Рекомендуемые скорости движения воды в трубах. Гидравлический расчет отопления с учетом трубопровода
Гидравлический расчёт системы отопления с учетом трубопроводов.
При проведении дальнейших расчетов мы будем использовать все основные гидравлические параметры, в том числе расход теплоносителя, гидравлическое сопротивление арматуры и трубопроводов, скорость теплоносителя и т.д. Между данными параметрами есть полная взаимосвязь, на что и нужно опираться при расчетах.
Часто для надежной деаэрации систем на водной основе возможности, связанные с центральной, комбинированной и индивидуальной деаэрацией, объединяются. Характеристики и конструкция низкотемпературных котлов и светоизлучающих нагревателей. Говоря о рынке газового отопления в Болгарии, стоит отметить быстрые темпы его развития в последние годы, предоставление самых современных установок и установок, а также накопленный опыт их строительства и технического обслуживания. Конечно, основной предпосылкой для описанных характеристик рынка является расширение сети газотранспортной сети по всей стране.
К примеру, если повысить скорость теплоносителя, одновременно будет повышаться гидравлическое сопротивление у трубопровода. Если повысить расход теплоносителя, с учетом трубопровода заданного диаметра, одновременно возрастет скорость теплоносителя, а также гидравлическое сопротивление. И чем больше будет диаметр трубопровода, тем меньше будет скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. На основе анализа данных взаимосвязей, можно превратить гидравлический (программа расчета есть в сети) в анализ параметров эффективности и надежности работы всей системы, что, в свою очередь, поможет снизить расходы на использующиеся материалы.
Косвенная роль играет косвенное участие нашей страны в двух масштабных газовых проектах - «Набукко», связывающих Ближний Восток и Каспийский регион, и «Южный поток» с газопроводом из России в Европейский Союз. Помимо развития газотранспортной сети, тот факт, что они имеют очень хорошие характеристики, обусловлен быстрым проникновением современных газовых обогревателей. Они обычно характеризуются высокой эффективностью, высоким коэффициентом энергоэффективности и успешным обслуживанием установленных параметров микроклимата.
Во многих случаях промышленные отопительные установки имеют особые требования, связанные с конкретным производственным процессом. Например, разделение производственных и складских помещений на отдельные зоны, где выполняются конкретные этапы процесса, и необходимо поддерживать конкретные параметры микроклимата в каждой отдельной зоне. Для многих отраслей комнатная пыль также является серьезной проблемой. Современные газовые отопительные приборы, используемые в промышленности, в значительной степени способны удовлетворить эти конкретные требования.
Отопительная система включает в себя четыре базовых компонента: теплогенератор, отопительные приборы, трубопровод, запорная и регулирующая арматура. Данные элементы имеют индивидуальные параметры гидравлического сопротивления, которые нужно учесть при проведении расчета. Напомним, что гидравлические характеристики не отличаются постоянством. Ведущие производители материалов и отопительного оборудования в обязательном порядке указывают информацию по удельным потерям давления (гидравлические характеристики) на производимое оборудование или материалы.
Нагревательные установки на основе низкотемпературных котлов в значительной степени способны удовлетворять требованиям современных отопительных установок, таких как высокая эффективность эксплуатации, низкие эксплуатационные расходы, небольшое количество вредных веществ, сопровождающих производство использованного топлива. Достижение лучшего теплового комфорта при более низкой температуре теплоносителя и высокая энергоэффективность низкотемпературных установок логично привели к увеличению спроса на так называемые низкотемпературные котлы.
Например, расчет для полипропиленовых трубопроводов компании FIRAT существенно облегчается за счет приведенной номограммы, в которой указываются удельные потери давления или напора в трубопроводе для 1 метра погонного трубы. Анализ номограммы позволяет четко проследить обозначенные выше взаимосвязи между отдельными характеристиками. В этом и состоит основная суть гидравлических расчетов.
