Гидравлический расчет трубопроводов отопления excel - Word и Excel

Гидравлический расчет трубопроводов

Опубликовано 08 Апр 2014
Рубрика: Теплотехника | 66 комментариев

Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных…

… — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице «О блоге».

Рассмотрим порядок и формулы расчета в Excel на примере прямого горизонтального трубопровода длиной 100 метров из трубы ø108 мм с толщиной стенки 4 мм.

Исходные данные:

1. Расход воды через трубопровод G в т/час вводим

в ячейку D4: 45,000

2. Температуру воды на входе в расчетный участок трубопровода t_вх в °C заносим

в ячейку D5: 95,0

3. Температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода t_вых в °C записываем

в ячейку D6: 70,0

4. Внутренний диаметр трубопровода d в мм вписываем

в ячейку D7: 100,0

5. Длину трубопровода L в м записываем

в ячейку D8: 100,000

6. Эквивалентную шероховатость внутренних поверхностей труб ∆ в мм вносим

в ячейку D9: 1,000

Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует стальным старым заржавевшим трубам, находящимся в эксплуатации много лет.

Эквивалентные шероховатости для других типов и состояний труб приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls», ссылка на скачивание которого дана в конце статьи.

7. Сумму коэффициентов местных сопротивлений Σ(ξ) вписываем

в ячейку D10: 1,89

Мы рассматриваем пример, в котором местные сопротивления присутствуют в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 стыков).

Для ряда основных типов местных сопротивлений данные и формулы расчета представлены на листах «Расчет коэффициентов» и «Справка» файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

Результаты расчетов:

8. Среднюю температуру воды t_ср в °C вычисляем

в ячейке D12: =(D5+D6)/2 =82,5

t_ср=(t_вх+t_вых)/2

9. Кинематический коэффициент вязкости воды n в cм²/с при температуре t_ср рассчитываем

в ячейке D13: =0,0178/(1+0,0337*D12+0,000221*D12^2) =0,003368

n=0,0178/(1+0,0337*t_ср+0,000221*t_ср²)

10. Среднюю плотность воды ρ в т/м³ при температуре t_ср вычисляем

в ячейке D14: =(-0,003*D12^2-0,1511*D12+1003,1)/1000 =0,970

ρ=(-0,003*t_ср²-0,1511*t_ср+1003, 1)/1000

11. Расход воды через трубопровод G’ в л/мин пересчитываем

в ячейке D15: =D4/D14/60*1000 =773,024

G’=G*1000/(ρ*60)

Этот параметр пересчитан нами в других единицах измерения для облегчения восприятия величины расхода.

12. Скорость воды в трубопроводе v в м/с вычисляем

в ячейке D16: =4*D4/D14/ПИ()/(D7/1000)^2/3600 =1,640

v=4*G/(ρ*π*(d/1000)²*3600)

К ячейке D16 применено условное форматирование. Если значение скорости не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки становится красным, а шрифт белым.

Предельные скорости движения воды приведены на листе «Справка» расчетного файла Excel «gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov.xls».

13. Число Рейнольдса Re определяем

в ячейке D17: =D16*D7/D13*10 =487001,4

Re=v*d*10/n

14. Коэффициент гидравлического трения λ рассчитываем

в ячейке D18: =ЕСЛИ(D17<=2320;64/D17;ЕСЛИ(D17<=4000; 0,0000147*D17;0,11* (68/D17+D9/D7)^0,25)) =0,035

λ=64/Re при Re≤2320

λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000

λ=0,11*(68/Re+∆/d)^0,25 при Re≥4000

15. Удельные потери давления на трение R в кг/(см²*м) вычисляем

в ячейке D19: =D18*D16^2*D14/2/9,81/D7*100 =0,004645

R=λ*v²*ρ*100/(2*9,81*d)

16. Потери давления на трение dP_тр в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D20: =D19*D8 =0,464485

dP_тр=R*L

и в ячейке D21: =D20*9,81*10000 =45565,9

dP_тр=dP_тр*9,81*10000

17. Потери давления в местных сопротивлениях dP_мс в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9,81/10000 =0,025150

dP_мс=Σ(ξ)*v²*ρ/(2*9,81*10)

и в ячейке D23: =D22*9,81*10000 =2467,2

dP_тр=dP_мс*9,81*10000

18. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D24: =D20+D22 =0,489634

dP=dP_тр+dP_мс

и в ячейке D25: =D24*9,81*10000 =48033,1

dP=dP*9,81*10000

19. Характеристику гидравлического сопротивления трубопровода S в Па/(т/ч)² вычисляем

в ячейке D26: =D25/D4^2 =23,720

S=dP/G²

Гидравлический расчет в Excel трубопровода по формулам теоретической гидравлики выполнен!

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel по формулам СНиП 2.04.02-84.

Этот расчет определяет потери на трение в трубопроводах по эмпирическим формулам без учета коэффициентов местных сопротивлений, но с учетом сопротивлений, вносимых стыками.

На длинных трубопроводах, каковыми являются водопроводы и теплотрассы, влияние местных сопротивлений мало по сравнению с шероховатостью стенок труб и перепадами высот, и часто коэффициентами местных сопротивлений можно пренебречь при оценочных расчетах.

Исходные данные:

Этот расчет использует ранее введенные в предыдущем расчете значения внутреннего диаметра трубопровода d и длины трубопровода L, а также рассчитанное значение скорости движения воды v.

1. Выбираем из выпадающего списка, расположенного над ячейками A30…E30 вид трубы:

Неновые стальные и неновые чугунные без внутр. защитного покр. или с битумным защитным покр., v > 1,2м/c

Результаты расчетов:

По выбранному виду трубы Excel автоматически извлекает из таблицы базы данных значения эмпирических коэффициентов. Таблица базы данных, взятая из СНиП 2.04.02–84, расположена на этом же рабочем листе «РАСЧЕТ».

2. Коэффициент m извлекается

в ячейку D32: =ИНДЕКС(H31:H42;H29) =0,300

3. Коэффициент A₀ извлекается

в ячейку D33: =ИНДЕКС(I31:I42;I29) =1,000

4. Коэффициент 1000A₁ извлекается

в ячейку D34: =ИНДЕКС(J31:J42;J29) =21,000

5. Коэффициент 1000A₁/(2g) извлекается

в ячейку D35: =ИНДЕКС(K31:K42;K29) =1,070

6. Коэффициент С извлекается

в ячейку D36: =ИНДЕКС(L31:L42;L29) =0,000

7. Коэффициент гидравлического сопротивления i в м.вод.ст./м рассчитываем

в ячейке D37: =D35/1000*((D33+D36/D16)^D32)/((D7/1000)^(D32+1))*D16^2 =0,057

i=((1000A1/(2g))/1000)*(((A0+C/v)^m)/((d/1000)^(m+1)))*v²

8. Расчетные потери давления в трубопроводе dP в кг/см² и Па находим соответственно

в ячейке D38: =D39/9,81/10000 =0,574497

dP=dP/9,81/10000

и в ячейке D39: =D37*9,81*1000*D8 =56358,1

dP=i*9,81*1000*L

Гидравлический расчет трубопровода по формулам Приложения 10 СНиП 2.04.02–84 в Excel завершен!

