Гидравлический расчёт системы отопления. Разъяснение отдельных положений рекомендаций по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий и площадок предприятий Фгуп нии водгео пример расчета

В. В. Покотилов

В. В. Покотилов

по расчету систем отопления

В. В. Покотилов

ПО РАСЧЕТУ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Кандидат технических наук, доцент В. В. Покотилов

Пособие по расчету систем отопления

Пособие по расчету систем отопления

В. В. Покотилов

Вена: фирма «HERZ Armaturen», 2006 г.

© фирма «HERZ Armaturen», Вена, 2006 г.

Предисловие
2.1. Выбор и размещение отопительных приборов и элементов системы отопления
в помещениях здания
2.2.Устройства для регулирования теплоотдачи отопительного прибора.
Способы присоединений различного типа отопительных приборов к
трубопроводам системы отопления
2.3. Выбор схемы присоединения системы водяного отопления к тепловым сетям
2.4. Конструирование и некоторые положения по выполнению чертежей
систем отопления

3. Определение расчетной тепловой нагрузки и расхода теплоносителя для расчетного участка системы отопления. Определение расчетной мощности

системы водяного отопления
4. Гидравлический расчет системы водяного отопления
4.1. Исходные данные
4.2. Основные принципы гидравлического расчета системы отопления
4.3. Последовательность гидравлического расчета системы отопления и
подбора регулирующих и балансовых клапанов
4.4. Особенности гидравлического расчета горизонтальных систем отопления
при скрытой прокладке трубопроводов
5. Конструирование и подбор оборудования теплового пункта системы
водяного отопления
5.1. Подбор циркуляционного насоса системы водяного отопления
5.2. Выбор типа и подбор расширительного бака
6. Примеры гидравлического расчета двухтрубных систем отопления
6.1. Примеры гидравлического расчета вертикальной двухтрубной системы
отопления с верхней разводкой магистральных теплопроводов

6.1.1.

6.1.3. Пример гидравлического расчета вертикальной двухтрубной системы

отопления с верхней разводкой с применением радиаторных клапанов

6.2. Пример гидравлического расчета вертикальной двухтрубной системы

отопления с нижней разводкой с применением клапанов ГЕРЦ-TS-90 и

ГЕРЦ-RL-5 для радиаторов, и регуляторов перепада давления ГЕРЦ 4007

Страница 3

В. В. Покотилов: Пособие по расчету систем отопления

6.3.

6.5. Пример гидравлического расчета горизонтальной двухтрубной системы

отопления с применением радиаторного клапана одноточечного

7.2. Пример гидравлического расчета горизонтальной однотрубной системы

отопления с применением радиаторных узлов ГЕРЦ-2000 и регуляторов

7.5. Примеры применения клапанов ГЕРЦ-TS-90-E ГЕРЦ-TS-E при конструировании

систем отопления и при реконструкции существующих

8. Примеры применения трехходовых клапанов ГЕРЦ art.No7762

с термомоторами и сервоприводами ГЕРЦ при конструировании систем

отопления и холодоснабжения
9. Конструирование и расчет систем напольного отопления
9.1. Конструирование систем напольного отопления
9.2. Основные принципы и последовательность теплового и гидравлического
расчета систем напольного отопления
9.3. Примеры теплового и гидравлического расчета систем напольного отопления
10.Тепловой расчет систем водяного отопления
Литература
Приложения
Приложение А: Номограмма гидравлического расчета трубопроводов водяного
отопления из стальных труб при k Ш = 0,2 мм
Приложение Б: Номограмма гидравлического расчета трубопроводов водяного
отопления из металлополимерных труб при k Ш = 0,007 мм
Приложение В: Коэффициенты местных сопротивлений
Приложение Г: Потери давления на местные сопротивления Z , Па,
в зависимости от суммы коэффициентов местных сопротивлений ∑ζ
Приложение Д: Номограммы Д1, Д2, Д3, Д4 для определения удельной
теплоотдачи q , Вт/м2 системы напольного отопления в зависимости
от средней разности температур ∆t ср
Приложение Е: Тепловые характеристики панельного радиатора VONOVA

Страница 4

В. В. Покотилов: Пособие по расчету систем отопления

Предисловие

При создании современных зданий различного назначения разрабатываемые системы отопления должны обладать соответствующими качествами, призванными обеспечить тепловой комфорт или требуемые тепловые условия в помещениях этих зданий. Современная система отопления должна соответствовать интерьеру помещений, быть удобной в эксплуатации и про-

стой для пользователей. Современная система отопления позволяет в автоматическом режиме

перераспределять тепловые потоки между помещениями здания, в максимальной степени ис-

пользовать любые вносимые в отапливаемое помещение регулярные и нерегулярные внутренние и внешние теплопоступления, должна быть программируемой на любые тепловые режимы экс-

плуатации помещений и здания.

Для создания таких современных систем отопления требуется значительное техническое разнообразие запорной и регулирующей арматуры, определенный комплекс регулирующих приборов и устройств, компактная и надежная структура трубопроводного комплекта. Степень надежности каждого элементы и прибора системы отопления должна отвечать современным высоким требованиям и быть идентичной между всеми элементами системы.

Настоящее пособие по расчету систем водяного отопления построено на комплексном применении оборудования фирмы ГЕРЦ Арматурен ГмбХ для зданий различного назначения. Данное пособие разработано в соответствии с действующими нормами и содержит основные справочные

и технические материалы по тексту и в приложениях. При проектировании дополнительно следует пользоваться каталогами фирмы, строительными и санитарными нормами, специальной спра-

вочной литературой. Книга ориентирована на специалистов, имеющих образование и практику проектирования в области отопления зданий.

В десяти разделах данного пособия приведены методические указания и примеры гидравли-

ческого и теплового расчета вертикальных и горизонтальных систем водяного отопления с при

мерами подбора оборудования тепловых пунктов.