В дополнение к газу они также могут поставляться с жидким топливом, и их конструкция отличается от конструкции обычных котлов. Этот тип котлов характеризуется конкретной конструкцией и типом используемых материалов, которые позволяют поддерживать более низкую температуру котла на выходе из котла, обычно в пределах от 40 до 75 градусов Цельсия. Типичным из них является более низкая температура дымовых газов, что приводит к снижению потерь тепла по сравнению с обычными котлами. Еще одной особенностью современных моделей низкотемпературных котлов является возможность того, что температуру нагретой воды можно изменять бесступенчато, согласно графику регулирования работы отопительной системы, т.е. температура хладагента регулируется в соответствии с температурой наружного воздуха.
Гидравлический расчет систем водяного отопления: расход теплоносителя
Думаем, вы уже провели аналогию между термином «расход теплоносителя» и термином «количество теплоносителя». Так вот, расход теплоносителя будет напрямую зависеть от того, какая тепловая нагрузка приходится на теплоноситель в процессе перемещения им тепла к отопительному прибору от теплогенератора.
Низкотемпературные котлы также отличаются уменьшенной конвекцией и испусканием потерь, особенно в менее мощных моделях. Это предотвращает конденсацию водяного пара, содержащегося в дымовых газах в самом котле, что ограничивает коррозионные процессы и приводит к увеличению срока службы оборудования.
Доступны различные дизайнерские решения. Используются различные конструкции низкотемпературных котлов. Среди конструктивных решений, которые были реализованы на практике, являются так называемые модели. сухой камеры сгорания, где стенки камеры сгорания не имеют прямого контакта с нагретой водой. После выхода из камеры сгорания дымовой газ протекает через сильно намотанную и коаксиальную стенку пространства, в котором расположен нагретый теплоноситель. Ребра выполнены из чугуна или стали. Их температура поддерживается высокой.
Гидравлический расчет подразумевает определение уровня расхода теплоносителя, касательно заданного участка. Расчетный участок представляет собой участок со стабильным расходом теплоносителя и с постоянным диаметром.
Гидравлический расчет систем отопления: пример
Если ветка включает в себя десять киловаттных радиаторов, а расход теплоносителя рассчитывался на перенос энергии тепла на уровне 10 киловатт, то расчетный участок будет представлять собой отрезом от теплогенератора до радиатора, который в ветке является первым. Но только при условии, что данный участок характеризуется постоянным диаметром. Второй участок располагается между первым радиатором и вторым радиатором. При этом, если в первом случае высчитывался расход переноса 10-киловаттной тепловой энергии, то на втором участке расчетное количество энергии будет составлять уже 9 киловатт, с постепенным уменьшением по мере проведения расчетов. Гидравлическое сопротивление должно рассчитываться одновременно для подающего и обратного трубопровода.
Важной особенностью этой конструкции является тот факт, что для работы котла в низкотемпературном режиме необходимо исключить возможность конденсации водяного пара в дымовом газе. Другим конструктивным решением, типичным для низкотемпературных котлов, является так называемое. двустворчатые поверхности. В этих котлах дымовой газ проходит через дымовые трубы, которые конструктивно спроектированы как двустворчатые конвективные теплообменные поверхности. Две оболочки изготовлены из стали или чугуна и расположены на коаксиальном расстоянии друг от друга с промежуточными ребрами.
Гидравлический расчет однотрубной системы отопления подразумевает вычисление расхода теплоносителя
для расчетного участка по следующей формуле:
Gуч= (3,6*Qуч)/(с*(tг-tо))
Qуч –тепловая нагрузка расчетного участка в ваттах. К примеру, для нашего примера нагрузка тепла на первый участок будет составлять 10000 ватт или 10 киловатт.