Итоги.

Полученные значения потерь давления в трубопроводе, рассчитанные по двум методикам отличаются в нашем примере на 15…17%! Рассмотрев другие примеры, вы можете увидеть, что отличие иногда достигает и 50%! При этом значения, полученные по формулам теоретической гидравлики всегда меньше, чем результаты по СНиП 2.04.02–84. Я склонен считать, что точнее первый расчет, а СНиП 2.04.02–84 «подстраховывается». Возможно, я ошибаюсь в выводах. Следует отметить, что гидравлические расчеты трубопроводов тяжело поддаются точному математическому моделированию и базируются в основном на зависимостях, полученных из опытов.

В любом случае, имея два результата, легче принять нужное правильное решение.

При гидравлическом расчете трубопроводов с перепадом высот входа и выхода не забывайте добавлять (или отнимать) к результатам статическое давление. Для воды – перепад высот в 10 метров ≈ 1 кг/см².

Уважаемые читатели, Ваши мысли, замечания и предложения всегда интересны коллегам и автору. Пишите их внизу, в комментариях к статье!

Ссылка на скачивание файла: gidravlicheskiy-raschet-truboprovodov (xls 57,5KB).

Важное и, думаю, интересное продолжение темы читайте здесь.

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Источник

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.

Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

Сбор и обработку информации по объекту с целью:
- определения количества требуемого тепла;
- выбора схемы отопления.
Тепловой расчёт системы отопления с обоснованием:
- объёмов тепловой энергии;
- нагрузок;
- теплопотерь.

Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

Для расчёта гидравлики с помощью программ требуется знакомство с теорией и законами сопротивления. Если приведенные ниже формулы покажутся вам сложными для понимания, можно выбрать параметры, которые мы предлагаем в каждой из программ.

Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

Что такое гидравлический расчёт

Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

диаметр и пропускную способность труб;
местные потери давления на участках;
требования гидравлической увязки;
общесистемные потери давления;
оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов.

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор).

Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

Комплексные задачи — минимизация расходов:

капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
эксплуатационных:
- зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
- стабильность и надёжность;
- бесшумность.

Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
по характеристикам проводимости и сопротивления;
сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

Расчет гидравлики системы отопления

Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

Аксонометрическая схема

Вынесите данные в эту таблицу:

№ расчётного участка	Тепловая нагрузка	Длина
записать	записать	записать

Шаг 1: считаем диаметр труб

В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º

Δtco=tг- tо=90º-70º=20ºС

1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для однотрубной системы.

2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.

Чем меньше внутренний диаметр труб — тем выше скорость. Достигая отметки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.

3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):

Формула для расчёта скорости теплопотока

4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

5. Параметры участков:

Участок	Длина участка, м	Число приборов N, шт
1 — 2	1.78	1
2 — 3	2.60	1
3 — 4	2.80	2
4 — 5	2.80	2
5 — 6	2.80	4
6 — 7	2.80
7 — 8	2.20
8 — 9	6.10	1
9 — 10	0.5	1
10 — 11	0.5	1
11 — 12	0.2	1
12 — 13	0.1	1
13 — 14	0.3	1
14 — 15	1.00	1

Для определения внутреннего диаметра по каждому участку удобно пользоваться таблицей.

Расшифровка сокращений:

зависимость скорости движения воды — ν, с

теплового потока — Q, Вт

расхода воды G, кг/час от внутреннего диаметра труб

Ø 8	Ø 10	Ø 12	Ø 15	Ø 20	Ø 25	Ø 50
ν	Q	G	v	Q	G	v	Q	G	v	Q	G	v	Q	G	v	Q	G	v	Q	G
0.3	1226	53	0.3	1916	82	0.3	2759	119	0.3	4311	185	0.3	7664	330	0.3	11975	515	0.3	47901	2060
0.4	1635	70	0.4	2555	110	0.4	3679	158	0.4	5748	247	0.4	10219	439	0.4	15967	687	0.4	63968	2746
0.5	2044	88	0.5	3193	137	0.5	4598	198	0.5	7185	309	0.5	12774	549	0.5	19959	858	0.5	79835	3433
0.6	2453	105	0.6	3832	165	0.6	5518	237	0.6	8622	371	0.6	15328	659	0.6	23950	1030	0.6	95802	4120
0.7	2861	123	0.7	4471	192	0.7	6438	277	0.7	10059	433	0.7	17883	769	0.7	27942	1207	0.7	111768	4806

Пример

Задача: подобрать диаметр трубы для отопления гостиной площадью 18 м², высота потолка 2,7 м.

Данные проекта:

двухтрубная схема разводки;
циркуляция — принудительная (насос).

Среднестатистические данные:

расход мощности – 1 кВт на 30 м³
запас тепловой мощности – 20%

Расчёт:

объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м³
расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
запас на случай морозов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

Находим в таблице наиболее близкое значения Q:

Получаем интервал внутреннего диаметра: 8-10 мм.
Участок: 3-4.
Длина участка: 2.8 метров.

Шаг 2: вычисление местных сопротивлений

Чтобы определиться с материалом труб, необходимо сравнить показатели их гидравлического сопротивления на всех участках отопительной системы.

Факторы возникновения сопротивления:

Трубы для отопления

в самой трубе:
- шероховатость;
- место сужения/расширения диаметра;
- поворот;
- протяжённость.
в соединениях:
- тройник;
- шаровой кран;
- приборы балансировки.

Расчетным участком является труба постоянного диаметра с неизменным расходом воды, соответствующим проектному тепловому балансу помещения.

Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:

длина трубы на расчётном участке/l,м;
диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
данные регулирующей арматуры от производителя;
справочные данные:
- коэффициент трения/λ;
- потери на трение/∆Рl, Па;
- расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;
технические характеристики изделия:
- эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
- толщина стенки трубы/dн×δ, мм.

Для материалов со сходными значениями kэ производители предоставляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.

Чтобы самостоятельно определить удельные потери на трение/R, Па/м, достаточно знать наружный d трубы, толщину стенки/dн×δ, мм и скорость подачи воды/W, м/с (или расход воды/G, кг/ч).

Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:

Для стальных и полимерных труб (из полипропилена, полиэтилена, стекловолокна и т.д.) коэффициент трения/ λ наиболее точно вычисляется по формуле Альтшуля:

Re — число Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=v*d/ν) или с помощью онлайн-калькулятора:

Шаг 3: гидравлическая увязка

Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.

Исходные данные:

проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или низкозамерзающей жидкости для систем отопления);
данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
технические характеристики арматуры.
количество местных сопротивлений на участке.