В первом разделе систематизирована арматура фирмы ГЕРЦ Арматурен ГмбХ, которая условно разделена на 4 группы. В соответствии с представленной систематизацией разработаны

методики конструирования и гидравлического расчета систем отопления, которые изложенны в

разделах 2, 3 и 4 данного пособия. В частности, методически различными представлены принципы подбора арматуры второй и третьей группы, определены основные положения по подбору

регуляторов перепада давления. С целью систематизации методики гидравлического расчета

различных систем отопления в пособии вводятся понятия «регулируемый участок» циркуляцион-

ного кольца, а также «первое и второе направления гидравлического расчета»

По аналогии с типом номограммы гидравлического расчета для металлополимерных труб, в пособии составлена номограмма гидравлического расчета стальных труб, широко используемых для открытой прокладки магистральных теплопроводов и для обвязки оборудования тепловых пунктов. С целью повышения информативности и уменьшения объема пособия номограммы гидравлического подбора клапанов (нормали) дополнены информацией общего вида клапана и техническими характеристиками клапана, которые размещены на свободной части поля номо-

В пятом разделе приводится методика подбора основного вида оборудования для тепловых

узлов, которая использована в последующих разделах и в примерах гидравлического и теплового

расчетов систем отопления

В шестом, седьмом и восьмом разделах даны примеры расчета различных двухтрубных и однотрубных систем отопления в совокупности с различными вариантами источников теплоты

– топочных или тепловых сетей. В примерах также даются практические рекомендации по подбору регуляторов перепада давления, по подбору трехходовых смесительных клапанов, по подбору расширительных баков, по конструированию гидравлических разделителей и др.

напольного отопления

В десятом разделе приводится методика теплового расчета систем водяного отопления и при-

меры подбора различных отопительных приборов для вертикальных и горизонтальных двухтрубных и однотрубных систем отопления.

Страница 5

В. В. Покотилов: Пособие по расчету систем отопления

1. Общие технические сведения о продукции фирмы ГЕРЦ Арматурен ГмбХ

Фирмой ГЕРЦ Арматурен ГмбХ производится полный комплекс оборудования для водяных си-

стем отопления и холодоснабжения: регулирующие клапаны и запорная арматура, регуляторы электронные и регуляторы прямого действия, трубопроводы и соединительные фитинги, водогрейные котлы и другое оборудование.

Фирма ГЕРЦ выпускает регулирующие клапаны для радиаторов и для тепловых пунктов с

многообразием типоразмеров и исполнительных механизмов к ним. Например, для радиатор-

ных клапанов выпускается самый широкий диапазон взаимозаменяемых исполнительных ме-

ханизмов и терморегуляторов – от разнообразных по дизайну и назначению термостатических

головок прямого действия до электронных программируемых ПИД-регуляторов.

Методика гидравлического расчета, изложенная в пособии, видоизменяется в зависимости от

вида применяемых клапанов, от их конструктивных и гидравлических характеристик. Мы подразделили арматуру ГЕРЦ на следующие группы:

Запорная арматура.

Группа универсальной арматуры, не имеющей гидравлической настройки.

Группа арматуры, имеющая в своей конструкции устройства по настройке гидравлического со-

противления на требуемое значение.

К первой группе арматуры, эксплуатируемой в положениях полного открытия или полного

закрытия, относятся

- вентили запорные ШТРЕМАКС-D, ШТРЕМАКС-А, ШТРЕМАКС-АD, ШТРЕМАКС-G,

ШТРЕМАКС-АG,

Задвижки ГЕРЦ,

- вентили запорные для радиатора ГЕРЦ-RL-1-E, ГЕРЦ-RL-1,

- шаровые, пробковые краны и другая подобная арматура.

Ко второй группе арматуры, не имеющей гидравлической настройки можно отнести:

- термостатические клапаны ГЕРЦ-TS-90, ГЕРЦ-TS-90-E, ГЕРЦ-TS-E,

ГЕРЦ-VUA-T, ГЕРЦ-4WA-T35,

- узлы подключения ГЕРЦ-3000,

- узлы подключения ГЕРЦ-2000 для однотрубных систем,

- узлы одноточечного подключения к радиатору ГЕРЦ-VTA-40, ГЕРЦ-VTA-40-Uni,

ГЕРЦ-VUA-40,

- трехходовые термостатические клапаны CALIS-TS,

- клапаны трехходовые регулирующие ГЕРЦ art.No 4037,

- распределители для подключения радиаторов

- другая подобная арматура в постоянно обновляемом ассортименте выпускаемой продукции фирмы ГЕРЦ Арматурен ГмбХ.

К третьей группе арматуры, имеющей гидравлическую настройку для установки требуемо-

о гидравлического сопротивления, можно отнести

- термостатические клапаны ГЕРЦ-TS-90-V, ГЕРЦ-TS-98-V, ГЕРЦ-TS-FV,

- вентили балансовые для радиатора ГЕРЦ-RL-5,

- вентили ручные радиаторные ГЕРЦ-AS-T-90, ГЕРЦ-AS, ГЕРЦ-GP,

- узлы подключения ГЕРЦ-2000 для двухтрубных систем,

- вентили балансовые ШТРЕМАКС-GM, ШТРЕМАКС-M, ШТРЕМАКС-GMF,

ШТРЕМАКС-MFS, ШТРЕМАКС-GR, ШТРЕМАКС-R,

- автоматический регулятор перепада давления ГЕРЦ art.No 4007,

ГЕРЦ art.No 48-5210…48-5214,

- автоматический регулятор расхода ГЕРЦ art.No 4001,

- клапан перепускной для поддержания перепада давления ГЕРЦ art.No 4004,

- распределители для напольного отопления

- другая арматура в постоянно обновляемом ассортименте выпускаемой продукции

фирмы ГЕРЦ Арматурен ГмбХ.