Когда котел работает в низкотемпературном режиме, т.е. при более низкой температуре теплоносителя температура внутренней трубы всегда выше на 15-20 градусов по Цельсию по сравнению с температурой теплоносителя. Современное технологическое решение, используемое в низкотемпературных котлах, включает в себя интеграцию системы повышения температуры возвратной воды в конструкцию установки. На практике повышение температуры возвращаемой воды достигается за счет непрерывного смешивания нагретой и поступающей охлажденной воды или схем теплопередачи, отличающихся по дизайну.
с (удельная теплоемкость для воды) – постоянная, равная 4,2 кДж/(кг °С)
tг –температура горячего теплоносителя в отопительной системе.
tо –температура холодного теплоносителя в отопительной системе.
Гидравлический расчет системы отопления: скорость потока теплоносителя
Минимальная скорость теплоносителя должна принимать пороговое значение 0,2 — 0,25 м/с. Если скорость будет меньше, из теплоносителя будет выделяться избыточный воздух. Это приведет к появлению в системе воздушных пробок, что, в свою очередь, может служить причиной частичного или полного отказа отопительной системы. Что касается верхнего порога, то скорость теплоносителя должна достигать 0,6 — 1,5 м/с. Если скорость не будет подниматься выше данного показателя, то в трубопроводе не будут образовываться гидравлические шумы. Практика показывает, что оптимальный скоростной диапазон для отопительных систем составляет 0,3 — 0,7 м/с.
Быстрый рост температуры возвратной воды основан на гравитационном давлении. В низкотемпературных котлах аналогичной конструкции образуются две взаимосвязанные круговые цепи. В дополнение к перечисленным конструкциям низкотемпературных котлов были разработаны и успешно реализованы другие решения, такие как двухконтурная схема теплоносителя.
Характерные особенности котлов. Высокая эксплуатационная надежность и высокая эффективность являются одними из основных преимуществ низкотемпературных котлов, что делает их серьезной альтернативой традиционно используемым структурам. При использовании низкотемпературных котлов большой емкости, оснащенных двухступенчатыми или модульными горелками, эффективность установки достигает впечатляющих 95%, что объясняет их широкое применение в самых разных промышленных областях. Другим преимуществом этих котлов является предотвращенная конденсация пара, содержащегося в дымовых газах на поверхностях теплообмена.
Если есть необходимость рассчитать диапазон скорости теплоносителя более точно, то придется брать в расчет параметры материала трубопроводов в отопительной системе. Точнее, вам понадобится коэффициент шероховатости для внутренней трубопроводной поверхности. К примеру, если речь идет о трубопроводах из стали, то оптимальной считается скорость теплоносителя на уровне 0,25 — 0,5 м/с. Если трубопровод полимерных или медный, то скорость можно увеличить до 0,25 – 0,7 м/с. Если хотите перестраховаться, внимательно почитайте, какая скорость рекомендуется производителями оборудования для систем отопления. Более точный диапазон рекомендованной скорости теплоносителя зависит от материала трубопроводов применяемых в системе отопления а точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопроводов. Например для стальных трубопроводов лучше придерживаться скорости теплоносителя от 0,25 до 0,5 м/с для медных и полимерных (полипропиленовые, полиэтиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,25 до 0,7 м/с либо воспользоваться рекомендациями производителя при их наличии.
Низкотемпературные котлы также являются предпочтительным решением из-за более низкого расхода топлива по сравнению с обычными моделями. Однако использование низкотемпературных котлов также требует соблюдения ряда специфических особенностей. Прежде всего, низкотемпературные котлы могут обслуживать установки с максимальной температурой воды до 75 градусов Цельсия. Также необходимо, чтобы дымоход был влагостойким. Существуют также другие ограничения для работы низкотемпературных котлов, связанных с наружной температурой.
Для отопления больших комнат в последние годы в нашей стране нужно использовать различные виды лучистых нагревателей. Инфракрасные системы отопления радиатора подходят для обогрева помещений, которые не выделяют органическую пыль или пожароопасные аэрозоли. Рекомендуется для зданий с плохой теплоизоляцией и для обогрева в отдельных помещениях в неотапливаемых помещениях. Не допускается установка инфракрасных излучателей в помещениях с повышенной пожароопасностью и в помещениях, содержащих материалы, которые изменяют их свойства под воздействием инфракрасного излучения.
