Гидравлический расчет автономной системы отопления: что нужно учесть
Наиболее ответственный этап проектирования системы отопления – это гидравлический расчет трубопровода. Такая проверка позволяет не только выбрать оптимальные размеры труб, но и правильно расставить вспомогательную арматуру.
Пословица «готовь сани летом...» уже успела надоесть всем и каждому. Эта народная мудрость повествует о том, что тщательная подготовка в серьезных вопросах никогда не бывает лишней. Она подходит и для автономного отопления, ведь когда термометр по утрам настойчиво напоминает о смене сезона, кто-то может сполна пожалеть о том, что затянул с оптимизацией теплоснабжения.
В предыдущих статьях мы неоднократно вспоминали о необходимости подробных расчетов — в том числе теплового и гидравлического. В первом случае инженер проверяет эффективность обогрева помещения и удержание тепла в доме, во втором — насколько замкнутая система отопления справится с этой задачей.
Гидравлический расчет покажет потери давления при движении теплоносителя по всему контуру трубопровода. Эту проверку можно произвести как вручную, предварительно вычертив проектную схему сети, так и в специальном программном обеспечении. Но независимо от того, какой метод вы выберете, придется вникнуть в нюансы расчета, чтобы не получить в итоге полтора землекопа.
Основные элементы автономных систем отопления
Отказаться от услуг центрального теплоснабжения и перейти на самообеспечение — задача весьма амбициозная, хотя и не такая сложная, как может показаться с первого взгляда. Если подойти к вопросу скрупулезно, не брезгуя анализом технической литературы и помощью специалистов, то результат будет куда эффективней и экономичней универсальных решений.
Каждая автономная система отопления уникальна, поскольку максимально адаптирована под архитектуру помещений и расположение отопительных приборов, удобное для жителей. Но огромное многообразие схем можно упростить до общего набора основных компонентов. Сюда войдут:
- источник нагрева теплоносителя (котел на газе, электрокотел, твердотопливный котел и т.д.);
- трубопровод (магистрали, стояки, подводка, коллекторы);
- отопительные приборы (радиаторы на несколько секций, регистры, теплый пол, панели, полотенцесушители);
- насосы (сетевой для подпитки системы из водопровода, циркуляционный для интенсификации движения теплоносителя);
- расширительный бак для компенсации возрастания давления;
- компенсаторы линейного расширения (сильфонные);
- вспомогательная арматура (балансировочные вентили, воздухоспускные устройства, предохранительные клапаны, конденсатоотводчики);
- приборы для слежения и контроля (манометр, термометр, датчик расхода);
- автоматика для управления (в том числе — дистанционного).
Центральное место также занимает непосредственно сам теплоноситель. В 9 случаях из 10 это водяное отопление, и трубопровод заполнен обычной водой, забранной из сети холодного водоснабжения. Но если хозяева выбирают иное средство — на основе глицерина, этиленгликоля, пропиленгликоля или антифриза, то это решение активно влияет не столько на состав техники для сборки автономной сети, но на некоторые ее параметры и характеристики.
Что дает гидравлический расчет
Дисциплина «гидравлика» изучает закономерности в работе замкнутых систем, заполненных жидкостью и работающих под давлением. Гидравлический расчет системы отопления направлен на то, чтобы проверить, насколько принятые проектные решения соответствуют требуемому функционалу трубопровода.
Какие цели ставит перед собой инженер, приступая к расчету:
- обеспечить стабильность и бесперебойность работы сети;
- гарантировать безопасность сети (исключить риск разгерметизации при резком скачке давления);
- достигнуть минимальных показателей шума — потому что шорох воды в трубах, постоянно сопровождающий жизнь в доме, некоторых очень раздражает;
- снизить затраты — на материалы для сборки трубопровода.
Гидравлический расчет направлен на определение наиболее вероятных потерь на сопротивление трению по всей длине сети. Здесь учитывают использование труб разного диаметра, разнообразных фитингов и арматуры. Зная величину потерь, можно заранее их компенсировать и добиться идеальной работы системы отопления.
Расчет гидравлики ведут двумя способами:
- по оптимальной скорости движения теплоносителя;
- по заданной величине давления.
По своей сути, оба варианта рассматривают одно и то же — интенсивность прогона воды по трубам, но расчет по давлению считается фундаментально более правильным. Обычно именно ему отдают предпочтение.