К особой группе арматуры следует отнести клапаны серии ГЕРЦ-TS-90-KV, которые по своей

конструкции относятся ко второй группе, но подбираются по методике расчета клапанов тре-

тьей группы.

Страница 6

В. В. Покотилов: Пособие по расчету систем отопления

2. Выбор и конструирование системы отопления

Системы отопления, а также тип отопительных приборов, вид и параметры теплоносителя при-

нимаются в соответствии со строительными нормами и заданием на проектирование

При проектировании отопления необходимо предусматривать автоматическое регулирование и приборы учета количества потребляемой теплоты, а также применять энергоэффективные решения и оборудование.

2.1. Выбор и размещение отопительных приборов и элементов системы

отопления в помещениях здания

Проектирование отопления предпо-

лагает комплексное решение следующих

1) индивидуальный выбор оптимального

варианта вида отопления и вида отопитель-

ного прибора, обеспечивающих комфортные

условия для каждого помещения или зоны

помещения

2) определение местоположения отопи-

тельных приборов и их требуемых размеров для обеспечения условий комфорта;

3) индивидуальный выбор для каждого отопительного прибора вида регулирования

и местоположения датчиков в зависимости

от назначения помещения и его тепловой

инерционности, от величины возможных

внешних и внутренних тепловых возмуще-

ний, от вида отопительного прибора и от его

тепловой инерционности и др., например,

двухпозиционное, пропорциональное, про-

раммируемое регулирование и т.п.

4) выбор вида подсоединения отопительного прибора к теплопроводам системы ото-

5) решение схемы размещения трубопроводов, выбор вида труб в зависимости от требуемых стоимостных, эстетических и потребительских качеств;

6) выбор схемы присоединения системы

отопления к тепловым сетям. При проектиро-

вании выполняются соответствующие тепло-

вые и гидравлические расчеты, позволяю-

щие подобрать материалы и оборудование

системы отопления и теплового пункта

Оптимальные комфортные условия дости-

гаются правильным выбором вида отопления и вида отопительного прибора. Отопительные приборы следует размещать, как правило, под световыми проемами, обеспечивая

доступ для осмотра, ремонта и очистки (рис.

2.1а). В качестве отопительных приборов

конвекторы. Размещать отопительные при-

ны помещения (при наличии в помещении

двух и более наружных стен) с целью ликви-

дации нисходящего на пол холодного потока

воздуха. В силу тех же обстоятельств длина

отопительного прибора должна составлять

не менее 0,9-0,7 ширины оконных проемов

отапливаемых помещений (рис. 2.1а). Пол-

ная высота отопительного прибора должна быть меньше расстояния от чистого пола до

низа подоконной доски (или низа оконного проема при ее отсутствии) на величину не

менее 110 мм.

Для помещений, полы которых выполнены из материалов с высокой тепловой актив-

ностью (керамическая плитка, натуральный

камень и т.п.) целесообразно на фоне кон-

вективного отопления с помощью отопитель-

ных приборов создать санитарный эффект с

помощью напольного отопления

В помещениях различного назначения

высотой более 5 м при наличии вертикаль-

ных световых проемов следует под ними

размещать отопительные приборы для защиты работающих от холодных нисходя-

щих потоков воздуха. В то же время такое

решение создает непосредственно у пола

повышенную скорость холодного настилаю-

щегося вдоль пола потока воздуха, скорость

которого зачастую превышает 0,2...0,4 м/с

(рис. 2.1б). С увеличением мощности прибора дискомфортные явления усиливаются.

Кроме того, из-за увеличения температуры воздуха в верхней зоне значительно возрас-

тают теплопотери помещения

В таких случаях для обеспечения теплового комфорта в рабочей зоне и снижения

польное отопление или лучистое отопление

с помощью радиационных нагревательных

приборов, располагаемых в верхней зоне на высоте 2,5…3,5 м (рис. 2.1б). Дополни-

тельно следует под световыми проемами

размещать отопительные приборы с тепло-

вой нагрузкой на возмещение теплопотерь данного светового проема. При наличии в

таких помещениях постоянных рабочих мест

ние в зонах рабочих мест для обеспечения в них теплового комфорта с помощью либо

систем воздушного отопления, либо с помощью локальных радиационных приборов над рабочими местами, либо с помощью

этом под световыми проемами (окнами) для

расчетную тепловую нагрузку прибора сле-

защиты работающих от холодных нисходя-

дует принимать равной расчетным тепловым

щих потоков воздуха следует размещать ото-

потерям данного верхнего светового проема

пительные приборы с тепловой нагрузкой на

с запасом 10-20 %. В противном случае на

возмещение теплопотерь данного светового

поверхности остекления произойдет конден-

сатообразование.

Рис. 2.1.: Примеры размещения отопительных приборов в помещениях

а) в жилых и административных помещениях высотой до 4 м;

б) в помещениях различного назначения высотой более 5 м;

в) в помещениях с верхними световыми проемами.

В одной системе отопления допускается

использование отопительных приборов раз-

личных типов

Встроенные нагревательные элементы не допускается размещать в однослойных

наружных или внутренних стенах, а также в

перегородках, за исключением нагреватель-

ных элементов, встроенных во внутренние

стены и в перегородки палат, операционных

и других помещений лечебного назначения больниц.

Допускается предусматривать в многослойных наружных стенах, перекрытиях и

полах нагревательные элементы водяного

отопления, замоноличенные в бетон.

В лестничных клетках зданий до 12 эта-

жей отопительные приборы допускается раз-

мещать только на первом этаже на уровне

входных дверей; установка отопительных

приборов и прокладка теплопроводов в объеме тамбура не допускается.