Задача: выровнять гидравлические потери в сети.

В гидравлическом расчёте для каждого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность). По характеристикам сопротивления определяют коэффициенты затекания в каждый стояк и далее — в каждый прибор.

Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора

Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².

Потери давления/∆P, Па прямо пропорциональны квадрату расхода воды по участку/G, кг/ч:

В физическом смысле S — это потери давления на 1 кг/ч теплоносителя:

где:

ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².

Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч теплоносителя в трубе заданного диаметра (информация предоставляется производителем).

Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.

Приведенный коэффициент:

Он суммирует все местные сопротивления:

С величиной:

которая соответствует коэффициенту местного сопротивления с учётом потерь от гидравлического трения.

Шаг 4: определение потерь

Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:

первичного контура/ΔPIк ;
местных систем/ΔPм;
теплогенератора/ΔPтг;
теплообменника/ΔPто.

Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:

Обзор программ

Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой популярной является Excel.

Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

Главная трудность в работе с такими программами — незнание основ гидравлики. В некоторых из них отсутствуют расшифровки формул, не рассматриваются особенности разветвления трубопроводов и вычисления сопротивлений в сложных цепях.

Особенности программ:

HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
«Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Ячейка	Величина	Значение, обозначение, единица выражения
D4	45,000	Расход воды G в т/час
D5	95,0	Температура на входе tвх в °C
D6	70,0	Температура на выходе tвых в °C
D7	100,0	Внутренний диаметр d, мм
D8	100,000	Длина, L в м
D9	1,000	Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
D10	1,89	Сумма коэф. местных сопротивлений — Σ(ξ)

Пояснения:

значение в D9 берётся из справочника;
значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка	Алгоритм	Формула	Результат	Значение результата
D12	387332	tср=(tвх+tвых)/2	82,5	Средняя температура воды tср в °C
D13	!ERROR! B3 -> Formula Error: Unexpected ,	n=0,0178/(1+0,0337tср+0,000221tср2)	0,003368	Кинематический коэф. вязкости воды — n, cм2/с при tср
D14	!ERROR! B4 -> Formula Error: Unexpected ,	ρ=(-0,003tср2-0,1511tср+1003, 1)/1000	0,970	Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15	0.03301785959853	G’=G1000/(ρ60)	773,024	Расход воды G’, л/мин
D16	#NAME?	v=4G:(ρπ(d:1000)23600)	1,640	Скорость воды v, м/с
D17	46820984.143969	Re=vd10/n	487001,4	Число Рейнольдса Re
D18	!ERROR! B8 -> Formula Error: An unexpected error occurred	λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147Re при 2320≤Re≤4000 λ=0,11(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000	0,035	Коэффициент гидравлического трения λ
D19	!ERROR! B9 -> Formula Error: Unexpected ,	R=λv2ρ100/(29,81*d)	0,004645	Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20	0	dPтр=R*L	0,464485	Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21	!ERROR! B11 -> Formula Error: Unexpected ,	dPтр=dPтр9,8110000	45565,9	и Па соответственно D20
D22	!ERROR! B12 -> Formula Error: Unexpected ,	dPмс=Σ(ξ)v2ρ/(29,8110)	0,025150	Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23	!ERROR! B13 -> Formula Error: Unexpected ,	dPтр=dPмс9,8110000	2467,2	и Па соответственно D22
D24	0	dP=dPтр+dPмс	0,489634	Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25	!ERROR! B15 -> Formula Error: Unexpected ,	dP=dP9,8110000	48033,1	и Па соответственно D24
D26	0	S=dP/G2	23,720	Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

Пояснения:

значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
Шрифты:
- синий — исходные данные;
- чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
- красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

Исходные данные:

длина трубы100 метров;
ø108 мм;
толщина стенки 4 мм.

Excel

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Источник

Содержание

Делаем гидравлический расчет системы отопления с помощью программ, готовых форм Excel и самостоятельно
Назначение гидравлического расчета отопления
Порядок расчета гидравлических параметров отопления
Определение оптимального диаметра труб
Учет местных сопротивлений в магистрали
Обзор программ для гидравлических вычислений
Oventrop CO
Instal-Therm HCR
Гидравлический расчет однотрубной и двухтрубной системы отопления с формулами, таблицами и примерами
Что такое гидравлический расчёт
Расчет гидравлики системы отопления
Шаг 1: считаем диаметр труб
Шаг 2: вычисление местных сопротивлений
Шаг 3: гидравлическая увязка
Шаг 4: определение потерь
Обзор программ
Как работать в EXCEL
Ввод исходных данных
Оформление результатов
Пример от Александра Воробьёва
Добавить комментарий Отменить ответ
Гидравлический расчет системы отопления

Для эффективной работы системы отопления необходимо выполнить несколько условий – правильно подобрать комплектующие и сделать расчет. От корректного вычисления параметров системы зависит ее КПД и равномерное распределение тепла. Как сделать гидравлический расчет системы отопления — примеры, программы помогут выполнить эти вычисления.

Назначение гидравлического расчета отопления

Пример схемы отопления с учетом расчетных данных

При работе любой системы теплоснабжения неизбежно возникает гидравлическое сопротивление при движении теплоносителя. Для учета этого параметра необходим гидравлический расчет двухтрубной системы отопления. Его суть заключается в правильном выборе компонентов системы с учетом их эксплуатационных качеств.

Фактически гидравлический расчет систем водяного отопления представляет собой сложную процедуру, во время выполнения которой учитываются все тонкости и нюансы. На первом этапе следует определиться с требуемой мощностью отопления, выбрать оптимальную схему разводки трубопроводов, а также тепловой режим работы. На основе этих данных делается гидравлический расчет системы отопления в Excel или специализированной программе. Итогом вычислений должны стать следующие параметры водяного теплоснабжения:

Оптимальный диаметр трубопровода. Исходя из этого можно узнать их пропускную способность, тепловые потери. С учетом выбора материала изготовления будет известно сопротивление воды о внутреннюю поверхность магистрали;
Потери давления и напора на определенных участках системы. Пример гидравлического расчета системы отопления позволит заранее продумать механизмы для их компенсации;
Расход воды ;
Требуемую мощность насосного оборудования. Актуально для закрытых систем с принудительной циркуляцией.

На первый взгляд гидравлическое сопротивление системы отопления сложно. Однако достаточно немного вникнуть в суть вычислений и потом можно будет их сделать самостоятельно.

Для теплоснабжения небольшого дома или квартиры также рекомендуется выполнять расчет гидравлического сопротивления системы отопления.

Порядок расчета гидравлических параметров отопления

Отопление на плане дома

На первом этапе вычисления параметров системы отопления следует составить предварительную схему, на которой указывается расположение всех компонентов. Таким образом определяется общая протяженность магистралей, рассчитывается количество радиаторов, объем воды, а также характеристики отопительных приборов.