Расчет гидравлического сопротивления системы отопления: потеря давления
Потеря давления на определенном участке системы, которую также называют термином «гидравлическое сопротивление», представляет собой сумму всех потерь на гидравлическое трение и в локальных сопротивлениях. Данный показатель, измеряемый в Па, высчитывается по формуле:
В отличие от котельных установок, инфракрасные излучатели являются излучателями, которые не полагаются на конвекцию воздуха для обогрева помещения. Они нагревают людей непосредственно в отапливаемых помещениях, не нагревая воздух. Основными элементами системы являются газовые эмиттеры, распределительная газораспределительная сеть и комплекс автоматизации для зажигания, контроля и безопасности процесса горения. Тепловая калибровка системы определяет мощность, количество и расположение радиаторов. Место установки, высота и ориентация подвески выбраны для обеспечения равномерного воздействия пола.
ΔPуч=R* l + ((ρ * ν2) / 2) * Σζ
где
ν — скорость используемого теплоносителя, измеряемая в м/с.
ρ — плотность теплоносителя, измеряемая в кг/м3.
R –потери давления в трубопроводе, измеряемые в Па/м.
l – расчетная длина трубопровода на участке, измеряемая в м.
Σζ — сумма коэффициентов локальных сопротивлений на участке оборудования и запорно-регулирующей арматуры.
Считается, что лучшие технические результаты достигаются путем установки их в диапазоне от 5 до 20 метров над нагретой поверхностью. Для подключения отдельных излучателей к распределительной сети из стальных или медных труб используются жесткие или гибкие соединения. Рекомендуется, чтобы распределительная сеть была структурирована в отдельных филиалах, что позволяло одновременно исключать группу излучателей. В тех случаях, когда существуют технические или экономические препятствия для создания удаленной системы останова для каждого передатчика, рекомендуется разделить их на несколько групп, по крайней мере два с относительной властью 30% и 70% относительно общей величины.
Что касается общего гидравлического сопротивления, то оно представляет собой сумму всех гидравлических сопротивлений расчетных участков.
Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления: выбор основной ветви системы
Если система характеризуется попутным движением теплоносителя, то для двухтрубной системы выбирается кольцо самого загруженного стояка через нижний прибор отопления. Для однотрубной системы – кольцо через самый загруженный стояк.
Размеры труб соответствуют максимальному расходу газа. Общий или зональный режим обогрева. Экономичная эксплуатация, возможность отопления в открытых зонах или конкретных зонах, в неотапливаемых помещениях с большой высотой, высокой надежностью и простотой обслуживания.
Их недостатки сводятся к высокой температуре излучающей пластины, к необходимости вентиляции для удаления отходов сгорания. В них не сгорание осуществляется с высокой тепловой нагрузкой, и большая часть тепла испускается в окружающей среде с длиной волны от 5 до 6 микрометров.
Если система характеризуется тупиковым движением теплоносителя, то для двухтрубной системы выбирается кольцо нижнего прибора отопления для самого загруженного из наиболее удаленных стояков. Соответственно, для однотрубной отопительной системы выбирается кольцо через наиболее загруженный из удаленных стояков.
Если речь идет о горизонтальной отопительной системе, то выбирается кольцо через наиболее загруженную ветвь, относящуюся к нижнему этажу. Говоря о загрузке, мы имеем в виду показатель «тепловая нагрузка», который был описан выше.
Топливом обычно является природный газ. Их принцип работы основан на сжигании гомогенной смеси горения, состоящей из воздуха и природного газа на излучающей пластине. Гомогенизация смеси происходит в эжекторе горелки, и смесь горения, проходящая через отверстия пластины, горит на ее поверхности тонким слоем. В большинстве случаев излучающая пластина представляет собой керамическое перфорированное тело. Также используются пористые керамические тела, сеть металлической сетки, каталитические пластины.