В зданиях лечебных учреждений отопительные приборы на лестничных клетках

Страница 8

В. В. Покотилов: Пособие по расчету систем отопления

Отопительные приборы не следует размещать в отсеках тамбуров, имеющих на-

ружные двери

Отопительные приборы на лестничной

клетке следует присоединять к отдельным

ветвям или стоякам систем отопления

Трубопроводы систем отопления следует

проектировать из стальных (кроме оцинко-

ванных), медных, латунных труб, а также

термостойких металлополимерных и поли-

мерных труб.

Трубы из полимерных материалов про-

кладываются скрыто: в конструкции пола,

за экранами, в штрабах, шахтах и каналах. Открытая прокладка этих трубопроводов

допускается только в пределах пожарной секций здания в местах, где исключается их механическое повреждение, внешний на-

грев наружной поверхности труб более 90 °С

и прямое воздействие ультрафиолетового из-

лучения. В комплекте с трубами из полимер-

ных материалов следует применять соедини

тельные детали и изделия, соответствующие

применяемому типу труб.

Уклоны трубопроводов следует прини-

мать не менее 0,002. Допускается прокладка

труб без уклона при скорости движения воды в них 0,25 м/с и более.

Запорную арматуру следует предусма-

тривать: для отключения и спуска воды от

отдельных колец, ветвей и стояков систем

отопления, для автоматически или дистан

ционно управляемых клапанов; для отключе-

ния части или всех отопительных приборов в

помещениях, в которых отопление использу-

ется периодически или частично. Запорную

арматуру следует предусматривать со шту-

церами для присоединения шлангов

В насосных системах водяного отопления

следует предусматривать, как правило, про-

точные воздухосборники, краны или автома-

тические воздухоотводчики. Непроточные

воздухосборники допускается предусматривать при скорости движения воды в трубо-

проводе менее 0,1 м/с. При использовании

незамерзающей жидкости желательно

использовать для отвода воздуха автома-

тические воздухоотводчики - сепараторы,

устанавливаемые, как правило в тепловом

пункте «до насоса»

В системах отопления с нижней разводкой магистралей для удаления воздуха пред-

усматривается установка воздуховыпускных

кранов на нагревательных приборах верхних

этажей (в горизонтальных системах - на каж-

дом нагревательном приборе).

При проектировании систем центрально-

го водяного отопления из полимерных труб следует предусматривать приборы автома-

тического регулирования (ограничитель тем-

пературы) с целью защиты трубопроводов

от превышения параметров теплоносителя

На каждом этаже устраиваются встроенные монтажные шкафы, в которых должны раз-

мещаться распределители с отводящими

трубопроводами, запорная арматура, фильтры, балансовые клапаны, а также счетчики

учета тепла

Трубы между распределителями и отопительными приборами прокладываются

у наружных стен в специальной защитной

гофрированной трубе или в теплоизоляции, в

конструкции пола или в специальных плинту-

сах-коробах

2.2. Устройства для регулирования теплоотдачи отопительного прибора. Способы присоединений различного типа отопительных приборов к трубопроводам системы отопления

Для регулирования температуры воздуха

в помещениях у отопительных приборов сле-

дует устанавливать регулирующую арматуру

В помещениях с постоянным пребыва-

нием людей, как правило, устанавливаются

автоматические терморегуляторы, обеспечи-

вающие поддержание заданной температу-

ры в каждом помещении и экономию подачи

тепла за счет использования внутренних

теплоизбытков (бытовые тепловыделения,

солнечная радиация).

Не менее чем у 50 % отопительных при-

боров, устанавливаемых в одном помеще-

нии, следует устанавливать регулирующую

арматуру, за исключением приборов в поме-

щениях, где имеется опасность замерзания

теплоносителя

На рис. 2.2 показаны различные вариан-

ты регуляторов температуры, которые могут

быть установлены на термостатический ра-

диаторный клапан.

На рис. 2.3 и рис. 2.4 показаны варианты

наиболее распространенных присоединений различного типа отопительных приборов к двухтрубным и однотрубным системам ото-

Сегодня разберём, как произвести гидравлический расчёт системы отопления. Ведь по сей день распространяется практика проектирования отопительных систем по наитию. Это в корне неверный подход: без предварительного расчёта мы задираем планку материалоёмкости, провоцируем нештатные режимы работы и лишаемся возможности добиться максимальной эффективности.

Цели и задачи гидравлического расчёта

С инженерной точки зрения жидкостная система отопления представляется достаточно сложным комплексом, включающим устройства генерации тепла, его транспортировки и выделения в обогреваемых помещениях. Идеальным режимом работы гидравлической системы отопления считается такой, при котором теплоноситель поглощает максимум тепла от источника и передаёт его комнатной атмосфере без потерь в процессе перемещения. Конечно, такая задача видится совершенно недостижимой, однако более вдумчивый подход позволяет предсказать поведение системы в различных условиях и максимально приблизиться к эталонным показателям. Это и есть главная цель проектирования систем отопления, важнейшей частью которого по праву считается гидравлический расчёт.

Практические цели гидравлического расчёта таковы:

1. Понять, с какой скоростью и в каком объёме осуществляется перемещение теплоносителя в каждом узле системы.
2. Определить, какое влияние оказывает изменение режима работы каждого из устройств на весь комплекс в целом.
3. Установить, какая производительность и рабочие характеристики отдельных узлов и устройств будут достаточными для выполнения отопительной системой своих функций без значительного удорожания и обеспечения необоснованно высокого запаса надёжности.
4. В конечном итоге — обеспечить строго дозированное распределение тепловой энергии по различным зонам отопления и гарантировать, что это распределение будет сохраняться с высоким постоянством.

Можно сказать больше: без хотя бы базовых расчётов невозможно добиться приемлемой стабильности работы и долговечного использования оборудования. Моделирование действия гидравлической системы, по сути, является базисом, на котором строится вся дальнейшая проектная разработка.

