплопотерь — это важный параметр при проектировке жилого помещения. При этом необходимо учитывать:

  • площадь помещения;
  • площадь всех окон;
  • высоту потолка;
  • количество наружных стен;
  • температура с наружной стороны помещения;
  • тип окон;
  • теплоизоляцию стен;
  • тип помещения, находящегося выше.

В основном теплопотери зависят от разницы в температурах вне помещения и внутри него, а также в степени теплоизоляции окон, стен, перегородок. Для более точного расчета теплопотерь можно воспользоваться одним из множества онлайн-калькуляторов. Они довольно просты и понятны в использовании, достаточно ввести необходимые значения и расчет будет произведен автоматически. В таких калькуляторах возможно рассчитать теплопотери через окна, потолки, стены, пол. Это позволит получить детальную информацию, на основе которой следует рассчитывать мощность отопительного оборудования.

Принято считать, что теплый пол справится, если теплопотери не превышают 100 Вт на метр площади. Если данный показатель превышен, придется прибегать к установке дополнительного прибора отопления.

Заключение

Отопление является одной из наиболее важных систем, нарушения в водо- и электроснабжении можно пережить, а без тепла в зимнее время будет туго. Необходимо знать, что эффективность отопления определяется еще в процессе проектирования. От количества батарей и их расположения будет зависеть температура в здании, распределение тепла по помещениям и этажам здания – все эти задачи решает правильный расчет отопления. Он позволяет определить потребное количества тепла для поддержания комфортной температуры в холодное время года.