Зміст:
- Мета і хід виконання розрахунку
- Визначення витрати теплоносія і діаметрів труб
- Розрахунок циркуляційного насоса
- Розрахунок розширювального бака
- Висновок
Потрібно відзначити, що інженерні розрахунки систем водопостачання та опалення ніяк не можна назвати простими, але без них обійтися неможливо, тільки дуже досвідчений фахівець-практик може намалювати систему опалення «на око» і безпомилково підібрати діаметри труб. Це якщо схема досить проста і призначена для обігріву невеликого будинку висотою 1 або 2 поверхи. А коли мова йде про складні двотрубних системах, то розраховувати їх все одно доведеться. Ця стаття для тих, хто зважився самостійно виконати розрахунок системи опалення приватного будинку. Ми викладемо методику дещо спрощено, але так, щоб одержати максимально точні результати.
Мета і хід виконання розрахунку
Звичайно, за результатами можна звернутися до фахівців або скористатися онлайн-калькулятором, яких вистачає на будь-яких інтернет-ресурсах. Але перше коштує грошей, а друге може дати неправильний результат і його все одно треба перевіряти.
Так що краще набратися терпіння і взятися за діло самому. Треба розуміти, що практична мета гідравлічного розрахунку – це підбір прохідних перерізів труб та визначення перепаду тиску у всій системі, щоб вірно вибрати циркуляційний насос.
Примітка. Даючи рекомендації щодо виконання обчислень мається на увазі, що теплотехнічні розрахунки вже зроблені, і радіатори підібрані по потужності. Якщо ж немає, то доведеться йти старим шляхом: приймати теплову потужність кожного радіатора на квадратуру приміщення, але тоді точність розрахунку знизиться.
Загальна схема розрахунку виглядає таким чином:
- підготовка аксонометричної схеми: коли вже виконаний розрахунок опалювальних приладів, то відома їх потужність, її треба нанести на креслення біля кожного радіатора;
- визначення витрати теплоносія та діаметрів трубопроводів;
- розрахунок опору системи і підбір циркуляційного насоса;
- розрахунок об’єму води в системі і місткості розширювального бака.
Будь гідравлічний розрахунок системи опалення починається зі схеми, намальованої в 3 вимірах для наочності (аксонометрія). На неї наносяться всі відомі дані, в якості прикладу візьмемо ділянка системи, зображений на кресленні:
Визначення витрати теплоносія і діаметрів труб
Спочатку кожну опалювальну гілку треба розбити на ділянки, починаючи з самого кінця. Розбивка робиться по витраті води, а він змінюється від радіатора до радіатора. Значить, після кожної батареї починається новий ділянка, це показано на прикладі, що представлений вище. Починаємо з 1-го ділянки і знаходимо в ньому масова витрата теплоносія, орієнтуючись на потужність останнього опалювального приладу:
G = 860q/ ?t, де:
- G – витрата теплоносія, кг/год;
- q – теплова потужність радіатора на ділянці, кВт;
- ?t– різниця температур в подавальному і зворотному трубопроводі, зазвичай беруть 20 ?С.
Для першої ділянки розрахунок теплоносія виглядає так:
860 х 2 / 20 = 86 кг/год.
Отриманий результат треба відразу нанести на схему, але для подальших розрахунків нам знадобиться в інших одиницях – літрах за секунду. Щоб зробити переклад, треба скористатися формулою:
GV = G /3600?, де:
- GV – об’ємна витрата води, л/с;
- ?– щільність води, при температурі 60 ?С дорівнює 0.983 кг / літр.
Маємо: 86 / 3600 х 0,983 = 0.024 л/сек. Потреба в перекладі одиниць пояснюється необхідністю використання спеціальних готових таблиць для визначення діаметра труби в приватному будинку. Вони є у вільному доступі і називаються «Таблиці Шевельова для гідравлічних розрахунків». Завантажити їх можна, перейшовши за посиланням: http://dwg.ru/dnl/11875
В даних таблицях опубліковані значення діаметрів сталевих і пластмасових труб в залежності від витрати і швидкості руху теплоносія. Якщо відкрити сторінку 31, то в таблиці 1 для сталевих труб у першому стовпчику зазначені витрати в л/с. Щоб не проводити повний розрахунок труб для системи опалення приватного будинку, треба просто підібрати діаметр по витраті, як показано нижче на рисунку:
Примітка. У лівому стовпці під діаметром відразу ж вказується швидкість руху води. Для систем опалення її значення повинно лежати в межах 0.2—0.5 м/сек.