Как сделать гидравлический расчет отопления, не имея опыта подобных вычислений? Следует помнить, что для автономного теплоснабжения важно правильно подобрать диаметр труб. Именно с выполнения этого этапа и следует начать вычисления.

Лучше всего сделать схему отопления на уже готовом плане дома. Это позволит правильно рассчитать расход материала и определиться с его количеством для обустройства системы.

Определение оптимального диаметра труб

Виды труб для отопления

Самый упрощенный гидравлический расчет системы отопления включает в себя только вычисление сечения трубопроводов. Нередко при проектировании небольших систем обходятся и без него. Для этого берут следующие параметры диаметров труб в зависимости от типа теплоснабжения:

Открытая схема с гравитационной циркуляцией. Трубы диаметром от 30 до 40 мм. Такое большего сечение необходимо для уменьшения потерь при трении воды о внутреннюю поверхность магистралей;
Закрытая система с принудительной циркуляцией. Сечение трубопроводов варьируется от 8 до 24 мм. Чем оно меньше, тем больше давление будет в системе и соответственно – уменьшится общий объем теплоносителя. Но при этом возрастут гидравлические потери.

Если в наличии есть специализированная программа для гидравлического расчета системы отопления – достаточно заполнить данные о технических характеристиках котла и перенести отопительную схему. Программный комплект определит оптимальный диаметр труб.

Таблица выбора внутреннего диаметра трубопроводов

Полученные данные можно проверить самостоятельно. Порядок выполнения гидравлического расчета двухтрубной системы отопления вручную при вычислении диаметра трубопроводов заключается в вычислении следующих параметров:

V – скорость движения воды. Она должна быть в пределах от 0,3- до 0,6 м/с. Определятся производительностью насосного оборудования;
Q – тепловой поток. Это отношение количества тепла, проходящего за определенный промежуток времени – 1 секунду;
G – расход воды. Измеряется в кг/час. Напрямую зависит от диаметра трубопровода.

В дальнейшем для выполнения гидравлического расчета систем водяного отопления понадобиться узнать общий объем отапливаемого помещения — м³. Предположим, что это значение для одной комнаты равно 50 м³. Зная мощность котла отопления (24 кВт) вычисляем итоговый тепловой поток:

таблица расхода воды в зависимости от диаметра трубы

Затем для выбора оптимального диаметра труб нужно воспользоваться данными таблицы, составленными при выполнении гидравлического расчета системы отопления в Excel.

В этом случае оптимальный внутренний диаметр трубы на конкретном участке системы составит 10 мм.

В дальнейшем для выполнения примера гидравлического расчета системы отопления можно узнать ориентировочный расход воды, который засвистит от диаметра трубы.

Производители полимерных труб указывают внешний диаметр. Поэтому для корректного расчета гидравлического сопротивления системы отопления следует отнять две толщины стенки магистралей.

Учет местных сопротивлений в магистрали

Пример гидравлического расчета отопления

Не менее важным этапом является расчет гидравлического сопротивления отопительной системы на каждом участке магистрали. Для этого вся схема теплоснабжения условно разделяется на несколько зон. Лучше всего сделать вычисления для каждой комнаты в доме.

В качестве исходных данных для внесения в программу для гидравлического расчета системы отопления понадобятся следующие величины:

Протяженность трубы на участке, м.п;
Диаметр магистрали. Порядок вычислений описан выше;
Требуемая скорость теплоносителя. Также зависит от диаметра трубы и мощности циркуляционного насоса;
Справочные данные, характерные для каждого типа материала изготовления – коэффициент трения (λ), потери на трении (ΔР);
Плотность воды при температуре +80°С составит 971,8 кг/м³.

Зная эти данные можно сделать упрощенный гидравлический расчет отопительной системы. Результат подобных вычислений можно увидеть в таблице.

При проведении этой работы нужно помнить, что чем меньше выбранный участок отопления, тем точнее будут данные общих параметров системы. Так как сделать гидравлический расчет теплоснабжения с первого раза будет затруднительно – рекомендуется провести ряд вычислений для определенного промежутка трубопровода. Желательно, чтобы в нем было как можно меньше дополнительных приборов – радиаторов, запорной арматуры и т.д.

Для проверки гидравлического расчета двухтрубной отопительной системы нужно выполнить его в нескольких разных программах или дополнительно ручным способом самостоятельно.

Обзор программ для гидравлических вычислений

Пример программы для расчета отопления

По сути любой гидравлический расчет систем водяного теплоснабжения является сложной инженерной задачей. Для ее решения были разработаны ряд программных комплексов, которые упрощают выполнение этой процедуры.

Можно попытаться сделать гидравлический расчет системы отопления в оболочке Excel, воспользовавшись уже готовыми формулами. Но при этом возможно возникновение следующих проблем:

Большая погрешность. В большинстве случаев в качестве примера гидравлического расчета отопительной системы берутся однотрубная или двухтрубная схемы. Найти подобные вычисления для коллекторной проблематично;
Для правильного учета гидравлического сопротивления трубопровода необходимы справочные данные, которые отсутствуют в форме. Их нужно искать и вводить дополнительно.

Учитывая эти факторы, специалисты рекомендуют использовать программы для расчета. Большинство из них платные, но некоторые имеют демоверсию с ограниченными возможностями.

Oventrop CO

Программа для гидравлического расчета

Самая простая и понятная программа для гидравлического расчета системы теплоснабжения. Интуитивный интерфейс и гибкая настройка помогут быстро разобраться с нюансами ввода данных. Небольшие проблемы могут возникнуть при первичной настройке комплекса. Необходимо будет ввести все параметры системы, начиная от материала изготовления труб и заканчивая расположением нагревательных элементов.

Характеризуется гибкостью настроек, возможностью делать упрощенный гидравлический расчет отопления как для новой системы теплоснабжения, так и для модернизации старой. Отличается от аналогов удобным графическим интерфейсом.

Instal-Therm HCR

Программный комплекс рассчитан для профессионального гидравлического сопротивления системы теплоснабжения. Бесплатная версия имеет множество ограничений. Область применения – проектирование отопления в больших общественных и производственных зданиях.

На практике для автономного теплоснабжения частных домов и квартир гидравлический расчет выполняется не всегда. Однако это может привести к ухудшению работы системы отопления и быстрому выходу из строя его элементов – радиаторов, труб и котла. Что избежать этого нужно своевременно рассчитать параметры системы и сравнить их с фактическими для дальнейшей оптимизации работы отопления.

Пример гидравлического расчета системы отопления:

Гидравлический расчет однотрубной и двухтрубной системы отопления с формулами, таблицами и примерами

Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

Сбор и обработку информации по объекту с целью:
- определения количества требуемого тепла;
- выбора схемы отопления.
Тепловой расчёт системы отопления с обоснованием:
- объёмов тепловой энергии;
- нагрузок;
- теплопотерь.

Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

Что такое гидравлический расчёт

диаметр и пропускную способность труб;
местные потери давления на участках;
требования гидравлической увязки;
общесистемные потери давления;
оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов .

Комплексные задачи — минимизация расходов :

капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
эксплуатационных:
- зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
- стабильность и надёжность;
- бесшумность.

Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
по характеристикам проводимости и сопротивления;
сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Расчет гидравлики системы отопления

Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

Шаг 1: считаем диаметр труб

В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º

1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для однотрубной системы.

2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.

3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):

Формула для расчёта скорости теплопотока

4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

5. Параметры участков:

расход мощности – 1 кВт на 30 м³
запас тепловой мощности – 20%

объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м³
расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
запас на случай морозов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

Находим в таблице наиболее близкое значения Q:

Получаем интервал внутреннего диаметра: 8-10 мм.
Участок: 3-4.
Длина участка: 2.8 метров.

Шаг 2: вычисление местных сопротивлений

Факторы возникновения сопротивления:

Трубы для отопления

в самой трубе:
- шероховатость;
- место сужения/расширения диаметра;
- поворот;
- протяжённость.
в соединениях:
- тройник;
- шаровой кран;
- приборы балансировки.

Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:

длина трубы на расчётном участке/l,м;
диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
данные регулирующей арматуры от производителя;
справочные данные:
- коэффициент трения/λ;
- потери на трение/∆Рl, Па;
- расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;
технические характеристики изделия:
- эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
- толщина стенки трубы/dн×δ, мм.

Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:

Для стальных и полимерных труб (из полипропилена. полиэтилена, стекловолокна и т.д.) коэффициент трения/ λ наиболее точно вычисляется по формуле Альтшуля:

Re — число Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=v*d/ν) или с помощью онлайн-калькулятора:

Шаг 3: гидравлическая увязка

Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.

проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или низкозамерзающей жидкости для систем отопления );
данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
технические характеристики арматуры.
количество местных сопротивлений на участке.

Задача. выровнять гидравлические потери в сети.

Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора

Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².

ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².

Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.

Шаг 4: определение потерь

Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:

первичного контура/ΔPIк ;
местных систем/ΔPм;
теплогенератора/ΔPтг;
теплообменника/ΔPто.

Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:

Обзор программ

Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой популярной является Excel.

HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
«Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

Как работать в EXCEL

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
Шрифты:
- синий — исходные данные;
- чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
- красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

длина трубы100 метров;
ø108 мм;
толщина стенки 4 мм.

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

Добавить комментарий Отменить ответ

Гидравлический расчет системы отопления

При проектировании систем водяного обогрева в доме принято выполнять гидравлический расчёт системы отопления. Это нужно для того, чтобы гарантировать максимальную эффективность работы при минимуме финансовых затрат и при правильном функционировании всех узлов.

Целью гидравлического расчёта является:

Правильный выбор диаметра труб на тех участках трубопроводов, где его величина постоянна;
Определение действующего давления в магистрали;
Правильный выбор всех узлов системы.

От того, насколько верно выполнен гидравлический расчёт, будет зависеть температурный комфорт в доме, экономический эффект и долговечность системы отопления.

Основные положения гидравлического расчёта

Для выполнения всех необходимых вычислений, нам необходимы исходные данные:

Результаты теплового баланса комнат;
Температуры теплоносителя – начальная и конечная;
Схема заданной системы отопления;
Типы обогревающих устройств и метод их соединения с магистралью;
Гидравлические характеристики используемого оборудования (клапанов, теплообменников и т.п.);
Циркуляционное кольцо – это контур замкнутого типа. Он состоит из отрезков с наибольшим расходом теплонесущей жидкости от точки нагрева до наиболее удалённой точки (в двухтрубной системе) или до стояка (в однотрубной) и в противоположную сторону к источнику тепла.

Участком для расчёта принимают часть трубопроводного диаметра с неизменяющимся значением расхода теплонесущей жидкости – его определяют, исходя из теплового баланса комнаты.

Перед началом вычислений определяем тепловую нагрузку каждого отопительного агрегата. Она будет соответствовать заданной тепловой нагрузке комнаты. Если в помещении используется более одного обогревающего агрегата, распределяем тепловую нагрузку на всё их количество.

Затем назначаем главное кольцо циркуляции – контур закрытого типа из последовательных отрезков. Для вертикальной однотрубной магистрали число циркуляционных колец соответствует числу стояков. Для горизонтальной двухтрубной – числу обогревающих агрегатов. Главным назначают кольцо, идущее через стояк с наибольшей нагрузкой – для вертикальной магистрали, и идущее через нижний отопительный агрегат ветки с наибольшей нагрузкой – для горизонтальной системы.

Необходимо учитывать, что значение диаметра для трубопроводов и величина действующего давления в кольце циркуляции зависят от скорости теплонесущей жидкости. При этом обязательным условием является обеспечение бесшумности движения теплоносителя.

Для того чтобы избежать возникновения пузырьков воздуха, мы должны принять скорость теплоносителя более 0,25 м/с. Следует учитывать силу сопротивления, возникающего в контуре при движении жидкости. Вследствие этого сопротивления удельные потери давления R должны составлять не более 100-200 Па/м.

Существуют величины допустимой скорости воды, обеспечивающей бесшумность работы– она зависит от удельного местного сопротивления.

Таблица 1 показывает пример величины допустимой скорости воды при разных коэффициентах местного сопротивления.

Слишком маленькая скорость может стать причиной следующих негативных последствий:

Увеличение расхода материала на все работы по монтажу;
Увеличение финансовых расходов на монтаж и обслуживание системы отопления;
Увеличение объёма теплонесущей жидкости в трубах;
Значительный рост тепловой инерции.

Пример определения величины расхода теплонесущей жидкости

Для определения диаметра труб на заданных отрезках трубопроводов нам необходимо знать величину расхода теплоносителя. Её определяем, исходя из величины теплового потока – количества тепла, необходимого для компенсации теплопотерь.

Зная величину теплового потока Q на участке 1-2, вычисляем расход теплоносителя G:

t _г и t _х соответственно температуры горячего и холодного (остывшего) теплоносителя;

с = 4,2 кДж/(кг·°С) — удельная теплоемкость воды.

Пример определения диаметра труб на заданном участке

Правильный выбор диаметра труб необходим для решения следующих задач:

оптимизация эксплуатационных затрат на нейтрализацию гидравлического сопротивления при циркуляции жидкости в контуре;
достижение необходимого экономического эффекта при монтаже и обслуживании системы отопления.

Для обеспечения экономического эффекта выбираем наименьшую возможную величину диаметра труб, однако такую, которая не приведёт к возникновению гидравлических шумов в магистрали, если скорость теплоносителя составит 0,6-1,5 м/с, в зависимости от местного сопротивления.

Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной системы отопления, принимаем разницу температур в подающем и отводящем трубопроводах равной:

∆t _co = 90 – 70 = 20 °С

где 90°С – температура жидкости в подающей трубе горизонтальной системы;

70°С – температура жидкости в отводящей трубе.