Диаметр отверстий выбирается в зависимости от состава топлива и удельной тепловой мощности поверхности. Элементы передатчика. Основными элементами светоизлучателя являются: смеситель, огнестойкая пластина, отражатель и система зажигания со встроенной защитой. Основными элементами воздушно-газового смесителя являются труба Вентури и газовый инжектор. Скорость потока газа создает вакуум, в результате чего газ всасывается в воздух, подаваемый для поддержания сгорания. После того, как трубка Вентури топливная смесь подается в специальную камеру, где они были распределены равномерно по всей поверхности огнеупорной плиты.
Если вы начинаете монтировать систему отопления, то должны произвести все необходимые вычисления перед началом работ. Особое внимание стоит уделить расчету диаметра отопительного трубопровода. Если он произведен неправильно, то в первую очередь пострадает гидродинамика отопительной системы. А также мы получим низкую производительность системы при больших энергетических затратах. В том числе неправильный выбор диаметра трубы может повлечь за собой более существенные проблемы, такие как сбои системы, прорывы или течь. Для того, чтобы этого не произошло нужно грамотно подойти к вопросу монтажа отопительного трубопровода.
Как правило, основные характеристики труб для отопления включают в себя внутренний и наружный диаметры , а также условный диаметр - округленное общее значение диаметра, которое определяется в дюймах или в долях дюйма.
Разница между внешним и внутренним диаметром трубы отличается на величину толщины трубы. В зависимости от материала, из которого изготовлена труба, эта величина разнится.
Внешний диаметр трубы обязательно учитывается при монтаже, поскольку требует присоединения всевозможных крепежей. Внутренний диаметр это основной критерий выбора трубы для отопительной системы. Благодаря ему определяется пропускная способность системы. А это, в свою очередь, существенно влияет на возможность протяженности трубопровода и на то, какое количество радиаторов будет возможно подключить к отопительной системе.
Дополнительно, принимая во внимание диаметр трубы, можно будет прогнозировать теплопотери системы обогрева.
В первую очередь нужно учитывать, что правила выбора труб для различных отопительных схем существенно отличаются.
Если подключение системы обогрева будет проводиться к центральной отопительной магистрали, то диаметр трубы рассчитывается аналогично квартирным отопительным системам .
Если же планируется автономное отопление, то диаметр здесь может быть отличен в зависимости от того будет ли система работать с помощью циркуляционного насоса , либо же путем естественной циркуляции .
В том числе на выбор влияют:
- Материал изготовления трубы
- Тип теплоносителя
- Специфика разводки отопительной системы
- Предполагаемое давление воды
- Скорость течения воды в системе
Проводя расчеты диаметра трубопровода, следует изначально учесть из какого типа труб будет проводиться монтаж. Это необходимо, поскольку система измерения и маркировки труб различается исходя из материала, из которого она изготовлена. Как правило, трубы из стали и чугуна маркируются из расчета внутреннего диаметра, а пластиковые и медные трубы по наружному сечению. Это является особо важным фактором, если планируется монтаж трубопровода в комбинации нескольких материалов.
В идеале стоит доверить процедуру расчета специалисту, однако, если у вас нет такой возможности или просто есть желание, то можно вполне справиться самостоятельно.
Расчет диаметра труб системы отопления
Данный расчет производится на основании ряда параметров. Сначала необходимо определить тепловую мощность системы обогрева , потом рассчитать с какой скоростью теплоноситель - горячая вода или другой вид теплоносителя - будет двигаться по трубам. Это поможет максимально точно произвести расчеты и избежать неточностей.
Расчет мощности отопительной системы
Вычисление производятся по формуле. Чтобы высчитать мощность системы обогрева нужно объем обогреваемого помещения умножить на коэффициент теплопотери и на разницу между зимней температурой внутри помещения и за его пределами и затем разделить полученное значение на 860.