Побочным итогом гидравлического расчета системы автономного отопления будет выбор диаметра труб на различных участках, причем выбор не «на глаз» или по аналогии, а численно аргументированный. Такой подход позволит сэкономить на материалах для сборки сети и на объеме теплоносителя, что уже играет на руку любому владельцу.
Специалисты называют гидравлический расчет самым сложным и трудоемким этапом проектирования домашнего теплоснабжения. Стоит потратить несколько дней и получить консультацию от профессионала, если вы взялись за это дело самостоятельно. Ведь мало просто получить правдоподобный результат — нужно понимать, что он действительно правильный.
Типы разводки отопительных систем
Выбор между различными схемами разводки теплоснабжения зависит в первую очередь от архитектурных особенностей жилья, во вторую — от требуемой эффективности теплоотдачи. Также учитывают согласованность прокладки труб относительно внутренней отделки, расположения отопительных приборов и личных предпочтений владельцев.
Предусмотрено три основных вариантов разводки:
- однотрубная — когда помещения по периметру опоясывает одинарный контур. Фактически, теплоноситель движется по кольцевой, последовательно проходя всю длину сети;
- двухтрубная — аналогичная однотрубной, но с разделением на две магистрали (подающую и обратку). Вода движется к приборам по горячей нитке и уходит по холодной;
- лучевая — иначе называемая коллекторной, при которой путь к каждому прибору выполнен отдельно, а все нитки сведены к общему раздаточному узлу-коллектору. Оптимально подходит для просторных помещений с большим количеством отопительных приборов.
Наиболее эффективной и универсальной признана двухтрубная разводка. Однотрубная — скорее пережиток прошлого, оставшийся в домах старой застройки и устраивающий владельцев только на условно малых площадях. Лучевую часто можно встретить в квартирах-студиях и коммерческой недвижимости.
Помимо трех основных схем разводка также бывает:
- горизонтальной или вертикальной;
- открытой или закрытой;
- верхней или нижней;
- тупиковой или попутной;
- с гравитационной и принудительной подачей (движение теплоносителя побуждается наклоном трубопровода или встроенным циркуляционным насосом).
При выборе разводки принимают во внимание суммарную протяженность контура теплоснабжения и необходимость подачи тепла на несколько этажей. Всё это напрямую связано с величиной потерь давления, которая и интересует нас в процессе проверки гидравлики.
Необходимые данные для расчета
Приступая к гидравлическому расчету системы отопления для частного дома или квартиры, лучше заранее собрать все необходимые сведения о проекте, чтобы позже впопыхах не выискивать нужные характеристики или размеры.
Что вам понадобится:
- Результаты расчета теплового баланса помещений, где оперируют понятиями необходимого количества теплоты, теплопотерь и мощности системы отопления.
- Тип, количество и логика размещения отопительных приборов.
- Конфигурация всей системы. На эскизе в аксонометрии следует изобразить не только трубопровод, но и отметить арматуру, котел, расширительный бак и иное встроенное оборудование.
- Тип и характеристики теплоносителя, его температура.
При подборе диаметра труб вы можете использовать табличный метод, при котором ориентируются на величину теплового потока, скорость движения теплоносителя и его плановый расход. Привыкнув пользоваться такими рекомендациями, многие мастера позже уже определяют диаметр по сложности проекта, буквально «с первого взгляда».
Не забудьте сразу вооружиться каталогом стандартной номенклатуры тех сантехнических труб, которые вы планируете использовать при сборке сети. Так размеры изделий из оцинкованной стали и из полипропилена могут существенно различаться. И, заложив в расчет какую-то усредненную величину диаметра проходного сечения, вы рискуете получить менее точный результат.
Помните, что при расчете автономной системы отопления вам понадобятся сведения о работе всей встроенной техники — насосов, расширительного бака, котла, а также информация об объеме залитого теплоносителя.
Порядок гидравлического расчета
- Общий контур теплоснабжения по чертежу делят на условные циркуляционные кольца и участки. Циркуляционное кольцо — это замкнутый контур из нескольких последовательных участков, участок — одна или несколько труб с общим расходом теплоносителя. Ключевой чертой циркуляционного кольца будет общность давления. Для однотрубной системы количество циркуляционных колец равно числу стояков, для двухтрубной — числу отопительных приборов.