Зная величину теплового потока и вычислив расход теплоносителя по приведённой выше формуле, из таблицы 2 мы можем выбрать подходящий для наших условий внутренний диаметр труб.

Определение внутреннего диаметра труб для отопления

После определения внутреннего диаметра выбираем сам тип труб – он зависит от эксплуатационных условий, от поставленных задач, от требований к прочности и долговечности. Основываясь на всех этих предпосылках, выбираем тип трубы рассчитанного диаметра, который удовлетворяет заданные условия.

Пример определения действующего давления на заданном участке магистрали

Если мы выполняем гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления, нам необходимо также знать действующее давление на заданном участке магистрали.

Оно вычисляется по формуле:

ρ _o – плотность остывшей воды, кг/м3 ;

ρ _г – плотность нагретой воды, кг/м3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с2 ;

h – вертикальное расстояние от точки нагрева до точки охлаждения (от средней точки высоты котла до средней точки нагревательного прибора), м;

∆p _доп – дополнительное давление, возникающее за счёт остывания воды в магистрали.

Значения плотности воды для заданных температур, а также величину дополнительного давления узнаём из справочника.

Гидравлический расчёт – задача крайне ответственная. От правильного выполнения всех вычислений зависит не только экономический эффект отопления дома, но также эффективность работы всех узлов и соответствие эксплуатационных характеристик всем нормам и требованиям.

Источники: http://strojdvor.ru/otoplenie/delaem-gidravlicheskij-raschet-sistemy-otopleniya-s-pomoshhyu-programm-gotovyx-form-excel-i-samostoyatelno/, http://teplius.ru/sistemy/raschet/gidravliki.html, http://mynovostroika.ru/gidravlicheskij_raschet_sistemy_otoplenija

Как вам статья?

Источник

На чтение 7 мин Просмотров 1.6к. Опубликовано 05.08.2015 Обновлено 01.08.2016

Содержание

Назначение гидравлического расчета отопления
Порядок расчета гидравлических параметров отопления
Определение оптимального диаметра труб
Учет местных сопротивлений в магистрали
Обзор программ для гидравлических вычислений
Oventrop CO
HERZ C.O.
Instal-Therm HCR

Назначение гидравлического расчета отопления

Пример схемы отопления с учетом расчетных данных

Оптимальный диаметр трубопровода. Исходя из этого можно узнать их пропускную способность, тепловые потери. С учетом выбора материала изготовления будет известно сопротивление воды о внутреннюю поверхность магистрали;
Потери давления и напора на определенных участках системы. Пример гидравлического расчета системы отопления позволит заранее продумать механизмы для их компенсации;
Расход воды;
Требуемую мощность насосного оборудования. Актуально для закрытых систем с принудительной циркуляцией.

Для теплоснабжения небольшого дома или квартиры также рекомендуется выполнять расчет гидравлического сопротивления системы отопления.

Порядок расчета гидравлических параметров отопления

Отопление на плане дома

Лучше всего сделать схему отопления на уже готовом плане дома. Это позволит правильно рассчитать расход материала и определиться с его количеством для обустройства системы.

Определение оптимального диаметра труб

Виды труб для отопления

Открытая схема с гравитационной циркуляцией. Трубы диаметром от 30 до 40 мм. Такое большего сечение необходимо для уменьшения потерь при трении воды о внутреннюю поверхность магистралей;
Закрытая система с принудительной циркуляцией. Сечение трубопроводов варьируется от 8 до 24 мм. Чем оно меньше, тем больше давление будет в системе и соответственно – уменьшится общий объем теплоносителя. Но при этом возрастут гидравлические потери.

Таблица выбора внутреннего диаметра трубопроводов

V – скорость движения воды. Она должна быть в пределах от 0,3- до 0,6 м/с. Определятся производительностью насосного оборудования;
Q – тепловой поток. Это отношение количества тепла, проходящего за определенный промежуток времени – 1 секунду;
G – расход воды. Измеряется в кг/час. Напрямую зависит от диаметра трубопровода.

Q=50/24=2,083 кВт

таблица расхода воды в зависимости от диаметра трубы

В этом случае оптимальный внутренний диаметр трубы на конкретном участке системы составит 10 мм.

Производители полимерных труб указывают внешний диаметр. Поэтому для корректного расчета гидравлического сопротивления системы отопления следует отнять две толщины стенки магистралей.

Учет местных сопротивлений в магистрали

Пример гидравлического расчета отопления

Протяженность трубы на участке, м.п;
Диаметр магистрали. Порядок вычислений описан выше;
Требуемая скорость теплоносителя. Также зависит от диаметра трубы и мощности циркуляционного насоса;
Справочные данные, характерные для каждого типа материала изготовления – коэффициент трения (λ), потери на трении (ΔР);
Плотность воды при температуре +80°С составит 971,8 кг/м³.

Для проверки гидравлического расчета двухтрубной отопительной системы нужно выполнить его в нескольких разных программах или дополнительно ручным способом самостоятельно.

Обзор программ для гидравлических вычислений

Пример программы для расчета отопления

Большая погрешность. В большинстве случаев в качестве примера гидравлического расчета отопительной системы берутся однотрубная или двухтрубная схемы. Найти подобные вычисления для коллекторной проблематично;
Для правильного учета гидравлического сопротивления трубопровода необходимы справочные данные, которые отсутствуют в форме. Их нужно искать и вводить дополнительно.

Oventrop CO

Программа для гидравлического расчета

HERZ C.O.

Instal-Therm HCR

На практике для автономного теплоснабжения частных домов и квартир гидравлический расчет выполняется не всегда. Однако это может привести к ухудшению работы системы отопления и быстрому выходу из строя его элементов – радиаторов, труб и котла. Что избежать этого нужно своевременно рассчитать параметры системы и сравнить их с фактическими для дальнейшей оптимизации работы отопления.

Пример гидравлического расчета системы отопления:

Источник

Состав теплотехнических расчетов включает теплотехнический расчет теплозащитных свойств ограждающих конструкции, определение потребностей в теплоте каждого помещения (теплопотери), определение типоразмеров и количества нагревательных приборов, потребных для размещения в каждом помещении. Количество помещений обусловливается назначением здания, этажностью, место расположения здания в городе, архитектурно-строительным его решением, пожеланиями заказчика и т.п. Кроме того, теплопотери помещения зависят от расположения помещения в здании: подвал, цокольный, первый, последний этажи, с экерами и без, и мансардные.

Что касается применения нагревательных приборов, то это, помимо назначения помещения и проходящих в нем технологических процессов, в значительной степени зависит от эстетических предпочтений заказчиков. Такое количество факторов, влияющих на выбор нагревательных приборов, существенно увеличивает объемы расчетных работ, а уровень добросовестности их выполнения сказывается на качестве проекта.