Определить коэффициент теплопотери можно исходя из материала постройки, а также наличия способов утепления и его видов.
Если постройка имеет стандартные параметры , то производить расчет можно в усредненном порядке.
Для определения результирующей температуры необходимо среднюю внешнюю температуру в зимнее время года и внутреннюю не меньше чем это регламентировано санитарными требованиями.
Скорость теплоносителя в системе
По нормативам скорость движения теплоносителя по трубам отопления должна превышать показатель 0,2 метра в секунду . Это требование обусловлено тем, что при более низкой скорости движения из жидкости выделяется воздух, что приводит к воздушным пробкам, которые могут нарушить работу всей системы обогрева.
Верхний уровень скорости не должен превышать 1,5 метра в секунду, поскольку это может привести к шуму в системе.
В целом желательно соблюдать средний барьер скорости, чтобы увеличить циркуляцию и тем самым повысить продуктивность системы. Чаще всего, чтобы добиться этого применяются специальные насосы.
Расчет диаметра трубы системы обогрева
Правильное определение диаметра трубы очень важный момент, поскольку он отвечает за качественную работу всей системы и если произвести неправильный расчет и смонтировать по нему систему, то потом будет невозможно исправить что-то частично. Необходима будет замена всей системы трубопровода.
А это существенные расходы. Для того, чтобы не допустить этого нужно подойти к расчету со всей ответственностью.
Расчет диаметра трубы производится с помощью специальной формулы. Она включает в себя:
- искомый диаметр
- тепловую мощность системы
- скорость движения теплоносителя
- разницу между температурой в подаче и обратке отопительной системы.
Эту разницу температур необходимо выбрать исходя из нормативов на вход (не меньше чем 95 градусов) и на обратку (как правило, это 65−70 градусов). Исходя из этого, разница температур обычно принимается как 20 градусов.
Гидравлический расчёт труб
Сложность работы зависит от расчета диаметра труб, толщины их стенок и других параметров.
От протяжённости и типа отопительной сети зависит диаметр труб. Теплоноситель во время прохождения по различным участкам трубопровода, теряет часть энергии. Уменьшение диаметра трубы способствует увеличению скорости прохождения теплоносителя и тем самым повышению теплоотдачи.
Помимо этого коэффициент сопротивления потоку теплоносителя определяется шероховатостью внутренней поверхности трубопровода. В связи с этим может существенно различаться давление на разных участках системы отопления.
Применение гидравлических расчетов необходимо, чтобы точно определить параметры давления. В противном случае это может привести к снижению эффективности отопительной системы в связи с тем, что давление, приводящее в движение теплоноситель, не превышало суммарных потерь.
Также необходимо учесть тот факт, что толщина трубы имеет значение не менее чем ее диаметр.
Если диаметр трубы выбран неверно, это грозит серьезными осложнениями в период эксплуатации системы отопления или даже преждевременным выходом ее из строя:
- Слишком большой диметр трубы системы обогрева . Это приведет к недостаточному давлению в отопительной системе и тем самым нарушению циркуляции. Из-за этого нарушится температурный режим в помещении, проще говоря, оно будет недостаточно обогрето.
- Слишком маленький диаметр трубы системы обогрева . Из-за увеличения давления внутри трубы маленького диаметра система отопления будет слишком шумно работать.
Во время проектирования и монтажа системы отопления необходимо тщательное соблюдение всех параметров и правил. Ошибки, допущенные на стадии проектирования системы чаще всего просто невозможно исправить выборочно, и необходим полный демонтаж трубопровода системы обогрева и новая его закладка. Это приводит к ощутимым финансовым затратам и как следствие недовольством работой системы. Чтобы этого не произошло достаточно внимательно отнестись ко всем этапам процесса, в том числе к расчетам диаметра трубы отопительной системы.