- На схему наносят тепловые нагрузки для каждого прибора. Эти показатели равны тепловой нагрузке в помещении, разделенной на количество приборов с учетом их размещения.
- Назначают начальные условия — скорость движения теплоносителя или давление в системе. В первом случае используют рекомендованные значения (как пример, для воды эта величина приходится на пределы 0,3-0,5 м/с). Давление рассчитывают эмпирически, формируя его как сумму из давления, нагнетаемого насосом, и давления естественной циркуляции.
- Назначают диаметры труб для магистралей, стояков и ниток подключения приборов, исходя из устоявшихся рекомендаций.
- Определяют расход воды на каждом кольце и участке.
- Определяют потери давления, используя сумму коэффициентов местных сопротивлений как для прямых участков, так и для тройников, крестовин, отводов и вспомогательной арматуры.
- Определяют потери давления на выбранных регулировочных и балансировочных клапанах по данным производителя. Их можно найти в техдокументации, приложенной к каждой модели такой техники. При этом ориентировочной характеристикой будет пропускная способность.
- Определяют суммарные потери давления.
- Выполняют увязку системы из рассматриваемых циркуляционных колец в единое целое. Это необходимо для динамической балансировки, ведь на одном кольце потери давления могут быть иными, чем на других, и в сумме это приводит к нестабильной работе трубопровода. По сути, это выравнивание давлений к единым показателям при нестационарных режимах работы теплосети.
- Рассчитывают финальные потери давления и расход теплоносителя по факту. Это проверочный этап расчета.
Варианты для автоматизации расчетов систем отопления
Все действия, заложенные в порядок гидравлического расчета, можно выполнить на бумаге. Но зачастую куда удобней доверить это дело компьютерной технике — такой подход существенно экономит время на перебор нескольких вариантов за счет автоматизации рутинных математических операций.
Есть три варианта машинного расчета систем отопления:
- вбить все формулы в MS Excel, сформировав собственную простую расчетную программу. В этом случае вы понимаете всю механику действий и контролируете их порядок, а упрощаете лишь элементарную арифметику;
- использовать калькуляторы на профильных сетевых ресурсах. С их помощью можно получить решение простейших задач в онлайн-режиме;
- установить на компьютер специализированное программное обеспечение. В таких продуктах сразу вшиты инструменты, полностью решающие задачу проектного расчета на всех этапах, начиная от подготовки схемы и заканчивая выбором коэффициентов местных сопротивлений.
Сегодня на рынке существует целевое ПО для гидравлического расчета автономных систем отопления. Это будут:
- HERZ;
- Oventrop CO;
- Valtec.PRG;
- ProAqua Set.
Что примечательно, авторами таких программ выступают производители инженерной сантехники и арматуры. Они-то напрямую и заинтересованы в правильном проектировании сетей теплоснабжения.
Помимо непосредственно самого гидравлического расчета, подобные продукты предлагают пользователям также формирование и выдачу спецификаций на трубы, арматуру и приборы. Это существенно сокращает время при сравнении разных вариантов разводки по экономической эффективности — вместе с результатом расчета вы сразу получаете на руки сводную ведомость по закупке материалов и отопительного оборудования. Остается лишь взглянуть на финальные числа и прикинуть в уме стоимость монтажа.
Заключение
Человеку несведущему может показаться, что ремесло проектирования автономных систем отопления — какое-то мистическое таинство. Но стоит лишь углубиться в тему с самыми серьезными намерениями, и приходит осознание, что в этом вопросе нет ничего тайного или случайного, каждый выбор и решение продиктованы четкими рекомендациями.
Гидравлический расчет следует сразу после теплового и позволяет понять, справится ли ваш трубопровод с возложенными на него задачами — эффективно прогнать теплоноситель по всем отопительным приборам и не позволить ему остыть при этом. Чтобы сеть работала стабильно, ее проверяют по перепадам давлений и приводят к динамической балансировке.
Любой заинтересовавшийся может вооружиться алгоритмом расчета и выполнить его, используя бумагу и карандаш или специальное программное обеспечение. Гидравлический расчет также позволит рассмотреть различные варианты компоновки и даст понимание, где можно сэкономить на материалах и арматуре, а где это совершенно недопустимо.
- Комментарии
- Вконтакте