Ранее теплотехнические и гидравлические расчеты делались при помощи логарифмической линейки, а в учебных целях проводились с использованием шаблонных таблиц, которые, несколько облегчая расчетный процесс, обеспечивали возможность подробного анализа поэтапных результатов расчетов и позволяли осуществлять соответствующую корректировку как планировочных, так и инженерных решений.

В наше время, при широком внедрении персональных компьютеров, процесс расчетов значительно формализовался и ускорился, что практически полностью исключило фактор инженерного творчества и влияния проектировщика в расчетном процессе с целью поиска альтернативных инженерных решений. Затрудняется дифференцированное изменение типоразмеров и количеств нагревательных приборов, учет корректировок в процессе проектирования ограждающих конструкций, температурного режима и т.п.

Использование Excel-таблиц позволяет обеспечить автоматизацию вычислительных процессов, сократив трудоемкость работы, и вернуть разумные элементы инженерного творчества, свойственные таблично-шаблонному процессу. Электронные таблицы Microsoﬅ Excel, при заблаговременной подготовке и установлении требуемых функциональных связей между отдельными листами, ячейками и т.п., можно продуктивно использовать вместо распространяемых в настоящее время специализированных программных продуктов.

Несомненно только одно, что составленные расчетные таблицы как шаблоны должны быть тщательно продуманы и защищены от несанкционированного вмешательства и специально копироваться для каждого конкретного случая применения. Такое обращение с таблицами-шаблонами дает возможность проводить детальный анализ результатов расчета и вносить желаемые изменения в ручном режиме.

Гидравлический расчет — серьезный фактор, гарантирующий работоспособность системы отопления и качество обогрева помещений. Именно им обеспечивается количественный и скоростной режимы распределения теплоносителя по нагревательным приборам, определяется напор побудителя движения теплоносителя, подбираются гидравлические характеристики регулирующих устройств, диаметры трубопроводов и т.п.

Основные понятия и определения

Анализ систем водяного отопления позволил установить, что любую систему отопления можно представить в общем случае как сочетание формализованных самостоятельных конструктивных элементов:

разводящих магистралей — подающих и обратных трубопроводов, соединяющих тепловые пункты с отопительными кольцами;
отопительных колец, т.е. систем подающих и обратных трубопроводов, обеспечивающих подачу теплоносителя непосредственно к потребителям и состоящих из следующих отопительных конструктивных элементов — магистралей (подающих и обратных трубопроводов, соединяющих стояки), стояков и подводок к нагревательным приборам.

В качестве формализованных конструктивных элементов для составления в дальнейшем расчетных таблиц принимаем: разводящие магистрали, магистрали, стояки и подводки к нагревательным приборам. Конкретизация каждого элемента осуществляем следующим образом. Разводящие магистрали — все участки трубопроводов между тепловым пунктом и отопительными кольцами. Общие участки обозначаются «ПАД» и «ОБР», участки после первого разветвления «П-1-2», «П-3-4», «О-1-2», «О-3-4», где цифры обозначают номера отопительных колец, для которых предназначено данное ответвление.

Последующие разветвления, которые, как правило, осуществляются для присоединения к магистралям отопительных колец, именуются «П-1», «П-2», «П-3», «П-4», «О-1», «О-2», «О-3», «О-4». Четная цифра в данном обозначении указывает только на то, что ответвление по ходу подающего теплоносителя направлено вправо. Технологически на каждом таком ответвлении необходимо устанавливать запорную арматуру, а также балансировочный клапан или дроссельную шайбу.

После них трубопроводы отопительных колец классифицируются как магистрали. Укажем также, что на участках разводящих магистралей «П-1-2», «П-3-4», «О-1-2» и «О-3-4» следует монтировать, по крайней мере, балансировочные краны или дроссельные шайбы — для гидравлической согласованности различных разветвлений. Далее формализуем магистрали отопительных колец. После запорной арматуры участков «П-1», «П-2», «П-3», «П-4», «О-1», «О-2», «О-3» и «О-4» идут магистрали, к которым присоединены стояки.

Расчетными гидравлическими участками являются участки между точками присоединения стоков к магистрали. Обозначение участков по магистрали осуществляем по номерам стояков, причем против движения теплоносителя по подающей магистрали. Первый участок — это трубопровод, подсоединенный к первому стояку, и отвод. Стояки — это трубопроводы транспортирующие теплоноситель между магистралями по этажам через нагревательные приборы.

Стояки, с точки зрения формализации гидравлического расчета, представляют собой системы трубопроводов, расположенных между подводками к нагревательным приборам смежных этажей. Расчетные гидравлические участки обозначаются по порядковому номеру этажа с индексами «П» и «О». Подводки к нагревательным приборам — это система трубопроводов через нагревательный прибор от подающего стояка до обратного трубопровода. На каждой подводке между прибором и стояком установлены краны.

Терморегулирующие вентиля подлежат определению при гидравлическом расчете. Нагревательные приборы могут располагаться как с двух сторон стояка, так и с одной. Для создания Excel-таблицы выбран принцип двухстороннего присоединения нагревательных приборов, причем при взгляде на стояк подводки подразделяются на левую и правую. Для наглядности на рис. 1–4 дана графическая интерпретация. Из рисунков видно, что все разнообразие конструктивного исполнения рассмотренных выше элементов может быть отмечено типом разводки и стояков.

Они по характеру транспортировки по ним теплоносителя различаются на элементы с попутным (П) и тупиковым (Т) движением теплоносителя. В связи с этим, в общем случае системы отопления по гидравлическим особенностям движения теплоносителя по трубопроводам можно подразделить на системы: с попутным движением в магистралях и стояках («П-П»); с попутным движением в магистралях и тупиковым в стояках («П-Т»); с тупиковым движением в магистралях и стояках («Т-Т»); с тупиковым движением в магистралях и попутным в стояках («Т-П»). Разводящие магистрали по характеру движения теплоносителя для всех систем отопления практически одинаковы.

Местные сопротивления

Анализ конструктивного выполнения элементов системы отопления с точки зрения наличия местных сопротивлений показывает, что местные сопротивления складываются из сопротивлений двух видов: типовых элементарных сопротивлений, присущих в любом случае, и характеристических, свойственных конкретному исполнению системы (например, какие либо повороты, нестандартное размещение задвижек, различные обходы конструкций зданий).

Учет местных сопротивлений производится на специальных листах, дифференцировано, по каждому гидравлическому участку для упомянутых выше конструктивных элементов системы. Первый вид местных сопротивлений (КМС) может быть учтен сразу и занесен в расчетные Excel-таблицы. Второй вид местных сопротивлений (КМС) подлежит учету индивидуально на конкретном участке, где они возникают.

При желании использовать Excel-таблицы с учетом ранее занесенных значений типовых КМС возникает некоторая особенность в использовании этой таблицы. Так, необходимо при любой системе отопления первым этажом считать этаж, принятый в Excel-таблице подвальным («п»), а последним этажом считать 30 этаж. Обязательно при расчетах магистралей должны быть использованы стояки 1 и 50.

