Содержание
Доброго всем времени суток! Сегодня я опишу как нужно делать гидравлический расчет системы отопления и что это вообще такое. Начнем с последнего вопроса.
Что такое гидравлический расчет и для чего он нужен?
Гидравлический расчет системы отопления это математический алгоритм, в результате выполнения которого мы получим необходимый диаметр труб в данной системе (имеется ввиду внутренний диаметр).
Кроме того, будет понятно какой нам необходимо использовать циркуляционный насос — определяется напор и расход насоса.
Все это даст возможность сделать систему отопления экономически оптимальной.
Производится он на основании законов гидравлики — специального раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.
Теория гидравлического расчета системы отопления
Теоретически ГР отопления основан на следующем уравнении:
Данное равенство справедливо для конкретного участка.
Расшифровывается это уравнение следующим образом:
- ΔP — линейные потери давления.
- R — удельные потери давления в трубе.
- l — длина труб.
- z — потери давления в отводах, запорной арматуре.
Из формулы видно, что потери давления тем больше, чем она длиннее и чем больше в ней отводов или других элементов, уменьшающих проход или меняющих направление потока жидкости.
Давайте выведем чему равны R и z. Для этого рассмотрим еще одно уравнение, показывающее потери давления от трения об стенки труб:
Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:
- λ — коэффициент, зависящий от характера движения трубы.
- d — внутренний диаметр трубы.
- v — скорость движения жидкости.
- ρ — плотность жидкости.
Из этого уравнения устанавливается важная зависимость — потери давления на трение тем меньше, чем больше внутренний диаметр труб и меньше скорость движения жидкости.
Причем, зависимость от скорости здесь квадратичная. Потери в отводах, тройниках и запорной арматуре определяются по другой формуле:
Здесь:
- ξ — коэффициент местного сопротивления (далее КМС).
- v — скорость движения жидкости.
- ρ — плотность жидкости.
Из данного уравнения также видно, что падение давления возрастает с увеличением скорости жидкости.
Также, стоит сказать, что в случае применения низкозамерзающего теплоносителя также будет играть важную роль его плотность — чем она выше тем тяжелее циркуляционному насосу.
Поэтому при переходе на «незамерзайку» возможно придется заменить циркуляционный насос.
Из всего вышеизложенного выведем следующее равенство:
Отсюда получаем следующие равенства для R и z:
- R = (λ/α)*(v²ρ/2) Па/м;
- z = ξ*(v²ρ/2) Па;
Теперь давайте разберемся в том, как используя эти формулы рассчитать гидравлическое сопротивление.
Гидравлический расчет системы отопления: пример расчета
Часто инженерам приходится рассчитывать системы отопления на больших объектах.
В них большое количество приборов отопления и много сотен метров труб, но считать все равно нужно.
Ведь без ГР не получится правильно подобрать циркуляционный насос.
К тому же ГР позволяет установить еще до монтажа будет ли работать все это.
Для упрощения жизни проектировщикам разработаны различные численные и программные методы определения гидравлического сопротивления. Начнем от ручного к автоматическому.
Приближенные формулы расчета гидравлического сопротивления
Для определения удельных потерь на трение в трубопроводе используется следующая приближенная формула:
Здесь сохраняется практически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в трубопроводе.
Данная формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.
Если у вас известен расход теплоносителя, то есть приближенная формула для определения внутреннего диаметра труб:
Получив результат необходимо воспользоваться следующей таблицей для получения диаметра условного прохода:
Наиболее трудоемким будет расчет местных сопротивлений в фитингах, запорной арматуре и приборах отопления.
Ранее я упоминал коэффициенты местного сопротивления ξ, их выбор делается по справочным таблицам.
Если с углами и запорной арматурой все ясно, то вот выбор КМС для тройников превращается в целое приключение.
Чтобы стало понятно о чем я говорю, посмотрим на следующую картинку:
По картинке видно, что у нас имеется целых 4 вида тройников, для каждого из которых будут свои КМС местного сопротивления.
Трудность тут будет состоять в правильном выборе направления тока теплоносителя.
Для тех кому очень нужно, приведу здесь таблицу с формулами из книги О.Д. Самарина «Гидравлические расчеты инженерных систем»:
Эти формулы можно перенести в MathCAD или любую другую программу и рассчитать КМС с погрешностью до 10 %.
Формулы применимы для скоростей движения теплоносителя от 0,1 до 1,25 м/с и для труб с диаметром условного прохода до 50 мм.
Такие формулы вполне подойдут для отопления коттеджей и частных домов. Теперь рассмотрим некоторые программные решения.
Программы для расчета гидравлического сопротивления в системах отопления.
Сейчас в интернете можно найти много различных программ для расчета отопления платных и бесплатных.
Понятное дело, что платные программы обладают более мощным функционалом, чем бесплатные и позволяют решать более широкий круг задач.
Такие программы имеет смыл приобретать профессиональным инженерам-проектировщикам.
Обывателю, который хочет самостоятельно посчитать систему отопления в своем доме будет вполне достаточно бесплатных программ.
Ниже приведу список наиболее распространенных программных продуктов:
- Valtec.PRG — бесплатная программа для расчета отопления и водоснабжения. Есть возможности расчета теплых полов и даже теплых стен
- HERZ — целое семейство программ. С их помощью можно рассчитывать как однотрубные так и двухтрубные системы отопления. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Имеется возможность расчета тепловых потерь
- Поток — отечественная разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети любой сложности. В отличии от предыдущих, Поток — платная программа. Поэтому простой обыватель вряд ли станет ей пользоваться. Она предназначена для профессионалов.
Есть еще несколько других решений. В основном от производителей труб и фитингов.
Производители затачивают программы для расчета под свои материалы и тем самым в какой-то степени вынуждают покупать их материалы. Это такой маркетинговый ход и в нем нет ничего плохого.
Итоги статьи
Расчет гидравлического сопротивления системы отопления дело прямо-таки не самое простое и требующее опыта.
Ошибки здесь могут стоить очень дорого. Отдельные ветки и стояки могут не работать. По ним просто не будет циркуляции.
По этой причине лучше чтобы этим занимались люди с образованием и опытом таких работ.
Сами монтажники практически никогда не занимаются расчетами.
Они везде стремятся делать одни и те же решения, которые работали у них ранее.
Но то, что работало у другого человека не обязательно будет работать у вас.
По этому настоятельно рекомендую обратиться к инженеру и сделать полноценный проект. На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях.