Виды систем отопления

Задачи инженерных расчётов такого рода осложняются высоким разнообразием систем отопления, как с точки зрения масштабности, так и в плане конфигурации. Различают несколько видов отопительных развязок, в каждой из которых действуют свои закономерности:

1. Двухтрубная тупиковая систем а — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

Переход от теплотехнического расчёта к гидравлическому осуществляется путём введения понятия массового потока, то есть некой массы теплоносителя, подводимого к каждому участку отопительного контура. Массовый поток есть отношение требуемой тепловой мощности к произведению удельной теплоёмкости теплоносителя на разность температур в подающем и возвратном трубопроводе. Таким образом, на эскизе отопительной системы отмечают ключевые точки, для которых указывается номинальный массовый поток. Для удобства параллельно определяется и объёмный поток с учётом плотности используемого теплоносителя.

G = Q / (c (t 2 - t 1))

• Q — необходимая тепловая мощность, Вт
• c — удельная теплоёмкость теплоносителя, для воды принимаемая 4200 Дж/(кг·°С)
• ΔT = (t 2 - t 1) — разность температур между подачей и обраткой, °С

Логика здесь проста: чтобы доставить необходимое количество тепла к радиатору, нужно сперва определить объём или массу теплоносителя с заданной теплоёмкостью, проходящего через трубопровод за единицу времени. Для этого требуется определить скорость движения теплоносителя в контуре, которая равна отношению объёмного потока к площади сечения внутреннего прохода трубы. Если расчёт скорости ведётся относительно массового потока, в знаменатель нужно добавить значение плотности теплоносителя:

V = G / (ρ · f)

• V — скорость движения теплоносителя, м/с
• G — расход теплоносителя, кг/с
• ρ — плотность теплоносителя, для воды можно принять 1000 кг/м 3
• f — площадь сечения трубы, находится по формуле π-·r 2 , где r — внутренний диаметр трубы, делённый на два

Данные о расходе и скорости необходимы для определения условного прохода труб развязки, а также подачи и напора циркуляционных насосов. Устройства принудительной циркуляции должны создавать избыточное давление, позволяющее преодолеть гидродинамическое сопротивление труб и запорно-регулирующей арматуры . Наибольшую сложность представляет гидравлический расчёт систем с естественной (гравитационной) циркуляцией, для которых требуемое избыточное давление рассчитывается по скорости и степени объёмного расширения нагреваемого теплоносителя.

Потери напора и давления

Расчёт параметров по описанным выше соотношениям был бы достаточен для идеальных моделей. В реальной жизни и объёмный поток, и скорость теплоносителя всегда будут отличаться от расчётных в разных точках системы. Причина тому — гидродинамическое сопротивление движению теплоносителя. Оно обусловлено рядом факторов:

1. Силами трения теплоносителя о стенки труб.
2. Местными сопротивлениями протоку, образуемыми фитингами, кранами, фильтрами, термостатирующими клапанами и прочей арматурой.
3. Наличием разветвлений присоединительного и ответвительного типов.
4. Турбулентными завихрениями на поворотах, сужениях, расширениях и т. д.

Задача нахождения падения давления и скорости на разных участках системы по праву считается наиболее сложной, она лежит в области расчётов гидродинамических сред. Так, силы трения жидкости о внутренние поверхности трубы описываются логарифмической функцией, учитывающей шероховатость материала и кинематическую вязкость. С расчётами турбулентных завихрений всё ещё сложнее: малейшее изменение профиля и формы канала делает каждую отдельно взятую ситуацию уникальной. Для облегчения расчётов вводится два опорных коэффициента:

1. Кvs — характеризующий пропускную способность труб, радиаторов, разделителей и прочих участков, приближенных к линейным.
2. К мс — определяющий местные сопротивления в различной арматуре.

Эти коэффициенты указываются производителями труб, клапанов, кранов, фильтров для каждого отдельно взятого изделия. Пользоваться коэффициентами достаточно легко: для определения потери напора Кмс умножают на отношение квадрата скорости движения теплоносителя к двойному значению ускорения свободного падения:

Δh мс = К мс (V 2 /2g) или Δp мс = К мс (ρV 2 /2)

• Δh мс — потери напора на местных сопротивлениях, м
• Δp мс — потери напора на местных сопротивлениях, Па
• К мс — коэффициент местного сопротивления
• g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с 2
• ρ — плотность теплоносителя, для воды 1000 кг/м 3

Потеря напора на линейных участках представляет собой отношение пропускной способности канала к известному коэффициенту пропускной способности, причём результат деления нужно возвести во вторую степень:

Р = (G/Kvs) 2

• Р — потеря напора, бар
• G — фактический расход теплоносителя, м 3 /час
• Kvs — пропускная способность, м 3 /час

Предварительная балансировка системы

Важнейшей финальной целью гидравлического расчёта системы отопления является вычисление таких значений пропускной способности, при которых в каждую часть каждого контура отопления поступает строго дозированное количество теплоносителя с определённой температурой, чем обеспечивается нормированное выделение тепла на нагревательных приборах. Эта задача лишь на первый взгляд кажется сложной. В действительности балансировка выполняется за счёт регулировочных клапанов, ограничивающих проток. Для каждой модели клапана указывается как коэффициент Kvs для полностью открытого состояния, так и график изменения коэффициента Kv для разной степени открытия регулировочного штока. Изменяя пропускную способность клапанов, которые, как правило, устанавливаются в точках подключения нагревательных приборов, можно добиться искомого распределения теплоносителя, а значит, и количества переносимой им теплоты.

Есть, однако, небольшой нюанс: при изменении пропускной способности в одной точке системы меняется не только фактический расход на рассматриваемом участке. Из-за снижения или увеличения протока в некой степени меняется баланс во всех остальных контурах. Если взять для примера два радиатора с разной тепловой мощностью, соединённых параллельно при встречном движении теплоносителя, то при увеличении пропускной способности прибора, стоящего в цепи первым, второй получит меньше теплоносителя из-за увеличения разницы в гидродинамическом сопротивлении. Напротив, при снижении протока за счёт регулировочного клапана все остальные радиаторы, стоящие по цепочке дальше, получат больший объём теплоносителя автоматически и будут нуждаться в дополнительной калибровке. Для каждого типа разводки действуют свои принципы балансировки .