Персональное определение КМС позволяет отказаться от перечисленных ограничений. Но в этом случае увеличивается объем работ по определению количеств КМС, хотя, используя указанную классификацию КМС, можно значительно облегчить эту работу. Итак, Excel-таблицы составлены:

для зданий до 30 этажей, подвалом и цокольным этажом (последние можно также считать этажами, тогда здание 32-этажное);
для систем отопления до четырех сочетаний движений теплоносителя: «П-П», «П-Т», «Т-Т», «Т-П»;
четырьмя отопительными кольцами;
с отопительным кольцом, содержащим до 50 стояков;
с двухсторонним присоединением нагревательных приборов.

Excel-таблицы включают листы (рис. 5): исходных данных; результатов расчета; гидравлического расчета разводящих магистралей; гидравлического расчета магистралей; гидравлического расчета стояков; гидравлического расчета подводок к нагревательным приборам; соответственно листам гидравлических расчетов — листы подсчета КМС; на подающих и обратных участках трубопроводов. В лист «Исходные данные…» заносятся:

температурные параметры теплоносителя, на которые рассчитывается система отопления, допустимые скорости теплоносителя в магистралях и в трубопроводах стояков, превышение которых нежелательно;
тепловая нагрузка нагревательных приборов, привязанная к стоякам рассчитываемой системы отопления, Вт;
длина трубопроводных подводок [м] от подающего стояка через нагревательный прибор до обратного стояка;
длины гидравлических участков подающих и обратных стояков, м;
длины гидравлических участков подающих и обратных трубопроводов магистралей, м;
длины гидравлических участков подающих и обратных трубопроводов раздающих магистралей, м;
отсутствие этажа, нагревательного прибора, гидравлического участка отмечается «0».

Если в дальнейшем предполагается воспользоваться типовыми КМС, и количество этажей и стояков отлично от табличных, то необходимо заполнение таблиц исходных данных осуществлять с учетом оговоренных выше указаний. Тогда на этом ввод данных считается законченным, и пользователь может перейти на лист «Результаты расчета…», получив окончательные данные. При наличии местных сопротивлений, не подпадающих под типовые, необходимо внести соответствующие коррективы в таблицы КСМ соответствующих элементов системы отопления, и только после этого обратиться к листу «Результаты расчета…». Лист «Результаты расчета…» представляет собой итоги гидравлического расчета и содержит:

диаметры трубопроводов гидравлических участков, их длину, скорость теплоносителя, гидравлическое сопротивление, гидравлические характеристики устанавливаемых вентилей или диаметров дросселирующих шайб;
гидравлическое сопротивление всей системы отопления.

Листы гидравлических расчетов в общем случае могут быть скрыты, т.к. они, выполнив свои функции, не нужны, однако для проектировщиков они могут представлять определенный интерес. Этот интерес обусловливается профессиональной квалификацией проектировщика и позволяет проводить детальный анализ, проводя ручную корректировку: направленного местного изменения скоростного режима, диаметров трубопроводов, местных сопротивлений, подбор желаемого гидравлического сопротивления системы отопления и т.п.

Так, например, используя свойства, предоставляемые Excel, можно установить, что сопротивления стояков для нагревательных приборов разных этажей сильно различаются между собой и могут составлять величину, соизмеримую с общим сопротивлением всей системы отопления. Анализируя скоростной режим теплоносителя по участкам, нетрудно правильно решить вопросы обезвоздушивания стояка и системы в целом.

Кроме того, возможность практически одновременно получить результаты расчетов четырех систем отопления позволяет проектировщику дать оценку энергетической эффективности каждой системы, и позволяет применить наиболее целесообразную. В процессе проектирования систем отопления составляются поэтажные планы с размещением нагревательных приборов, стояков, прокладки трубопроводов. Неотъемлемой частью проектной части является схема системы отопления.

Расчеты в Excel предоставляют возможность значительно повысить информационную насыщенность проектной документации. Для этого поэтажные планы следует снабдить таблицами подбора нагревательных приборов, которые содержат экспликацию помещений с указанием типов и количеств устанавливаемых нагревательных приборов и их тепловой нагрузки.

Аксонометрические схемы следует обогатить представлением на чертежах таблиц из «Результатов расчета…», которые содержат необходимые при наладке расчетные значения скоростного режима теплоносителя, диаметров трубопровод на каждом участке, требуемые гидравлические характеристики регулирующих гидравлический режим устройств. Как раз это, в ряде случаев, позволяет отказаться от графической интерпретации схемы отопления.

Кроме того, как для монтажа и наладки систем отопления, так и при ее эксплуатации, должное значение имело бы наличие портативного носителя информации (например, «флэшки») с расчетами, в особенности гидравлического расчета.

Теплотехнический расчет

Пример таких таблиц, составленных авторами, приведен выше, на второй страницы данной статьи. Таблицы составлены для условного здания, состоящего из 100 помещений. Таблицы состоят из листов: экспликация помещений и конструкции ограждающих конструкций; теплотехнический расчет ограждающих конструкций; расчет теплопотерь помещениями; подбор нагревательных приборов по помещениям.

На листе «Экспликация помещений и конструкции…» производится перенос экспликации помещений из архитектурных чертежей в систему таблиц, также в этот лист в определенные графы заносятся ограждающие конструкции, в зависимости от предъявляемых к расчету требованиям, т.е. либо расчет величин коэффициентов теплопередачи определенной конструкции ограждения, или определение толщины слоя теплоутеплителя в ограждении с последующим установлением коэффициента теплопередачи, или простое использование нормативных значений коэффициентов теплопередачи.

На листе «Теплотехнический расчет ограждающих конструкций…» осуществляется подбор теплотехнических характеристик материалов, образующих ограждающие конструкции, определяются коэффициенты теплопередачи, которые следует использовать в дальнейшей работе. Лист «Расчет теплопотерь помещениями…» содержит электронную таблицу-шаблон, рассчитанную для обсчета 100 помещений, каждое из которых может включать: четыре зоны потери теплоты через полы на грунте, на лагах, утепленных и неутепленных; два перекрытия; два наружных ограждения; два световых проемов.

Для пользования этими таблицами необходимо дополнить их расчетными климатическими параметрами наружного и внутреннего воздуха, выбрать коэффициенты теплопередачи, ориентацию, геометрические размеры элементов ограждений и т.п. Результаты автоматически переносятся в лист «Подбор нагревательных приборов по помещениям…». Здесь имеются данные по теплотехническим характеристикам различных нагревательных приборов.

Используя эти данные, и определившись с количеством приборов, которое желательно разместить в помещении, и их типом, находим номенклатурный размер и тепловую нагрузку. Данный лист можно поместить как информацию в рабочие чертежи.

Источник