Отже, для нашого прикладу внутрішній розмір проходу повинен становити 10 мм. Але оскільки такі труби не використовуються в опаленні, то сміливо приймаємо трубопровід DN15 (15 мм). Проставляємо його на схемі і переходимо до другого ділянці. Так як наступний радіатор має таку ж потужність, то застосовувати формули не треба, беремо попередній витрата води і множимо його на 2 і отримуємо 0.048 л/сек. Знову звертаємося до таблиці і знаходимо в ній найближчим відповідне значення. При цьому не забуваємо стежити за швидкістю течії води v (м/с), щоб вона не перевищувала зазначені межі (на малюнках відзначена у лівому стовпці червоним кружечком):
Важливо. Для систем опалення з природною циркуляцією швидкість руху теплоносія має становити 0.1—0.2 м/с.
Як видно на малюнку, ділянка №2 теж прокладається трубою DN15. Далі, по першій формулі знаходимо витрата на ділянці №3:
860 х 1,5 / 20 = 65 кг/год і переводимо його в інші одиниці:
65 / 3600 х 0,983 = 0.018 л/сек.
Додавши його до суми витрат двох попередніх ділянок, отримуємо: 0.048 + 0.018 = 0.066 л/сек і знову звертаємося до таблиці. Оскільки у нас в прикладі робиться не розрахунок гравітаційної системи, а напірної, то по швидкості теплоносія труба DN15 підійде і на цей раз:
Йдучи таким шляхом, прораховуємо всі ділянки і наносимо всі дані на нашу аксонометричну схему:
Розрахунок циркуляційного насоса
Підбір та розрахунок насоса полягає в тому, щоб з’ясувати втрати тиску теплоносія, що протікає по всій мережі трубопроводів. Результатом стане цифра, що показує, який тиск слід розвивати циркуляційного насосу, щоб «продавити» воду по системі. Це тиск обчислюють за формулою:
P = Rl + Z, де:
- Р – втрати тиску в мережі трубопроводів, Па;
- R – питомий опір тертя, Па/м;
- l – довжина труби на одній ділянці, м;
- Z – втрата тиску в місцевих опорах, Па.
Примітка. Двох – і однотрубна система опалення розраховуються однаково, по довжині труби в усіх гілках, а в першому випадку — прямий і зворотної магістралі.
Даний розрахунок досить громіздкий і складний, в той час як значення Rl для кожної ділянки можна легко знайти за тим же таблицями Шевельова. У прикладі синім кружечком відзначені значення 1000i на кожній ділянці, його треба тільки перерахувати по довжині труби. Візьмемо перший ділянку з прикладу, його протяжність 5 м. Тоді опір тертю буде:
Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.
Так само виробляємо прорахунок всіх ділянок попутної системи опалення, а потім підсумовуємо результати. Залишається дізнатися значення Z, перепад тиску в місцевих опорах. Для котла і радіаторів ці цифри вказані в паспорті на виріб. На всі інші опору ми радимо взяти 20% від загальних втрат на тертя Rl і всі ці показники підсумувати. Отримане значення множимо на коефіцієнт запасу 1.3, це і буде необхідний напір насоса.
Слід знати, що продуктивність насоса – це не ємність системи опалення, а загальний витрата води по всіх гілках і стояках. Приклад його розрахунку подано в попередньому розділі, тільки для підбору перекачивающего агрегату потрібно також передбачити запас не менше 20%.
Розрахунок розширювального бака
Щоб зробити розрахунок розширювального бака для закритої системи опалення, необхідно з’ясувати, наскільки збільшується обсяг рідини при її нагріванні від кімнатної температури +20 ?С до робочої, яка знаходиться в межах 50-80 ?С. Це завдання теж не з простих, але її можна вирішити іншим способом.
Цілком коректним вважається приймати об’єм бака в розмірі десятої частини від усієї кількості води в системі, включаючи радіатори і водяну сорочку котла. Тому знову відкриваємо паспорти обладнання і знаходимо в них місткість 1 секції батареї і котлового бака.
Далі, розрахунок об’єму теплоносія в системі опалення виконується за простою схемою: обчислюється площа поперечного перерізу труби кожного діаметра і множиться на її довжину. Отримані значення підсумовуються, до них додаються паспортні дані, а потім від результату береться десята частина. Тобто, якщо у всій системі 150 л води, то місткість розширювального бака повинна становити 15 л.
Висновок
Багато хто, прочитавши цю статтю, можуть відмовитися від наміру вважати гідравліку самостійно через очевидну складність процесу. Рекомендація для них – звернутися до фахівця-практику. Ті ж, хто виявив бажання і вже зробив розрахунок теплової потужності опалення на будинок, напевно впораються і з цим завданням. Але готову схему з результатами все одно варто показати досвідченому монтажникові для перевірки.