Программные комплексы для расчётов

Очевидно, что выполнение расчётов вручную оправдано только для малых систем отопления, имеющих максимум один или два контура с 4-5 радиаторами в каждом. Более сложные системы отопления тепловой мощностью свыше 30 кВт требуют комплексного подхода при расчёте гидравлики, что расширяет спектр используемых инструментов далеко за пределы карандаша и листа бумаги.

На сегодняшний день существует достаточно большое количество программного обеспечения, предоставляемого крупнейшими производителями отопительной техники, такими как Valtec, Danfoss или Herz. В подобных программных комплексах для расчёта поведения гидравлики используется та же методология, которая была описана в нашем обзоре. Сначала в визуальном редакторе моделируется точная копия проектируемой системы отопления, для которой указываются данные о тепловой мощности, типе теплоносителя, протяжённости и высоте перепадов трубопроводов, используемой арматуре, радиаторах и змеевиках тёплого пола. В библиотеке программы имеется широкий спектр гидротехнических устройств и арматуры, для каждого изделия производитель заблаговременно определил рабочие параметры и базовые коэффициенты. При желании можно добавить и сторонние образцы устройств, если для них известен требуемый перечень характеристик.

В финале работы программа даёт возможность определить подходящий условный проход труб, подобрать достаточную подачу и напор циркуляционных насосов. Расчёт завершается балансировкой системы, при этом в ходе симуляции работы гидравлики происходит учёт зависимостей и влияния изменения пропускной способности одного узла системы на все остальные. Практика показывает, что освоение и использование даже платных программных продуктов оказывается дешевле, чем если бы выполнение расчётов поручалось подрядным специалистам.

Введение
1. Область применения
2. Законодательные и нормативные документы
3. Термины и определения
4. Общие положения
5. Качественная характеристика поверхностного стока с селитебных территорий и площадок предприятий
5.1. Выбор приоритетных показателей загрязнения поверхностного стока при проектировании очистных сооружений
5.2. Определение расчётных концентраций загрязняющих веществ при отведении поверхностного стока на очистку и выпуске в водные объекты
6. Системы и сооружения отведения поверхностного стока с селитебных территорий и площадок предприятий
6.1. Системы и схемы отведения поверхностных сточных вод
6.2. Определение расчётных расходов дождевых, талых и дренажных вод в коллекторах дождевой канализации
6.3. Определение расчётных расходов сточных вод полураздельной системы канализации
6.4. Регулирование расходов сточных вод в сети дождевой канализации
6.5. Перекачка поверхностного стока
7. Расчётные объёмы поверхностных сточных вод с селитебных территорий и площадок предприятий
7.1. Определение среднегодовых объёмов поверхностных сточных вод
7.2. Определение расчётных объёмов дождевых сточных вод, отводимых на очистку
7.3. Определение расчётных суточных объёмов талых вод, отводимых на очистку
8. Определение расчётной производительности очистных сооружений поверхностного стока
8.1. Расчётная производительность очистных сооружений накопительного типа
8.2. Расчётная производительность очистных сооружений проточного типа
9. Условия отведения поверхностного стока с селитебных территорий и площадок предприятий
9.1. Общие положения
9.2. Определение нормативов допустимого сброса (НДС) веществ и микроорганизмов при выпуске поверхностных сточных вод в водные объекты
10. Очистные сооружения поверхностного стока
10.1. Общие положения
10.2. Выбор типа очистных сооружений по принципу регулирования расхода вод
10.3. Основные технологические принципы
10.4. Очистка поверхностного стока от крупных механических примесей и мусора
10.5. Разделение и регулирование стока на очистных сооружениях
10.6. Очистка стока от тяжёлых минеральных примесей (пескоулавливание)
10.7. Аккумулирование и предварительное осветление стока методом статического отстаивания
10.8. Реагентная обработка поверхностного стока
10.9. Очистка поверхностного стока реагентным отстаиванием
10.10. Очистка поверхностного стока реагентной флотацией
10.11. Очистка поверхностного стока методом контактной фильтрации
10.12. Доочистка поверхностного стока фильтрованием
10.13. Адсорбция
10.14. Биологическая очистка
10.15. Озонирование
10.16. Ионный обмен
10.17. Баромембранные процессы
10.18. Обеззараживание поверхностного стока
10.19. Обращение с отходами технологических процессов очистки поверхностных сточных вод
10.20. Основные требования по контролю и автоматизации технологических процессов очистки поверхностных сточных вод
Список литературы
Приложение 1. Значение величин интенсивности дождя
Приложение 2. Значения параметров для определения расчётных расходов в коллекторах дождевой канализации
Приложение 3. Карта районирования территории Российской Федерации по слою талого стока
Приложение 4. Карта районирования территории Российской Федерации по коэффициенту С
Приложение 5. Методика расчёта объёма резервуара для регулирования поверхностного стока в сети дождевой канализации
Приложение 6. Методика расчёта производительности насосных станций для перекачки поверхностного стока
Приложение 7. Методика определения максимального суточного слоя дождевых стоков для селитебных территорий и предприятий первой группы
Приложение 8. Методика расчёта суточного слоя осадков с заданной вероятностью превышения (для предприятий второй группы)
Приложение 9. Нормированные отклонения от среднего значения ординат логарифмически нормальной кривой распределения Ф при разных значениях обеспеченности и коэффициента асимметрии
Приложение 10. Нормированные отклонения ординат биноминальной кривой распределения Ф при разных значениях обеспеченности и коэффициента асимметрии
Приложение 11. Среднесуточные слои осадков Нср, коэффициенты вариации и асимметрии для различных территориальных районов РФ
Приложение 12. Методика и пример расчёта суточного объёма талых вод, отводимых на очистку Введение
1. Область применения
2. Нормативные ссылки
3. Основные термины и определения
4. Общие положения
5. Качественная характеристика поверхностного стока с селитебных территорий и площадок предприятий
5.1. Выбор приоритетных показателей загрязнения поверхностного стока при проектировании очистных сооружений
5.2. Определение расчётных концентраций загрязняющих веществ при отведении поверхностного стока на очистку и выпуске в водные объекты
6. Системы и сооружения отведения поверхностного стока с селитебных территорий и площадок предприятий
6.1. Системы и схемы отведения поверхностных сточных вод
6.2. Определение расчётных расходов дождевых, талых и дренажных вод в коллекторах дождевой канализации
6.3. Определение расчётных расходов сточных вод полураздельной системы канализации
6.4. Регулирование расходов сточных вод в сети дождевой канализации
6.5. Перекачка поверхностного стока
7. Расчётные объёмы поверхностных сточных вод с селитебных территорий и площадок предприятий
7.1. Определение среднегодовых объёмов поверхностных сточных вод
7.2. Определение расчётных объёмов дождевых сточных вод, отводимых на очистку
7.3. Определение расчётных суточных объёмов талых вод, отводимых на очистку
8. Определение расчётной производительности очистных сооружений поверхностного стока
8.1. Расчётная производительность очистных сооружений накопительного типа
8.2. Расчётная производительность очистных сооружений проточного типа
9. Условия отведения поверхностного стока с селитебных территорий и площадок предприятий
9.1. Общие положения
9.2. Определение нормативов допустимого сброса (НДС) веществ и микроорганизмов при выпуске поверхностных сточных вод в водные объекты
10. Очистные сооружения поверхностного стока
10.1. Общие положения
10.2. Выбор типа очистных сооружений по принципу регулирования расхода вод
10.3. Основные технологические принципы
10.4. Очистка поверхностного стока от крупных механических примесей и мусора
10.5. Разделение и регулирование стока на очистных сооружениях
10.6. Очистка стока от тяжёлых минеральных примесей (пескоулавливание)
10.7. Аккумулирование и предварительное осветление стока методом статического отстаивания
10.8. Реагентная обработка поверхностного стока
10.9. Очистка поверхностного стока реагентным отстаиванием
10.10. Очистка поверхностного стока реагентной флотацией
10.11. Очистка поверхностного стока методом контактной фильтрации
10.12. Доочистка поверхностного стока фильтрованием
10.13. Адсорбция
10.14. Биологическая очистка
10.15. Озонирование
10.16. Ионный обмен
10.17. Баромембранные процессы
10.18. Обеззараживание поверхностного стока
10.19. Обращение с отходами технологических процессов очистки поверхностных сточных вод
10.20. Основные требования по контролю и автоматизации технологических процессов очистки поверхностных сточных вод
Список литературы
Приложение А. Термины и определения
Приложение Б. Значение величин интенсивности дождя
Приложение В. Значения параметров для определения расчётных расходов в коллекторах дождевой канализации
Приложение Г. Карта районирования территории Российской Федерации по слою талого стока
Приложение Д. Карта районирования территории Российской Федерации по коэффициенту С
Приложение Е. Методика расчёта объёма резервуара для регулирования поверхностного стока в сети дождевой канализации
Приложение Ж. Методика расчёта производительности насосных станций для перекачки поверхностного стока
Приложение И. Методика определения величины максимального суточного слоя дождевых осалков для селитебных территорий и предприятий первой группы
Приложение К. Методика расчёта максимального суточного слоя осадков с заданной вероятностью превышения
Приложение Л. Нормированные отклонения от среднего значения ординат логарифмически нормальной кривой распределения Ф при разных значениях обеспеченности и коэффициента асимметрии
Приложение М. Нормированные отклонения ординат биноминальной кривой распределения Ф при разных значениях обеспеченности и коэффициента асимметрии
Приложение Н. Среднесуточные слои осадков Нср, коэффициенты вариации и асимметрии для различных территориальных районов РФ
Приложение П. Методика и пример расчёта суточного объёма талых вод, отводимых на очистку

После сбора исходных данных, определения тепловых потерь дома и мощности радиаторов остаётся выполнить гидравлический расчет системы отопления. Правильно выполненный, он является гарантией корректной, бесшумной, стабильной и надёжной работы системы отопления. Более того, это способ избежать лишних капиталовложений и затрат на энергию.

Вычисления и работы которые нужно выполнить заранее

Гидравлический расчёт – самый трудоёмкий и сложный этап проектирования.

• Во-первых, определяется баланс отапливаемых комнат и помещений.
• Во-вторых, необходимо выбрать тип теплообменников или отопительных приборов, а также выполнить их расстановку на плане дома.
• В-третьих, расчет отопления частного дома предполагает, что уже сделан выбор относительно конфигурации системы, типов трубопроводов и арматуры (регулирующей и запорной).
• В-четвёртых, должны быть сделан чертёж отопительной системы. Лучше всего, если это будет аксонометрическая схема. На ней должны быть указаны номера, длина расчётных участков и тепловые нагрузки.
• В-пятых, установлено основное циркуляционное кольцо. Это замкнутый контур, включающий последовательные отрезки трубопровода, направленные к приборному стояку (при рассмотрении однотрубной системы) или к самому удалённому отопительному прибору(если имеет место двухтрубная система) и обратно к источнику тепла.

Расчёт отопления в деревянном доме выполняется по той же схеме, что и в кирпичном или в любом другом загородном коттедже.

Порядок проведения вычислений

Гидравлический расчет системы отопления предполагает решение следующих задач:

• определение диаметров трубопровода на различных отрезках (при этом учитываются экономически целесообразные и рекомендованные скорости движения теплоносителя);
• вычисление на различных участках гидравлических потерь давления;
• гидравлическая увязка всех ветвей системы (гидравлических приборных и других). Она предполагает применение регулирующей арматуры, которая позволяет выполнить динамическую балансировку при нестационарных гидравлических и тепловых режимах функционирования отопительной системы;
• расход теплоносителя и расчёт потерь давления.

Есть ли бесплатные программы для расчётов?

Чтобы упростить расчет системы отопления частного дома, можно воспользоваться специальными программами. Их, конечно, не так много как графических редакторов, но выбор всё же есть. Одни распространяются бесплатно, другие – в демо-версиях. В любом случае, сделать нужные расчёты один-два раза получится и без материальных вложений.

Программное обеспечение «Oventrop CO»

Бесплатное программное обеспечение «Oventrop CO» предназначено для того, чтобы выполнить гидравлический расчёт отопления загородного дома.

Программа «Oventrop CO» создана для предоставления графической помощи на этапе составления проекта отопления. Она позволяет выполнить гидравлический расчёт и для однотрубной, и для двухтрубной системы. Работать в ней просто и удобно: есть уже готовые блоки, осуществляется контроль над ошибками, огромный каталог материалов

На основе предварительных настроек и подбора отопительных приборов, трубопровода и арматуры можно проектировать новые системы. Помимо этого возможна регулировка существующей схемы. Она осуществляется посредством подбора мощности уже имеющегося в распоряжении оборудования в соответствии с нуждами отапливаемых комнат и помещений.

Оба эти варианта могут сочетаться в данной программе, позволяя регулировать существующие фрагменты и проектировать новые. При любом варианте расчёта «Oventrop CO» подбирает настройки арматуры. В части выполнения гидравлических расчётов у этой программы широкие возможности: от подбора диаметров трубопровода до анализа расхода воды в оборудовании. Все результаты (таблицы, схемы, рисунки) можно распечатать или перенести в среду Windows.

Программное обеспечение «Instal-Therm HCR»

Программа «Instal-Therm HCR» позволяет рассчитать систему радиаторного и поверхностного отопления.

Она поставляется в комплекте InstalSystem TECE, куда входят ещё три программы: Instal-San Т (для проектирования холодного и горячего водоснабжения), Instal-Heat&Energy (для расчёта тепловых потерь) и Instal-Scan (для сканирования чертежей).

Программа «Instal-Therm HCR» снабжена расширенными каталогами материалов (трубы, потребители воды, фитинги, радиаторы, теплоизоляция и запорно-регулирующая арматура). Результаты расчётов выдаются в виде спецификации на предлагаемые программой материалы и изделия. Единственный недостаток пробной версии – невозможно вывести её на печать

Вычислительные возможности «Instal-Therm HCR»: - подбор по диаметру труб и арматуры, а также тройников, фасонных изделий, распределителей, проходных муфт и теплоизоляции трубопровода; - определение высоты подъёма насосов, расположенных в смесителях системы или на участке; - гидравлические и тепловые расчёты отопительных поверхностей, автоматическое определение оптимальной температуры входа (питания); - подбор радиаторов, учитывающий охлаждение в трубопроводах рабочего агента.

Пробной версией можно воспользоваться бесплатно, но она имеет ряд ограничений. Во-первых, как и в большинстве условно-бесплатных программ, результаты распечатать нельзя, равно как и экспортировать их. Во-вторых, в каждом из приложений пакета можно создать только три проекта. Правда изменять их можно сколько угодно. В-третьих, созданный проект сохраняется в модифицированном формате. Файлы с таким расширением ни другая пробная, ни даже стандартная версия не прочитают.

Программное обеспечение «HERZ C.O.»

Свободно распространяется программа «HERZ C.O.». С её помощью можно сделать гидравлический расчёт и однотрубной, и двухтрубной системы отопления. Важным отличием от других является возможность выполнения расчётов в новых или реконструированных зданиях, где в качестве теплоносителя выступает гликолиевая смесь. Это программное обеспечение имеет сертификат соответствия ООО ЦСПС.

«HERZ C.O.» предоставляет пользователю следующие возможности: подбор труб по диаметру, настроек регуляторов разницы давления (разветвления, основание стоков); анализ расхода воды и определение потерь давления в оборудовании; расчёт гидравлического сопротивления циркуляционных колец; учёт необходимых авторитетов термостатических вентилей; снижение в циркуляционных кольцах избыточного давления посредством подбора настроек вентилей. Для удобства пользователя организован графический ввод данных. Результаты расчётов выводятся в виде схем и поэтажных планов.

Схематичное представление результатов расчётов в «HERZ C.O.» гораздо удобнее спецификации на материалы и изделия, в форме которой выводятся итоги вычислений в других программах

Программа имеет развитую контекстную справку, предоставляющую информацию об отдельных командах или вводимых показателях. Многооконный режим работы позволяет одновременно просматривать несколько типов данных и итогов. Работа с плоттером и принтером организована предельно просто, перед печатью можно предварительно просмотреть выводимые страницы.

Программа «HERZ C.O.» оснащена удобной функцией автоматического поиска и диагностики ошибок в таблицах и на схемах, а также быстрым доступом к каталожным данным арматуры, отопительных приборов и труб

Современные системы регулирования с постоянно меняющимся тепловым режимом требуют оборудования для мониторинга изменений и их регулирования.

Сделать выбор регулирующей арматуры, не владея ситуацией на рынке, очень сложно. Поэтому для того, чтобы сделать расчет отопления по площади всего дома, лучше воспользоваться программным приложением с большой библиотекой материалов и изделий. От правильности полученных данных зависит не только работа самой системы, но и объём капиталовложений, которые потребуются для её организации.